摘要：运用电力线载波通讯技能在原有照明供电线路基础上完结了楼宇公共照明体系的长途监控。体系规划简略、施工便利，不需求布线和线路改造，只对原有照明操控开关进行改善，具有主动守时监控和实时操控功用，完结对线路上一切照明设备的监控。操控终端不仅能代替原有操控开关，并且还能够对照明灯泡是否呈现毛病进行检测，并及时上报毛病信息。
关键词：公共照明；电力线载波通讯；长途监控；操控终端
0 导言
楼宇公共照明是指修建内楼道、走廊、车库以及室外亮化等公共电力照明体系，公共照明体系的监控是智能楼宇的重要组成部分，合理地规划照明体系的智能操控体系能够有效地下降能耗，在许多新建大型修建中得到运用。可是现在大都修建中仍选用传统的手动开关的照明操控办法，办理办法落后，简略构成动力糟蹋，能够在原有供电体系上规划独立的智能照明操控体系，改动传统的照明操控办法，更科学、有效地办理照明用电。文献标明，许多研究人员在照明智能操控体系范畴做了许多作业，有选用C-Bus总线和CAN总线的操控体系，也有选用ZigBee传感器网络技能等无线传输模块的操控体系。有线操控办法能够确保监控信号的牢靠传输，但体系需求独自布线，装置不便利，无线
数据传输避免了布线，但需求规划、装置无线数据传输网络。运用电力线载波通讯能够凭仗传统供电体系的供电线路作为通讯信道，不需求从头布线，只需在照明灯具上装置操控终端即可，装置操控便利，是照明体系智能监控体系的最优计划。
1 照明监控体系的组成
电力线载波通讯技能，是运用电力线传送数据的一种通讯办法，开始的运用首要会集在高压远距离输电线路上，跟着技能的开展，在中、低压配电网线路中也得到了广泛运用。楼宇照明监控体系中的电力线通讯是一种低压电力载波窄带通讯技能，便是凭仗现已布好的修建照明低压供电线路进行数据通讯的一种办法。
体系由中心监控站和操控终端组成，它们都经过电力载波调制解调器与电力线相连，中心监控站能够装置在楼宇配电操控室内或值勤室内，经过电力线向装置在供电线路上的操控终端发送操控指令，操控终端装置在受控照明灯具邻近，实时接纳中心操控站宣布的指令，完结对照明灯的开关操控，一起检测照明灯的作业状况。
2 体系硬件规划
2．1 电力线载波通讯模块
现在用于电力线通讯的芯片有许多，意法半导体(ST)公司的ST7538电力线收发器凭仗其较好的功用，在小数据量低速数据传输方面得到了广泛运用，可用于大规模的主动读表体系和家庭、楼宇的主动化解决计划中。ST7538是一种半双工、同步／异步FSK调制解调器芯片，内部集成了电力线驱动接口，具有发送和接纳数据的一切功用，只需经过耦合变压器等少数外围器材即可衔接到电力网中，经过串行能够便利地与微处理器相衔接。芯片具有八种载波频率和四种通讯速率，能够经过编程进行挑选，一起芯片还具有载波侦测、看门狗、过零检测、温度保护等功用。
电力线载波通讯模块首要电路组成如图2所示，单片机经过串口与ST7538进行数据交换，完结数据的发送和接纳。规划中选用异步串口通讯办法，不对操控寄存器进行操作，ST7538的UART／SPI管脚接高电平，REG DATA管脚接低电平，体系作业在132．5kHz调制频率信道，数据传输速率为2400bit／s。发送数据时首要判别载波监听信号管脚CD／PD，该管脚为高电平时阐明信道中没有数据进行传输，然后经过I／O端口使RxTx引脚为低电平，数据以设定的波特率经过TXD传输给ST7538处理器，发送数据经过调制、滤波和差分扩大后，由引脚ATOP1、ATOP2经过电力线接口电路发送到电力线上。