CN102325410A

CN102325410A - 基于以太网的高杆灯节能智能控制系统

Info

Publication number: CN102325410A
Application number: CN201110257121A
Authority: CN
Inventors: 刘岐; 俞武华; 刘晓骏; 杨建中; 曹齐; 张攀; 刘渝川; 樊篱; 徐应年; 付松军
Original assignee: CCCC Second Harbor Consultants Co Ltd
Current assignee: CCCC Second Harbor Consultants Co Ltd
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开了一种基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，包括控制主机、高杆灯远程控制器、高杆灯，控制主机通过网络与高杆灯远程控制器连接；高杆灯远程控制器包括一个单片机作为核心控制芯片，单片机通过网络接口模块与以太网连接，单片机连接有拨码开关；高杆灯远程控制器通过高杆灯控制逻辑电路及高杆灯驱动电路驱动镇流器实现对高杆灯的控制；单片机连接了数模转换电路以及运算放大器组成的缓冲电路，实现调光控制；还连接了数字缓冲器以及光耦合器，以采集来自高杆灯的状态信号，实现高杆灯工作状态监测。利用本发明的技术方案，能够远程控制高杆灯的开关和亮度，便于及时调整，节约用电。而且在遇到问题时，能够及时进行检修。

Description

基于以太网的高杆灯节能智能控制系统

技术领域

本发明属于网络控制领域，特别涉及到可组网的、可群控、可调光的高杆灯节能远程智能控制系统。

背景技术

高杆灯现已广泛用于港口、矿山、交通、广场等作为夜间区域照明设备。通常的自动控制方式是夜间开，白天关闭，即预先设定好开与关的时间方案，或采用光敏器件采集光照实际情况，控制开、关高杆灯。但是许多企业如港口堆场夜间作业范围和时间上具有不确定性，存在无作业区域和有限作业区域仍全亮灯的现象，造成大量电能的浪费。另外，通常高杆灯分布与控制管理中心距离较远，如果需要工作人员到现场调整亮灯的时间和数量以及照明设备出现故障的判断和排除工作会存在很多不便。

发明内容

为了很好的解决当前采用高杆灯照明使用中存在能源浪费，控制和维护不便的状况，本发明设计了一种新型的可组网、可群控、可调光的、节能效果显著的远程高杆灯智能控制系统。

本发明是这样实现的：

一种基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，包括①控制主机、③高杆灯远程控制器、⑧高杆灯，控制主机通过网络与高杆灯远程控制器连接，并分配每个高杆灯远程控制器一个IP地址；高杆灯远程控制器包括一个单片机作为核心控制芯片，单片机通过网络接口模块与以太网连接，单片机连接有拨码开关；高杆灯远程控制器通过高杆灯控制逻辑电路及高杆灯驱动电路驱动镇流器实现对高杆灯的控制。

在本发明中，网络为以太网，采用树型拓扑网络控制方式，①控制主机位于树型拓扑网络中心。

所述的单片机为AT89S52。AT89S52，共32个IO口，其中P0及P2口作为数据和地址总线使用，不能再外接IO设备；而P3口部分端口已经占用，其中WR、RD为总线时序控制信号，TxD、RxD用以连接ST24C02的IIC串行总线；P1口已连接了拨码开关。所以，不能使用IO端口进行高杆灯控制，所以单片机AT89S52通过使用数字信号锁存芯片74HC573构成高杆灯控制逻辑的电路，为了增加前端高杆灯控制逻辑电路的电流驱动能力，锁存芯片74HC573输出连接了驱动芯片ULN2003，提供六组无源触头，实现对灯的分组控制；同时输出一路模拟量实现对灯的亮度的调节；本控制单元还包括时钟定时电路，实现高杆灯的定时开、关，并可通过网络修改相关的参数。实时时钟模块，使用DS12887芯片，内部除了10B与时间相关的寄存器单元及4B配置寄存器外，还含有114B用户可用内存，该芯片内嵌锂电池，以保证系统掉电时，系统时间仍然能够继续保持，而无需在电力恢复后校准时间。

所述单片机AT89S52通过模数转换器DAC0832输出一路模拟量，经运算放大器LM358组成的缓冲电路输出，供给高杆灯镇流器，实现对灯的亮度的调节。

系统输入16路开关量信号，经过光耦合器TL521隔离，经数字缓冲器74LS244缓冲后，输入所述单片机，实现高杆灯工作状态参量采集和监视。

控制器还配置了掉电参数保护模块ST24C02，以存储系统的工作参数，当用户对系统参数进行设置时，将写入存储器，开机时读取参数配置，系统掉电恢复后仍能恢复上次设置。

