先進(jìn)路燈智能控制系統(tǒng)方案

目錄1 項(xiàng)目概述 41.1 智能限制系統(tǒng)主要功能 41.2 智能限制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 52 智能限制系統(tǒng)的功能原理 63 智能限制系統(tǒng)的組成 63.1 智能限制系統(tǒng)監(jiān)控中心服務(wù)器及其后臺管理軟件 6 概述 6 服務(wù)器解決方案 73.2 智能限制系統(tǒng)現(xiàn)場限制柜 7 主控板 8 GPRS/GSM模塊 11 三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊 12 漏電愛護(hù)單元 13 柜體門開關(guān)檢測裝置 14 柜體溫度檢測與散熱裝置 14 光控裝置 16 開關(guān)電源AC-DC 16項(xiàng)目概述智能限制系統(tǒng)主要功能本方案采納無線通訊方式來遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈限制箱，設(shè)備安裝完成后，不須要到達(dá)現(xiàn)場即可實(shí)現(xiàn)限制與監(jiān)控的目的。以GPRS/GSM功能技術(shù)為核心，限制柜通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和管理中心進(jìn)行通訊，接收管理中心的吩咐。該系統(tǒng)的主要功能有遠(yuǎn)程限制通信功能、多種方式開關(guān)燈限制功能、故障監(jiān)測報(bào)警功能、三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集顯示功能、漏電愛護(hù)功能以及后臺軟件管理功能。多種方式開關(guān)燈限制功能系統(tǒng)的開關(guān)燈限制功能主要有四種遠(yuǎn)程限制開關(guān)燈，管理中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行校時(shí)，可以單獨(dú)設(shè)置兩組路燈的開、關(guān)時(shí)間，路燈實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)開關(guān)；另外無論管理人員在何時(shí)何地可以通過短信的方式實(shí)現(xiàn)燈的開、關(guān)。光控開關(guān)燈，通過現(xiàn)場光環(huán)境的強(qiáng)弱，系統(tǒng)自動(dòng)開關(guān)燈，節(jié)約電能，另外對于陰雨天氣，能夠提高路況的平安性。手動(dòng)開關(guān)燈，現(xiàn)場人員可以通過系統(tǒng)預(yù)留的按鍵實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈，避開人接觸強(qiáng)電，降低操作的危急系數(shù)。具備緯度自動(dòng)調(diào)整功能，設(shè)定的開關(guān)時(shí)間可隨季節(jié)的變更進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。遠(yuǎn)程限制通信功能遠(yuǎn)程限制通信功能通過GPRS/GSM功能技術(shù)為核心，采納ZLG公司的WZG-28A無線模塊，該模塊具備GPRS以及短信收發(fā)兩種功能。故障在線監(jiān)測報(bào)警功能系統(tǒng)可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程將監(jiān)測的故障信息傳輸至管理中心，便利檢修。三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集顯示功能系統(tǒng)采納三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊，通過485總線可以有效的采集到三相電壓、電流、電能、有功功率、無功功率、功率因數(shù)(據(jù)此可以建議客戶增加補(bǔ)償裝置)。漏電愛護(hù)功能系統(tǒng)關(guān)于漏電愛護(hù)功能，可依據(jù)實(shí)際狀況管理人員通過后臺軟件可設(shè)置漏電電流的閾值以開啟愛護(hù)、報(bào)警。后臺軟件管理功能管理中心可放置一臺工控機(jī)，預(yù)裝潤澤公司自主研發(fā)的后臺管理軟件，以便管理中心能夠?qū)崟r(shí)限制現(xiàn)場路燈的運(yùn)行模式、監(jiān)控路燈的運(yùn)行狀態(tài)以及各種監(jiān)測各種故障信息便利維護(hù)人員維護(hù)。系統(tǒng)限制功能示意圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)限制功能示意圖智能限制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)采納照明無線遠(yuǎn)程限制系統(tǒng)以后，全市范圍的全夜燈、半夜燈和景觀燈的開/關(guān)均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限制。