因为其内部集成了电力线驱动接口，外围电路规划比较简略，由电容、电感、电阻构成的二阶带通滤波电路和1：1阻隔变压器组成，元件的参数规划需依据挑选的信道频率确认。阻隔变压器的输出端一端接在供电线路的零线N上，一端经过电感和X2安规电容构成的滤波电路接在前方L上，图中虚线框内的耦合电路是将信号发送到三相供电线路中，只运用在中心监控站。经过电力线传输的调制信号经过耦合滤波电路由模仿输入端RAI管脚进入ST7538，经过滤波、解调等处理后构成串行数字信号由RXD管脚将信号送入单片机串口接纳端。
2．2 中心监控站模块
中心监控站单片机挑选了带双串口接口的STC单片机STC12C5A08S2，外围模块首要由时钟芯片、电力线通讯模块、与核算机进行串口通讯的电平转化接口模块。体系中心监控站需依据时刻信息向操控终端发送操控指令，DS12C887时钟芯片具有实时时钟功用，并且片上带有128字节RAM，其间113字节能够作为单片机的外部存储器运用，芯片自带锂电池，掉电时内部RAM信息不丢掉，时钟能正常作业。单片机P0口与DS12C887的地址数据端口相连，经过Intel数据总线的办法对DS12C887中的RAM进行读写操作，包括作业形式设定、时刻信息设定、闹钟时刻设定以及其他数据信息的存储等。时钟芯片的中止恳求输出端衔接到单片机P3．2管脚(外部中止0)，单片机经过设定闹钟时刻，运用时钟中止的办法向操控终端宣布开关照明设备指令。每天的开关时刻信息存储在掉电不丢掉的时钟芯片内部RAM中。单片机具有双串口结构，其间一个串口及P1．6、P1．7与电力线通讯模块衔接完结电力线载波通讯的数据发送和接纳，别的一个串口经过RS232电平转化芯片与中心办理站的电脑相连，经过串口与电脑进行数据通讯。
2．3 照明操控终端模块
照明终端监控电路由电力载波通讯模块、作业电流检测模块、开关操控模块和操控按键及作业状况指示电路等几部分组成，电路规划如图4所示。处理器选用了AT89C2051单片机，其串口和I／O端口P1．6、P1．7与电力线载波通讯模块相连，完结数据的发送和接纳。单片机体系经过电流互感器检测照明线路中作业状况下的电流，能够判别照明灯具是否呈现损坏等毛病。电流互感器的变比为1000：1，作业时输出的电流比较小，先经过集成运放1进行信号扩大及电流电压转化，集成运放2和集成运放3组成精细整流电路对信号进行整流，再经过电容滤波得到一个直流电压信号，衔接到单片机的P1．0管脚，运用单片机内部比较器，与P1．1管脚设定的阈值电压进行比较，P3．6是比较器的输出端，比较成果能够反映照明灯具是否正常作业。电路中电阻R的参数设定需依据照明灯具的功率来确认，照明灯具功率在40～100W规模时，电阻R能够选取6．8k的电阻，阈值电压能够设为1．2V，当照明灯正常作业时比较器输出高电平。
单片机经过P1．4输出低电平使操控继电器闭合，对照明灯完结开关操控。电路中还规划了一个人工应急开关按钮，当按下SW键时，能够使开关闭合一段时刻后再断开，详细时刻经过软件编程设定。TEST按钮用于装置测验，按下时操控终端会宣布链路查看恳求，若与中心监控站通讯链路正常，则P1．3输出低电平，点亮发光二极管LED1。一起也测验操控电路作业功用，P1．4输出低电平翻开照明灯，查看照明线路作业电流信号是否正常，若没有检测到作业电流，灯泡或许已损坏，P1．2输出低电平，毛病指示灯LED2亮。能够在装置灯泡和不装置的情况下进行测验，查看体系是否正常作业。
3 体系软件规划