控制器与管理网络采用工业以太网，从稳定性考虑，采用光纤通信抗干扰能力强，造价较低。网络采用树型拓扑网络控制方式，管理计算机是树型网络中心，通过光纤通讯将每个高杆灯联接入网组成一个控制系统，计算机分配每座高杆灯远程控制器一个IP地址，每个远程控制器5路输出，每路输出驱动一个三相交流接触器，各接触器实现对高杆灯12个灯具的1/4开、2/4开和3/4开或全开控制，以满足实际照度的需求。

以太网接口模块采用以太网协议转换器，采用专用TCP/IP芯片：由于系统资源有限，在TCP/IP协议栈开发过程中，根据应用需要对系统进行了适当的裁减，本转换器应用IIC存储器芯片保存了IP地址的相关参数。

本发明采用计算机集中控制系统和现场操作(现场优先)两种方式，集中控制通过以太网，光纤传输方式将点灯信号送至各个高杆灯。作业照明和室外路灯控制器内，由远程控制器对高杆灯控制箱内照明回路进行分组控制。现场操作方式由工作人员在各高杆灯的操作控制箱分路开关实现，在控制箱上设远程控制模式/现场手动操作模式选择开关，方便设备维护和检修。

远程控制器可采集高杆灯的每个回路的实时工作电流、电压及灯光开关状态，系统通过轮询的方式检查系统中所有高杆灯的运行状态，若电流或电压值出现非正常状态，灯光开闭与设定不一致时，上位机管理系统会立刻发出报警提示，显示具体哪一根灯杆出现何种故障，并通过短信发给相关人员，以便及时到现场维修。

主要的控制方式：

1)实时控制，通过手动模式实现对单路或者多路灯光的控制，可用于临时性的开关灯操作。

2)预设时间方案控制，可预设多种开关灯的时间方案，能按照预先安排的生产计划周期来实现定时开关灯。

3)多种控制模式，可实现灯头全亮的夜间作业模式、单灯头亮道路照明模式和其他混合模式。

4)单控或群控，能将高杆灯的灯光设备分成不同的群组，通过单控或群控实现区域作业照明要求。

5)配合可调光的电子镇流器可通过网络远程对高杆灯的亮度进行调节。

本发明的实现，通过以太网协议转换器实现一个和几个区域内高杆灯的组网，从而实现网络控制，其IP地址可通过拨码开关进行设置，并保存在IIC存储器中，通过远程控制器单元实现对高杆灯工作模式的切换，利用其中的定时器可实现定时控制。并能通过网络修改参数(随着季节的变换昼夜时间存在差异)，同时可通过网络实现单控或群控等多种控制方式。

利用本发明的技术方案，能够远程控制高杆灯的开关和亮度，便于及时调整，节约用电。而且在遇到问题时，能够及时进行检修。另外本发明还提供了本地控制系统，维修人员或者本地操作人员需要本地操作时，可以利用高杆灯升降箱内的本地控制系统对高杆灯进行控制，安全便捷。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为高杆灯远程控制器结构示意图；

图3为高杆灯照明控制原理图；

图4为单片机核心电路图；

图5为模拟电压输出电路；

图6为数字量输入电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如附图1所示，一种高杆灯照明智能控制系统，控制主机1通过光纤4与多个高杆灯远程控制器7连接，高杆灯远程控制器连接高杆灯6。高杆灯远程控制器7位于高杆灯控制箱5内。为了增加控制主机的控制能力，在控制主机1与高杆灯远程控制器7之间安装有交换机。在交换机与高杆灯控制箱之间连接有断路器2，高杆灯控制箱内也安装有断路器8。

如附图2所示，为高杆灯远程控制器的结构示意图，高杆灯远程控制器的核心为单片机，单片机通过网络接口模块接入以太网，并与控制主机通过以太网连接。在单片机还连接有拨码开关。单片机通过使用数字信号锁存芯片74HC573构成高杆灯控制逻辑的电路，进行高杆灯控制逻辑与调光，锁存芯片74HC573输出连接了驱动芯片ULN2003构成高杆灯驱动电路，高杆灯驱动电路连接镇流器控制高杆灯的开关和亮度调节。所述单片机还连接有实时时钟模块，使用DS12887芯片，内部除了10B与时间相关的寄存器单元及4B配置寄存器外，还含有114B用户可用内存。实时时钟模块内有时钟定时电路，实现高杆灯的定时开、关，并可通过网络修改相关的参数。

本发明在使用时，可以通过控制主机设置高杆灯的开关时间和进行高杆灯的亮度调节，进行集中控制。也可以直接在现场对各个高杆灯进行调节。集中控制由生产调度人员根据装卸作业需要通过计算机界面将命令发出，经由以太网光纤传输方式将点灯信号送至各个高杆灯的远程控制器内，由远程控制器输出开关量对高杆灯控制箱内照明回路进行分组控制。现场操作方式由工作人员在各高杆灯的操作控制箱分路开关和接触器控制按钮实现，在控制箱上设远程控制模式/现场手动操作模式选择开关，方便设备维护和检修。

