0 引 言

随着国家节能减排政策的实施,作为能耗大户的道路照明,分别从采用新型节能灯、加装各类照明节能装置、照明监控系统合理控制等方面做了大量工作,并取得了一定的成效[1]。其中作为主要节能措施的“加装照明节能装置”及“照明监控系统合理控制”都是从系统或整体入手对照明装置实施节能,但由于路灯的分布式布局特点,无论哪种措施,均只能操控到路灯控制柜,无法对每一盏灯做到精确到点的节能监控。同时,每一盏路灯的运行情况也无法实时监测,存在着大量的系统管理盲区,譬如,路灯故障管理,目前灯好灯坏只能靠人巡视才能获悉,路灯修护效率相对较低。此外,在一些照明工程中会遇到单独安装一两盏灯置于道路路灯群较远地方的情况,若采用有线连接方式实施单灯控制,存在着成本高、能源浪费、单灯电压不足等问题。

因此,单灯控制是目前道路钠灯照明中节能减排的一项必要措施；将节能技术与信息化技术融合为一体的单灯控制方法可以更高效地达到节约能源、减少成本，便于运行管理。本文中设计了一种以STC15W408单片机为主控制器,以SENS-00为单灯通信载波传输模块,配以有载调压电路驱动模块、电流电压采样模块的小型单灯控制器,安装于钠灯终端,实现了单盏路灯的远程或就地实时调压节电、故障灯源排查及远程或就地关合路灯三大功能。

1 单灯控制器硬件电路的设计

单灯控制器硬件电路包含主控制器(单片机)电路、载波传输电路、电源电路、有载调压驱动电路、电压采样电路、电流采样电路和开关电路,其结构如图1所示。具体工作过程分三部分：(1)远程或就地实时调压节电。调节电压是单灯控制器的主要功能。调压前先判断单灯控制器的工作模式,若单灯控制器工作在节能控制柜之后,在节能状态下为了防止个别路灯由于线路过长的线损引起的电压过低、熄灯等问题,单灯控制器工作在升压补偿模式,作为电压补偿用；若路灯组直接与电网相连,为了防止夜间电网电压过高问题,单灯控制器工作在降压节能模式,作为电压稳定用。确定单灯控制器的工作模式后,读取来自远方或本地的电压实时值,将实时值与存储在单片机内的各类别相应电压标准值作比较,当实时电压值不满足条件时,实施调压。(2)故障灯源排查。该控制器电路通过串联在路灯回路中的电流采样电路获取流经路灯的电流值,经单片机内部电路转换成数字信号,判断是否路灯故障开路。(3)远程或就地关合路灯。远方集中控制器通过载波传输电路发送控制信号,经单片机控制路灯关合；就地关合路灯的控制信号则直接发自单片机。

慈王村特色产业扶贫模式作为临夏市扶贫开发工作中的重中之重，在各个方面效应显著。可以预测的是，特色产业扶贫模式的发展也将在以后甘肃省其他贫困县扶贫开发中发挥其应有的成效。但是特色产业扶贫模式的发展，一定要着力于区域优势资源、符合当地村情，而非追求盲目追求跟风。

  

图1 单灯控制器硬件电路结构

1.1 主控制器(单片机)电路

主控制器电路中的核心部件是STC15W408型单片机。STC15W408型单片机是一款高速度、宽工作电压、超低功耗、高可靠性、强抗干扰的增强型8051单片机。其速度比普通8051快8～12倍,工作电压范围2.4～5.5 V,拥有片内最高13K字节Flash程序存储器、512 字节SRAM和EEPROM,共有3通道捕获比较单元,可用来实现3个定时器或3个外部中断或3路D/A[2]。

该单片机引脚如图2所示,其中引脚1、4、5悬空,引脚4、5可作为后续开发中车流量和照度的信号采集输入点；引脚2、3为升压或降压模式下各电压对应的二进制值,如节能升压时,00、01、10、11分别对应电压标准值为180 、185、190、195 V；节能降压时,00、01、10、11分别对应电压标准值为220、225、230、235 V。由于不同工程环境,电网电压的统计值会有浮动,因此,在设计时用开关S1和S2的四种状态,定义了一种工作模式下的四类标准电压值,适用于不同工程环境下。该二进制值所对应电压标准值与引脚15输入的实时电压采样值作比较,作为调压动作的发出信号；引脚7为单灯控制器工作模式选择(1为节能降压，0为补偿升压),其状态由开关S0决定；引脚6为单片机工作电源+5V；引脚8为GND；引脚9接收来自于载波传输模块的控制信号；引脚10将单片机控制信号传输给载波传输模块；引脚11提供控制开关电路工作信号；引脚12、13和14给出调压控制信号；引脚15输入实时电压采样信号,反馈实时电压高低；引脚16输入实时电流采样信号,反馈路灯开合状态。