同時(shí)，由于照明自動(dòng)化系統(tǒng)具有自動(dòng)報(bào)警功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘內(nèi)剛好了解故障的地點(diǎn)和狀態(tài)，為剛好進(jìn)行修復(fù)供應(yīng)了有力的保障。無線照明監(jiān)控系統(tǒng)能提高開/關(guān)燈的牢靠性和可檢查性，避開白天亮燈狀況的出現(xiàn)；同時(shí)，系統(tǒng)采納光控和時(shí)控相結(jié)合的限制方案，在預(yù)置的時(shí)間區(qū)段內(nèi)依據(jù)光照度確定路燈的開或關(guān)，既能在陰雨天自動(dòng)延長照明時(shí)間，又能在晴好天氣自動(dòng)縮短照明時(shí)間；這些措施既可滿意市民對道路照明的需求，又避開了路燈的無謂開啟，削減了開燈時(shí)間,從而節(jié)約了大量的電能。智能限制系統(tǒng)的功能原理本方案采納無線通訊方式來遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈限制箱，設(shè)備安裝完成后，不須要到達(dá)現(xiàn)場即可實(shí)現(xiàn)限制與監(jiān)控的目的。以GPRS/GSM功能技術(shù)為核心，限制柜通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和管理中心進(jìn)行通訊，接收管理中心的吩咐。管理中心實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能限制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對路燈的分時(shí)開關(guān)限制，故障信息的檢測，各種信號采集遠(yuǎn)程測量等功能。智能限制原理框圖如圖2所示。圖2智能限制原理框圖智能限制系統(tǒng)的組成智能限制系統(tǒng)的組成主要包括兩部分：智能限制系統(tǒng)監(jiān)控中心服務(wù)器及其后臺管理軟件、智能限制系統(tǒng)現(xiàn)場限制柜。智能限制系統(tǒng)監(jiān)控中心服務(wù)器及其后臺管理軟件概述路燈的監(jiān)控方式有以下兩種：手機(jī)方式：通過給路燈限制箱發(fā)送一條包含設(shè)置信息的短息即可。限制箱收到設(shè)置短信后，把設(shè)置信息保存起來，進(jìn)行定時(shí)限制路燈。用戶還可以通過短信對路燈限制箱進(jìn)行系統(tǒng)校時(shí)，防止錯(cuò)誤時(shí)間閉、合路燈。短信業(yè)務(wù)具有應(yīng)用便利、操作簡潔、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在越來越來多的分散式、不易布線的監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，但是短信的方式有5-10s的延時(shí)限制，這是短信限制的缺點(diǎn)。服務(wù)器方式：用我們供應(yīng)的上位機(jī)軟件(路燈管理中心)，用戶只要在相應(yīng)的應(yīng)用窗口對限制柜校時(shí)，同時(shí)可以對路燈的閉、合時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，上位機(jī)通過GPRS與現(xiàn)場路燈限制柜通訊，限制柜收到信息、保存信息、完成系統(tǒng)校時(shí)等操作?，F(xiàn)場限制柜通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳送至管理中心,用戶可通過上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)信息。服務(wù)器解決方案路燈限制器和監(jiān)控主機(jī)采納TCP/IP通訊方式，監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)關(guān)連接到互聯(lián)網(wǎng)，路燈限制器通過GPRS通訊方式連接到互聯(lián)網(wǎng)。服務(wù)器通信方案如圖3所示。圖3服務(wù)器通信方案示意圖路燈限制器通過GPRS連接到互聯(lián)網(wǎng)，由于移動(dòng)信號是不穩(wěn)定的，它所獲得的IP地址也是變更的。監(jiān)控主機(jī)處以企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，有比較好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（固定IP、穩(wěn)定的網(wǎng)速）。所以監(jiān)控主機(jī)在TCP/IP通訊過程中擔(dān)當(dāng)服務(wù)器的角色，路燈限制器在聯(lián)網(wǎng)后，主動(dòng)和服務(wù)器進(jìn)行通訊連接。