先進(jìn)路燈智能控制系統(tǒng)方案

1、目 錄1項目概述41.1智能控制系統(tǒng)主要功能41.2智能控制系統(tǒng)優(yōu)點52智能控制系統(tǒng)的功能原理63智能控制系統(tǒng)的組成63.1智能控制系統(tǒng)監(jiān)控中心服務(wù)器及其后臺管理軟件63.1.1概述63.1.2服務(wù)器解決方案73.2智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜73.2.1主控板83.2.2GPRS/GSM模塊113.2.3三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊123.2.4漏電保護(hù)單元133.2.5柜體門開關(guān)檢測裝置143.2.6柜體溫度檢測與散熱裝置143.2.7光控裝置163.2.8開關(guān)電源AC-DC161 項目概述1.1 智能控制系統(tǒng)主要功能本方案采用無線通訊方式來遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈控制箱，設(shè)備安裝完成后，不需要到達(dá)現(xiàn)場即可實

2、現(xiàn)控制與監(jiān)控的目的。以GPRS/GSM功能技術(shù)為核心，控制柜通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和管理中心進(jìn)行通訊，接收管理中心的命令。該系統(tǒng)的主要功能有遠(yuǎn)程控制通信功能、多種方式開關(guān)燈控制功能、故障監(jiān)測報警功能、三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集顯示功能、漏電保護(hù)功能以及后臺軟件管理功能。1. 多種方式開關(guān)燈控制功能系統(tǒng)的開關(guān)燈控制功能主要有四種1) 遠(yuǎn)程控制開關(guān)燈，管理中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行校時，可以單獨設(shè)置兩組路燈的開、關(guān)時間，路燈實現(xiàn)定時自動開關(guān)；另外無論管理人員在何時何地可以通過短信的方式實現(xiàn)燈的開、關(guān)。2) 光控開關(guān)燈，通過現(xiàn)場光環(huán)境的強(qiáng)弱，系統(tǒng)自動開關(guān)燈，節(jié)約電能，另外對于陰雨天氣，能夠提高路況的安全性。3

3、) 手動開關(guān)燈，現(xiàn)場人員可以通過系統(tǒng)預(yù)留的按鍵實現(xiàn)開關(guān)燈，避免人接觸強(qiáng)電，降低操作的危險系數(shù)。4) 具備緯度自動調(diào)整功能，設(shè)定的開關(guān)時間可隨季節(jié)的變化進(jìn)行自動調(diào)整。2. 遠(yuǎn)程控制通信功能遠(yuǎn)程控制通信功能通過GPRS/GSM功能技術(shù)為核心，采用ZLG公司的WZG-28A無線模塊，該模塊具備GPRS以及短信收發(fā)兩種功能。3. 故障在線監(jiān)測報警功能系統(tǒng)可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程將監(jiān)測的故障信息傳輸至管理中心，方便檢修。4. 三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集顯示功能系統(tǒng)采用三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊，通過485總線可以有效的采集到三相電壓、電流、電能、有功功率、無功功率、功率因數(shù)(據(jù)此可以建議客戶增加補(bǔ)償裝置)。5. 漏

4、電保護(hù)功能系統(tǒng)關(guān)于漏電保護(hù)功能，可根據(jù)實際情況管理人員通過后臺軟件可設(shè)置漏電電流的閾值以開啟保護(hù)、報警。6. 后臺軟件管理功能管理中心可放置一臺工控機(jī)，預(yù)裝潤澤公司自主研發(fā)的后臺管理軟件，以便管理中心能夠?qū)崟r控制現(xiàn)場路燈的運行模式、監(jiān)控路燈的運行狀態(tài)以及各種監(jiān)測各種故障信息方便維護(hù)人員維護(hù)。系統(tǒng)控制功能示意圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)控制功能示意圖1.2 智能控制系統(tǒng)優(yōu)點采用照明無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關(guān)均可實現(xiàn)自動控制。同時，由于照明自動化系統(tǒng)具有自動報警功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘內(nèi)及時了解故障的地點和狀態(tài)，為及時進(jìn)行修復(fù)提供了有力的保障。無線照

