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(多图) 基于公用电话网(PSTN)的智能路灯控制器设计

2012年01月04日 ?? 收藏0
  1 引言

  随着各城市对路灯照明的重视, 路灯照明的管理、监测、控制和维护的工作量增大,人力物力资源有限的问题日益突出。为提高路灯管理效率,需要一种新型的路灯远程监控系统。目前,远程监控系统通常采用上下位拓扑结构,而且下位机经常为无人职守形式。远程监测系统中通信采用的物理链路有: 现场总线形式, 如CAN、RS-422/485 等;Internet 形式;PSTN(公用电话网)形式。现场总线形式受通信距离的约束,远程能力有限,例如CAN 总线的直接通信距离最大为10Km,第2 和第3 两种形式,虽在距离上没有限制,但对硬件的要求和实现的途径各不相同。从目前的技术条件及从通信距离、实时性、可靠性与安全性等诸多方面的综合*价,基于公用电话网(PSTN)的远程监控系统更适合一些。故针对路灯管理处设备陈旧、可靠性差、设备有限、投资少、故障多、线路多、管理维护不方便等情况,选择PSTN 通讯方式,设计开发基于AT89S8252 智能路灯控制器, 对城市路灯运行状态进行远程智能监控。

  智能路灯控制器是系统的主要组成部分。它关系到上位机与路灯控制器的信息交互, 是系统信息交换的枢纽。智能路灯控制器既可以起到上传下达的作用,也可以单独对路灯进行控制。它与上位机是采用PSTN 通信,完成控制器运行数据的传输。这样既可以实现远程通信,也可以节约线路成本。控制更为精细。系统构架如图1所示。

图1 远程监控系统构架图

  2 智能路灯控制器硬件电路设计与功能描述

  2.1 测量电路

  在测量电路中, 采样电路需要采集三相电压信号和四相电流信号(包括零线电流) 。本系统采用直流采样法。电压变化电路如图2 所示。

图2 电压变换电路。

  图2 中PT1 是一种电流型电压互感器,A 相输入电压经限流电阻R1(100K),使PT1 初级(原边)的额定电流为2.

  2mA,次级(副边)会产生一个相同的电流。通过运算放大器(LF353),用户可以通过调节反馈电阻R3 的值在输出端得到所要求的电压输出。以标准工频电压220V 为例,可以算出转换后A 相电压有效值为:,转换后的电压信号满足各元器件的输入电压要求。

  电流变换电路采用精密电流互感器CTY205A(CT1),电流变化电路如图3 所示。

电流变换电路

  通过运算放大器(LF353)的作用,用户可以调节反馈电阻R4 的值在输出端得到所要求的电压输出。以电流(交流值AC)5A 为例,电流互感器转换出来的电流信号为:,转换后的电流信号满足系统各元器件的输入电压要求。

  电压电流经互感器变换, 输入双四选一译码器, 微处理器通过控制电压、电流值进行多路转换。选用LF353 连接成射极跟随器,起到隔离、跟随的作用。多路转换模块如图4 所示。电压电流监测模块选用有效值转换芯片AD536 计算输入的复杂的交流值AC 的均方根值, 输出一个等效的直流值D C 。再输入系统中的ADC 转换电路。电压电流监测模块如图5 所示。

多路转换模块

  电压电流监测模块所采集的两路信号需经过模数转换器变换后输入控制器,因此选用DS2450 模数转换接口芯片。DS2450 是DALLAS 公司生产的一线式4 通道逐次逼近式A/D 转换器,其输入电压范围、转换精度位数、报警门限电压可编程;每个通道有各自的存储器以存储电压范围设置、转换结果、门限电压等参数;普通方式下串行通信速率达16.3kbps,超速工作时速率达142kbps,片内16 位循环冗余校验码生成器可用于检测通信的正确性;DS2450 采用8 引脚SOIC 小体积封装形式, 既可用单5V 电源供电, 也可采用寄生电源方式供电。电路正常工作时仅消耗2. 5mW 功率,不工作时消耗25 μW。CPU 只需一根端口线就能与诸多一线式芯片通信, 占用微处理器的端口较少, 可节省大量的引线和逻辑电路。模数转换接口电路如图6 所示。


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电压互感器? 运算放大器? 继电器?

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