  

图2 STC15W408AD单片机引脚作用

1.2 载波传输电路

载波传输电路中的核心部件是SENS-00嵌入式电力线载波模块,该模块提供半双工通信功能,可在220 V、50 Hz电力线上实现局域通信。

目前常用的路灯——钠灯的额定功率是250 W和400 W,当钠灯中有电流流经,250 W钠灯额定电流是1.136 A,400 W钠灯额定电流是1.818 A,由电流互感器变比5 A/2.5 mA可得其二次侧电流范围在0.568～0.909 A,已经超过稳压二极管D6的稳定电流50 μA,稳压管工作,且稳定电压平均值约1.2 V,已达到三极管8050的导通电压0.7 V,三极管饱和导通。此时,三极管基极电流Ib=0.012 mA,集电极电流Ic=βIb=80×0.012 mA=0.96 mA,三极管8050饱和导通,单片机MPC引脚输入低电平。反之,当钠灯中无电流流经,互感器二次侧电流几乎为0,达不到二极管的稳定电流50 μA,稳压管不工作,三极管8050基极为低电平,三极管截止,单片机MPC引脚输入高电平。

该模块引脚如图3所示,其中引脚6、7悬空；引脚1为+9 V输入电压；引脚2为GND；引脚3为+5 V输出电压,供给发光二极管D5工作电压以及电压标准值采样电压的基准值；引脚4和引脚5与单片机引脚10、9对接,将载波输入信号输出给单片机或者接收来自于单片机的需输出信号；引脚8、9为交流220 V输入,作为载波信号输入输出端。

  

图3 SENS-00 嵌入式电力线载波模块引脚作用

1.3 开关电路

开关电路用于控制路灯的开合,开关电路的动作元件与路灯、电源及电流采样电路线圈串联,如图4所示。开关的动作信号来自于单片机引脚11,若其输出低电平,则三极管8550导通,电源电路的+9 V电压直接加在继电器线圈上,线圈得电,动作元件开关闭合；反之,则开关打开。

  

图4 开关电路

1.4 有载调压驱动电路

有载调压驱动电路实质是通过开关的配合动作将电路从无调压状态过渡到调压状态。该电路的结构如图5所示,其开关开合原理等同于开关电路,此处不再赘述。为了让电路安全地从无调压状态过渡到调压状态,该电路中设置K1、K2、K3三个开关。其原理是若在驱动电路中只设置K2和K3,当一个开关闭合而另一个开关打开瞬间,这两个开关很可能都处于闭合状态,将L与N线短路。因此设置三个开关,错开开关打开和闭合的时间,防止由于操作动作的延时造成两个开关都处于瞬间闭合的状态。表1是K1、K2、K3三个开关动作顺序及电路状态。

  

图5 有载调压驱动电路的结构示意

 

表1 有载调压驱动电路中K1、K2、K3开关动作顺序与电路状态

  

K1K2K3状态001无调压，初级绕组接地101先断开初级地线100初级接入220V110确保地线完全断开000不允许

1.5 电源电路

除三遥的降压程序外,该单灯控制器的软件设计还包括就地降压程序、三遥升压程序及就地升压程序,此处不再赘述。

1.6 电压采样电路

电压采样电路将采样实时电压传输给主控制器电路,作为单片机进行升降压判断的数据源。电压采样电路的基本原理等同于电源电路,由防雷、降压、整流、滤波组成,如图7所示。由于互感器的额定输入电流为2 mA,额定输出电流为2 mA,因此,输入端的R2、R3和输出端的R4均起到电阻取样的目的。输入满足220 V电压,输出满足大于单片机对高电平阈值的要求。另外,该电路中防雷部分与电源电路共用,后级的DB107V3模块、C5和C4、R5分别起到整流、滤波和负载的作用,其中C5选取大容量、较少漏电的3.3 μF钽电解电容[5]。经过滤波之后的电压信号直接输入到单片机引脚15上。

