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公共照明系統(tǒng)廣泛采用高壓鈉燈（high pressure sodium lamp）或金屬鹵化物燈（metallic halide lamp），傳統(tǒng)照明系統(tǒng)經(jīng)常采用電感鎮(zhèn)流器，照明燈具采用統(tǒng)一開關控制案。 隨著數(shù)字技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，公共照明數(shù)字化和網(wǎng)絡化已經(jīng)成為一種必然趨勢。節(jié)約能源、保證燈具壽命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保證城市夜間出行安全等，已經(jīng)成為對公共照明系統(tǒng)的一項基本要求。本文將介紹基于鎮(zhèn)流器的全數(shù)字公共照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了遠程單個路燈節(jié)點的任意監(jiān)控，并重點介紹了系統(tǒng)的核心設備——組群控制器的作用、組成、工作原理是以及主要軟件結(jié)構(gòu)框圖。路燈管理是城市管理中技術含量高、難度大的一項工作，反映一個城市的經(jīng)濟實力、人文特色和現(xiàn)代文化水平。隨著社會文明的不斷發(fā)展、城市規(guī)模的急劇膨脹，城市照明已不僅局限于街道的照明，社會對亮燈率、開關燈的準確率、故障檢測的實時性和維修的及時性、路燈的節(jié)能要求也不斷增高，這樣集現(xiàn)代計算機技術、無線電通信、測控技術、路燈電力節(jié)能于一體的城市照明節(jié)能、自動監(jiān)控與管理系統(tǒng)也就應運而生了。多年以來，我國的路燈的管理和控制手段主要采取以下手段：開關燈采取時控方式；故障巡檢依靠人工巡查的方式。隨著城市的擴大，路燈數(shù)量的迅速增長，這種控制方式在故障實時監(jiān)控處理、按需控制、節(jié)能等方面已越來越不能適合城發(fā)展。因此對于路燈所采取的智能控制和節(jié)能措施已經(jīng)非常有意義。 以深圳市為例。2002年統(tǒng)計的四區(qū)(羅湖、福田、南山、鹽田)路燈系統(tǒng)光源安裝總功率為10294KW，鎮(zhèn)流器損耗按光源安裝總功率18%計算，照明線路損耗按5%考慮，路燈每年亮燈小時數(shù)按4000小時計，則：路燈系統(tǒng)電氣安裝總?cè)萘繛?0294X（0.18+0.05）=12661千瓦。路燈系統(tǒng)每年耗電為12661X4000x10-4=5064.4萬度。年耗電5064.4萬度是什么概念呢？大亞灣核電站年發(fā)電能力約為140億度，5064.4萬度占其0.36%。由上可見，路燈系統(tǒng)的耗電相當可觀。正因為此，道路照明節(jié)電已成為日益受到重視的話題。近年來很多地區(qū)發(fā)生的日益嚴重的電荒，更使許多部門認識到這一當務之急。本文站在技術角度，分別從路燈布置方式、配電系統(tǒng)、燈具配件等方面，就如何以科學、合理的方式，實現(xiàn)道路照明系統(tǒng)節(jié)能，闡述個人的一點體會。
第一章 數(shù)字路燈照明系統(tǒng)
1.1路燈監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀
路燈測控系統(tǒng)在中國城市建設中得到廣泛應用，在節(jié)省能源、美化城市、方便管理等方面有重要意義。目前我國路燈測控系統(tǒng)中大量使用的是數(shù)傳電臺、BB機、電話線、載波等傳輸方式。采用傳統(tǒng)數(shù)傳電臺的通訊模式，不僅需建造發(fā)射塔，而且覆蓋范圍非常有限，它地位固定，不能移動，且投資成本高，覆蓋范圍越廣，建造費用也越高。隨著城市建設不斷發(fā)展，建造的樓房起來越高，將阻礙發(fā)射塔和終端的通訊，而且，惡劣天氣的影響、其他干擾、巡視的困難，現(xiàn)路燈監(jiān)控系統(tǒng)存在著許多弊端。隨著傳呼通訊使用者越來越少，BB機控制方式也面臨傳呼臺解散等問題。電話控制也有鋪設線路困難、運行費用高等難題。載波通訊需要路燈供電專用線路，在大多城市難以實現(xiàn)。
1.2數(shù)字路燈照明系統(tǒng)
