本發(fā)明涉及一種物聯(lián)網(wǎng)智能綜合電源裝置，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

街頭有路燈的地方就有燈桿和公共照明電源，傳統(tǒng)理念中燈桿與燈具的作用只是晚間的公共照明，由于智慧城市大數(shù)據(jù)系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的概念已逐步付諸實踐，并得到長足的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到，燈桿、燈具及其供電網(wǎng)絡(luò)組成的城市公共照明系統(tǒng)，是未來城市智能化發(fā)展最有潛力的基礎(chǔ)設(shè)施，具有無可比擬的資源優(yōu)勢。燈桿與照明供電網(wǎng)絡(luò)在保障公共照明的基本功能之外，還可以方便地派生出許多附加的功能，例如，可以承載小型電動汽車的充電樁，可以承載城市的信息查詢與公告系統(tǒng)、WIFI熱點（實現(xiàn)WiFi覆蓋的城市微基站）、承載交通與治安視頻監(jiān)控、道路車流量統(tǒng)計、以及對PM2.5、PM10、二氧化碳、紫外線、照度、溫濕度、大氣壓力、風(fēng)向、風(fēng)力、風(fēng)速的各類環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等。

但是，上述這些種類繁多、各不相同的獨立系統(tǒng)中，存在大量的探測器、傳感器和數(shù)據(jù)傳輸裝置，因而也不可避免的需要安裝與這些裝置配套使用的適配電源以解決供電問題，這不僅大大增加了部件的總數(shù)量，占用有限的空間，而且每一根燈桿上雜亂無章的分立電源和引線極帶來施工和維護(hù)的困難，極易發(fā)生故障甚至事故，對安全運行極為不利。

除此之外，還存在著另一個現(xiàn)實的問題，就是些種類繁多、各不相同的系統(tǒng)中，對于自己系統(tǒng)中各類前端設(shè)備的數(shù)量、分布密度、甚至地理位置和環(huán)境條件的要求都是有區(qū)別的，這就導(dǎo)致了各個燈桿上安排的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備種類和數(shù)量可能都不一致，如果仍采用傳統(tǒng)的固定電壓輸出型式的直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行集中供電，既難以實現(xiàn)電源型號與規(guī)格的整齊劃一，又不便于設(shè)計、采購和工程應(yīng)用。

因此，為了解決這一矛盾，急需一款專為物聯(lián)網(wǎng)前端設(shè)備而設(shè)計的“物聯(lián)網(wǎng)智能綜合電源裝置”（簡稱“智能綜合電源裝置”），以便進(jìn)一步開拓擴(kuò)展燈桿資源的使用范圍，為滿足今后智慧城市快速發(fā)展的需要奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種物聯(lián)網(wǎng)智能綜合電源裝置，以公共照明燈桿為依托，安裝于燈桿內(nèi)部空間中，并與照明燈具共用同一市電電源供給資源，為多種不同的物聯(lián)網(wǎng)前端裝置或設(shè)備提供相應(yīng)直流工作電源的電源適配器。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種物聯(lián)網(wǎng)智能綜合電源裝置，其特征在于：包括前置公共電源模塊、單片機(jī)核心控制模塊、直流電壓等級變換模塊和通信接口模塊；

所述前置公共電源模塊，包括AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路和輔助電源電路；其中，AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路是一個完整的單級PFC反激式開關(guān)逆變電路，包括：進(jìn)線濾波、全波整流、單級PFC反激式開關(guān)、高頻隔離變壓器、二次整流濾波，用于完成電源抗干擾、功率因數(shù)補(bǔ)償、AC-DC隔離轉(zhuǎn)換及直流穩(wěn)壓輸出功能；輔助電源電路采用DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換方式，將所述AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出的+24V電源進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的+3.3V、+5V電源，供單片機(jī)核心控制模塊和通信接口模塊使用；

所述單片機(jī)核心控制模塊，采用一只多I/O接口的通用單片機(jī)，完成各路輸出模塊的電壓電流采集監(jiān)控、通過數(shù)字電位器實現(xiàn)對輸出電壓的編程預(yù)置以及整機(jī)各個輸出回路過壓、過流、超溫保護(hù)功能；

