CN106253953A - 一种路灯供电线路工频通信系统及其通信方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种路灯供电线路工频通信系统及其通信方法，路灯供电线路工频通信系统包括路灯管理监控中心、主站装置、从站装置，若干主站装置通过路灯配电线路与若干从站装置相连接；主站装置包括变压器、主限流电阻、主单片机集成模块、主可控硅、电流互感器、通信模块；所述从站装置分别包括从单片机集成模块、从可控硅、从限流电阻，从单片机集成模块内部集成有电源管理器、从单片机。本申请具有性能稳定可靠，制作成本低,单片机在接到主站装置并发出信号后，命令对应可控硅是否触发导通，使线路上发生短路与非短路的状态，将单片机检测的信息上传给主站装置，主站装置发出信号中包含的能量，通过从站装置电源管理器输送给单片机作为工作电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种路灯系统，特别是一种路灯供电线路工频通信系统及其通信方法。
背景技术
城市路灯照明是市民夜间安全出行的重要保证，可靠良好的照明条件是象征一个城市文明繁华的重要标志，是城市建设的重要基础设施之一。随着我国经济的高速发展，城市建设的步伐也大大加快，对于城市照明的要求越来越高，对路灯的管理越来越严格。目前市场上有很多路灯管理装置，主要是通过载波方式和无线网络方式进行通讯。
电力载波通讯方式是依据原配电网线路通过高频进行数据通讯，但是配电网线路复杂，各种谐波干扰作用于配电网上，导致载波模块通讯异常不稳定、不可靠，成本相对较高等缺点。
无线网络通讯方式主要问题是必须在每个路灯安装外置天线和数据传送装置，这样影响城市灯杆的美观，本身投资很大，无线通讯费用大，维护成本大。
发明内容
本发明的目的就是为了解决背景技术中的不足之处，提供一种路灯供电线路工频通信系统及其通信方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种路灯供电线路工频通信系统，包括路灯管理监控中心、主站装置、从站装置，若干主站装置通过路灯配电线路与若干从站装置相连接；所述主站装置包括变压器、主限流电阻、主单片机集成模块、主可控硅、电流互感器、通信模块，在数据通讯时通过变压器将路灯配电线路上的电压变为安全电压，变压器输出的一端穿过电流互感器中间孔与主可控硅的阴极连接，主可控硅的阳极与主限流电阻一端连接，主限流电阻另一端与配电总控制开关的辅助常闭开关一端连接，辅助常闭开关的另一端与火线连接，变压器输出的另一端与路灯配电线路的零线相连接；电流互感器的信号输出端与主单片机集成模块的信号采集端相连接；所述主单片机集成模块连接有通信模块，且通过通信模块与路灯管理监控中心通信连接；主可控硅的触发极与主单片机集成模块的输出端连接，主单片机集成模块的供电连接端与配电线路电性连接得到工作电源；所述从站装置分别包括从单片机集成模块、从可控硅、从限流电阻，从单片机集成模块内部集成有电源管理器、从单片机，从可控硅的阳极与经从限流电阻后与配电线路的火线连接，从可控硅的阴极与配电线路零线连接，从可控硅的触发极与从单片机集成模块输出端相连，从单片机集成模块内部电源管理器的供电连接端分别与配电线路的火线和零线连接。
对于本发明的一种优化配电总控制开关的控制线圈与主站装置的控制端相连接，通过经纬度或定时控制配电总控制开关的合闸与分闸。
一种采用所述路灯供电线路工频通信系统的通信方法，主站装置的主单片机集成模块控制配电总控制开关的开灯与关灯，在路灯关灯时，控制配电总控制开关断开，同时辅助常闭开关接通，路灯配电线路的220V电压切断，主站装置的主单片机集成模块控制主可控硅的导通，经主限流电阻使整个路灯配电线路接通变压器输出的安全电压，由主站装置的主单片机集成模块控制主可控硅导通与不导通，使路灯配电线路实现高低电位变化，发出特定“1”或“0”组成的编码波形，通过配电线路广播至各个从站装置，各个从站装置的从单片机集成模块被激活，从站装置按照自身设定地址的先后顺序通过延时方式挨个进行数据传送；或者主站装置发出特定编码波形，各个从站装置的从单片机集成模块被激活待命，主站装置的主单片机集成模块发出特定“1”或“0”组成的点名特定编码波形1～n，来触发对应的从站装置进行数据通讯，从站装置从单片机集成模块的工作电源采用自举电路。