圖1給出了數(shù)字路燈系統(tǒng)的系統(tǒng)組成原理圖。在該系統(tǒng)中，每個路燈節(jié)點采用全數(shù)字化電子鎮(zhèn)流器，可以實現(xiàn)0%、50%、80%、100%功率輸出，可以隨時發(fā)送路燈的電流、電壓信息，并具有開路、斷路和路燈老化報警功能。每一個路燈節(jié)點內(nèi)包含一個電力載波通信（PLC）模塊，利用電力載波模塊實現(xiàn)路燈節(jié)點之間以及路燈節(jié)點與組群控制器之間信息通信。組群控制器采用雙CPU結(jié)構(gòu)，負責日常系統(tǒng)的正常運行控制，并可以隨時響應上位管理計算機發(fā)出的指令。組群控制器與照明管理計算機通過GSM/GPRS短信方式實現(xiàn)正常情況下的通信。在組群控制器發(fā)生故障的情況下，照明管理計算機可以通過GSM/GPRS直接實現(xiàn)路燈線路的開關控制，實現(xiàn)系統(tǒng)安全雙保險。照明管理計算機采用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術，實現(xiàn)圖形化動態(tài)實時監(jiān)控管理。
1、該系統(tǒng)的主要性能特點
1）、通過電磁平衡效應，抑制電網(wǎng)突變以及開關瞬間電流的沖擊，平衡三相電壓，濾出三次、五次諧波，并利用氣體放電燈的特殊物理屬性，抑制能耗，提高用電效率，延緩燈具老化損壞。
2）、任意設定以及修改節(jié)電等級，轉(zhuǎn)換時段以及自動節(jié)電段數(shù)時間
3）、順序式電壓、電流上下限調(diào)節(jié)模式，即保證了設備的安全可靠，又獲得了最佳的節(jié)電效果。
4）、切換無火花控制。
5）、自動穩(wěn)壓控制
6）、電壓、電流超限自診斷關燈保護控制。
7）、任何原因?qū)е碌膭幼魇ъ`均可自動旁路運行保護控制。
8）、過流、過壓、過熱以及風扇故障旁路運行保護控制
9）、輸出電壓、（輸出電流）檢測顯示。
10）、友好的人機操作界面，中文顯示
2、技術參數(shù)
1）、輸入電壓：三相380V＋15％（單相：220V＋15％）
2）、輸出電壓：三相380V－15％（單相：220V－15％），
三相380V－20％（單相220V－20％）
3）、自動穩(wěn)壓精度：<5V
4）、額定電流 30A～400A。規(guī)格分級任選
5）、過載能力：電流 120％，60秒
6）、極限電流： 150％，5秒
7）、相數(shù)：標準三相（特殊相數(shù)訂貨）
8）、絕緣電壓：機箱與帶電部分之間大于2KV
9）、對電網(wǎng)的污染度：MEI＝0，RFI＝0。正弦波畸變＝0
10）、轉(zhuǎn)換效率：98～99％
11）、節(jié)電等級：0～4級任意設定以及0～5級任意設定兩種
12）、節(jié)電率：根據(jù)燈具的結(jié)構(gòu)不同以及照度的要求不同為16～40％
13）、每日可設定的時間段數(shù)：1～6段
14）、每日可設定的開、關燈次數(shù)：1～6次
15）、工作溫度：＋40o～＋80o，，環(huán)境溫度－20～＋45o
16）、散熱條件：自然風冷或風扇強制冷卻（中大功率）
17）、設計壽命：20年。
3、防護等級驗證
戶內(nèi)式：裝置防護等級滿足GB4208-1993 IP20規(guī)定的要求。
戶外式：裝置防護等級滿足GB4208-1993 IP33規(guī)定的要求。
4、裝置工作環(huán)境為：
溫度范圍：-15℃～+75℃
海拔高度：＜2000米
濕度環(huán)境：＜80%
第二章 組群控制器工作原是與系統(tǒng)組成
2.1 工作原理
在路燈測控系統(tǒng)中，街區(qū)路燈控制裝置即分控點，與設在路燈管理處的主控室，形成兩級分布式計算機測控系統(tǒng)。分控點以高性能的單片機、傳感器、接口等組成，為實時在線控制機，執(zhí)行對路燈的開關控制，對路燈各支線的電流、電壓及線路狀態(tài)等參數(shù)的檢測，同時又可在無線通訊方式時擔任信號中繼作用。主控室是由高性能微機、通訊接口及設備、顯示器、模擬屏、打印機等組成的系統(tǒng)一般稱作上位機。位于主控室的上位機完成整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集中處理和對各分控點統(tǒng)一發(fā)布命令的功能。
2．2 組群控制器系統(tǒng)組成