5、明監(jiān)控系統(tǒng)能提高開/關(guān)燈的可靠性和可檢查性，避免白天亮燈情況的出現(xiàn)；同時，系統(tǒng)采用光控和時控相結(jié)合的控制方案，在預(yù)置的時間區(qū)段內(nèi)根據(jù)光照度決定路燈的開或關(guān)，既能在陰雨天自動延長照明時間，又能在晴好天氣自動縮短照明時間；這些措施既可滿足市民對道路照明的需求，又避免了路燈的無謂開啟，減少了開燈時間,從而節(jié)約了大量的電能。2 智能控制系統(tǒng)的功能原理本方案采用無線通訊方式來遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈控制箱，設(shè)備安裝完成后，不需要到達(dá)現(xiàn)場即可實現(xiàn)控制與監(jiān)控的目的。以GPRS/GSM功能技術(shù)為核心，控制柜通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和管理中心進(jìn)行通訊，接收管理中心的命令。管理中心實現(xiàn)一個智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對路燈的分時開關(guān)控

6、制，故障信息的檢測，各種信號采集遠(yuǎn)程測量等功能。智能控制原理框圖如圖2所示。 圖 2智能控制原理框圖3 智能控制系統(tǒng)的組成智能控制系統(tǒng)的組成主要包括兩部分：智能控制系統(tǒng)監(jiān)控中心服務(wù)器及其后臺管理軟件、智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜。3.1 智能控制系統(tǒng)監(jiān)控中心服務(wù)器及其后臺管理軟件3.1.1 概述路燈的監(jiān)控方式有以下兩種：1) 手機(jī)方式：通過給路燈控制箱發(fā)送一條包含設(shè)置信息的短息即可?？刂葡涫盏皆O(shè)置短信后，把設(shè)置信息保存起來，進(jìn)行定時控制路燈。用戶還可以通過短信對路燈控制箱進(jìn)行系統(tǒng)校時，防止錯誤時間閉、合路燈。短信業(yè)務(wù)具有應(yīng)用方便、操作簡單、費用低等優(yōu)點，在越來越來多的分散式、不易布線的監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)

7、得到廣泛的應(yīng)用，但是短信的方式有5-10s的延時控制，這是短信控制的缺點。1) 服務(wù)器方式：用我們提供的上位機(jī)軟件(路燈管理中心)，用戶只要在相應(yīng)的應(yīng)用窗口對控制柜校時，同時可以對路燈的閉、合時間進(jìn)行設(shè)置，上位機(jī)通過GPRS與現(xiàn)場路燈控制柜通訊，控制柜收到信息、保存信息、完成系統(tǒng)校時等操作?，F(xiàn)場控制柜通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳送至管理中心,用戶可通過上位機(jī)軟件實時查看現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)信息。3.1.2 服務(wù)器解決方案路燈控制器和監(jiān)控主機(jī)采用TCP/IP通訊方式，監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，路燈控制器通過GPRS通訊方式連接到互聯(lián)網(wǎng)。服務(wù)器通信方案如圖3所示。圖3 服務(wù)器通信方案示意圖路燈控

8、制器通過GPRS連接到互聯(lián)網(wǎng)，由于移動信號是不穩(wěn)定的，它所獲取的IP地址也是變化的。監(jiān)控主機(jī)處以企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，有比較好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（固定IP、穩(wěn)定的網(wǎng)速）。所以監(jiān)控主機(jī)在TCP/IP通訊過程中擔(dān)任服務(wù)器的角色，路燈控制器在聯(lián)網(wǎng)后，主動和服務(wù)器進(jìn)行通訊連接。監(jiān)控主機(jī)是在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，由于有網(wǎng)關(guān)的存在，外部不能直接與其建立通訊連接。一般來說，解決的辦法是在網(wǎng)關(guān)上給監(jiān)控主機(jī)設(shè)置端口映射。例如：網(wǎng)關(guān)的IP地址為1.2.3.4，監(jiān)控主機(jī)的內(nèi)部IP地址是192.168.1.2，監(jiān)控主機(jī)的端口60002作為服務(wù)器端口。在網(wǎng)關(guān)1.2.3.4上設(shè)置8012（或者其它用不到的端口）映射到192.168.1.2的6

