一种低成本路灯通信控制系统的制作方法

本实用新型涉及路灯通信控制技术领域，更具体的涉及一种低成本路灯通信控制系统。

背景技术：

目前常见的路灯控制采用以下几种方式：

1.采用时控器对所有路灯进行开关灯统一控制。

2.在每盏灯灯头电源部分加装定时调光器，来分时段控制LED灯的亮度，总的开关灯时间还是由时控器控制。

3.采用无线通信的方式，在每盏路灯上安装单灯控制器，用来监控每盏路灯的运行情况并进行调光控制。

4.采用载波通信方式，在每盏路灯上安装单灯控制器，用来监控每盏路灯的运行情况并进行调光控制。

以上几种控制方式有各自的优势，但同样存在明显的不足之处：

1.采用时控器控制的方式，只能控制整条线路的开与关，不具备通信功能，也无调光功能，属于比较粗犷的路灯控制方式。

2.采用灯头电源处加装定时调光器，调光方式只能在初次安装时固化，没办法修改，同时也无通信功能，无法实现智能控制。

3.采用无线系统控制的方式，这种方式可以进行灯具的智能控制，也能提高维护管理水平。不过这种方式的集中控制器与单灯控制器之间采用无线传输，通信存在串扰问题，而且天线一般得装在灯杆靠近灯头位置，施工安装极不方便，无线信号受环境干扰比较大，容易出现信号中断问题，防雷也是个需要解决的问题。

4.采用传统的电力载波方式，这种方式与方式3的主要区别在于集中控制器与单灯控制器之间采用电力载波方式，这种方式通信相对稳定，但是，电力线载波模块价格较为高昂，且传输距离有限，易受电网波动影响。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题在于能否提供一种利用交流供电线路作为通信传输载体，并将交流电的半波脉冲作为通信的信号源，从而实现低成本路灯控制系统。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

本实用新型提供的低成本路灯通信控制系统包括主站、集中控制器、多个并联的单灯控制器，所述主站与集中控制器之间通过以太网进行通信，所述集中控制器与单灯控制器之间通过电力线周波调制方式进行通信。

所述集中控制器采用电力线周波调制方式与单灯控制器进行通信，包含三路可控硅调相电路及三路过零检测电路，所述单灯控制器采用电力线周波调制方式与集中控制器进行通信，包含一路可控硅调相电路和一路过零检测电路。

所述可控硅调相电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、光电耦合器和双向可控硅，所述光电耦合器的1管脚连接一上拉电阻R5，该光电耦合器的2管脚连接一上拉电阻R4且和交流脉冲宽度变调电路的输出端相连，该光电耦合器的4管脚通过电阻R6与双向可控硅的控制极相连，该双向可控硅的一个主电极与光电耦合器的6管脚连接且两者同时与220V市电电压相连，该双向可控硅的另一个主电极连接220V市电电压的另一端。

所述过零检测电路包括达林顿晶体管、电阻R10、电阻R17、二极管、电容C17、电容C18，220V市电电压输出连接至电阻R10的一端，该电阻R10的另一端与所述二极管的输出端、电容C17的一端和达林顿晶体管的控制极相连，所述二极管的输入端和电容C17的另一端与220V市电电压的另一端相连且同时接地，该达林顿晶体管的发射极通过电容C18与过零检测电路的输出端相连，该达林顿晶体管的集电极连接一上拉电阻且与过零检测电路的输出端相连。

进一步的，所述电阻R10由四个串联且电阻值均为200K的电阻R11、R12、R13和R14等效替代。

进一步的，所述光电耦合器采用型号为MOC3021的芯片。

进一步的，所述双向可控硅的型号为BTA16-600SW。

更进一步的，所述双向可控硅的另一个主电极连接220V市电电压的另一端且该主电极和双向可控硅的控制极之间连接一门极电阻R7。

进一步的，所述二极管的型号为LL4148。

进一步的，所述达林顿晶体管的型号为MMBTA14L。

利用交流电供电线路作为通信传输载体，并将交流电的半波脉冲作为通信的信号源，使用交流双向控制器件对交流半波脉冲的导通时间按照特定的编码方式实施控制，从而实现对数据信息的传递，具体包括如下模块：

主站系统：用于用户使用的人机交互界面，将集中控制器反馈回来的灯具信息显示给用户，如亮灯情况、用电情况等，并根据光照、气候或预置策略来控制路灯的亮度。

集中控制器：用于与主站通信，并管理下挂的单灯控制器。上行通信采用GPRS方式，通过以太网与主站通信。下行采用电力线周波调制通信方式与安装在各个灯杆检修孔的单灯控制器通信,包含三路可控硅调相电路及三路过零检测电路，实现三相下行通信功能。主站将控制策略下发给集中控制器，集中控制器进行存储并转发给下挂的单灯控制器。集中控制器本身具备计量功能，可以统计总的路灯用电情况，对于异常情况，比如缺相、断流、熔断丝故障等可以上报主站。

单灯控制器：上行采用电力线周波调制方式与集中控制器进行通信，包含一路可控硅调相电路和一路过零检测电路。单灯控制器集成两路的专业计量功能，可以对灯杆上的两个灯头（若有多个灯头，可以分成两类灯头）进行用电量计量，计量精度相当于1级表标准，并结合当前的调光状态，可以判断灯头是否出现故障，若出现故障则上报集中控制器，由集中控制器上报主站。

