CN202721875U - 一种路灯节电控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及节能控制技术领域,提供了一种路灯节电控制装置,所述路灯节电控制装置设有温度传感器、电流互感器、电压互感器、电能计量芯片、电参数分析电路、单片机、控制电路和GPRS单元,温度传感器、电流互感器和电压互感器分别对对应的参数进行采集,将采集到的电参数输出到电参数分析电路,电参数分析电路将分析后的数据传送至单片机,单片机按照预定参数值判断路灯线路的工作状态,同时将工作状态参数实时进行显示,从而优化了路灯照明系统,结构简单,可靠性强,同时,有效节约了路灯用电,保护了电光源,延长其使用寿命。

Description

一种路灯节电控制装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于节能控制技术领域,尤其涉及一种路灯节电控制装置。
背景技术
[0002] 随着城市化水平发展步伐的不断加快,路灯作为现代城市建设中重要的组成部分,在服务于交通安全和人们生产生活的同时,也增添了城市的夜间魅力,为创造良好的投资环境起着举足轻重的作用。
[0003]目前,城市路灯照明系统一般采用高压钠灯、汞灯、金卤灯等灯具,这类灯具具有 发光效率高、光色好、安装简便等优点,但是对供电电压要求严格、耗电量大,在城市亮化、美化大潮的趋势下,路灯数量的增多会导致用电量的不断增加,城市照明耗电吞噬着我们的电力资源,致使电力的供应与消耗之间的矛盾越来越突出。
[0004] 此外,目前大部分城市的路灯系统路灯都采用“满负荷”的方式进行照明,控制方式仍然是简单的光控、时控或手工调控等传统方式,这类照明方式普遍存在以下几个不足:
[0005] (I)子夜过后路上的车辆与行人变得稀少,采用“满负荷”的方式势必造成电源的浪费,与建设“能源节约型社会”的国家政策相悖;
[0006] (2)后半夜是用电低谷期,电力系统电压升高,超压使用会直接缩短设备和照明灯具的使用寿命。
[0007] 由此可见,路灯照明建设工程中不仅存在电能过度消耗和超压损坏设备的问题,而且缺乏智能的无线控制策略。
实用新型内容
[0008] 本实用新型的目的在于提供一种路灯节电控制装置,旨在解决现有技术提供的路灯照明系统中不仅存在电能过度消耗和超压损坏设备的问题,而且缺乏智能的无线控制策略的问题。
[0009] 本实用新型是这样实现的,一种路灯节电控制装置,所述路灯节电控制装置对应设置若干个路灯,所述路灯节电控制装置设有一壳体,所述壳体内设有:
[0010] 电流互感器;
[0011] 电压互感器;
[0012] 电能计量芯片;
[0013] 温度传感器;
[0014] 与所述电流互感器、电压互感器和电能计量芯片连接的电参数分析电路;
[0015] 与所述电参数分析电路连接的单片机;
[0016] 与所述单片机连接的功率调节控制电路;
[0017] 与所述单片机连接的GPRS单元;
[0018] 与所述单片机连接的电源和时钟电路。[0019] 作为一种改进的方案,所述路灯节电控制装置还包括一与所述单片机连接的光照度米集单兀。
[0020] 作为一种改进的方案,所述GPRS单元通过RS-485方式与所述单片机连接。
[0021] 作为一种改进的方案,所述路灯节电控制装置还包括一与所述单片机连接的触摸
显示屏。
[0022] 本实用新型提供的路灯节电控制装置设有温度传感器、电流互感器、电压互感器、电能计量芯片、电参数分析电路、单片机、控制电路和GPRS单元,温度传感器、电流互感器和电压互感器分别对相应的参数进行采集。采集到的电参数输出到单片机后,单片机按照预定参数值判断路灯线路的工作状态,同时将工作状态参数实时进行显示;当发生过载、缺相、不均衡欠电压、过电压、温度过高等故障时,控制单片机按照故障判断规则输出相应的控制和指示信号,实现路灯的旁路、功率调节等动作;同时,将该动作信息传送到远端的监控中心并发出报警信号,从而优化了路灯照明系统,结构简单,可靠性强,有效节约了路灯 用电,保护了电光源,延长其使用寿命。
