[0048] 以下将结合附图对本发明作进一步说明。
[0049] 为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种架构简单、实现方便且性能优良的直接利用电力线传输信号的路灯集中控制器。参见图1，所示为本发明直接利用电力线传输信号的路灯集中控制器的架构图，包括串接在电力线中的路灯集中控制器以及并接在该电力线上的多个路灯，通过电力线为多个路灯提供供电，同时路灯集中控制器可以直接通过电力线向所述路灯发送调光控制信号，从而仅通过电力线就实现电源供电和信号传输，无需重新架构信号传输网络，也无需在电力线中加载高频载波信号。
[0050] 参见图2，所示为本发明一种直接利用电力线传输信号的路灯集中控制器中路灯集中控制器的原理框图，路灯集中控制器进一步包括第一电源模块、电力线信号发送模块、主控模块、电表模块、按键模块、显示模块和远程数据通信模块；
[0051] 第一电源模块与电力线相连接，用于为路灯集中控制器提供供电；
[0052] 远程数据通信模块用于远程监控中心进行数据通信；远程监控中心是整个路灯调光系统的控制中心，负责管理了整个路灯调光系统，具有信息存储、管理、查询与控制电力线网络以及通过Internet提供远程访问的功能。远程数据通信模块相当于路灯集中控制器内接入外部远程监控中心的一个接入点，将路灯集中控制器的数据信息发送给远程监控中心，同时也接收远程监控中心的控制命令，进而实现路灯系统的调光控制。
[0053] 按键模块用于输入设置信息和控制信息；显示模块用于显示当前路灯集中控制器及其并接的路灯的工作状态；电表模块用于采集电网参数信息。
[0054] 主控模块为路灯集中控制器的控制中心，与第一电源模块、电力线信号发送模块、电表模块、按键模块、显示模块和远程数据通信模块相连接，并控制各个功能模块的正常工作；
[0055] 参见图3，为本发明一种直接利用电力线传输信号的路灯集中控制器中电力线信号发送模块的原理框图，包括第一过零检测模块、发射控制模块和切波模块，当然发射控制模块可以和主控模块合为一个控制芯片，也可以由两个独立的控制芯片实现。
[0056] 第一过零检测模块用于检测交流电信号的零点并在检测到该零点时产生第一零点触发信号；
[0057] 切波模块串接在电力线中，用于切削电力线中的交流电信号；在一种优选实施方式中，切波模块为MOS管或者可控硅，通过发射控制模块控制MOS管或者可控硅的导通或者断开从而实现切波。
[0058] 发射控制模块接收第一零点触发信号并根据预先设定的编码规则控制切波模块对电力线中的交流电信号进行切削；
[0059] 主控模块根据按键模块的输入信息或者远程监控中心发送的控制命令向电力线信号发送模块发送的调光信息，一般调光信息通常为亮度比例值，比如将某一路灯集中控制器下的路灯的亮度调节为50％。
[0060] 根据接收到调光信息，发射控制模块通过控制切波模块，使单个周期的交流电信号保留完整的正半波或负半波并将亮度比例值转化为该周期内另外半周信号的导通角形成调光控制信号，如图4所示，分别示出单个周期调光控制信号分别保留完整正半波和保留完整负半波的信号波形，其中，竖虚线为导通角，横虚线为经切波模块切除的波段。
[0061] 采用上述技术方案，仅需一个周期的交流电信号，就可以将调光信息加载在电力线交流电信号中形成调光控制信号；同时，至少保留单个周期交流电信号中完整的半波作为能量供应，因此，即便导通角非常小时，路灯调光过程也不会出现闪烁现象。
[0062] 参见图5，所示为实现与本发明一种直接利用电力线传输信号的路灯集中控制器进行数据传输的路灯的原理框图，路灯包括第二电源模块、电力线信号接收模块、单灯控制器、驱动模块和灯源，其中，第二电源模块与电力线相连接，用于为电力线信号接收模块和单灯控制器提供供电；电力线信号接收模块用于接收电力线上调光控制信号并根据预先设定的编码规则解调调光控制信号获取调光信息。