監(jiān)控主機(jī)是在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，由于有網(wǎng)關(guān)的存在，外部不能干脆與其建立通訊連接。一般來說，解決的方法是在網(wǎng)關(guān)上給監(jiān)控主機(jī)設(shè)置端口映射。例如：網(wǎng)關(guān)的IP地址為1.2.3.4，監(jiān)控主機(jī)的內(nèi)部IP地址是192.168.1.2，監(jiān)控主機(jī)的端口60002作為服務(wù)器端口。在網(wǎng)關(guān)1.2.3.4上設(shè)置8012（或者其它用不到的端口）映射到192.168.1.2的60002，那么路燈限制器只要訪問1.2.3.4:8012，就可以間接訪問到192.168.1.2:60002，TCP/IP通訊方式得到建立。所以須要向網(wǎng)絡(luò)中心，申請?jiān)诰W(wǎng)關(guān)上添加一個(gè)端口映射。智能限制系統(tǒng)現(xiàn)場限制柜智能限制系統(tǒng)現(xiàn)場限制柜主要由主控板、GPRS/SMS模塊、三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊、漏電愛護(hù)單元、柜體門開關(guān)檢測裝置、光控裝置、溫度檢測裝置、串口顯示屏、開關(guān)電源AC-DC構(gòu)成。系統(tǒng)主要構(gòu)成框圖如圖4所示。圖4系統(tǒng)主要構(gòu)成框圖主控板主控板的主要功能與ZWG-28A通信（主、從方式），解析短信內(nèi)容，依據(jù)相應(yīng)的吩咐做相應(yīng)的處理，還有對GPRS數(shù)據(jù)的收發(fā)限制。實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)漏電電流，一旦檢測到漏電電流，主動(dòng)向用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警信息（短息方式）。閉/合限制路燈的開關(guān)與三相點(diǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊通信，讀出三相電電壓、電流、電能、有功功率、無功功率、以及功率因數(shù)等。檢測柜門開關(guān)狀態(tài)，為限制中心供應(yīng)柜門狀態(tài)信息。檢測柜體內(nèi)部溫度，驅(qū)動(dòng)散熱風(fēng)扇，為限制柜的正常運(yùn)行供應(yīng)保障。與串口屏通信，顯示屏顯示各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息以及開關(guān)燈時(shí)間。主控板的功能原理圖如圖5所示圖5主控板的組成與選型主控板由單片機(jī)（CPU）、RS-232通信接口、RS-485接口、AD前端處理電路、繼電器、時(shí)鐘電路，電源芯片等模塊組成。CPU選型單片機(jī)采納ST公司的STM32f103VB芯片，STM32F103xx中等容量增加型系列，整合了工作頻率為72MHz的高性能ARMCortex?-M332位RISC內(nèi)核、高速嵌入式存儲(chǔ)器(多達(dá)128K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器，和20K字節(jié)的SRAM存儲(chǔ)器)，和大量連接至2條APB總線的增加型I/O與外設(shè)。全部型號均帶有2個(gè)12位ADC、3個(gè)通用16位定時(shí)器和1個(gè)PWM定時(shí)器，以及標(biāo)準(zhǔn)與高級通信接口：2個(gè)2I2C和SPI接口、3個(gè)USART接口、1個(gè)USB接口和1個(gè)CAN接口。器件的工作電壓為2.0~3.6V。工作于–40~+85°C的溫度范圍和–40~+105°C的擴(kuò)展溫度范圍。本設(shè)計(jì)須要用到主要涉及單片機(jī)內(nèi)部AD采樣，多路串口做RS-232以及RS-485通信，一路IIC通信接口，STM32完全滿意設(shè)計(jì)需求，另外該芯片性價(jià)比特別高，所以采納STM32作為CPU。RS-232通信接口考慮到主控板的CPU工作電壓為3.3V所以采納MAX3232作為RS-232的電平轉(zhuǎn)換芯片，保障RS232通信接口的牢靠運(yùn)行。MA3232采納專有低壓差發(fā)送器輸出級，利用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源供電時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)真正的RS-232性能，器件僅需四個(gè)0.1uF的外部小尺寸電荷泵電容。max3232確保在120kbps數(shù)據(jù)速率，同時(shí)保持RS-232輸出電平。RS-485通信接口RS-485通信接口電路采納模擬器件公司的ADM2587E。