所述直流電壓等級變換模塊，包括四路完全相同的模塊，盡管輸出電壓可以靈活調(diào)整，但模塊結(jié)構(gòu)完全一致，每個模塊包括DC/DC變流電路、電流/電壓采樣電路和數(shù)字電位器；用于完成：把前置公共電源模塊送來的+24V直流電源轉(zhuǎn)換為不同電壓等級的輸出直流電源；接受單片機(jī)通過一組控制總線送來的調(diào)整指令，通過對數(shù)字電位器的操作實現(xiàn)對本模塊輸出直流電壓的調(diào)整控制，數(shù)字電位器由兩種不同阻值等級的電位器級聯(lián)構(gòu)成；通過DC/DC變流電路中的電壓閉環(huán)反饋電路實現(xiàn)本模塊輸出電壓的精密穩(wěn)壓功能；通過電流/電壓采樣電路向單片機(jī)回送保護(hù)控制信號，實現(xiàn)本模塊故障的保護(hù)；

所述通信接口模塊，與單片機(jī)串行通信引腳相連，完成與各種不同形式的實際傳輸接口連接的功能，組成與上級節(jié)點直至監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)連接。

進(jìn)一步的，所述AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路，將220V交流市電整流后，通過單級PFC開關(guān)控制芯片驅(qū)動逆變裝置及高頻隔離變壓器進(jìn)行逆變、隔離與降壓處理，再經(jīng)由二次整流濾波成為+24V直流輸出，送至多路輸出級的直流供電母線，為后級的每一個多路輸出級模塊提供輸入直流供電；同時，還為輔助電源電路提供所需的直流供電，以維持包括單片機(jī)核心控制模塊在內(nèi)的整套裝置的正常工作。

進(jìn)一步的，輔助電源電路的供電輸入端連接在AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路的+24V直流輸出母線上，通過非隔離開關(guān)穩(wěn)壓電路后得到+5V輸出電壓，該+5V輸出又分為兩路，一路經(jīng)精密線性穩(wěn)壓后成為+3.3V電源，用于為單片機(jī)核心控制模塊供電；另一路經(jīng)隔離式DC/DC變換后仍維持+5V電壓，向RS485通信接口供電。

作為優(yōu)選方案，AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路采用AC-DC工作方式，單路輸出，容量為24V/2A、50W；選用UCC28633作為控制芯片。

具體的，所述AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路：交流市電經(jīng)接口JP1、保險絲F1送入包括壓敏電阻RV1、電容C1、共模電感L1、電容C2、C3與C4的浪涌吸收及抗干擾濾波電路，然后經(jīng)全橋BRG1整流成為脈動直流后，送達(dá)功率開關(guān)電路進(jìn)行斬波處理；

集成芯片U1（FT822）是功率開關(guān)管的驅(qū)動控制部件，整流橋輸出端+250V電壓經(jīng)電阻R4、R5連至U1的工作電源輸入即第8腳，作為啟動瞬間的初始驅(qū)動電源（正常工作后，8腳的供電則是利用二極管D5將降壓隔離變壓器次級的交變輸出進(jìn)行二次整流，再經(jīng)電容C10濾波后得到的穩(wěn)定直流作為電源）；集成芯片U1需要檢測輸入脈動直流電壓的幅值，因此其第3腳連接至電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器的分壓點上；集成芯片U1需要檢測斬波信號經(jīng)過降壓隔離變壓器后的過零時刻，因此其第5腳連接至變壓器次級線圈與二次整流管D5的連接點上；集成芯片U1需要檢測功率開關(guān)管Q1的工作電流，因此其第4腳連接至Q1源極電流采樣電阻R10的上端；

集成芯片U1還需要檢測+24V輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差，以便對輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整保持其恒定，因此在+24V輸出端設(shè)置了包括電阻R17、R18的分壓器，通過采樣值與芯片Q2內(nèi)部基準(zhǔn)值的比較，并由Q2內(nèi)部的高增益放大器進(jìn)行差值放大后，將差值信號以電流變化的形式通過光耦合器OPT1的發(fā)光二極管，從而反映在光耦合器OPT1的次級串聯(lián)電阻R14上得到隔離后的對應(yīng)差值信號，然后將此信號經(jīng)電阻R7送到集成芯片U1的第1腳，用來改變U1的運行參數(shù)，并由第7腳輸出相應(yīng)的驅(qū)動脈沖，經(jīng)電阻R8送到VMOS大功率開關(guān)管Q1的柵極，以實現(xiàn)對+24V輸出電壓的閉環(huán)穩(wěn)壓控制。