9、0002，那么路燈控制器只要訪問1.2.3.4:8012，就可以間接訪問到192.168.1.2:60002，TCP/IP通訊方式得到建立。所以需要向網(wǎng)絡(luò)中心，申請在網(wǎng)關(guān)上添加一個端口映射。3.2 智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜智能控制系統(tǒng)現(xiàn)場控制柜主要由主控板、GPRS/SMS模塊、三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊、漏電保護(hù)單元、柜體門開關(guān)檢測裝置、光控裝置、溫度檢測裝置、串口顯示屏、開關(guān)電源AC-DC構(gòu)成。系統(tǒng)主要構(gòu)成框圖如圖4所示。圖4 系統(tǒng)主要構(gòu)成框圖3.2.1 主控板1. 主控板的主要功能 與ZWG-28A通信（主、從方式），解析短信內(nèi)容，根據(jù)相應(yīng)的命令做相應(yīng)的處理，還有對GPRS數(shù)據(jù)的收發(fā)控制。

10、 實時監(jiān)測電網(wǎng)漏電電流，一旦檢測到漏電電流，主動向用戶手機(jī)發(fā)送報警信息（短息方式）。 閉/合控制路燈的開關(guān) 與三相點參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊通信，讀出三相電電壓、電流、電能、有功功率、無功功率、以及功率因數(shù)等。 檢測柜門開關(guān)狀態(tài)，為控制中心提供柜門狀態(tài)信息。 檢測柜體內(nèi)部溫度，驅(qū)動散熱風(fēng)扇，為控制柜的正常運行提供保障。 與串口屏通信，顯示屏顯示各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息以及開關(guān)燈時間。主控板的功能原理圖如圖5所示圖52. 主控板的組成與選型主控板由單片機(jī)（CPU）、RS-232通信接口、RS-485接口、AD前端處理電路、繼電器、時鐘電路，電源芯片等模塊組成。1) CPU選型單片機(jī)采用ST公司的STM32f

11、103VB芯片，STM32F103xx中等容量增強(qiáng)型系列，整合了工作頻率為72MHz的高性能ARM Cortex-M3 32位RISC內(nèi)核、高速嵌入式存儲器(多達(dá)128K字節(jié)的Flash存儲器，和20K字節(jié)的SRAM存儲器)，和大量連接至2條APB總線的增強(qiáng)型I/O與外設(shè)。 所有型號均帶有2個12位ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，以及標(biāo)準(zhǔn)與高級通信接口：2個2IC和SPI接口、3個USART接口、1個USB接口和1個CAN接口。器件的工作電壓為2.03.6V。 工作于40+85C的溫度范圍和40+105C的擴(kuò)展溫度范圍。本設(shè)計需要用到主要涉及單片機(jī)內(nèi)部AD采樣，多路串口做RS-

12、232以及RS-485通信，一路IIC通信接口，STM32完全滿足設(shè)計需求，另外該芯片性價比非常高，所以采用STM32作為CPU。2) RS-232通信接口考慮到主控板的CPU工作電壓為3.3V所以采用MAX3232作為RS-232的電平轉(zhuǎn)換芯片，保障RS232通信接口的可靠運行。MA3232采用專有低壓差發(fā)送器輸出級，利用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源供電時能夠?qū)崿F(xiàn)真正的RS-232性能，器件僅需四個0.1uF的外部小尺寸電荷泵電容。max3232確保在120kbps數(shù)據(jù)速率，同時保持RS-232輸出電平。3) RS-485通信接口RS-485通信接口電路采用模擬器件公司的ADM2587E