[0063] 参见图6，所示为本发明采用的路灯中电力线信号接收模块的原理框图，进一步包括第二过零检测模块、接收控制模块和检波模块，当然，接收控制模块可以集成在单灯控制器，也可以和单灯控制器分体设置。
[0064] 第二过零检测模块用于检测交流电信号的零点并在检测到该零点时产生第二零点触发信号；
[0065] 检波模块用于检测电力线中交流电信号的切削部分，在一种优选的实施方式中，检波模块由比较器实现，将比较器的基准电压设置为零电压，经切削后的交流电信号也为零电压，与基准电压相等，输出低电平，否则输出高电平。
[0066] 接收控制模块根据第二过零检测模块和检波模块获取电力线中交流电信号的导通角，接收控制模块每个零点时触发定时信号，通过计量低电平的时间，从而计算出导通角，并转换为调光信息并发送给单灯控制器；单灯控制器根据该调光信息控制驱动模块的输出从而实现灯源的亮度控制。
[0067] 在一种优选实施方式中，参见图7，所示为调光控制信号的信号帧格式，调光控制信号包括帧头信号、结束信号、第一调光信号和第二调光信号，第一调光信号和第二调光信号所加载调光信息完全相同，但第一调光信号保留单个周期的交流电信号的正半波并使其负半波加载导通角，而第二调光信号保留单个周期的交流电信号的负半波并使其正半波加载导通角，由于第一调光信号和第二调光信号的导通角分别处于正半波和负半波，从而使电网趋于平衡，有效避免在数据传输过程中产生谐波干扰。
[0068] 帧头信号设置在调光控制信号的头部，用于标识调光控制信号的发送开始；结束信号设置在调光控制信号的尾部，用于标识调光控制信号的发送结束；帧头信号和结束信号为由数字信号‘1’和‘0’形成数字编码信号，为了使电网更加平衡，在一种优选实施方式中，帧头信号和结束信号中，数字信号‘1’和数字信号‘0’的个数平衡。比如帧头信号为‘10101010’，而结束信号为‘11001100’，数字信号‘1’和数字信号‘0’的个数基本相等，有效避免在数据传输过程中产生谐波干扰。
[0069] 数字信号‘1’和‘0’通过控制切波模块对单个周期的交流电信号的正半波或负半波进行完整切削而形成。参见图8所示，为数字信号‘1’和‘0’的一种信号波形，数字信号‘1’为保留单个周期的交流电信号的正半波并完整切削负半波而形成，数字信号‘0’为保留单个周期的交流电信号的负半波并完整切削正半波而形成。
[0070] 参见图9所示，为数字信号‘1’和‘0’的另一种信号波形，数字信号‘0’为保留单个周期的交流电信号的正半波并完整切削负半波而形成，数字信号‘1’为保留单个周期的交流电信号的负半波并完整切削正半波而形成。
[0071] 在一种优选的实施方式中，第一过零检测模块和第二过零检测模块由光电耦合器实现。
[0072] 在一种优选的实施方式中，发射控制模块和接收控制模块为单片机。
[0073] 参见图10，所示为电表模块的原理框图，电表模块包括至少一电压采集模块，至少一电流采集模块和电能计量模块，其中，
[0074] 所述电压采集模块与电力线相连接，用于采集电力线中的电压信号；
[0075] 所述电流采集模块与电力线相连接，用于采集电力线中的电流信号；
[0076] 所述电能计量模块受控与所述主控模块，并与所述电压采集模块和所述电流采集模块相连接，用于根据所述电压采集模块和所述电流采集模块计量电网参数。
[0077] 参见图11，所示为本发明电表模块中电压采集模块的电路原理图，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1和电压互感器，其中，第一电阻R1的一端与电力线的火线相连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端相连接，第二电阻R2的另一端与电压互感器输入端的1端相连接，电压互感器输入端的2端与第六电阻R6的一端相连接，第六电阻R6的另一端与第五电阻R5的一端相连接，第五电阻R5的另一端与第四电阻R4的一端相连接，第四电阻R4的另一端与电力线的零线相连接；电压互感器输出端的1端与第三电阻R3的一端和第一电容C1的一端相连接，并共同与电能计量模块相连接；电压互感器输出端的2端与第三电阻R3的另一端和第一电容C1的另一端相连接，并共同与地相连接。