作為優(yōu)選方案，所述直流電壓等級變換模塊中，DC/DC變流電路采用MP1593芯片，該集成電路的引腳PIN2為電源輸入端，引腳PIN4為公共地線端，引腳PIN7為芯片工作使能端，引腳PIN3為內(nèi)部功率開關(guān)管的輸出端，引腳PIN1為內(nèi)部開關(guān)管驅(qū)動電路的自舉供電端，引腳PIN8為軟啟動時間設(shè)置端，引腳PIN5為輸出反饋電壓輸入端，引腳PIN6為內(nèi)部誤差放大器的補(bǔ)償元件接入端；

電源輸入端通過插座直接連接于AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路的+24V直流輸出母線上；公共地線端直接連至公共地線，使能端PIN7經(jīng)標(biāo)號M1-MEN的連線接至單片機(jī)相應(yīng)的I/O引腳，同時經(jīng)過下拉電阻R29和抗干擾電容C38接地；開關(guān)管的輸出端引腳PIN3有三條路徑對外連接：主路經(jīng)過電感L4接至本模塊的輸出端（標(biāo)號M1-OUT+），第二路經(jīng)電容C39連接至內(nèi)部開關(guān)管驅(qū)動電路的自舉供電端引腳PIN1，為驅(qū)動管提供自舉信號，第三路經(jīng)續(xù)流二極管D16接地，在內(nèi)部開關(guān)管關(guān)斷期間為電感L4提供續(xù)流回路；引腳PIN8經(jīng)定時電容C37接地，以確定軟啟動時間，內(nèi)部誤差放大器的補(bǔ)償元件接入端PIN6經(jīng)補(bǔ)償電容C44以及C43與R32的串聯(lián)組合電路共同接地，以穩(wěn)定誤差放大器的工作；輸出電壓反饋回路由電阻分壓器取得，電阻分壓器的上臂為電阻R31，電阻分壓器的下臂則由兩只數(shù)字電位器U8和U9級聯(lián)構(gòu)成，電阻分壓器的分壓點（R31下端）連接至輸出反饋電壓輸入端，實現(xiàn)對輸出電壓的采樣，然后通過內(nèi)部誤差放大器對采樣值與基準(zhǔn)值的比較結(jié)果進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以穩(wěn)定模塊的輸出電壓；

當(dāng)電源輸入端（引腳PIN2）通過插座由前級+24V直流輸出母線供電后，如果在單片機(jī)控制下，此時給芯片工作使能端（引腳PIN7）加TTL高電平，則IC 被啟動進(jìn)入工作狀態(tài)；經(jīng)過導(dǎo)通時間Ton后，內(nèi)部功率MOS管導(dǎo)通，使輸入電壓經(jīng)由PIN3 端輸出，加在電感L4的左端，該電壓經(jīng)過L4與電容C5 組成的濾波電路向模塊的外部負(fù)載供電，同時在電感L4上儲存了磁場能；在時間Toff后，內(nèi)部功率MOS 管關(guān)斷，此時在儲能電感元件L4上產(chǎn)生的反向電壓為左負(fù)右正，因此加在續(xù)流二極管D16上的電壓是正向偏置電壓，致使二極管導(dǎo)通，于是，電感L4與二極管D16及外部負(fù)載間形成了一個放電回路，電感L4上儲存的電能向外部負(fù)載釋放，以提供負(fù)載所需的電流。

作為優(yōu)選方案，所述單片機(jī)核心控制模塊包括單片機(jī)，單片機(jī)配置有用于在現(xiàn)場實現(xiàn)對各路輸出電壓調(diào)整配置的現(xiàn)場調(diào)試接口；單片機(jī)還配置有工控總線式通信接口，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)與運維中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以遙控方式設(shè)置各路的輸出電壓參數(shù)及最高輸出電流；采用STM32F103C8單片機(jī)，工作電源VCC為3.3V，除去復(fù)位引腳RST，晶體振蕩器引腳XO、XI，備用電源接入引腳VBAT、以及BOOT0引腳之外，還設(shè)置有35個可用的I/O引腳，分別是PA0～PA15，PB0～PB15，PC13～PC15；

