本发明属于路灯控制技术领域，特别涉及路灯电源与计量模块。
背景技术：
传统的路灯控制管理系统，仅仅能通过上位机远程控制路灯的亮灭，不能进行智能控制，比如实施远程检测路灯的功耗、漏电等，随着国家对能源和环保的重视，对路灯的管理也越来越自动化智能化。其中，对路灯照明的电能计量、路灯的用电安全，是非常必要的两个方面。一个涉及能源的使用，一个涉及到人员及设备的安全。
技术实现要素：
针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种路灯电源与计量模块，该模块可对路灯的电能进行计量，进行漏电检测，并且将路灯的这些参数、状态向上位机报告，并接收上位机的指令，实现路灯智能控制。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
路灯电源与计量模块，包括微控制器单元、电源单元、计量单元、继电器单元、漏电检测单元，所述微控制器单元与所述计量单元电连接，所述微控制器单元、所述继电器单元、所述漏电检测单元分别与上位机电连接；
所述微控制器单元，用于控制所述计量单元的工作，以及与所述上位机通信；
所述电源单元，用于为所述路灯、所述微控制器单元、所述计量单元、所述继电器单元、所述漏电检测单元及所述上位机供电；
所述计量单元，用于计量所述路灯、所述电源与计量模块以及所述上位机的电能消耗；
所述继电器单元，用于控制所述路灯的电源回路的开关；
所述漏电检测单元，用于检测所述路灯、所述微控制器单元、所述计量单元、所述继电器单元、所述电源单元以及所述上位机是否漏电。
作为优先，所述电源单元包括直流电源电路，所述直流电源电路的输入端分别与电源输入端火线和电源输入端零线电连接，所述直流电源电路为所述微控制器单元、所述计量单元、所述继电器单元、所述漏电检测单元、所述上位机提供直流电，所述电源输入端火线与所述继电器单元电连接用于为所述路灯提供交流电。
作为优先，所述计量单元包括计量芯片，所述计量单元电连接有火线电流采样电路和电压采样电路，所述火线电流采样电路用于采集所述电源输入端火线上的电流，所述电压采样电路用于采集所述电源输入端火线和所述电源输入端零线之间的电压。
作为优先，所述火线电流采样电路包括锰铜电阻，所述电源输入端火线经锰铜电阻后分别与所述继电器单元和所述直流电源电路电连接，所述锰铜电阻的两端经第一抗混叠电路与所述计量芯片电连接。
作为优先，所述电压采样电路包括电阻分压电路和去耦电路，所述电源输入端火线与所述电源输入端零线分别经电阻分压电路和去耦电路与所述计量芯片电连接。
作为优先，所述漏电检测单元包括用于采集漏电电流的电流互感器和用于输出漏电信号的检测电路，所述电流互感器设置在电源输入火线和电源输入零线上，所述检测电路的输入端与所述电流互感器的一输出端电连接，所述检测电路包括单相电源整流电路、同相放大电路、比较电路。
作为优先，所述单相电源整流电路包括运算放大器u12b和运算放大器u12a，运算放大器u12b的正向端与反向端串联有电阻r52、电阻r58，电阻r52与电阻r58的电连接点与电阻r57电连接，电阻r57的另一端为所述检测电路的输入端，运算放大器u12b的反向端与输出端之间设有电阻r59，运算放大器u12b的输出端通过电容c33接地，运算放大器u12b的正向端与运算放大器u12a的反向端电连接，运算放大器u12a的正向端接地，运算放大器u12a的输出端电连接二极管d6的正极，二极管d6的负极与运算放大器u12a的反向端电连接。
作为优先，所述同相放大电路包括运算放大器u11b，运算放大器u11b的正向端与运算放大器u12b的输出端通过电阻r54电连接，运算放大器u11b的正向端通过电阻r55接地并与反向端通过电阻r56电连接。