对于本发明的一种优化，主单片机集成模块发出特定的编码波形后，实现与从站装置从单片机集成模块之间的通讯，主单片机集成模块通过电流互感器采集路灯配电线路电流的变化信号，或者根据采集路灯配电线路火线与零线之间a、b点的电压变化信号，判断从站装置从单片机集成模块传输过来的信息，通过信息处理，转化为从站装置从单片机集成模块实际上传的信息；同时判断从站装置从单片机集成模块是否能正常通讯，通过相邻从站装置从单片机集成模块的通讯情况，来判断线路断线点位或者某个从站装置故障，可以在主站装置上直接读出路灯的运行信息及故障情况并发出告警，主站装置中的通讯模块通过RS485口、RS23口传至无线电通讯模块后将信号传输至路灯管理监控中心或路灯管理员的手机短信上。
对于本发明的一种优化，所述的主可控硅替换成继电器，主单片机集成模块控制继电器线圈的工作电源，让继电器主回路接通和分断，使路灯配电线路实现高低电位变化；所述的从可控硅也可以是继电器，从单片机集成模块控制继电器线圈的工作电源，让继电器主回路接通和分断，使路灯配电线路实现高低电位变化。
对于本发明的一种优化，利用配电网输送的安全电压信号，通过限流电容器C1，经二极管D1、D2进行半波整流，经稳压二极管D3，同时连接储能电容器C2，再并接高频电容器C3，将稳压输出的可靠电压输送给从单片机集成模块21做为工作电源，电容器C1上并接有放电电阻RX。
对于本发明的一种优化，所述的安全电压为25V及以下电压。
对于本发明的一种优化，所述主单片机集成模块包括有主CPU,主电源电路、主时钟电路、电流检测电路、放大电路、电压信号发生电路、报警电路、存储电路。所述的电流检测电路可以是电压检测电路。
对于本发明的一种优化，所述从单片机集成模块包括有从CPU，从电源电路、从时钟电路、电压信号检测电路、红外收发电路、信号隔离电路、电流或电压信号发生电路。
本发明与背景技术相比，具有性能稳定可靠，制作成本低，不需要设置无线通讯模块，即不会产生无线通讯费用，而且单片机在接到主站装置并发出信号后，命令对应可控硅是否触发导通，使线路上发生短路与非短路的状态，将单片机检测的信息上传给主站装置，主站装置发出信号中包含的能量，通过从站装置电源管理器输送给单片机作为工作电源。
附图说明
图1是路灯供电线路工频通信系统的原理示意图之一。
图2是路灯供电线路工频通信系统的原理示意图之二。
图3是路灯供电线路工频通信系统的原理框图。
图4是主站装置的主单片机集成模块的原理框图。
图5是从站装置的从单片机集成模块的原理框图。
图6是从站装置的从单片机集成模块自举电路原理图。
具体实施方式
实施例1：参照图1-6。一种路灯供电线路工频通信系统，包括路灯管理监控中心4、主站装置1、从站装置2，若干主站装置1通过路灯配电线路3与若干从站装置2相连接；所述主站装置1包括变压器12、主限流电阻13、主单片机集成模块14、主可控硅15、电流互感器16、通信模块17，在数据通讯时通过变压器12将路灯配电线路上的电压变为安全电压，变压器12输出的一端穿过电流互感器16中间孔与主可控硅15的阴极连接，主可控硅15的阳极与主限流电阻13一端连接，主限流电阻13另一端与配电总控制开关5的辅助常闭开关11一端连接，辅助常闭开关11的另一端与火线连接，变压器12输出的另一端与路灯配电线路3的零线相连接；电流互感器16的信号输出端与主单片机集成模块14的信号采集端相连接；辅助常闭开关11是220V电压和25V电压切换开关。