該器件的產(chǎn)品特性如下：隔離室RS-485/RS-422收發(fā)器，可配置為半雙工或全雙工集成isoPower的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器RS-485輸入/輸出引腳供應(yīng)±15kVESD愛護(hù)符合ANSI/TIA/EIARS-485-A-98和ISO8482:1987(E)標(biāo)準(zhǔn)ADM2587E數(shù)據(jù)速率：500kbps5V或3.3V電壓供電總線最多支持與256個(gè)節(jié)點(diǎn)連接開路和短路電路，故障愛護(hù)接收器輸入高共模瞬變抗擾度：＞25kV/us熱關(guān)斷愛護(hù)工作溫度：-40℃到+85℃高集成度，20引腳，寬體SOIC封裝AD前端處理電路AD前端處理電路主要包括漏電電流0-1ma的小電流采樣、小電流信號放大、低通濾波器、溝通信號轉(zhuǎn)直流信號等電路組成0-1ma小電流采樣采納一顆精密的51歐姆采樣電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。小電流信號放大、低通濾波器以及交直流信號轉(zhuǎn)換電路等全部采納Op07芯片。OP07功能介紹：OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于Op07具有特別低的失調(diào)電壓(對于OP07最大為25uV)，所以O(shè)P07在許多場合不須要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低(±2nA)和開環(huán)增益高(300V/mV)的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特殊適用于高增益測量設(shè)備以及放大傳感器的微弱信號等方面。OP07特點(diǎn)：超低偏移：150uV最大低輸入偏置電流：1.8nA低失調(diào)電壓漂移：0.5uV/℃高電源電壓范圍：±3V至±22V時(shí)鐘電路主控板采納DS3231作為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘限制芯片。DS3231是低成本、高精度I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，具有集成的溫補(bǔ)晶振(TCXO)和晶體。該器件包含電池輸入端，斷開主電源時(shí)仍可保持精確的計(jì)時(shí)。集成晶振提高了器件的長期精確度，并削減了生產(chǎn)線的元件數(shù)量。RTC保存秒、分、時(shí)、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份，將自動(dòng)調(diào)整月末的日期，包括閏年的修正。時(shí)鐘的工作格式可以是24小時(shí)或帶/AM/PM指示的12小時(shí)格式。供應(yīng)兩個(gè)可設(shè)置的日歷鬧鐘和一個(gè)可設(shè)置的方波輸出。地址與數(shù)據(jù)通過I2C雙向總線串行傳輸。DS3231的主要特性：0°C至+40°C范圍內(nèi)精度為±2ppm-40°C至+85°C范圍內(nèi)精度為±3.5ppm為連續(xù)計(jì)時(shí)供應(yīng)電池備份輸入工作溫度范圍商用級：0°C至+70°C工業(yè)級：-40°C至+85°C低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生秒、分、時(shí)、星期、日期、月和年計(jì)時(shí)，并供應(yīng)有效期到2100年的閏年補(bǔ)償兩個(gè)日歷鬧鐘可編程方波輸出高速(400kHz)I2C接口工作在3.3V數(shù)字溫度傳感器輸出：精度為±3°C繼電器繼電器采納松下繼電器JW2SN-DC12V，觸點(diǎn)12VDC，負(fù)載250VAC/5A。電源芯片由于系統(tǒng)的工作電壓為3.3V，所以采納LM1117將開關(guān)電源供應(yīng)的5V電壓轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的工作電壓。LM1117是一款低壓差線性穩(wěn)壓電源芯片，可供應(yīng)最大800mA的電流輸出，LM1117完全滿意STM32及其整個(gè)主控板涉及的相關(guān)電壓電流需求。GPRS/GSM模塊GPRS/GSM模塊采納廣州周立功公司的ZWG-28A模塊。ZWG-28A是一款基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，供應(yīng)全透亮數(shù)據(jù)通道，可以便利的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、無線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式。最主要的是該模塊支持GPRS與SMS兩種通信方式，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠得到簡化。