作为优先，所述比较电路包括比较器和基准电压电路，所述比较器包括运算放大器u11a，所述运算放大器u11a的反向端通过电阻r66与运算放大器u11b的输出端电连接，所述运算放大器u11a的反向端还通过电容ec7接地，运算放大器u11a的输出端电连接有电阻r53，电阻r53的另一端电连接有光耦u10；所述基准电压电路包括与直流电源电连接的电阻r63，电阻r63的另一端分别与电阻r64、可控精密稳压源u13的阴极和参考极电连接，电阻r64的另一端分别与电阻r65和电容c34电连接，可控精密稳压源u13的正极、电阻r65的另一端、电容c34的另一端接地，电阻r64与电阻r65的电连接点作为电压基准点并与运算放大器u11a的正向端电连接。
作为优先，所述电流互感器的两个输出端通过降压电路和第二抗混叠电路与所述计量芯片电连接。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明路灯电源与计量模块，包括微控制器单元、电源单元、计量单元、继电器单元、漏电检测单元，微控制器单元与计量单元电连接，微控制器单元、继电器单元、漏电检测单元分别与上位机电连接；微控制器单元，用于控制计量单元的工作，以及与上位机通信；电源单元，用于为路灯、微控制器单元、计量单元、继电器单元、漏电检测单元及上位机供电；计量单元，用于计量路灯、电源与计量模块以及上位机的电能消耗；继电器单元，用于控制路灯的电源回路的开关；漏电检测单元，用于检测路灯、微控制器单元、计量单元、继电器单元、电源单元以及上位机是否漏电。整个路灯电源与计量模块受上位机控制，上位机通过通信模块与路灯总控制中心通信，计量单元测量的电能消耗信息传送给微控制器单元，微控制器单元再将电能消耗信息传送给上位机，漏电检测单元检测路灯、路灯电源与计量模块的其他单元以及上位机是否漏电，若有漏电则漏电检测单元产生漏电信号并传送给上位机，上位机将电能消耗信息和漏电信号传送给路灯总控制中心，上位机可以控制继电器单元实现路灯的回路的开关，也具有调节路灯亮度的功能，从而实现远程智能控制。
由于计量单元包括计量芯片，计量单元电连接有火线电流采样电路和电压采样电路，火线电流采样电路用于采集电源输入端火线上的电流，电压采样电路用于采集电源输入端火线和电源输入端零线之间的电压。通过采集电源输入端火线上的电流和电源输入端火线与电源输入端零线之间的电压，可以计算出路灯、电源与计量模块以及上位机的电能消耗。
由于漏电检测单元包括用于采集漏电电流的电流互感器和用于输出漏电信号的检测电路，电流互感器设置在电源输入火线和电源输入零线上，检测电路的输入端与电流互感器的一输出端电连接，检测电路包括单相电源整流电路、同相放大电路、比较电路，电流互感器上产生的信号经检测电路的输入端经过单相电源整流电路整流，再经过同相放大电路放大，放大后的信号经比较电路与基准电压比较，若放大信号高于基准电压，则输出漏电信号给上位机。
由于电流互感器的两个输出端通过降压电路和第二抗混叠电路与计量芯片电连接，因此漏电电流与可以通过计量芯片测得。
综上，本发明路灯电源与计量模块解决了传统路灯控制管理系统不能实现电能、漏电检测的智能控制的问题。本发明一种路灯电源与计量模块，可对路灯的电能进行计量，进行漏电检测，并且将路灯的这些参数、状态向上位机报告，并接收上位机的指令，实现路灯智能控制。
附图说明
图1是本发明路灯电源与计量模块的结构框图；
图2是微控制器单元的电路原理图；
图3是电源单元的电路原理图；
图4是计量单元的电路原理图；
图5是继电器单元的电路原理图；
图6是漏电检测单元的电路原理图；
图中：1-微控制器单元，2-电源单元，3-计量单元，4-继电器单元，5-漏电检测单元，6-上位机，7-路灯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，路灯电源与计量模块，包括微控制器单元1、电源单元2、计量单元3、继电器单元4、漏电检测单元5，微控制器单元1与计量单元2电连接，微控制器单元1、继电器单元4、漏电检测单元5分别与上位机6电连接；