I/O引腳具體分配情況如下：

1、分配給“RS485通信接口”的引腳：

PA0：（DE/RE\）， 串口收發(fā)方向控制信號，（置低接收，置高發(fā)送）；

PA1:（PV），串口芯片供電電源監(jiān)控信號，工作時為高；

PA2:（USART-TX）， 串口數(shù)據(jù)發(fā)送端；

PA3:（USART-RX）， 串口數(shù)據(jù)接收端；

2、分配給“現(xiàn)場調(diào)試接口”的引腳：

PA13:（SWDIO）調(diào)試數(shù)據(jù)口線；

PA14：(SWCLK)調(diào)試時鐘口線；

3、分配給每一路直流電壓等級變換模塊進(jìn)行輸出電壓、電流采樣的（需含AD轉(zhuǎn)換模擬輸入端口）：

PA4、PA5：分別用于直流電壓等級變換第一模塊的電壓、電流采樣；

PA6、PA7：分別用于直流電壓等級變換第二模塊的電壓、電流采樣；

PA8、PA9：分別用于直流電壓等級變換第三模塊的電壓、電流采樣；

PA10、PA11：分別用于直流電壓等級變換第四模塊的電壓、電流采樣；

4、分配給每一路輸出模塊進(jìn)行數(shù)字電位器控制的：

PA12、PB0～PB3：按順序分別用于直流電壓等級變換第一模塊內(nèi)的DC/DC芯片使能、第一電位器使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和第二電位器使能；

PB4～PB8：按順序分別用于直流電壓等級變換第二模塊內(nèi)的DC/DC芯片使能、第一電位器使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和第二電位器使能；

PB9～PB13：按順序分別用于直流電壓等級變換第三模塊內(nèi)的DC/DC芯片使能、第一電位器使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和第二電位器使能；

PB14～PB15，PC13～PC15：按順序分別用于直流電壓等級變換第四模塊內(nèi)的DC/DC芯片使能、第一電位器使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和第二電位器使能；

單片機(jī)對各個模塊中數(shù)字電位器的控制進(jìn)而實現(xiàn)對“輸出模塊”電壓的調(diào)整可簡述為如下過程：以第一輸出模塊為例，首先通過“現(xiàn)場調(diào)試接口”或通過“RS485通信接口”將所需輸出電壓數(shù)值輸入單片機(jī)，單片機(jī)立即通過PA4口線采集第一輸出模塊的實際輸出電壓，如符合電壓配置需求，則不作處理；如與電壓配置需求不合，則需進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)需要使輸出電壓升高時，說明作為電壓采樣分壓器下臂的電位器總電阻需要減小，此時單片機(jī)首先通過將PB0口線（接電位器U8的CS\引腳）置低，PB3口線（接電位器U9的CS\引腳）置高，即僅使電位器U8使能，進(jìn)入“粗調(diào)整”過程。由于是要減小阻值，單片機(jī)將PB2口線（接電位器U/D\引腳）置低，表示選擇“減檔”操作，隨即通過PB1口線（接電位器INC\引腳）輸出一個從高到低的負(fù)跳變，維持1uS低電平后再回復(fù)至高電平，形成一個負(fù)向的時鐘脈沖，在內(nèi)部可逆計數(shù)器、譯碼器和開關(guān)陣列的協(xié)同作用下，實現(xiàn)VL和VW之間的阻值減小一檔。如果繼續(xù)通過PB1口線提供負(fù)向的時鐘脈沖，阻值減檔的操作就繼續(xù)進(jìn)行，直至PB0口線（接電位器U8的CS\引腳）、PB1口線（接電位器INC\引腳）均由單片機(jī)控制輸出為高電平，此時計數(shù)器值將鎖存于非易失寄存器中，數(shù)字電位器的阻值將不再改變。

如果需要使輸出電壓降低時，單片機(jī)只需在上述步驟中將PB2口線（接電位器U/D\引腳）置高，表示選擇“加檔”操作即可；

如果當(dāng)需要使用數(shù)字電位器U9對輸出電壓作進(jìn)一步“細(xì)調(diào)”時，單片機(jī)只需將PB0口線（接電位器U8的CS\引腳）置高，而將PB3口線（接電位器U9的CS\引腳）置低，選擇對U9進(jìn)行操作，其它口線的應(yīng)用仍與前述相同。

作為優(yōu)選方案，所述通信接口模塊采用ADM2483芯片，為一隔離型RS485收發(fā)器，包括一個RS485收發(fā)器和三個單通道的光耦(具有三個傳輸通道的全部隔離功能)。

有益效果：本發(fā)明提供的物聯(lián)網(wǎng)智能綜合電源裝置，以公共照明燈桿為依托，安裝于燈桿圓筒形內(nèi)部空間中，并與照明燈具共用同一市電電源供給資源，為多種不同的物聯(lián)網(wǎng)前端裝置或設(shè)備提供相應(yīng)直流工作電源的電源適配器，具有以下優(yōu)點：