远程控制器采用单片机AT89S52作为核心控制芯片，共32个IO口，在使用时可按照工况对远程控制器进行编程。图2中与远程控制器的链接开关的控制由生产调度人员根据装卸作业需要通过计算机界面将命令发出，经由以太网光纤传输方式将点灯信号送至各个高杆灯控制箱内已经预先植入程序的远程控制器，由远程控制器输出实现对高杆灯控制箱内照明回路进行分组控制。

附图3为高杆灯照明控制原理图，图中各标记均为本领域的常规标记，具体为：QF1至QF4为小型断路器，FU1为熔断器，1KZ为远程控制器，1SE为开关电源，1SB1至3SB1为启动按钮，1SB2至3SB2为停止按钮，SA为选择开关，KM1至KM3为交流接触器，XS1为升降箱插座，

至

为电缆插接头，EL1至EL15为灯。根据附图2可以明确的看到本发明的照明控制原理。其中升降箱插座提供给高杆灯升降控制用交流电动机所需AC380V的电源，维修灯具升降灯盘时，将受电插头插入插座。

附图4为单片机核心电路，单片机为AT89S52，共32个IO口，其中P0及P2口作为数据和地址总线使用，不能再外接IO设备；而P3口部分端口已经占用，其中WR、RD为总线时序控制信号，TxD、RxD用以连接ST24C02的IIC串行总线；P1口已连接了拨码开关。

附图5为模拟电压输出电路，单片机AT89S52通过模数转换器DAC0832输出一路模拟量，经运算放大器LM358组成的缓冲电路输出，供给高杆灯镇流器，实现对灯的亮度的调节。

附图6为数字量输入电路，是在系统输入16路开关量信号时，信号经过光耦合器TL521隔离后，再经过数字缓冲器74LS244缓冲后，将外部输入的开关信号传送至单片机，实现高杆灯工作状态参量采集和监视。

Claims

1.一种基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，包括控制主机、高杆灯远程控制器、高杆灯，其特征在于：控制主机通过网络与高杆灯远程控制器连接，并分配每个高杆灯远程控制器一个IP地址；高杆灯远程控制器包括一个单片机作为核心控制芯片，单片机通过网络接口模块与以太网连接，单片机连接有拨码开关；高杆灯远程控制器通过高杆灯控制逻辑电路及高杆灯驱动电路驱动镇流器实现对高杆灯的控制。

2.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述网络为以太网，采用树型拓扑网络控制方式，控制主机位于树型拓扑网络中心。

3.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述的单片机为AT89S52，共32个IO口，其中P0及P2口作为数据和地址总线使用，P3口部分端口中WR、RD为总线时序控制信号，TxD、RxD用以连接ST24C02的IIC串行总线；P1口连接拨码开关。

4.根据权利要求3所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述单片机AT89S52通过使用数字信号锁存芯片74HC573构成高杆灯控制逻辑的电路，锁存芯片74HC573输出连接了驱动芯片ULN2003构成高杆灯驱动电路，驱动芯片ULN2003提供六组无源触头，实现对灯的分组控制。

5.根据权利要求3或4所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述单片机AT89S52通过模数转换器DAC0832输出一路模拟量，经运算放大器LM358组成的缓冲电路输出，供给高杆灯镇流器，实现对灯的亮度的调节。

6.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：系统输入16路开关量信号，经过光耦合器TL521隔离，经数字缓冲器74LS244缓冲后，输入所述单片机，实现高杆灯工作状态参量采集和监视。

7.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述高杆灯远程控制器包括时钟定时电路，实现高杆灯的定时开、关，并可通过网络修改相关的参数；实时时钟模块，使用DS12887芯片，内部除了10B与时间相关的寄存器单元及4B配置寄存器外，还含有114B用户可用内存，该芯片内嵌锂电池，以保证系统掉电时，系统时间仍然能够继续保持，无需在电力恢复后校准时间。

8.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：高杆灯远程控制器还配置了掉电参数保护模块ST24C02，以存储系统的工作参数，当用户对系统参数进行设置时，将写入存储器，开机时读取参数配置，系统掉电恢复后仍能恢复上次设置。

9.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述高杆灯远程控制器5路输出，每路输出驱动一个三相交流接触器，各接触器实现对高杆灯12个灯具的1/4开、2/4开和3/4开或全开控制，以满足实际照度的需求。

10.根据权利要求1所述基于以太网的高杆灯节能智能控制系统，其特征在于：所述高杆灯远程控制器可采集高杆灯的每个回路的实时工作电流、电压及灯光开关状态，系统通过轮询的方式检查系统中所有高杆灯的运行状态，若电流或电压值出现非正常状态，灯光开闭与设定不一致时，高杆灯节能智能控制系统会立刻发出报警提示，显示具体哪一根灯杆出现何种故障，并通过短信发给相关人员，以便及时到现场维修。