有益效果：

1.该系统充分利用110V/220V交流供电本身作为超强的可控信号源，解决了系统在电力环境中受高频干扰所带来的不良影响。

2.与传统的电力载波通信技术相比，具有更高的可靠性和更远的传输距离。

3.由于采用交流双向控制器（可控硅整流器）对交流电周波进行调制，没有使用复杂的调制解调电路，因此相比传统的电力线载波及无线通信方式，具有更低的产品成本和更简单的应用开发。

附图说明

图1为本实施例的通信控制系统图。

图2为本实施例的载波通信示意图。

图3为本实施例的载波调制解调原理图。

图4为本实施例的可控硅调相电路。

图5为本实施例的过零检测电路。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实施例提供的低成本路灯通信控制系统包括主站、集中控制器、多个并联的单灯控制器，该单灯控制器集成两路的专业用电计量功能进行用电量计量，并采用电力线周波调制通信方式与该集中控制器进行通信、将信息反馈给集中控制器；该集中控制器采用GPRS技术，通过以太网与主站通信、将反馈回来的信息上报主站供用户查看；该主站通过因特网接入移动运行商网络，并将控制策略下发给集中控制器、该集中控制器进行存储并转发给单灯控制器，所述主站、集中控制器和单灯控制器形成了一个完整的回路。

本实施例中，所述电力线周波调制通信方式采用交流双向控制器对交流电周波进行调制。

本实施例中，该交流双向控制器采用可控硅整流元件对交流电周波进行调制。

本实施例中，该单灯控制器采用电力线周波调制方式与集中控制器进行通信，包含一路可控硅调相电路和一路过零检测电路。

本实施例中，该集中控制器采用电力线周波调制方式与单灯控制器进行通信，包含三路可控硅调相电路及三路过零检测电路，实现三相下行通信功能。

本实施例中，该集中控制器具有计量总的路灯用电功能，对于异常情况，如缺相、断流、熔断丝故障等可以上报主站。

如图1所示，主站通过因特网接入移动运行商网络，与具备通用分组无线服务技术的集中控制器进行通信，下发命令或获取线缆及单灯的状态。集中控制器与单灯控制器之间采用载波通信，每个单灯控制器可以通过计量LED路灯的电压电流功率等电参数来获取路灯当前的工作状态，对于异常情况可及时主动上报集中控制器，集中控制器反馈给主站，从而工作人员可以及时了解现场情况。

如图2所示，展示了集中控制器与单灯控制器通信的示意图。其中集中控制器对给单灯控制器供电的交流220V/110V信号进行周波调制，使输入到单灯控制器的交流正弦波产生切相变化；单灯控制器通过交流过零点检测电路对输入的交流电源进行检测，实现信号的传输；反之，单灯控制器与集中控制器通信也是同样的原理。

如图3所示，以交流220V/110V信号经过调制、解调后的波形简单展示了交流周波通信的基本原理。单片机以特定的编码规律通过交流双向控制器件对交流正弦信号进行切相处理，使交流信号的半波达到过零点的时间产生差别，从而实现数据在交流正弦波上的调制；过零检测电路将经过调制的交流正弦波转换为高低电平时间不同的方波信号输入到单片机进行处理，单片机按照特定的编码规律检测高低电平的时间实现数据的解码。

如图4所示，所述可控硅调相电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、光电耦合器U3和双向可控硅T2，所述光电耦合器U3的1管脚连接一上拉电阻R5，该光电耦合器U3的2管脚连接一上拉电阻R4且和交流脉冲宽度变调电路的输出端相连，该光电耦合器U3的4管脚通过电阻R6与双向可控硅T2的控制极相连，该双向可控硅T2的一个主电极与光电耦合器U3的6管脚连接且两者同时与220V市电电压相连，该双向可控硅T2的另一个主电极连接220V市电电压的另一端。

如图5所示，所述过零检测电路包括达林顿晶体管VT1、电阻R10、电阻R17、二极管D1、电容C17、电容C18，220V市电电压输出连接至电阻R10的一端，该电阻R10的另一端与所述二极管D1的输出端、电容C17的一端和达林顿晶体管VT1的控制极相连，所述二极管D1的输入端和电容C17的另一端与220V市电电压的另一端相连且同时接地，该达林顿晶体管VT1的发射极通过电容C18与过零检测电路的输出端相连，该达林顿晶体管VT1的集电极连接一上拉电阻且与过零检测电路的输出端相连。

本实施例中，所述电阻R10由四个串联且电阻值均为200K的电阻R11、R12、R13和R14等效替代。

本实施例中，所述光电耦合器U3采用型号为MOC3021的芯片。

本实施例中，所述双向可控硅T2的型号为BTA16-600SW。

本实施例中，所述双向可控硅T2的另一个主电极连接220V市电电压的另一端且该主电极和双向可控硅T2的控制极之间连接一门极电阻R7。该门极电阻R7的设置可防止误触发，提高抗干扰能力。

本实施例中，所述二极管D1的型号为LL4148。

本实施例中，所述达林顿晶体管VT1的型号为MMBTA14L。利用该达林顿晶体管VT1来构成高增益放大器，可以提高驱动能力，获得大电流输出。

本实用新型使用了简单的交流双向控制器及过零检测电路即可实现路灯的集中控制，成本低廉且传输距离远、可靠性高，在低速率路灯控制系统中可大大减少设备成本，具有广泛的应用前景。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。