微控制器单元1，用于控制计量单元3的工作，以及与上位机6通信；电源单元2，用于为路灯7、微控制器单元1、计量单元3、继电器单元4、漏电检测单元5及上位机6供电；计量单元3，用于计量路灯7、电源与计量模块以及上位机6的电能消耗；继电器单元4，用于控制路灯7的电源回路的开关；漏电检测单元5，用于检测路灯7、微控制器单元1、计量单元3、继电器单元4、电源单元2以及上位机6是否漏电。上位机7具有路灯亮度控制功能，通过通信模块可与路灯总控制中心实现远程通信。
如图2所示，微控制器单元1包括微控制器u8和存储器u9，微控制器u8，通过管脚p13及p14构成232串口，与上位机通信。光耦u5、u6为隔离作用，存储器u9，提供数据存储功能，插座xp1为编程口。
如图3所示，电源单元2包括直流电源电路，直流电源电路的输入端分别与电源输入端火线和电源输入端零线电连接，直流电源电路为微控制器单元1、计量单元3、继电器单元4、漏电检测单元5、上位机6提供直流电，电源输入端火线与继电器单元电连接用于为路灯7提供交流电。直流电源电路包括整流桥芯片mb6s，通过整理桥芯片mb6s将220vac信号整流为脉冲信号，经过电容ec1滤波，变为直流电压信号，开关电源芯片pn8147,控制电路的通断，形成一定频率的脉冲信号，脉冲信号通过变压器t1，变换为两路脉冲信号，分别经过二级管d3、d5整流，并通过电容ec3、ec4滤波，变为12v和8v直流电压，8v直流电压通过稳压模块u4，生成5v直流电压信号。光耦pc817及周围电路，为电压反馈电路，起到稳压的作用。
如图4所示，计量单元3包括计量芯片u7，计量单元电连接有火线电流采样电路和电压采样电路，火线电流采样电路用于采集电源输入端火线上的电流，电压采样电路用于采集电源输入端火线和电源输入端零线之间的电压，通过采集电源输入端火线上的电流和电源输入端火线与电源输入端零线之间的电压，可以计算出路灯7、电源与计量模块以及上位机6的电能消耗。在本实施方式中优选，火线电流采样电路包括锰铜电阻，电源输入端火线经锰铜电阻后分别与继电器单元和直流电源电路电连接，锰铜电阻的两端经第一抗混叠电路与计量芯片u7电连接。第一抗混叠电路包括电阻r7、电阻r10、电容c1、电容c4，锰铜电阻m1的一端依次通过串联的电阻r7、电容c1接地，锰铜电阻m1的另一端依次通过串联的电阻r10、电容c4接地，电阻r7和电容c1的电连接点与计量芯片u7的5脚电连接，电阻r10和电容c4的电连接点与计量芯片u7的6脚电连接。在本实施方式中进一步优选，电压采样电路包括电阻分压电路和去耦电路，电源输入端火线与电源输入端零线分别经电阻分压电路和去耦电路与计量芯片电连接。电阻分压电路包括电阻r6、电阻r8，电源输入端零线与电阻r6电连接，电阻r6的另一端与电阻r8电连接，电阻r8另一端接地，电阻r6与电阻r8的电连接点与计量芯片u7的9脚电连接。去耦电路包括电阻r8、电阻r9、电容c2、电容c3，电容c2并联在电阻r8两端，计量芯片u7的10脚通过并联的电阻r9和电容c2接地。
如图5所示，继电器单元4包括继电器和继电器控制电路，继电器控制电路包括三极管q4，三极管q4的基极电连接有电阻r16，电阻r16通过插座j1与上位机电连接，三极管q4的集电极经过继电器与直流电源电连接，三极管q4的发射极接地，继电器上并联有反向的二极管d4。上位机通过插座j1给三极管q4控制信号，利用三极管q4的开关作用可以控制继电器将电源输入端火线与路灯7的电源火线连通或断开实现路灯7电源回路的开关。