13、。該器件的產(chǎn)品特性如下： 隔離室RS-485/RS-422收發(fā)器，可配置為半雙工或全雙工 集成isoPower的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器 RS-485輸入/輸出引腳提供15kV ESD保護(hù) 符合ANSI/TIA/EIA RS-485-A-98和ISO 8482:1987(E)標(biāo)準(zhǔn) ADM2587E數(shù)據(jù)速率：500kbps 5V或3.3V電壓供電 總線最多支持與256個節(jié)點連接 開路和短路電路，故障保護(hù)接收器輸入 高共模瞬變抗擾度：25kV/us 熱關(guān)斷保護(hù) 工作溫度：-40到+85 高集成度，20引腳，寬體SOIC封裝4) AD前端處理電路AD前端處理電路主要包括漏電電流0-1ma的小電流采樣、

14、小電流信號放大、低通濾波器、交流信號轉(zhuǎn)直流信號等電路組成0-1ma小電流采樣采用一顆精密的51歐姆采樣電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。小電流信號放大、低通濾波器以及交直流信號轉(zhuǎn)換電路等全部采用Op07芯片。A. OP07功能介紹：OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于Op07具有非常低的失調(diào)電壓(對于OP07最大為25uV)，所以O(shè)P07在很多場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低(2nA)和開環(huán)增益高(300V/mV)的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益測量設(shè)備以及放大傳感器的微弱信號等方面。B. OP07特點： 超

15、低偏移：150uV最大 低輸入偏置電流：1.8nA 低失調(diào)電壓漂移：0.5uV/ 高電源電壓范圍：3V至22V5) 時鐘電路主控板采用DS3231作為系統(tǒng)的實時時鐘控制芯片。DS3231是低成本、高精度IC實時時鐘(RTC)，具有集成的溫補(bǔ)晶振(TCXO)和晶體。該器件包含電池輸入端，斷開主電源時仍可保持精確的計時。集成晶振提高了器件的長期精確度，并減少了生產(chǎn)線的元件數(shù)量。RTC保存秒、分、時、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份，將自動調(diào)整月末的日期，包括閏年的修正。時鐘的工作格式可以是24小時或帶/AM/PM指示的12小時格式。提供兩個可設(shè)置的日歷鬧鐘和一個可設(shè)置的方波輸出。地址與數(shù)據(jù)

16、通過IC雙向總線串行傳輸。DS3231的主要特性： 0C至+40C范圍內(nèi)精度為2ppm -40C至+85C范圍內(nèi)精度為3.5ppm 為連續(xù)計時提供電池備份輸入 工作溫度范圍l 商用級：0C至+70C l 工業(yè)級：-40C至+85C 低功耗 實時時鐘產(chǎn)生秒、分、時、星期、日期、月和年計時，并提供有效期到2100年的閏年補(bǔ)償 兩個日歷鬧鐘 可編程方波輸出 高速(400kHz) IC接口 工作在3.3V 數(shù)字溫度傳感器輸出：精度為3C6) 繼電器繼電器采用松下繼電器JW2SN-DC12V，觸點12VDC，負(fù)載250VAC/5A。7) 電源芯片由于系統(tǒng)的工作電壓為3.3V，所以采用LM1117將開關(guān)電

17、源提供的5V電壓轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的工作電壓。LM1117是一款低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，可提供最大800mA的電流輸出，LM1117完全滿足STM32及其整個主控板涉及的相關(guān)電壓電流需求。3.2.2 GPRS/GSM模塊GPRS/GSM模塊采用廣州周立功公司的ZWG-28A模塊。ZWG-28A 是一款基于 GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，提供全透明數(shù)據(jù)通道，可以方便的實現(xiàn)遠(yuǎn)程、無線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。最主要的是該模塊支持GPRS與SMS兩種通信方式，整個系統(tǒng)設(shè)計能夠得到簡化。1. 產(chǎn)品特性： 大緩存區(qū)設(shè)計(收發(fā)各30KB)，采用動態(tài)劃分技術(shù)，提高緩存區(qū)使用效率 最多可緩存480幀數(shù)據(jù)(每幀64B)