“我……我怀孕了……还没来得及告诉你……”安安抽噎地说，“她不是人，看见了吗？她还知道我怀孕了，没人知道的，没人知道的。你看她从下水道走了……”安安开始歇斯底里。不管一个女人有多无情，保护孩子都是天生的母性，无法保护孩子那种无力感，足以让女人疯狂，更何况那个对手也许不是人。

  

图6 电源电路

  

图7 电压采样电路

1.7 电流采样电路

基于单灯控制器的硬件设备,通过软件设计整合远程或就地实时调压节电、故障灯源排查及远程或就地关合路灯三大功能。程序设计由初始化、单灯控制器匹配、开启钠灯并延时10 min、电流信息读取并排查故障灯源、实时调压几大模块构成。下面仅以三遥的降压程序来说明软件设计思路,软件流程如图9所示。

首先,单灯控制系统中的主控制器完成通电开机和自检,自检信号主要指输入输出口的初始化,如果自检没通过,则发出故障报警,直至故障排除自检通过；如果自检通过,说明主控制器已经做好读取远程指令准备。读取远程指令时,首先判断该远程指令是否应用于本单灯控制器上,若远程指令中机器码位的数值与单灯控制器上机器码值等同,则说明该远程指令可用于指定单灯控制器上,如果远程指令中机器码位的数值与单灯控制器上机器码值不匹配,则循环等待。当确定与控制信号匹配的单灯控制器,则开启对应钠灯。由于钠灯启动后,在初始阶段是汞蒸气和氙气的低气压放电,灯泡工作电压很低,电流很大；随着放电过程继续进行,电弧温度渐渐上升,放电便趋向稳定,灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率趋于正常工作状态。通常情况下,整个启动过程约需10 min左右[6]。因此,开启钠灯后,程序中给予10 min等待时间。当钠灯完全开启后,才读取稳定的工作电流值,若读取电流值为0,则该盏钠灯故障；反之则可以进入实时降压程序。降压信号可以来自远程也可以来自本地。无论来自何处的降压信号都要先进行是否需要降压判断,如果要降压则读取此时电压值,如果不需要降压则保持当前值。通过判断读取的实时电压值,确定是否给出降压信号,若实时电压值大于阈值,实施降压；若实时电压值小于阈值,则对原降压信号复位,同时将已降压信息反馈给远程或本地。

  

图8 电流采样电路

第五，与国际上其他国家发生法律纠纷。伴随国际贸易融资方式的不断变化，国际贸易融资方式越来越朝向规范性、实用性方向发展，而这种发展趋势也是与当前世界整体格局相符合的。我国经常与国际上其他国家发生国际贸易融资方面的冲突，以至于法律纷争持续不断。

2.1.3 学生自主学习的内驱力不足，学风建设亟待加强 调研数据表明：多数学生课后用于课程学习的时间、每学期到图书馆借阅的图书平均册数、到学校图书馆阅览室阅读图书和报刊杂志的平均时间都偏少，大一新生更为突出。大四学生由于做毕业设计、完成论文的需要，图书借阅人均数为各年级中最高，但这种“高”却只是暂时现象，没有延续性。寒暑假期间，自主学习的学生稀少，学生自主学习驱动力不足。在对学生的课外活动类型偏好问卷中，学生最不感兴趣的是“学术讲座类”，也反映出在校生对知识学习的愿望不强烈。

2 单灯控制器的软件设计

电流采样电路判断流经路灯的电流值是否大于0,只要电流值大于0,则说明路灯无故障,同时该电路不因开机电流过大而击穿。该电路的核心元件是变比为5 A/2.5 mA的电流互感器以及稳定电压Vz为2.4 V,最大额定功耗Pzmax为250 mW,稳定电流Iz为50 μA的稳压二极管D6(见图8)。

  

图9 三遥降压程序设计框图

我国可溶岩分布达1/3以上国土面积，有22个省份有分布，其中以桂、黔、湘、赣、川、滇、鄂等省区最为发育。岩溶塌陷不仅造成工业与民用建筑毁坏，破坏交通和水利水电设施，还造成岩溶区严重的地质环境恶化。基于此，国内一些学者对岩溶塌陷形成条件和成因机理进行了深入研究，取得了丰硕成果 [1～6]。福建省岩溶塌陷主要集中发生于闽西南山间盆地覆盖性岩溶区(龙岩新罗区、永安大湖、连城北团、三明市区等)[7,8]。本文所述岩溶塌陷位于三明市大田县境内覆盖性岩溶区。在调查、勘查的基础上，对区内岩溶塌陷特征和成因进行了总结和分析。