[0078] 在一种优选实施方式中，本发明采用匝数比为1:1的电压互感器，具体型号为SPT204V,其作用是将高电压按照一定比例转换成供计量或者仪表使用的低电压，同时通过电压互感器将高电压和电气设备的隔离，保证工作人员的安全。该型号的电压互感器的额定输入电流为2mA，额定输出电流为2mA，非线性度小于0.1％，线性范围为0～10mA，额定输入最大负载为500Ω，其精度小于1％，经过补偿后，相移小于5′，隔离耐压为2500V,工作温度范围-50℃～+65℃。
[0079] 电压互感器的输入电流由第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6的阻值决定。
[0080] 由于采样电路中都存在混叠效应的缺陷，为防止信号失真必须引入抗混叠滤波器，一般采用低通滤波器进行滤波，本发明中，第三电阻R3和第一电容C1构成了一个RC滤波器。为了使采样频率在1.024MHZ时获得足够大的衰减，使用了转折频率为5kHZ的RC滤波器，其中第三电阻R3的阻值为1kΩ，第一电容C1的电容值为2.2nf。
[0081] 参见图12，所示为本发明电表模块中电流采集模块的电路原理图，包括电流互感器、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二电容C2和第三电容C3，其中，所述电流互感器的输入端串接于电力线，所述电流互感器的输出端的2端与所述第七电阻R7的一端和所述第八电阻R8的一端相连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二电容C2的一端相连接，并共同与所述电能计量模块相连接；所述电流互感器的输出端的1端与所述第九电阻R9的一端和所述第十电阻R10的一端相连接，所述第八电阻R8的另一端与所述第九电阻R9的另一端、所述第二电容C2的另一端和所述第三电容C3的一端相连接，并共同与地相连接；所述第十电阻R10的另一端与所述第三电容C3的另一端相连接，并共同与所述电能计量模块相连接。
[0082] 在一种优选实施方式中，本发明采用电流互感器的型号为SCT254A,电流互感器的作用是将较大的一次电流按照一定比例转换为较低的二次电流供测量和仪表使用。电流采样电路采用的是匝数比为1:2000的电流互感器，额定输入电流为5A，额定输出电流为2.5mA，非线性度小于0.1％，线性范围为0～20A，额定输入最大负载为800Ω，经过补偿后，相移小于5′，隔离耐压大于3500V,工作温度范围-50℃～+65℃。
[0083] 第七电阻R7和第二电容C2、第十电阻R10和第三电容C3构成抗混叠滤波器，即低通滤波器，其中，第七电阻R7和第十电阻R10的阻值为1kΩ，第二电容C2和第三电容C3的电容值为2.2nf。
[0084] 在一种优选实施方式中，电能计量模块采用美国ADI公司的电能芯片ADE7880，该芯片是美国ADI公司生产的一款高精度、三相电能计量IC，在温度为25℃，动态范围2000:1内时，电压电流有效值误差、有功功率和基波无功功率误差均小于0.1％，基准电压为1.2V，且具有外部过驱功能。ADE7880具有I2C和SPI两个串行接口，I2C和与HSDC接口配合使用以访问瞬时电压、电流和瞬时功率等寄存器。ADE7880有三路电压通道和四路电流通道计算相电压和相电流的电压、电流有效值和瞬时值、频率、总有功功率、基波无功功率、视在功率、谐波失真率以及总有功电能、基波无功电能、视在电能等。此外ADE788提供三路逻辑输出，提供各种功率信息。
