摘要：针对庞大的路灯系统监控难、检修难的特点，设计了一种基于Lonworks总线的路灯监控系统。该系统以ADE7753芯片和Lonworks总线为核心，由ADE7753芯片与Lonworks电力载波芯片组成数据采集节点，由各个节点进行数据采集，通过电力载波将节点采集到路灯各项信息传输到数据管理中心。实验表明，该系统能对路灯的运行状态进行有效的实时监控，并能及时对突发状况进行报警。
0引言
如今路灯照明系统的应用规模在不断扩大，路灯系统不仅消耗大量的电能，而且在维护方面会耗费大量的人力、物力、财力，这对城市的电力系统和财政系统都是一个巨大的负担[1]。传统的路灯系统一直存在一个很大的弊端，就是路灯是由专人巡检的，有些突发状况难以及时发现和解决，如重要路段路灯老化或损坏，没有及时进行修理，有可能会造成行人出行不便，甚至造成交通事故等危险，传统路灯系统都没有行之有效的措施[2-3]。为了解决以上问题，提出了将ADE7753与Lonworks总线相结合来控制路灯系统的方法。利用ADE7753测量电路各项参数，然后经由Lonworks总线电力载波通信方式传输到控制中心，由控制中心通过传输数据来判断路灯的状态，如发现异常，即可报警并派技术人员解决，既能节省定期维护的人力，也能有效防止由于路灯损坏造成的危害，并且该方案能够在原有路灯的基础上直接架构，有效降低成本[4]。
1系统结构
本系统由两大部分组成，一是路灯监控节点，二是数据管理中心，如图1所示。
整个系统的工作流程如下：
（1）ADE7753芯片和Lonworks智能电力载波芯片构成路灯的电能载波智能控制节点，用以采集路灯的各项数据并控制路灯的开关[5]；
（2）通过电力载波通信线路将采集到的数据传输到控制中心，由控制中心判别并处理数据，对异常情况进行报警，并通过邮件或书面方式通知有关人员进行处理。
2系统硬件设计
路灯的电力载波智能控制节点是本系统的核心模块，其采用ADE7753芯片和电力载波智能收发器PL3120作为监控器的核心，该系统通过继电器控制路灯通断电路；耦合电路、电源电路、互感电路完成对路灯工作状态的监控。路灯控制节点的结构图如图2所示。
2.1信息采集模块
ADE7753电路如图3所示。ADE7753能够承受的最大测量电流电压有限，所以将大电流通过互感电路转变成ADE7753芯片能够承受的小电流，用于采集电流信息。V2P、V2N连接到路灯两端的零线和火线上，将大电压通过互感电路转变成ADE7753芯片能够承受的小电压，用于采集电压信息；复位RESET引脚低电平有效；DVDD、AVDD连接5V直流电源；AGND、DGND接地；ADE7753芯片通过DIN、DOUT、SCLK、CS引脚分别连接PL3120的IO10、IO9、IO8、IO7引脚，以SPI方式与PL3120芯片之间通信。
2.2通信模块
2.2.1VCN-PL3120M电力线控制模块
核心控制部分采用了埃施朗公司的VCN-PL3120M电力线控制模块，共集成了符合的PL3120电力线智能收发器，通过电力载波技术传送数据，节约现场布线和开发周期。
PL3120M智能收发器有4KB的EEPROM，2KB静态RAM，24KBROM，支持38种可编程I/O模式和11个I/O引脚[6]。
2.2.2耦合电路
COMP引脚相连，J5D直接连接电力线。
PL3120连接电力线，两者之间需要设计耦合电路，本模块选用的是图4所示的耦合电路，此电路为变压器隔离式耦合电路。为了使一次侧与二次侧的电气完全绝缘，同时使该回路隔离，电路采用的是1∶1的隔离变压器，并且可以利用其铁芯的高频损耗大的特点，从而抑制高频杂波传入回路。VA引脚为VCN-PL3120M模块提供工作电压，TXOUT、RXIN、RXCOMP引脚与PL3120模块上TXOUT、RXIN、RX。
2.3路灯控制模块
