公共照明系统广泛采用高压钠灯(high pressure sodium lamp)或金属卤化物灯(metallic halide lamp)，传统照明系统经常采用电感镇流器，照明灯具采用统一开关控制案。 随着数字技术和网络技术的发展，公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于镇流器的全数字公共照明系统。该系统在国内首次实现了远程单个路灯节点的任意监控，并重点介绍了系统的核心设备——组群控制器的作用、组成、工作原理是以及主要软件结构框图。路灯管理是城市管理中技术含量高、难度大的一项工作，反映一个城市的经济实力、人文特色和现代文化水平。随着社会文明的不断发展、城市规模的急剧膨胀，城市照明已不仅局限于街道的照明，社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性、路灯的节能要求也不断增高，这样集现代计算机技术、无线电通信、测控技术、路灯电力节能于一体的城市照明节能、自动监控与管理系统也就应运而生了。多年以来，我国的路灯的管理和控制手段主要采取以下手段：开关灯采取时控方式；故障巡检依靠人工巡查的方式。随着城市的扩大，路灯数量的迅速增长，这种控制方式在故障实时监控处理、按需控制、节能等方面已越来越不能适合城发展。因此对于路灯所采取的智能控制和节能措施已经非常有意义。以深圳市为例。2002年统计的四区(罗湖、福田、南山、盐田)路灯系统光源安装总功率为10294KW，镇流器损耗按光源安装总功率18%计算，照明线路损耗按5%考虑，路灯每年亮灯小时数按4000小时计，则：路灯系统电气安装总容量为10294X(0.18+0.05)=12661千瓦。路灯系统每年耗电为12661X4000X10-4=5064.4万度。年耗电5064.4万度是什么概念呢？大亚湾核电站年发电能力约为140亿度，5064.4万度占其0.36%。由上可见，路灯系统的耗电相当可观。正因为此，道路照明节电已成为日益受到重视的话题。近年来很多地区发生的日益严重的电荒，更使许多部门认识到这一当务之急。本文站在技术角度，分别从路灯布置方式、配电系统、灯具配件等方面，就如何以科学、合理的方式，实现道路照明系统节能，阐述个人的一点体会。
第一章 数字路灯照明系统
1.1路灯监控系统现状
路灯测控系统在中国城市建设中得到广泛应用，在节省能源、美化城市、方便管理等方面有重要意义。目前我国路灯测控系统中大量使用的是数传电台、BB机、电话线、载波等传输方式。采用传统数传电台的通讯模式，不仅需建造发射塔，而且覆盖范围非常有限，它地位固定，不能移动，且投资成本高，覆盖范围越广，建造费用也越高。随着城市建设不断发展，建造的楼房起来越高，将阻碍发射塔和终端的通讯，而且，恶劣天气的影响、其他干扰、巡视的困难，现路灯监控系统存在着许多弊端。随着传呼通讯使用者越来越少，BB机控制方式也面临传呼台解散等问题。电话控制也有铺设线路困难、运行费用高等难题。载波通讯需要路灯供电专用线路，在大多城市难以实现。
1.2数字路灯照明系统
图1给出了数字路灯系统的系统组成原理图。在该系统中，每个路灯节点采用全数字化电子镇流器，可以实现0%、50%、80%、100%功率输出，可以随时发送路灯的电流、电压信息，并具有开路、断路和路灯老化报警功能。每一个路灯节点内包含一个电力载波通信(PLC)模块，利用电力载波模块实现路灯节点之间以及路灯节点与组群控制器之间信息通信。组群控制器采用双CPU结构，负责日常系统的正常运行控制，并可以随时响应上位管理计算机发出的指令。组群控制器与照明管理计算机通过GSM/GPRS短信方式实现正常情况下的通信。在组群控制器发生故障的情况下，照明管理计算机可以通过GSM/GPRS直接实现路灯线路的开关控制，实现系统安全双保险。照明管理计算机采用地理信息系统(GIS)技术，实现图形化动态实时监控管理。
1、该系统的主要性能特点
1)、通过电磁平衡效应，抑制电网突变以及开关瞬间电流的冲击，平衡三相电压，滤出三次、五次谐波，并利用气体放电灯的特殊物理属性，抑制能耗，提高用电效率，延缓灯具老化损坏。
2)、任意设定以及修改节电等级，转换时段以及自动节电段数时间
3)、顺序式电压、电流上下限调节模式，即保证了设备的安全可靠，又获得了最佳的节电效果。
4)、切换无火花控制。
5)、自动稳压控制
6)、电压、电流超限自诊断关灯保护控制。
7)、任何原因导致的动作失灵均可自动旁路运行保护控制。
8)、过流、过压、过热以及风扇故障旁路运行保护控制
9)、输出电压、(输出电流)检测显示。
10)、友好的人机操作界面，中文显示
2、技术参数
1)、输入电压：三相380V＋15％(单相：220V＋15％)
2)、输出电压：三相380V－15％(单相：220V－15％)，
三相380V－20％(单相220V－20％)
3)、自动稳压精度：<5V
4)、额定电流 30A～400A。规格分级任选
5)、过载能力：电流 120％，60秒
6)、极限电流： 150％，5秒
7)、相数：标准三相(特殊相数订货)
8)、绝缘电压：机箱与带电部分之间大于2KV
9)、对电网的污染度：MEI＝0，RFI＝0。正弦波畸变＝0