第一，采用一路單相交流市電輸入，多路不同電壓直流輸出的電路結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)供電側(cè)與送電側(cè)雙方的要求。根據(jù)對大量受電裝置和設(shè)備的調(diào)研，所需電壓等級一般在5V至24V之間，所需功率容量一般在數(shù)mW至數(shù)W之間，例如溫濕度、紫外線、照度類傳感器一般功耗在25～30 mW；PM2.5傳感器、交通流量傳感器功耗在0.6～3W左右，而風(fēng)力傳感器、視頻監(jiān)控探頭、WIFI熱點一類設(shè)備功耗稍大，約在6W～12.5W范圍內(nèi)。因此，本智能綜合電源裝置按每臺總功率輸出50W考慮，分為四路直流輸出，每一路的最大輸出電流均為2A。

這樣的結(jié)構(gòu)方式，一方面可以集中利用一套市電進(jìn)線濾波器，同時解決四路電源輸出的供電端抗干擾問題，又可以在保障濾波效果的前提下適應(yīng)多種不同電壓的負(fù)載，且能有效減小設(shè)備體積，并降低元器件成本。

第二，本智能綜合電源裝置中的變流電路采用兩級工作方式：

前級為常用的AC-DC方式，將市電整流后，通過帶單級PFC控制的反激式開關(guān)逆變電路、高頻隔離變壓器降壓隔離處理及二次側(cè)整流濾波后，成為+24V直流輸出送至直流母線。采用先進(jìn)的帶單級PFC控制的反激式開關(guān)逆變可以將本裝置的功率因數(shù)提高到95%以上，以適合綠色能源規(guī)范要求；

后級則為DC-DC工作方式，根據(jù)需要把直流母線給出的+24V直流轉(zhuǎn)換為相同級別或較低級別的電壓輸出。四路直流輸出為模塊化設(shè)計，每路的模塊均可互換。各路標(biāo)稱輸出電壓都可按+5V、+12V和+24V的標(biāo)稱值配置，也可根據(jù)特殊需求配置為各種非標(biāo)電壓輸出。為減小損耗，設(shè)計采用的模塊效率在95%左右。

第三，在本智能綜合電源裝置中，為實現(xiàn)對各類傳感或通信裝置供電的靈活性，并使輸出電壓可在現(xiàn)場或遠(yuǎn)端進(jìn)行機(jī)動配置，采用了以單片機(jī)為核心的智能調(diào)節(jié)方式，一方面單片機(jī)具有現(xiàn)場調(diào)試接口，可以方便的在現(xiàn)場實現(xiàn)對各路輸出電壓的調(diào)整配置，另一方面單片機(jī)又具有工控總線式通信接口，可以通過網(wǎng)絡(luò)與運維中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，直接遙控設(shè)置各路的輸出電壓參數(shù)及最高輸出電流。

第四，在本智能綜合電源裝置中，輸出電壓一經(jīng)現(xiàn)場或遠(yuǎn)端配置確認(rèn)后，就必須穩(wěn)定可靠，不能受到單片機(jī)其它進(jìn)程的影響，更不能在單片機(jī)受干擾出現(xiàn)程序跑飛故障時受到影響。為達(dá)到這一目的，必須采用可靠的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行保障，除在必要的配置流程中接受單片機(jī)指令外，其它時刻均形成穩(wěn)定的電壓反饋閉環(huán)系統(tǒng)，完全由閉環(huán)系統(tǒng)的硬件獨立工作，穩(wěn)定各路輸出在所整定的范圍內(nèi)。

第五，為實現(xiàn)各路輸出電壓的可調(diào)整功能，本智能綜合電源裝置的每一路輸出模塊都必需具有輸出端的隔離功能，即在調(diào)整某路電壓時，必須首先切斷該路輸出與負(fù)載之間的電氣連接，或使該路輸出調(diào)整為零，以避免調(diào)整過程中電壓變化對負(fù)載設(shè)備的影響或沖擊。為實現(xiàn)這一目的，還必需使相關(guān)電路具有“盲調(diào)”性能，即單片機(jī)輸出調(diào)控信息與被控硬件反應(yīng)結(jié)果之間的對應(yīng)關(guān)系是已知的，即使輸出被暫時切斷，也能將其調(diào)整到期望數(shù)值附近很小的范圍以內(nèi)，輸出接通后只需進(jìn)行微調(diào)即可。