18、，適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸 每幀可設(shè)置為1024B長度(緩存30幀)，適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸 使用西門子工業(yè)級GPRS模塊，內(nèi)嵌可靠協(xié)議棧 6V-26V寬范圍供電 具備設(shè)備電源關(guān)斷功能。方便用戶控制 數(shù)據(jù)全透明傳輸，用戶無需了解復(fù)雜的TCP/IP、PPP協(xié)議 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動態(tài)域名或者IP地址訪問 支持備用數(shù)據(jù)中心 支持APN虛擬專網(wǎng)業(yè)務(wù) 支持永遠(yuǎn)在線、空閑下線和空閑掉電三種工作方式 支持短信和電話喚醒功能 支持?jǐn)嗑€自動重連功能 支持連接實際可控功能，節(jié)約流量 支持本地和遠(yuǎn)程圖形化界面配置和維護(hù) 支持短信配置和維護(hù) 支持本地遠(yuǎn)程固件升級 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無縫銜接現(xiàn)有上位機(jī)軟件 多重軟硬件

19、可靠設(shè)計，復(fù)合式看門狗技術(shù)，使設(shè)備安全運行2. 性能參數(shù)如表1所示參數(shù)名稱參數(shù)備注網(wǎng)絡(luò)類型GPRS移動站類型CLASS BGPRS多時隙類型CLASS 10頻段900/1800MHZGPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸速率下行：最大：85.6Kbps上行最大：42.8Kbps編碼方式CS-1、CS-2、CS-3、CS-4SIM卡電壓3V、1.8V天線接口50/SMA（母頭）串口電平類型RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平串口接口類型端子串口波特率300-115200bps支持標(biāo)準(zhǔn)波特率適配電源DC：+6V-26V標(biāo)準(zhǔn)適配器：+6.3V/2A功耗工作：最大380ma待機(jī)：80ma空閑：80ma掉電：80ma工作溫度-25-+80存

20、儲溫度-40-+80濕度范圍0-95%非冷凝表13.2.3 三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊采用力創(chuàng)的采集模塊EDA9033E。EDA9033E的功能特點：EDA9033E 系列模塊是 EDA9033A 模塊的升級替代產(chǎn)品，增加了四象限有功、無功功率的測量，頻率測量，正反向有功無功電能的計量，及顯示驅(qū)動接口。 EDA9033E模塊是一智能型三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊； 三表法準(zhǔn)確測量三相三線制或三相四線制交流電路中的三相電流、三相電壓（真有效值） 、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、正反向有功電度、正反向無功電度等電參數(shù)。 其輸入為三相電壓（0500V） 、三相電流（01

21、000A） ；輸出為 RS-485 或 RS-232 接口的數(shù)字信號，支持的通訊規(guī)約有3種： （ASCII碼）研華ADAM兼容通訊協(xié)議、十六進(jìn)制LC-02協(xié)議、MODBUS-RTU。 EDA9033E 模塊是一款高性價比的智能電參數(shù)變送器，他能替代過去的電流、電壓、功率、 功率因數(shù)、電量等一系列變送器及測量這些變送器標(biāo)準(zhǔn)輸出信號的模入模塊，可大大降低系統(tǒng)成本，方便現(xiàn)場布線，提高系統(tǒng)的可靠性。 其485 總線輸出與兼容于 NuDAM、ADAM 等模塊的 ASCII 碼指令集，使其可與其他廠家的控制模塊掛在同一485總線上，且便于計算機(jī)編程。EDA9033E典型接線圖如圖6所示：圖6 EDA9033E典型接線圖3.2.4 漏電保護(hù)單元漏電保護(hù)單元包括在三相電進(jìn)線處安裝一個零序電流互感器，當(dāng)漏電發(fā)生時，零序電流互感器有信號輸出經(jīng)過主控板上AD前端處理電路處理，然后接入STM32內(nèi)置AD，當(dāng)數(shù)據(jù)大于一定值時候，CPU立即響應(yīng)進(jìn)行漏電保護(hù)動作并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向管理中心報警。漏電保護(hù)單元的零序電流互感器采用鉑晶電子科技有限公司的CT510300系列零序互感器，它有以下特點：1) 產(chǎn)品主要應(yīng)用在主干路電流小于160A的環(huán)境中。2) 極優(yōu)的平衡特性,擬合電流偏離窗口中心位置輸出一致性小于0.5%。3) 高輸出線性度，輸出小于0.5V時,整個采樣范圍內(nèi)線性優(yōu)于