开机时刻,互感器一侧电流最高可达到12 A,由电流互感器变比5 A/2.5 mA可得互感器二次侧电流为6 mA,而稳压二极管的最大额定功耗Pzmax是250 mW,则其最大稳定工作电流Izmax=Pzmax/ Vz=250/2.4=104.2 mA,开机二次侧电流稳压二极管完全能承受,后级电路不会因开机电流过大遭受冲击。

电源电路由四部分组成,分别为防雷、降压、整流和滤波,如图6所示。防雷部分采用压敏电阻、瞬态抑制二极管VTS和保护电阻R0构成,由于压敏电阻非线性特性好且电压范围宽,可用于交直流电源,而瞬态抑制二极管相应速度快、瞬态功率大,适用于通讯设备、工控回路；当浪涌到来时,TVS首先起动,把瞬间过电压抑制在一定水平,如果浪涌电流过大,则压敏电阻起动,并泄放过大的浪涌电流,使后级设备得到有效的保护[3]。防雷模块之后是变压和整流,通过这两部分可得到恰当电压的脉动直流电,而其后级的滤波电路则起到滤除脉动直流电中交流成分的作用,其中滤波电路的C2用于滤除高频杂波,减小高频干扰,C3用于滤除脉动低频,使波形更平滑[4]。该电路的输入电压为交流220 V,输出电压为直流9 V,分别供给SENS-00嵌入式电力线载波模块和驱动模块作为工作电压,而主控制器电路工作电压并非由电源电路提供,而是由SENS-00 嵌入式电力线载波模块输出+5 V电压提供。

3 结 语

本文中设计和实现了一种基于STC15W408AD单片机的智能单灯控制系统。主控制器电路采集来自于电压采样电路的信号,在主控制器内部通过与电压标准值比较计算,输出调压控制信号给有载调压驱动电路,相应开关按动作顺序将电路从无调压状态调整到调压状态。另外,主控制器电路还采集来自于电流采样电路和载波传输电路的路灯状态信号,利用信号判断和计算,不仅可以对故障灯源进行排查,而且可以利用传输给开关电路的控制信号,就地或远程关合路灯。实际应用表明,该系

4.3.1 颗粒物浓度监测日变化。从图1～图6颗粒物浓度监测数据的日变化图可以看出，内蒙古地区主要城市的颗粒物浓度日变化分布明显呈现出双峰双谷的形式，峰值主要是在上午11点前后出现第一次高峰，晚上22点前后出现第二次高峰；谷值主要出现在凌晨6点前后出现第一次低谷，下午17点前后出现第二次低谷。

统结构可靠,运行稳定,对照明节能系统中的单盏路灯实现了实时调压节电、故障灯源排查及远程或就地关合路灯三大功能,已在小规模的照明工程中得到应用,配合有载调压控制电路使用,节能效果明显。

参考文献：

[1] 宋震奇,赵 宁.新型路灯单灯监测系统在上海市路灯管理中的应用[J].光源与照明，2011(4)：22-24.

[2] 贺敬行,薛亚平,李建荣.基于nRF24L01的通用型遥控开关的设计[J].电子世界,2014(18)：242-243.

[3] 钱金川.微电子设备防雷及电涌保护[J].中国电子商情：基础电子,2012(12)：75-80.

常见的氧气、氮气、氩气、氢气、氦气均属于压缩气体。压缩气体充装过程中均使用压力来计量气瓶的充装量，一旦压缩气体气瓶充装压力过高（超过其设计压力），就存在爆炸的风险。GB/T 14194—2017要求“（压缩气体）充装压力不大于气瓶水压试验压力的三分之二”。

[4] 陈 星,李静芹.一种可用电池供电的单片机电源电路[J].电子制作,2004(6):32-33.

[5] CHWIRKA S.Power converter design using the saber simulator.[EB/OL].https://www.go-gddq.com/down/2011-06/11060200055260.pdf,2016-03-20.

[6] 张万奎,丁跃浇.高压钠灯的技术特性及降压节电应用[J].照明工程学报,2005,16(4)：63-70.