所述主单片机集成模块14连接有通信模块17，且通过通信模块17与路灯管理监控中心4通信连接；主可控硅15的触发极与主单片机集成模块14的输出端连接，主单片机集成模块14的供电连接端与配电线路3电性连接得到工作电源；所述从站装置2分别包括从单片机集成模块21、从可控硅24、从限流电阻25，从单片机集成模块21内部集成有电源管理器22、从单片机23，从可控硅24的阳极与经从限流电阻25后与配电线路3的火线连接，从可控硅24的阴极与配电线路3零线连接，从可控硅24的触发极与从单片机集成模块21输出端相连，从单片机集成模块21内部电源管理器22的供电连接端分别与配电线路3的火线和零线连接。配电总控制开关5的控制线圈与主站装置1的控制端相连接，通过经纬度或定时控制配电总控制开关5的合闸与分闸。所述的安全电压为25V及以下电压。所述的主单片机集成模块14包括有主CPU、主电源电路、主时钟电路、电流或电压检测电路、放大电路、电压信号发生电路、报警电路、存储电路。所述从单片机集成模块21包括有从CPU、从电源电路、从时钟电路、电压信号检测电路、红外收发电路、信号隔离电路、电流或电压信号发生电路。
实施例2：参照图2。在实施例1的基础上，所述的主可控硅15替换成继电器，主单片机集成模块14控制继电器线圈的工作电源，让继电器主回路接通和分断，使路灯配电线路实现高低电位变化；所述的从可控硅24也可替换成继电器，从主单片机集成模块14控制继电器线圈的工作电源，让继电器主回路接通和分断，使路灯配电线路实现高低电位变化。
实施例3：参照图1-6。一种采用所述路灯供电线路工频通信系统的通信方法，主站装置1的主单片机集成模块14控制配电总控制开关5的开灯与关灯，在路灯关灯时，控制配电总控制开关5断开，同时辅助常闭开关11接通，路灯配电线路3的220V电压切断，主站装置1的主单片机集成模块14控制主可控硅15的导通，经主限流电阻13使整个路灯配电线路3接通变压器12输出的安全电压，由主站装置1的主单片机集成模块14控制主可控硅15导通与不导通，使路灯配电线路3实现高低电位变化，发出特定“1”或“0”组成的编码波形，通过配电线路3广播至各个从站装置2，各个从站装置2的从单片机集成模块21被激活，从站装置2按照自身设定地址的先后顺序通过延时方式挨个进行数据传送；或者主站装置1发出特定编码波形，各个从站装置2的从单片机集成模块21被激活待命，主站装置1的主单片机集成模块14发出特定“1”或“0”组成的点名特定编码波形1～n，来触发对应的从站装置2进行数据通讯，从站装置2从单片机集成模块21的工作电源采用自举电路。
主单片机集成模块14发出特定的编码波形后，实现与从站装置2从单片机集成模块21之间的通讯，主单片机集成模块14通过电流互感器16采集路灯配电线路3电流的变化信号，或者根据采集路灯配电线路3火线与零线之间a、b点的电压变化信号，判断从站装置2从单片机集成模块21传输过来的信息，通过信息处理，转化为从站装置2从单片机集成模块21实际上传的信息；同时判断从站装置2从单片机集成模块21是否能正常通讯，通过相邻从站装置2从单片机集成模块21的通讯情况，来判断线路断线点位或者某个从站装置2故障，可以在主站装置1上直接读出路灯26的运行信息及故障情况并发出告警，主站装置1中的通讯模块17通过RS485口、RS23口传至无线电通讯模块后将信号传输至路灯管理监控中心4或路灯管理员的手机短信上。
从单片机集成模块21在接到主站装置1发过来的信号后，命令对应从可控硅24是否触发导通，使线路上发生短路与非短路的状态，将从单片机集成模块21检测的信息上传给主站装置1，主站装置1发来信息中包含的能量，通过从站装置2电源管理器22输送给从单片机集成模块21作为工作电源。
在正常接入安全电压时a、b之间的电压为V，在通讯时采集a、b之间的电压大于等于V/2时，主站装置1的主单片机14判断输出数字信号为“1”，a、b之间的电压小于V/2时，主站装置1的主单片机14判断输出数字信号为“0”，通过接收从站装置2组合的数字信号，进行数据通讯和处理，再将数字信号解析成实际的信息。