附图说明
[0023] 图I是本实用新型提供的路灯节电控制装置的构架示意图。
具体实施方式
[0024] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0025] 图I示出了本实用新型提供的路灯节电控制装置的构架示意图,为了便于说明,图中仅给出了与本实用新型相关的部分。
[0026] 该路灯节电控制装置对应设置若干个路灯,即一个路灯节电控制装置对应一条线路的路灯,对该一条线路的路灯进行控制,该路灯节电控制装置可以设置在该线路的某个位置,也可以设置在变压器站,在此不用以限制本实用新型。
[0027] 该路灯节电控制装置设有一壳体(图中未示出),所述壳体内设有:
[0028] 电流互感器;
[0029] 电压互感器;
[0030] 温度传感器;
[0031] 与电流互感器和电压互感器连接的电参数分析电路;
[0032] 与电参数分析电路连接的单片机;
[0033] 与单片机连接的功率调节控制电路;
[0034] 与单片机连接的GPRS单元;
[0035] 与单片机连接的电源和时钟电路;
[0036] 与单片机连接的触摸显示屏;
[0037] 与单片机连接的光照度采集单元;
[0038] 当然,在该实施例中,该节电控制装置还包括其他组件,在此不再赘述。
[0039] 其中,该节电控制装置的具体工作过程为:[0040] 工作人员通过触摸显示屏实现与节电控制装置的人机交互,能够设置节电控制装置的工作参数、保护参数和通信设置参数等参数,并实时显示器控制的路灯线路的参数信
肩、O
[0041 ] 路灯节电控制装置具有手动和自动两种模式;在自动模式下,其能够根据时钟电路的时间设定和光照度采集单元采集到的光照度信息对路灯进行控制;
[0042] 在手动模式下,工作人员能够在现场或远程监控装置通过GPRS无线网络对路灯节点控制器进行管理控制操作,节电控制装置利用电流互感器、电压互感器和温度传感器采集路灯供电线路的电压、电流、温度信息信号,经过电参数分析电路变换到规定的参数范围后传送给单片机,单片机按照预定参数值判断路灯线路的工作状态,同时将工作状态参数实时进行显示;当发生过载、缺相、不均衡欠电压、过电压、温度过高等故障时,控制单片机按照故障判断规则送出相应的控制和指示信号到路灯节点控制器,实现路灯的旁路、功率调节等动作,同时,将该动作信息传送到控制装置并发出报警信号。
[0043] 在本实用新型中,该路灯节电控制装置的各个部件的具体参考和功能信息参数为:
[0044] 单片机,采用一种单时钟/机器周期的高性能单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,内含看门狗电路和AD转换模块,速度快比常规的8051单片机快8-12倍,其最小系统主要包含晶振电路和复位电路;
[0045] 由于电力传输中有谐波干扰造成电力不稳,因此需要时刻检测线路的工作状态,其由温度传感器、电流互感器、电压互感器和电参数分析电路完成,互感器采集到的路灯电流和电压信号转换为ADC电路可采集处理的模拟信号后,通过电参数分析电路转换为数字信号后通过SPI 口送到单片机中,单片机通过与存储器(图中未给出)中的设定值比较分析,检测电压和电流是否超载,依据此来控制电路负载的电压,同时将工作状态参数实时显示;其中,电参数分析电路可以采用珠海炬力集成电路设计有限公司生产的高精度的集成的三相电能计量芯片ATT7028A芯片,其是一颗高精度的三相电能专用计量新品,测量误差小于
O. 1%,内部集成了六路二阶的Sigma-delta ADC,能够测量各相的电流电压有效值、有功功率、功率因数等参数,并提供一个SPI接口,方便与外部的单片机进行参数的传递;
[0046] 电流互感器采用TA0913,为立式穿芯微型精密交流电流互感器,具有体积小巧,精度高,机械和耐环境性能好,电压隔离能力强的特点;