產(chǎn)品特性：大緩存區(qū)設(shè)計(jì)(收發(fā)各30KB)，采納動(dòng)態(tài)劃分技術(shù)，提高緩存區(qū)運(yùn)用效率最多可緩存480幀數(shù)據(jù)(每幀64B)，適合小數(shù)據(jù)幀快速連續(xù)傳輸每幀可設(shè)置為1024B長度(緩存30幀)，適合大數(shù)據(jù)量連續(xù)傳輸運(yùn)用西門子工業(yè)級GPRS模塊，內(nèi)嵌牢靠協(xié)議棧6V-26V寬范圍供電具備設(shè)備電源關(guān)斷功能。便利用戶限制數(shù)據(jù)全透亮傳輸，用戶無需了解困難的TCP/IP、PPP協(xié)議支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或者IP地址訪問支持備用數(shù)據(jù)中心支持APN虛擬專網(wǎng)業(yè)務(wù)支持恒久在線、空閑下線和空閑掉電三種工作方式支持短信和電話喚醒功能支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連功能支持連接實(shí)際可控功能，節(jié)約流量支持本地和遠(yuǎn)程圖形化界面配置和維護(hù)支持短信配置和維護(hù)支持本地遠(yuǎn)程固件升級支持?jǐn)?shù)據(jù)中心虛擬串口功能，無縫連接現(xiàn)有上位機(jī)軟件多重軟硬件牢靠設(shè)計(jì)，復(fù)合式看門狗技術(shù)，使設(shè)備平安運(yùn)行性能參數(shù)如表1所示參數(shù)名稱參數(shù)備注網(wǎng)絡(luò)類型GPRS移動(dòng)站類型CLASSBGPRS多時(shí)隙類型CLASS10頻段900/1800MHZGPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸速率下行：最大：85.6Kbps上行最大：42.8Kbps編碼方式CS-1、CS-2、CS-3、CS-4SIM卡電壓3V、1.8V天線接口50Ω/SMA（母頭）串口電平類型RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平串口接口類型端子串口波特率300-115200bps支持標(biāo)準(zhǔn)波特率適配電源DC：+6V-26V標(biāo)準(zhǔn)適配器：+6.3V/2A功耗工作：最大380ma待機(jī)：≤80ma空閑：≤80ma掉電：≤80ma工作溫度-25℃-+80℃存儲(chǔ)溫度-40℃-+80℃濕度范圍0-95%非冷凝表1三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊采納力創(chuàng)的采集模塊EDA9033E。EDA9033E的功能特點(diǎn)：EDA9033E系列模塊是EDA9033A模塊的升級替代產(chǎn)品，增加了四象限有功、無功功率的測量，頻率測量，正反向有功無功電能的計(jì)量，及顯示驅(qū)動(dòng)接口。EDA9033E模塊是一智能型三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊；三表法精確測量三相三線制或三相四線制溝通電路中的三相電流、三相電壓（真有效值）、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、正反向有功電度、正反向無功電度等電參數(shù)。其輸入為三相電壓（0～500V）、三相電流（0～1000A）；輸出為RS-485或RS-232接口的數(shù)字信號，支持的通訊規(guī)約有3種：（ASCII碼）研華ADAM兼容通訊協(xié)議、十六進(jìn)制LC-02協(xié)議、MODBUS-RTU。EDA9033E模塊是一款高性價(jià)比的智能電參數(shù)變送器，他能替代過去的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電量等一系列變送器及測量這些變送器標(biāo)準(zhǔn)輸出信號的模入模塊，可大大降低系統(tǒng)成本，便利現(xiàn)場布線，提高系統(tǒng)的牢靠性。其485總線輸出與兼容于NuDAM、ADAM等模塊的ASCII碼指令集，使其可與其他廠家的限制模塊掛在同一485總線上，且便于計(jì)算機(jī)編程。EDA9033E典型接線圖如圖6所示：圖6EDA9033E典型接線圖漏電愛護(hù)單元漏電愛護(hù)單元包括在三相電進(jìn)線處安裝一個(gè)零序電流互感器，當(dāng)漏電發(fā)生時(shí)，零序電流互感器有信號輸出經(jīng)過主控板上AD前端處理電路處理，然后接入STM32內(nèi)置AD，當(dāng)數(shù)據(jù)大于肯定值時(shí)候，CPU馬上響應(yīng)進(jìn)行漏電愛護(hù)動(dòng)作并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向管理中心報(bào)警。漏電愛護(hù)單元的零序電流