在正常接入安全电压V后，线路上实际电流为～0，从站装置2控制主可控硅15的导通，使线路处于短路与非短路状态，在短路时产生实际电流为A，采集电流互感器检测的电流信号大于等于A/2时，主站装置1的主单片机14判断输出数字信号为“1”；采集电流互感器16检测的电流信号小于A/2时，主站装置1的主单片机14判断输出数字信号为“0”，通过接收从站装置2组合的数字信号，进行数据通讯和处理，再将数字信号解析成实际的信息。
参照图6。图示为从站装置的从单片机集成模块自举电路，利用配电网输送的安全电压信号，通过限流电容器C1，经二极管D1、D2进行半波整流，经稳压二极管D3，同时连接储能电容器C2，再并接高频电容器C3，将稳压输出的可靠电压输送给从单片机23做为工作电源，电容器C1上并接有放电电阻RX。
从站装置2内部安装有检测电流互感器，在路灯开灯时，时刻检测路灯的电压、电流情况，电压异常记录数字信息为“1”，电压正常记录数字信息为“0”，电流异常记录数字信息为“1”，电流正常记录数字信息为“0”，并每隔一定时间更新数据存储在从站装置2的从单片机23中，在路灯关灯后，接入安全电压进行数据通讯时，通过控制从可控硅24的导通与不导通将存储信息发送给主站装置1，报告路灯的路灯故障情况并发出告警。所述的安全电压为交流工频25V及以下。
下面以路灯台区控制作为一个实施案例：在路灯管理监控中心设置后台控制软件，现有路灯台区总配电柜内安装主站装置及无线数据传送装置，在给路灯供电的灯杆内安装从站装置2；主站装置1可以通过经纬度、定时、手动控制等方式来控制路灯的开启和关闭，一般在天色渐暗时开启路灯，此时整个线路220V电压接通，路灯正常点亮，从站装置2的检测功能开启，实时检测电压、电流来判断路灯的故障情况，将检测结果存在芯片中并实时更新数据，待第二天早上路灯熄灭后，在总配电柜控制主回路切断220V电压，同时接入25V安全电压，此时检测功能关闭，通讯功能开启，通讯采用两种方式：1、发出特定“1”、“0”组成的编码波形X11111111，通过配电电网传输至各个从站装置2，各个从站装置单片机被激活，从站装置2按照自身设定地址的先后顺序通过延时方式挨个进行数据传送；2、发出特定“1”,“0”组成的编码波形Y11111110，各个从站装置单片机被激活待命，主站装置1的主单片机14可以发出点名特定“1”,“0”组成的编码波形1～n如00000001，00000010，来触发对应的从站装置2进行数据通讯；从站装置2则利用在夜间路灯点亮情况下检测的电压、电流的情况，通过控制可控硅的导通与不导通将存储信息发送给主站装置1，报告路灯的故障情况并发出告警；如全部正常控制可控硅的导通，输出00001，如电压正常欠电流控制可控硅导通则输出00101；由主站装置1同时判断从站装置2是否能正常通讯，默认输出00000表示通讯异常，通过相邻从站装置2的通讯情况，来判断线路断线点位或者某个从站装置2故障。如从站装置2的1～20路，1路和2路通讯正常，3路通讯异常，4路5路通讯正常，6～20路通讯异常，则说明第三路从站装置故障，第5路从站装置2后端线路基本断线；可以在主站装置1上直接读出路灯运行信息，主站装置1可以通过RS485口、RS232口，GPRS等方式将信号传输路灯后台管理中心或路灯管理员的手机上。
需要理解到的是：本实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种路灯供电线路工频通信系统，其特征在于包括路灯管理监控中心(4)、主站装置(1)、从站装置(2)，若干主站装置(1)通过路灯配电线路(3)与若干从站装置(2)相连接；所述主站装置(1)包括变压器(12)、主限流电阻(13)、主单片机集成模块(14)、主可控硅(15)、电流互感器(16)、通信模块(17)，在数据通讯时通过变压器(12)将路灯配电线路上的电压变为安全电压，变压器(12)输出的一端穿过电流互感器(16)中间孔与主可控硅(15)的阴极连接，主可控硅(15)的阳极与主限流电阻(13)一端连接，主限流电阻(13)另一端与配电总控制开关(5)的辅助常闭开关(11)一端连接，辅助常闭开关(11)的另一端与路灯配电线路(3)的火线连接，变压器(12)输出的另一端与路灯配电线路(