[0047] 电压互感器采用TV1005,属于精密电流型电压互感器,具有印刷线路板直接焊接安装,使用方便,全封闭,电压隔离能力强,安全可靠等优点。
[0048] 功率调节控制电路设置四个档位(220V,215V, 210V, 205V),分别与接触器(图中未给出)KM1、KM2、KM3和KM4的触点相连接,单片机通过采集当前的电压值、各开关位置、功率调节单元档位等信息,与预先设定的值和当前时间进行综合分析和比对,从而决定对各开关进行分合操作和对变功率调节单元进行升降压操作,通过功放电路信号放大后驱动接触器的线圈的断合达到控制输出电压的目的;电路中QF为空气开关,起到过载和短路保护的作用;该路灯控制系统可以工作在旁路模式和节电模式;K1为节电开关,Kl闭合则系统进入省电模式,与接触器的四个档位搭配工作;K2为旁路开关,当系统检测到接触器线路故障时,自动切换到旁路模式供电;在旁路模式下,交流电不经过控制器和功率调节单元而直接对路灯进行供电;电路中采用接触器调节负载电压,能够保证功率调节时不停电。[0049] 温度传感器采用美国Dallas半导体公司的DS18B20。它采用I-Wire总线技术,将地址线、数据线、控制线合为一根信号线和控制器进行信息通讯。每个DS18B20都有I个唯一的序列号存在于其内部ROM中,单片机通过发出匹配ROM的指令可以选中指定的DS18B20,DS18B20有2种可选的供电方式:寄生电源供电和外部电源供电。在系统中安装了3个温度传感器分别测量不同位置的温度,为了提高系统的抗干扰能力和系统工作效率,采用外部电源供电的方式。
[0050] 光照度采集单元的测量利用光敏电阻值随光强弱变化的特性组成光控开关电路,当无光照射时,光敏电阻Rp阻值很大,三极管处于截止状态,集电极输出高电平;当有光照射时,光敏电阻阻值变小,三极管饱和导通。将检测到的高低电平信号送单片机;
[0051] 温度传感器的工作过程:当温度达到一定时,启动风扇(图中未给出),温度再高,则Kl闭合,路灯旁路工作;
[0052] 触摸显示屏显示电压、电流和功率状态,触摸显示屏面板上装有节电和旁路的选择开关,以及状态指示灯,指示故障、旁路和节电等状态;触摸屏可以采用北京昆仑通态 自动化软件科技有限公司研发的TPC7062k,其是一套以嵌入式低功耗CPU为核心(主频400MHz)的高性能嵌入式一体化触摸屏,该产品设计采用了 7英寸高亮度TFT液晶显示屏(分辨率800X480),四线电阻式触摸屏(分辨率1024X 1024);产品特性液晶屏7英寸高亮度TFT液晶显示,真彩(LED背光),分辨率(800 X 480 );同时,该节电控制装置还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE中文版操作系统和MCGS嵌入式组态软件,为整体的开发缩短了时间;
[0053] 节电控制装置通过GPRS单元将当前设备运行工况信息传送至控制装置,监控装置也可以通过GPRS设备对各开关和功率调节单元直接遥控操作,或对设定参数进行修改;为了与控制器能够接口,可以选取广州市惠奥电子有限公司生产的EDA0-3363型号GPRSDTU,其是一种物联网无线数据终端,利用公用运营商网络为用户提供无线长距离数据传输功能,该产品提供RS485接口,可直接连接串口设备,实现数据透明传输功能,服务器端采用固定IP联网方式,自带专门的参数配置软件,主要针对10个以上无线电组网系统专门定制的一款无线数传产品。串行数据接口 :标准RS485接头(D+,D-, GND);串口波特率支持:9600/19200,抗干扰设计,适合电磁环境恶劣的应用需求;
[0054] 节电控制装置需要每分钟读取一次当前的某些电工参数,进行相应的保存,并根据当前时间控制路灯的开闭以及功率调节单元档位的切换,其由时钟电路来完成,该时钟电路可以采用了美国DALLAS公司的串具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片DS1302,它具有年、月、日、时、分、秒以及星期等时间信息,并可以自动对小月和闰年进行调整。