如图2和图6共同所示，漏电检测单元5包括用于采集漏电电流的电流互感器ct和用于输出漏电信号的检测电路，电流互感器ct设置在电源输入火线和电源输入零线上，检测电路的输入端与电流互感器ct的一输出端电连接，检测电路包括单相电源整流电路、同相放大电路、比较电路，电流互感器ct上产生的信号经检测电路的输入端经过单相电源整流电路整流，再经过同相放大电路放大，放大后的信号经比较电路与基准电压比较，若放大信号高于基准电压，则输出漏电信号给上位机。单相电源整流电路包括运算放大器u12b和运算放大器u12a，运算放大器u12b的正向端与反向端串联有电阻r52、电阻r58，电阻r52与电阻r58的电连接点与电阻r57电连接，电阻r57的另一端为检测电路的输入端，运算放大器u12b的反向端与输出端之间设有电阻r59，运算放大器u12b的输出端通过电容c33接地，运算放大器u12b的正向端与运算放大器u12a的反向端电连接，运算放大器u12a的正向端接地，运算放大器u12a的输出端电连接二极管d6的正极，二极管d6的负极与运算放大器u12a的反向端电连接。同相放大电路包括运算放大器u11b，运算放大器u11b的正向端与运算放大器u12b的输出端通过电阻r54电连接，运算放大器u11b的正向端通过电阻r55接地并与反向端通过电阻r56电连接。比较电路包括比较器和基准电压电路，比较器包括运算放大器u11a，运算放大器u11a的反向端通过电阻r66与运算放大器u11b的输出端电连接，运算放大器u11a的反向端还通过电容ec7接地，运算放大器u11a的输出端电连接有电阻r53，电阻r53的另一端电连接有光耦u10；基准电压电路包括与直流电源电连接的电阻r63，电阻r63的另一端分别与电阻r64、可控精密稳压源u13的阴极和参考极电连接，电阻r64的另一端分别与电阻r65和电容c34电连接，可控精密稳压源u13的正极、电阻r65的另一端、电容c34的另一端接地，电阻r64与电阻r65的电连接点作为电压基准点并与运算放大器u11a的正向端电连接。如果超过基准电压，u11a输出为低电平，光耦u10的4脚变为低电平。漏电检测单元工作时，若平时无漏电时，电流互感器ct产生的信号很小，运算放大器u11b输出信号很小，运算放大器u11a输出为高电平，光耦u10的4脚为悬空状态，当有漏电发生时，电流互感器ct产生的信号大，运算放大器u11b输出信号大，运算放大器u11a输出为低电平，光耦u10的4脚为低电平，此信号经过插座j1传给上位机。
如图2、图4和图6共同所示，在本实施方式中电流互感器ct的两个输出端通过降压电路和第二抗混叠电路与计量芯片u7电连接，从而漏电电流可以通过计量芯片精确测得。在本实施方式中降压电路包括电阻r50、电阻r51，第二抗混叠电路包括电阻r48、电阻r49、电容c30、电容c31，电流互感器ct的一端分别与电阻r50、电阻r48电连接，电阻r50的另一端接地，电阻r48的另一端分别与计量芯片u7的7脚和电容c30电连接，电容c30的另一端接地。电流互感器ct的另一端分别与电阻r51和电阻r49电连接，电阻r51的另一端接地，电阻r49的另一端分别与计量芯片u7的8脚和电容c31电连接，电容c31的另一端接地。
本发明路灯电源与计量模块的具体工作方式如下：
如图1、图2共同所示，整个路灯电源与计量模块受上位机6控制，上位机6通过通信模块与路灯总控制中心通信，计量单元3测量的电能消耗信息传送给微控制器单元1，微控制器单元1再将电能消耗信息传送给上位机6，漏电检测单元检测路灯、路灯电源与计量模块的其他单元以及上位机是否漏电，若有漏电则漏电检测单元5产生漏电信号并传送给上位机6，上位机6将电能消耗信息和漏电信号传送给路灯总控制中心，上位机6可以控制继电器单元4实现路灯7的回路的开关，也具有调节路灯7亮度的功能，从而实现远程智能控制。本发明一种路灯电源与计量模块，可对路灯7的电能进行计量，进行漏电检测，并且将路灯的这些参数、状态向上位机报告，并接收上位机的指令，实现路灯智能控制。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。