10)、转换效率：98～99％
11)、节电等级：0～4级任意设定以及0～5级任意设定两种
12)、节电率：根据灯具的结构不同以及照度的要求不同为16～40％
13)、每日可设定的时间段数：1～6段
14)、每日可设定的开、关灯次数：1～6次
15)、工作温度：＋40o～＋80o，，环境温度－20～＋45o
16)、散热条件：自然风冷或风扇强制冷却(中大功率)
17)、设计寿命：。
3、防护等级验证
户内式：装置防护等级满足GB4208-1993 IP20规定的要求。
户外式：装置防护等级满足GB4208-1993 IP33规定的要求。
4、装置工作环境为：
温度范围：-15℃～+75℃
海拔高度：＜2000米
湿度环境：＜80%
第二章 组群控制器工作原是与系统组成
2.1 工作原理
在路灯测控系统中，街区路灯控制装置即分控点，与设在路灯管理处的主控室，形成两级分布式计算机测控系统。分控点以高性能的单片机、传感器、接口等组成，为实时在线控制机，执行对路灯的开关控制，对路灯各支线的电流、电压及线路状态等参数的检测，同时又可在无线通讯方式时担任信号中继作用。主控室是由高性能微机、通讯接口及设备、显示器、模拟屏、打印机等组成的系统一般称作上位机。位于主控室的上位机完成整个系统的数据集中处理和对各分控点统一发布命令的功能。
2．2 组群控制器系统组成
图2给出了一种组群控制器设计方案。它包括CPU模块、线路状态检测模块、交流接触器驱动模块、后备电源模块、时钟模块、控制策略模块、电能计量模块、温湿度检测模块、GSM通信模块和电力载波通信模块。CPU模块采用CPU结构。主微控制器采用高性能、8位、40引脚、具有8KBFlash、多路8位A/D的RISC单片机PIC16F877，负责与GSM通信模块和电力载波模块通信，与交流接触器驱动控制，与实时时钟的读取和校准以及根据照明控制策略发送控制指令等功能。从微控制器采用与主微控制器同一系列的高性能8位、28引脚、多路8位A/D、具有4KB Flash的RISC单片机PIC16F873。该控制器负责管理电能计量模块、后备电源及监控模块、温湿度监控模块和线路状态检测模块等。
系统构成：路灯监控系统主要由三部分构成，即主站、一级终端、二级终端。
1) 主站：由计算机、服务器、大屏幕投影显示设备、专用通讯终端、SIM卡、路灯智能测控系统软件、打印机组成。
2) 一级终端：由工控机、电能测量单片机、多路控制板、监控板、GPRS通讯模块、(若要控制到每一盏需要扩展电力载波模块)等组成，与路灯控制监控柜监控端相连。
3) 二级终端(可选)：由单片机、电力载波模块(EPCW)和输入输出接口板组成，它安装在每盏灯里。实现单盏灯开/关操作。实时监控每盏路灯的亮灭情况、电能负荷状态、灯杆损坏报警，漏电报警等功能。
2.3 双CPU通信方法与RS-485通信
虽然PIC16F87x系列单片机外围通信接口丰富，但是，整个系统通信复杂，接口资源仍然很紧张。主从CPU的可靠通信，是组群控制器可靠工作的关键之一。
根据资源分配，主微控制器PIC16F877与从微控制器PIC16F873采用SPI接口，并以主从方式通信。根据系统端口配置需要，PIC16F873采用硬件SPI接口方式，PIC16F877采用普通I/O口RB1～RB3来模拟硬件SPI口，即软件SPI接口。PIC16F877的SPI硬件资源分配给E2PROM 24C64使用。PIC16F873的SPI接口工作在从模式下，PIC16F877需要选用一个普通I/O口(这里是RB4)与PIC16F873的SPI通信控制端RA4/SS相连，控制SI通信的发起与结束，如图3所示。每次通信都是由PIC16F877发起，PIC16F873响应。
电能计量模块为单独模块，能够测量供电线路的电压、电流、功率、功率因数等参数，并具有标准的RS-485接口。为此，PIC16F873利用硬串口RC6/TX和RC7/RX，通过RS485接口变换，与电能计量模块JP1相连。这里MAX485芯片作为485总线接口转换芯片，用RC2作为RS-485总线通信输入/输出使能控制端，控制信号的读入和送出。
2．4 交流接触器控制与状态保持
组群控制器的一项重要任务是通过固体继电器SSR和交流接触器实现照明线路供电控制。固体继电器为DC3～24V输入，AC220V输出，其输入由NPN型三极管9013驱动。由于系统实际运行过程中存在各种干扰，若则相关引脚很可能会出现跳变信号或三态，造成交流接触器误动作。因此“锁定”复位前状态，对保证系统可靠性非常重要。这里采用了由1个D触发器、1个光耦、3个电阻和3个I/O引脚组成的采样/保持电路，如图4所示。D触发器复位端R和置位端S分别接地，数据端D接CPU的数据控制端RE0，时钟端CLK通过光耦TIP521接CPU的时钟产生控制端RE1和RE2。保持电路的关键在于RE0、RE1、RE2单个引脚误动作无法产生有效时钟和控制指令。即使CPU发生复位，由RC0脚读回固态继电器当前工作状态，并将RE0输出(D触发器输入)置成该状态，进而保证SSR不产生误动作。电阻R32为上拉电阻，保证RE2出现三态时光耦不产生误导通。电阻R33起限流作用。实际证明该电路是有效的。