[0085] 上述技术方案仅仅通过电力线就能实现路灯集中控制器向与其并接的各个路灯传输信号，但其并不能实现从路灯端向路灯集中控制器传输信号，而在实际中，路灯端也需要向路灯集中控制器反馈信息，比如电能参数信息、工作状态信息、故障信息等，从而能够有利于路灯综合管理和故障检修。为了解决上述技术问题，本发明进一步提出一种优选实施方式。
[0086] 参见图13，所示为本发明中路灯集中控制器的另一种实施方式，还包括环形电流互感器和电流检测模块，电力线中的零线或者火线套穿在环形电流互感器，从而该环形电流互感器能够以非电气接触的方式感应到电力线中的电流并产生感应电流；电流检测模块用于对感应电流进行放大及信号处理从而检测电力线中的电流值，并将该电流值发送给主控模块。
[0087] 参见图14，所示为本发明中路灯的另一种实施方式，还包括串接在电力线和驱动模块之间的开关模块，该开关模块受控于单灯控制器，当开关模块处于断开状态时，驱动模块的输入供电被切断从而无恒流信号输出，灯源处于熄灭状态；当开关模块处于导通状态时，驱动模块由电力线直接供电，并根据单灯控制器的控制信号调节恒流信号输出，灯源处于点亮状态。
[0088] 实现路灯端向路灯集中控制器传输信号的原理在于，将路灯所要传输的信号转换为路灯中开关模块的导通或者断开，而通过控制路灯中开关模块的导通或者断开，能够使电力线中的电流信号发生变化，也即路灯所要传输的信号就加载在电力线中的电流信号的变化中；路灯集中控制器通过检测电力线中的电流信号的变化从而获取路灯所要传输的信号。
[0089] 具体的，比如一个路灯集中控制器挂接有50个路灯，假设每个路灯正常工作的功率为100w，则正常工作时，总线功率为5000w，由于总线电压是交流220V，因此总线电流也是交流信号，并和路灯总功率成正比的。当关闭一个路灯，也即只有49个路灯正常工作，则总线功率变为4900w，而总线功率的变化将导致总线电流信号幅值的变化，上述关闭一个路灯的情况下，总线电流信号的幅值将变小。因此，利用上述原理能够实现路灯向路灯集中控制器传输信号。
[0090] 路灯中，单灯控制器通过控制开关模块的导通和断开，使对驱动模块供电的交流电压信号在单个周期中形成不同的波形，从而用于标识数字信号‘1’和‘0’。比如，可以对单个周期的驱动模块交流供电信号的正半波或负半波进行完整切削而形成。可以参见图15所示，路灯通过控制开关模块产生数字信号‘1’和‘0’的一种电压信号波形，其中，图15-A为数字信号‘1’的信号波形，其为保留单个周期驱动模块交流供电信号的正半波并完整切削负半波而形成；图15-B为数字信号‘0’的信号波形，其为保留单个周期驱动模块交流供电信号的负半波并完整切削正半波而形成。图15-C为图15-A相对应的总线电流波形，其中虚线为驱动模块交流供电信号未进行切削时的波形，以此电流波形的变化表示数字信号‘1’；图15-D为图15-B相对应的总线电流波形，其中虚线为驱动模块交流供电信号未进行切削时的波形，以此电流波形的变化表示数字信号‘0’，由此，路灯集中控制器通过检测总线电流的变化获取数字信号‘1’和‘0’。
[0091] 当然为了实现有效数据通信，路灯向路灯集中控制器发送信号也需要遵守一定的数据协议，参见图16所示，路灯发送信号进一步包括帧头信号、路灯标识号、数据信息和结束信号，帧头信号、路灯标识号、数据信息和结束信号均由数字信号‘1’和‘0’组成的数字信号；帧头信号和结束信号用于标识数据传输的开始与结束，路灯标识号为每个路灯唯一确定的标识号，用于标识该数据信息是由哪个路灯发送过来的；数据信息为所要发送的数据内容，主要为电能参数信息、工作状态信息、故障信息等。
[0092] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0093] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