3)的零线相连接；电流互感器(16)的信号输出端与主单片机集成模块(14)的信号采集端相连接；所述主单片机集成模块(14)连接有通信模块(17)，且通过通信模块(17)与路灯管理监控中心(4)通信连接；主可控硅(15)的触发极与主单片机集成模块(14)的输出端连接，主单片机集成模块(14)的供电连接端与配电线路(3)电气连接得到工作电源；所述从站装置(2)分别包括从单片机集成模块(21)、从可控硅(24)、从限流电阻(25)，从单片机集成模块(21)内部集成有电源管理器(22)、从单片机(23)，从可控硅(24)的阳极与经从限流电阻(25)后与配电线路(3)的火线连接，从可控硅(24)的阴极与配电线路(3)零线连接，从可控硅(24)的触发极与从单片机集成模块(21)输出端相连，从单片机集成模块(21)内部电源管理器(22)的供电连接端分别与配电线路(3)的火线和零线连接。
2.根据权利要求1所述的路灯供电线路工频通信系统，其特征是：配电总控制开关(5)的控制线圈与主站装置(1)的控制端相连接，通过经纬度或定时控制配电总控制开关(5)的合闸与分闸。
3.根据权利要求(1)所述的路灯供电线路工频通信系统，其特征是：所述的安全电压为25V及以下电压。
4.根据权利要求1所述的路灯供电线路工频通信系统，其特征是：所述的主单片机集成模块(14)包括有主CPU、主电源电路、主时钟电路、电流或电压检测电路、放大电路、电压信号发生电路、报警电路、存储电路。
5.根据权利要求1所述的路灯供电线路工频通信系统，其特征是：所述从单片机集成模块(21)包括有从CPU、从电源电路、从时钟电路、电压信号检测电路、红外收发电路、信号隔离电路、电流或电压信号发生电路。
6.一种采用如权利要求1-5所述路灯供电线路工频通信系统的通信方法，其特征是：主站装置(1)的主单片机集成模块(14)控制配电总控制开关(5)的开灯与关灯，在路灯关灯时，控制配电总控制开关(5)断开，同时辅助常闭开关(11)接通，路灯配电线路(3)的220V电压切断，主站装置(1)的主单片机集成模块(14)控制主可控硅(15)的导通，经主限流电阻(13)使整个路灯配电线路(3)接通变压器(12)输出的安全电压，由主站装置(1)的主单片机集成模块(14)控制主可控硅(15)导通与不导通，使路灯配电线路(3)实现高低电位变化，发出特定“1”或“0”组成的编码波形，通过配电线路(3)广播至各个从站装置(2)，各个从站装置(2)的从单片机集成模块(21)被激活，从站装置(2)按照自身设定地址的先后顺序通过延时方式挨个进行数据传送；或者主站装置(1)发出特定编码波形，各个从站装置(2)的从单片机集成模块(21)被激活待命，主站装置(1)的主单片机集成模块(14)发出特定“1”或“0”组成的点名特定编码波形1～n，来触发对应的从站装置(2)进行数据通讯，从站装置(2)从单片机集成模块(21)的工作电源采用自举电路。
7.根据权利要求6所述路灯供电线路工频通信系统的通信方法，其特征是：主单片机集成模块(14)发出特定的编码波形后，实现与从站装置(2)从单片机集成模块(21)之间的通讯，主单片机集成模块(14)通过电流互感器(16)采集路灯配电线路(3)电流的变化信号，或者根据采集路灯配电线路(3)火线与零线之间a、b点的电压变化信号，判断从站装置(2)从单片机集成模块(21)传输过来的信息，通过信息处理，转化为从站装置(2)从单片机集成模块(21)实际上传的信息；同时判断从站装置(2)从单片机集成模块(21)是否能正常通讯，通过相邻从站装置(2)从单片机集成模块(21)的通讯情况，来判断线路断线点位或者某个从站装置(2)故障，可以在主站装置(1)上直接读出路灯(26)的运行信息及故障情况并发出告警，主站装置(1)中的通讯模块(17)通过RS485口、RS23口传至无线电通讯模块后将信号传输至路灯管理监控中心(4)或路灯管理员的手机短信上。
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