图5为路灯控制模块电路。U1、U2为光电耦合器，JD1为继电器，通过将继电器与镇流器串联来控制路灯的通断。PL3120控制外部光电耦合器，当IO3为低电平时，三极管导通继电器闭合，路灯打开。继电器吸合时，光电耦合器导通，IO2被拉为高电平，输入给PL3120，如为低电平，表明继电器未吸合，以此判断继电器吸合是否正常，实现故障检测功能。
2.4时间控制模块
如图6所示，采用DS1302时钟芯片作为时间控制模块芯片，DS1302通过三线SPI通信方式与PL3120进行通信，其SCLK、SDA、/CS引脚分别连接PL3120的IO0、IO4、IO5引脚，其中SCLK是时钟线，SDA是数据线，/CS为片选引脚，PL3120通过SPI通信读取DS1302时钟芯片的时间数据。
3系统的软件设计
系统的主要工作流程如图7所示。预设开灯时间为18∶00，关灯时间为6∶00，在时间到达开关灯时间时，通过IO3控制路灯的开关。
在路灯为开灯状态时，要通过ADE7753芯片测量路灯的电压、电流、功率等相关参数，通过对这些相关参数的比较来判断路灯的工作状态。为防止误判，当数据出现异常时，不立即报警，而是返回重新测量参数，如果连续超过3次数据异常，则关灯报警。同时通过监控继电器工作状态，开灯时是否正常闭合，关灯时是否正常断开，如发现异常，发出报警信号，通知相关人员进行检修。
4实现
在实验室里连接一个普通LED台灯的监控系统，设置为每80s左右路灯开与关。如图8所示，从上位机界面可以直接观察路灯的电压、电流、功率、温度，可以通过图像观察路灯的开关状态和报警状态，并可以通过预设的两个开关对路灯进行控制。在路灯正常工作状态下，总控开关为“开”状态，路灯报警图标为“关”，天气开关为“关”。路灯发现异常，如继电器未正常工作，电压、电流未处于正常范围内，则报警图标为“开”，为防止其他严重情况的发生，可以通过总控开关直接关闭路灯；天气开关是在天气阴、雾霾等情况下打开开关，可以自动将路灯打开时间提前20s，关闭时间延后20s，关闭后自动恢复到原来预设时间。曲线图是采集的一定时间内LED灯的累积电能曲线图，由于采集的是ADE7753的0x06寄存器，每采集一次便自动清零，因此在路灯打开时，采集的数据基本持平，在路灯关闭状态，电能为零。
5结论
在路灯制作材料和保证路灯不“白亮”问题的解决上已经趋近成熟，但在路灯检修问题上不仅需要耗费大量的人力物力，而且在某些危险路段如果检修不及时，很容易发生危险。本文所设计的控制器有效解决了这一问题，控制器通过ADE7753芯片检测路灯的电压、电流、功率等参数，通过对这些参数的判别来判断路灯的状态，如果发现异常，则通知相关人员进行检查，修理或更换损坏的路灯。并且还可以通过参数的异常来判断路灯是否老化，更换老化程度很大的路灯也能节省一定的电能。
在应用成本上，此监控器是一个基于传统路灯制系统的绿色环保扩展性监控器，采用的是Lonworks电力线载波通信，能够在原有的路灯系统上进行加装改进，有效解决了重新搭建路灯系统的问题，节约成本。此系统能够行之有效地实现路灯系统的智能化控制，并且能够节省大量的人力、物力、财力，有着广阔的应用前景。
参考文献
[1]任君伟.城市绿色照明与路灯节能措施[J].中国高新技术企业，2011（2）：96-97.
[2]景春国，何荣富，舒冬梅.异常天气城市路灯照明控制策略[J].电力系统自动化，2006，30（20）：81-83.
[3]邵子扬．新型智能节能路灯的设计[J]．世界电子元器件，2009（2）：78-81.
[4]胡开明，李跃忠，卢伟华．智能路灯节能控制器的设计与实现[J]．现代电子技术，2009，32（9）：143-145.
[5]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京：清华大学出版社，2008.
[6][Z].1996-2005.
