1 系統(tǒng)硬件電路的設計
1．1 智能路燈控制系統(tǒng)
    該智能路燈節(jié)能系統(tǒng)主要由電量檢測電路、實時時鐘、自耦變壓器電路、顯示電路及載波通信等電路組成。將一年大致分為三個季節(jié)段來對路燈進行控制，使其在不同的季節(jié)有不同的開關燈時間。而從開燈到關燈根據(jù)當?shù)亟煌ㄓ挚纱笾路譃槿齻€階段(高峰、正常、低谷)來對路燈進行控制。從實時時鐘芯片中將當前的路燈工作狀況進行相應的歸類，由單片機輸出控制接觸器的線圈的斷合，而其觸點的輸出分別控制自耦變壓器的三個觸頭，對應著四個檔位，每個檔位對應著相應的路燈電壓。由于電力傳輸中有諧波干擾造成電力不穩(wěn)，要時刻檢測路燈的電量，以電量芯片ATT7028檢測出電流或者電壓過高或者過低，將得到的信息傳給AT89C51單片機，單片機同時與鐵電存儲器的信息相比較，如果發(fā)現(xiàn)電流或者電壓過高或者過低，單片機馬上做出調整，適當?shù)亟档突蛘呱唠妷?，以實現(xiàn)對路燈過載、過壓等各種功能進行控制，用電力載波通信技術將現(xiàn)場情況傳送至監(jiān)控室。原理框圖如圖1所示。

1．2 電量檢測電路的設計
    電量采集模塊主要完成路燈電流和電壓的數(shù)據(jù)采集。將采集到的信號轉換為ADC電路可采集處理的模擬信號，通過電量芯片轉換為數(shù)字信號送到單片機中，檢測電壓和電流是否超載，依據(jù)此來控制電路負載的電壓。設計中采用三相電能專用計量芯片ATT7028A，適用于三相三線和三相四線應用，能夠測量各相以及合相的有功功率、有功能量，同時還能測量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復功率多功能電能表的需求。同時將電量信號存入到鐵電存儲器AT24C24里，該存儲器數(shù)據(jù)不易丟失，以便有功電能歷史記錄的查詢。ATT7028A提供一個SPI接口，方便與外部單片機之間進行計量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。設計中應用ATT7028A測量電流和電壓有效值，采用軟件校表，通過SPI接口與外部單片機之間進行計量參數(shù)的傳遞，以此來檢測路燈電壓電流的有效值。另外對檢測到的過載、過壓等故障進行報警。
1．3 路燈控制電路
    路燈控制電路由譯碼電路、開關電路與變壓器控制電路組成。為了使路燈分時控制取得優(yōu)良的節(jié)能效果，除了要根據(jù)時間段來開啟不同檔位電壓外，還需要實際考慮到電網(wǎng)電壓在不同時段的電壓波動情況。故將單片機檢測到的電量信號與處理的實時時鐘芯片DS1302信號作為74LS155二-四譯碼器譯碼地址輸入端，譯碼器的四個端輸出經(jīng)三極管放大后分別驅動四個接觸器的線圈，而其四個觸點分別對應自藕變壓器的三個觸頭，亦即路燈四種檔：全壓(220 V)、高峰期檔(額定電壓的93%)、正常期檔(額定電壓的88%)、低峰期檔(額定電壓的83％)。從而達到既兼顧路燈亮度又達到節(jié)能的效果。KM4接在母線上還能關閉路燈，原理如圖2所示。

1．4 電力載波通信
    為了實現(xiàn)控制室能夠方便及時了解現(xiàn)場路燈運行情況，采用電力線載波通信技術將現(xiàn)場路燈檢測運行的狀況傳送至控制室。以LM1893集成芯片實現(xiàn)電力載波通信，LM1893是美國國家半導體公司生產(chǎn)的FSK制式的調制解調芯片。能夠實現(xiàn)可靠的串行數(shù)據(jù)的半雙工電力線通信，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)兩種工作模式，能夠與51單片機相兼容。LM1893調制解調數(shù)據(jù)輸入端DATAIN與AT89C51單片機的串行輸出口TXD相連，輸出端DATAOUT與AT89C51的串行輸入口RXD相連。LM1893的TX／RX發(fā)送接收控制端由單片機的P1．O端控制，高電平為發(fā)送狀態(tài)，低電平為接收狀態(tài)。路燈控制器接收到外部數(shù)據(jù)信息后，先要對所收數(shù)據(jù)的報文頭和地址進行判斷。當報文頭正確，地址為本機地址時，它才執(zhí)行相應的燈控命令，執(zhí)行完后進入發(fā)送狀態(tài)。