体系软件规划首要包括数据通讯的完结、照明灯具开关操控及作业状况检测的完结以及核算机办理和操控软件体系。中心监控站和操控终端之间经过电力线载波进行数据通讯，考虑到电力线信道动态改变的特色，数据通讯选用应对办法和超时重发机制。中心监控站和每个操控终端都有一个仅有的16位地址编码(ID)，数据在传输时依靠这个地址编码确认发送端和接纳端。中心监控站向操控终端发送指令时，将需求发送的信息依照规则的格局进行封装，构成数据帧进行发送，数据帧的帧结构如图5所示。
数据帧包括意图地址和源地址，操控终端经过获取数据帧的意图地址判别是否接纳数据和呼应。帧长度标明该字节后到校验码数据针对长度，用于接纳端判别并接纳完好的数据帧。意图地址和源地址都别离重发一次用于接纳端校验判别，自帧长度之后的字节经过循环冗余校验产生校验码，接纳端经过校验判别数据帧是否传输正确。操控字为完结不同功用规则了不同的指令字，数据段是不同指令所带的数据信息。为确保数据传输的牢靠，发送数据时运用ST7538的载波监听功用，在电力线上没有数据传输时发送数据，一起在发送数据帧之前和发送完数据帧之后多发几个字节能够进步通讯的成功率。试验测验标明，在一个楼宇内中心监控站和操控终端之间的电力载波通讯都能完结。经过软件规划操控终端能够具有中继站的功用，假如存在数据传输成功率低的问题，能够选用中继的办法进行数据传输，完结楼宇照明体系的监控。
在核算机上运转的操控办理软件经过核算机的串口与中心监控站进行数据通讯，完结照明体系开关灯时刻信息设定、中心监控站校时、照明体系作业状况监测和毛病检测、对每个照明灯的独自操控等功用。对楼宇公共照明体系能够一致设定开关时刻，也能够依据详细需求分区域别离设定开关时刻。核算机只要在对操控参数设定和照明体系检测时才与中心监控站进行联机通讯，一般情况下中心监控站依据设定的操控参数独立运转，完结对公共照明体系的监控。经过核算机办理软件设定的参数保存在掉电不丢掉的时钟芯片RAM中，中心监控站依据开关时刻信息参数，设置时钟芯片的闹钟时刻，运用闹钟中止的办法对公共照明体系进行开关操控，能够产生播送指令一致操控，也能够分楼层、分区域别离操控，以及对每个照明设备独自操控。当与核算机联机时，依据操控办理软件宣布的指令，将包括指令信息的数据帧发送到三相供电线路上，并接纳操控终端的反应信息，转发给办理操控软件。
操控终端经过电力线承受中心监控站宣布的操控指令，对照明灯具进行开关操控和作业状况检测。其软件规划流程如图6所示。体系装置后能够经过测验键查看照明线路和通讯信道是否正常，正常作业时能够经过开关按键，短时刻翻开照明灯，这个功用能够在非规则照明时刻应急运用。数据接纳选用串口中止的办法，将接纳到的数据存储在片内存储器，主程序读取存储器剖析接纳到的数据。操控终端能够接纳发给本站的指令信息，也能够接纳播送地址的指令信息。经过剖析接纳到的数据帧中的指令字，操控终端能够完结对电路的开关操控、作业状况监测和通讯链路查看等功用。操控端完结相关操作后要发送反应信息，其间包括当时电路的作业状况和毛病标志等信息。假如接纳到的是一致开关等播送指令信息，终端操控站只完结操控功用，不反应信息。
4 结束语
在楼宇原有照明线路的基础上，只对照明开关设备做简略晋级改造，运用电力线载波通讯完结了楼宇公共照明体系的监控，避免了长明灯，节省了动力，并能及时发现毛病。照明操控功用还能够进行扩展，比如与常用的声光操控、红外操控等其他操控办法相结合，可进一步削减照明能耗。假如照明体系是LED新式照明灯具，能够规划完结灯火亮度的实时操控，一起体系的操控目标还能够扩展到其他衔接在电力线上的用电设备，完结用电设备的长途智能办理。