圖2給出了一種組群控制器設計方案。它包括CPU模塊、線路狀態(tài)檢測模塊、交流接觸器驅(qū)動模塊、后備電源模塊、時鐘模塊、控制策略模塊、電能計量模塊、溫濕度檢測模塊、GSM通信模塊和電力載波通信模塊。CPU模塊采用CPU結(jié)構(gòu)。主微控制器采用高性能、8位、40引腳、具有8KBFlash、多路8位A/D的RISC單片機PIC16F877，負責與GSM通信模塊和電力載波模塊通信，與交流接觸器驅(qū)動控制，與實時時鐘的讀取和校準以及根據(jù)照明控制策略發(fā)送控制指令等功能。從微控制器采用與主微控制器同一系列的高性能8位、28引腳、多路8位A/D、具有4KB Flash的RISC單片機PIC16F873。該控制器負責管理電能計量模塊、后備電源及監(jiān)控模塊、溫濕度監(jiān)控模塊和線路狀態(tài)檢測模塊等。
系統(tǒng)構(gòu)成：路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，即主站、一級終端、二級終端。
1) 主站：由計算機、服務器、大屏幕投影顯示設備、專用通訊終端、SIM卡、路燈智能測控系統(tǒng)軟件、打印機組成。
2) 一級終端：由工控機、電能測量單片機、多路控制板、監(jiān)控板、GPRS通訊模塊、(若要控制到每一盞需要擴展電力載波模塊)等組成，與路燈控制監(jiān)控柜監(jiān)控端相連。
3) 二級終端(可選)：由單片機、電力載波模塊(EPCW)和輸入輸出接口板組成，它安裝在每盞燈里。實現(xiàn)單盞燈開/關操作。實時監(jiān)控每盞路燈的亮滅情況、電能負荷狀態(tài)、燈桿損壞報警，漏電報警等功能。
2.3 雙CPU通信方法與RS-485通信
雖然PIC16F87x系列單片機外圍通信接口豐富，但是，整個系統(tǒng)通信復雜，接口資源仍然很緊張。主從CPU的可靠通信，是組群控制器可靠工作的關鍵之一。
根據(jù)資源分配，主微控制器PIC16F877與從微控制器PIC16F873采用SPI接口，并以主從方式通信。根據(jù)系統(tǒng)端口配置需要，PIC16F873采用硬件SPI接口方式，PIC16F877采用普通I/O口RB1～RB3來模擬硬件SPI口，即軟件SPI接口。PIC16F877的SPI硬件資源分配給E2PROM 24C64使用。PIC16F873的SPI接口工作在從模式下，PIC16F877需要選用一個普通I/O口（這里是RB4）與PIC16F873的SPI通信控制端RA4/SS相連，控制SI通信的發(fā)起與結(jié)束，如圖3所示。每次通信都是由PIC16F877發(fā)起，PIC16F873響應。
電能計量模塊為單獨模塊，能夠測量供電線路的電壓、電流、功率、功率因數(shù)等參數(shù)，并具有標準的RS-485接口。為此，PIC16F873利用硬串口RC6/TX和RC7/RX，通過RS485接口變換，與電能計量模塊JP1相連。這里MAX485芯片作為485總線接口轉(zhuǎn)換芯片，用RC2作為RS-485總線通信輸入/輸出使能控制端，控制信號的讀入和送出。
2．4 交流接觸器控制與狀態(tài)保持
組群控制器的一項重要任務是通過固體繼電器SSR和交流接觸器實現(xiàn)照明線路供電控制。固體繼電器為DC3～24V輸入，AC220V輸出，其輸入由NPN型三極管9013驅(qū)動。由于系統(tǒng)實際運行過程中存在各種干擾，若則相關引腳很可能會出現(xiàn)跳變信號或三態(tài)，造成交流接觸器誤動作。因此“鎖定”復位前狀態(tài)，對保證系統(tǒng)可靠性非常重要。這里采用了由1個D觸發(fā)器、1個光耦、3個電阻和3個I/O引腳組成的采樣/保持電路，如圖4所示。D觸發(fā)器復位端R和置位端S分別接地，數(shù)據(jù)端D接CPU的數(shù)據(jù)控制端RE0，時鐘端CLK通過光耦TIP521接CPU的時鐘產(chǎn)生控制端RE1和RE2。保持電路的關鍵在于RE0、RE1、RE2單個引腳誤動作無法產(chǎn)生有效時鐘和控制指令。即使CPU發(fā)生復位，由RC0腳讀回固態(tài)繼電器當前工作狀態(tài)，并將RE0輸出（D觸發(fā)器輸入）置成該狀態(tài)，進而保證SSR不產(chǎn)生誤動作。電阻R32為上拉電阻，保證RE2出現(xiàn)三態(tài)時光耦不產(chǎn)生誤導通。電阻R33起限流作用。實際證明該電路是有效的。