2 軟件設計
    軟件主要完成：根據(jù)比較所得的結果控制硬件切換檔位以達到路燈定時工作的要求；檢測實時電網(wǎng)電壓以控制是否要改變檔位以達到電網(wǎng)實時監(jiān)控的目的；最后則是配合主控室完成多機通信。整個智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)被分為了分時分段模塊(主要通過時鐘芯片DS1302和鐵電存儲芯片AT24C02配合完成)、電壓監(jiān)控調檔模塊(由電工參數(shù)測量芯片ATT7028加以軟件判斷來實現(xiàn))、遠程通信模塊(由LM1893完成)以及實時顯示模塊組成。
    將一年大致分為三個季節(jié)段來對路燈進行控制，每個季節(jié)段有著不同的開關燈時間。從開燈到關燈根據(jù)當?shù)亟煌ㄓ挚纱笾路譃槿齻€階段來對路燈進行控制，分別為交通高峰期、交通正常期和交通低谷期。這三個階段加上避免電網(wǎng)電壓過低的全壓運行檔，就構成了全壓、高峰、正常、低谷四個工作時間段，根據(jù)本地區(qū)的實際情況進行劃分。系統(tǒng)通過對日歷時鐘芯片DS1302
讀出來的當前與鐵電存儲器芯片AT24C02中存儲的開、關燈時間進行比較，在各檔開啟的時刻就切換至相應檔位，在關閉的時段關閉，其余時段進行監(jiān)控。在交通高峰時段，保證路燈有足夠的照明度。于是正常情況下，路燈應投入第1檔運行。此時，當電網(wǎng)電壓過低(低于208 V)，則路燈應全壓運行；如果電網(wǎng)電壓過高(高于236 V)，路燈可以跳過第1檔，直接投入第2檔運行。在交通正常階段，要兼顧照度和節(jié)電效果，正常情況下，路燈應該投入第2檔運行。在電網(wǎng)電壓低手205 V時，返回第1檔運行；在電網(wǎng)電壓高于242 V時，則投入第3檔運行。在交通低谷階段，重點考慮節(jié)電效果。正常情況下投入第3檔運行，只有當電網(wǎng)電壓過低(低于195 V)時，路燈才會返回第2檔運行。但是由于電網(wǎng)的波動或干擾，可能會出現(xiàn)電壓偶爾的不正常，若一旦檢測到電壓超限就切換檔位，很容易造成誤操作，從而導致頻繁的切換。設計中采用了以下方法來避免檔位的頻繁切換：當路燈運行于1～2檔時刻之間，需使電壓維持在208～236 V之間，這里采用COUNT，COUNT_H，COUNT_L三個計數(shù)器來監(jiān)測電壓。COUNT從0開始，每分鐘加1，加到5，即5 min后清零。COUNT_H從0開始，每min比較當前電壓與電壓上限值的大小，若超過上限則將COUNT_H加1，在每次COUNT清零之前，若COUNT H值等于5，則認為連續(xù)5 min電壓超出上限運行，相應地將路燈運行檔位切換至低一檔運行；若COUNT_H值小于5，則認為是電網(wǎng)的波動，不進行切換。電壓下限監(jiān)測同理。每5 min將三個計數(shù)器同時清零。
    從SPI總線上獲取ATT7028檢測的電工參數(shù)的計量結果，再對檢測值進行校表，即可對校表寄存器賦值來進行軟件校表。
    顯示模塊主要是在控制室內(nèi)顯示當前時間及檢測到的路燈的運行情況。
    主程序與各個子模塊之間采用定時中斷聯(lián)系，每隔1 min中斷一次，在每次中斷時均要完成四大任務，即讀出實時時間發(fā)送至主控室，決定是否換檔，根據(jù)電網(wǎng)波動實際情況控制決定是否改變檔位，以及將原邊電網(wǎng)電壓根據(jù)實際情況發(fā)送至監(jiān)控室。軟件流程圖如圖3所示。

3 節(jié)能效果分析
    以1 kw路燈為例，設當路燈電壓為205 V時，單位時間耗電量為0．87 kWh；當路燈電壓為193 V時，耗電為O.77 kWh；在滿足行人車輛運行需要的情況下，適當降低路燈的端電壓，可節(jié)能20％左右。在深夜行人稀少時，可將路燈的端電壓降至170～180 V，路燈1 h內(nèi)耗電O.55 kWh左右，除去其他損耗，可節(jié)約電能近40 %。

4 結 語
    該智能路燈節(jié)能裝置采用分時換擋方法，在保證照明的情況下兼顧到了用電低谷期節(jié)能效果。實驗表明該智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可明顯地提高路燈的用電效率，延長路燈使用壽命。在節(jié)約能源、電力資源合理利用的今天，該裝置有著十分廣闊的社會和商業(yè)前景。