[0055] 上述给出了本实用新型实施例提供的路灯节电控制装置的主要组成部件的功能及其实现,对于其他未说明的常规部件,在此不再赘述,但不用以限制本实用新型。
[0056] 为了实现节电控制装置的各元组件之间能够合理传输信息,并对信息进行处理,还需要对硬件电路进行软件设计:
[0057] 当电源开关QF合上后,路灯节电控制装置首先进行自检,完成设备初始化并且连接通信网络后,节电控制装置开始检测电压,如果输入电压U大于260V或小于180V,节电控制装置进行断电保护,报警过压或欠压故障到监控中心,否则节电控制装置立即合上接触器K2,节电控制置于旁路状态。15分钟后,继续检测电压,如果电压在大于180V,而小于200V,则继续旁路工作;如果电压处于200V〜260V正常范围,合上接触器Κ1,然后断开Κ2根据节电控制策略,通过单片机控制接触器的开关,调整功率调节单元上的输出电压,从而达到节电控制要求;如果电压需要调整到215V,则合上控制功率调节单元抽头的接触器KMl;如果电压需要调整到210V,则打开ΚΜ1,然后合上接触器ΚΜ2;如果电压需要调整到205V,则打开KMl或ΚΜ2,然后合上接触器ΚΜ3。如果功率调节单元上的输出电流大于100%,则发出过载报警提示,同时启动风扇对功率调节单元进行冷却。电流仍在空气开关的整定值范围内,装置仍可供电,一般过载不超过120%。功率调节单元温度检测,如果温度超过规定值,则直接合上Kl,打开Κ2,旁路工作。
[0058] 综上可知,本实用新型提供的路灯节电控制装置具有如下特点:
[0059] (I)能控制220V、215V、210V、205V四级不同的输出适应不同的输出要求;
[0060] (2)能根据电网电压波动自动调整节电模式;
[0061] (3)自动旁路功能:当在异常情况发生时会自动设置为旁路,可以保护装置内部回路,防止停电事故;
[0062] (4)过负荷保护功能:当过电流时产品为保护其自身可自动切断电源:
[0063] (5)具有随机起动功能,节电模式可随意设定。
[0064] 本实用新型提供的路灯节电控制装置采用了降压节电的工作方法,不仅节约了电能,而且稳定了电压、延长了灯泡的使用寿命,达到了双重意义上的节电,其具体为:
[0065] (I)优化电力质量,节约路灯用电
[0066] 针对电网电压偏高和波动等现象,调控装置可根据用户现场实际需求,实时在线调节设置电压以输出最佳照度,有效提高电力质量;
[0067] (2)有效保护电光源,延长其使用寿命
[0068] 该路灯节电控制装置能够实现电压的高速连续平滑调节,无电磁谐波污染,高压气体放电灯内电弧更稳定,延长了灯具的使用寿命;
[0069] (3)适用性、可靠性
[0070] 该路灯节电控制装置采用手动和自动双旁路方式,可独立操作,可操作性强,以保证路灯设备不断电,正常安全运行。
[0071] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种路灯节电控制装置,所述路灯节电控制装置对应设置若干个路灯,其特征在于,所述路灯节电控制装置设有一壳体,所述壳体内设有: 温度传感器; 电流互感器; 电压互感器; 电能计量芯片; 与所述电流互感器、电压互感器和电能计量芯片连接的电参数分析电路; 与所述电参数分析电路连接的单片机; 与所述单片机连接的调压控制电路; 与所述单片机连接的GPRS单元; 与所述单片机连接的电源和时钟电路。
2.根据权利要求I所述的路灯节电控制装置,其特征在于,所述路灯节电控制装置还包括一与所述单片机连接的光照度采集单元。
3.根据权利要求I所述的路灯节电控制装置,其特征在于,所述GPRS单元通过RS-485方式与所述单片机连接。
4.根据权利要求I所述的路灯节电控制装置,其特征在于,所述路灯节电控制装置还包括一与所述单片机连接的触摸显示屏。
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