第六，目前遠(yuǎn)程遙控可供選擇的通信方式較多，有線類有RS485工業(yè)控制總線、電力線載波（PLC）等；無線類有Zegbee、LoRa組網(wǎng)等技術(shù)，尤其是新發(fā)展起來的LoRa組網(wǎng)技術(shù)，不但能適合本智能綜合電源裝置的配置與監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸需求，還可以為各類物聯(lián)網(wǎng)終端采集監(jiān)控設(shè)備提供公共的數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)進(jìn)一步的資源共享。

第七，為保障所供電負(fù)載設(shè)備及自身的安全，本智能綜合電源裝置必須具有完善的保護(hù)功能，包括進(jìn)線浪涌保護(hù)及過壓-過流保護(hù)、輸出過壓-過流保護(hù)、整機(jī)超溫保護(hù)等。整機(jī)設(shè)計留有合理的功率裕量，并具有符合國標(biāo)的防水防塵特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；

圖2為AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路圖；

圖3為輔助電源電路圖；

圖4為單片機(jī)核心控制模塊電路圖；

圖5為直流電壓等級變換模塊電路圖；

圖6為通信接口模塊電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的物聯(lián)網(wǎng)智能綜合電源裝置，以公共照明燈桿為依托，安裝于燈桿中空內(nèi)部空間，并與照明燈具共用同一市電電源供給資源，為多種不同的物聯(lián)網(wǎng)前端裝置或設(shè)備提供相應(yīng)直流工作電源的電源適配器，其具體包括四大部分：

第一部分為前置公共電源模塊， 包括“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路” 和輔助電源電路，如圖2所示，其中“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路”是一個完整的單級PFC反激式開關(guān)穩(wěn)壓器，包括：進(jìn)線濾波、全波整流、單級PFC反激式開關(guān)、高頻隔離變壓器、二次整流濾波等部分，完成電源抗干擾、功率因數(shù)補(bǔ)償、AC-DC隔離轉(zhuǎn)換及直流穩(wěn)壓輸出等功能。如圖3所示，輔助電源電路則是采用DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換方式，將所述“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路”穩(wěn)定輸出的+24V電源進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為高度穩(wěn)定的+5V、+3.3V電源，供通信部分和單片機(jī)核心控制模塊使用。

由于這一部分在本裝置中為第一級電路，故以下簡稱為“前置公共電源”。

如圖4所示，第二部分為單片機(jī)核心控制模塊，采用一只多I/O接口的通用單片機(jī)，完成各路輸出模塊的電壓電流采集監(jiān)控、通過數(shù)字電位器實現(xiàn)對輸出電壓的編程預(yù)置、整機(jī)各個輸出回路過壓、過流、超溫等多項保護(hù)功能。

如圖5所示，第三部分為直流電壓等級變換模塊，共四路完全相同的模塊，（DC/DC-1至DC/DC-4），每個模塊均可獨立完成以下功能：

1、把前置公共電源模塊送來的+24V直流電源轉(zhuǎn)換為不同電壓等級的輸出直流電源（允許兩個以上模塊處于同一電壓等級）。

2、接受單片機(jī)通過一組控制總線送來的調(diào)整指令，通過對數(shù)字電位器的操作實現(xiàn)對本模塊輸出直流電壓的調(diào)整控制。

3、通過電壓閉環(huán)反饋電路實現(xiàn)本模塊輸出電壓的精密穩(wěn)壓功能。

4、通過電流/電壓采樣電路向單片機(jī)回送保護(hù)控制信號，實現(xiàn)本模塊故障的保護(hù)。

如圖6所示，第四部分為通信接口模塊，與單片機(jī)串行通信引腳相連，完成與各種不同形式的實際傳輸接口連接的功能，組成與上級節(jié)點直至監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)連接，賦予本智能綜合電源裝置遠(yuǎn)程集中調(diào)度配置與監(jiān)控的性能。

實施例

在圖2和圖3中，展示了“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路”與“輔助電源電路”的實際電路構(gòu)成。

如圖2所示，其中“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路”是一個完善進(jìn)線濾波性能的反激式開關(guān)逆變電路，作用是將220V交流市電整流后，通過開關(guān)控制芯片驅(qū)動的逆變裝置及高頻隔離變壓器進(jìn)行逆變、隔離與降壓處理，再經(jīng)由二次整流濾波成為+24V直流輸出，送至多路輸出級的直流供電母線，為后級的每一個多路輸出級模塊提供輸入直流供電。同時，還為輔助電源電路提供所需的直流供電，以維持包括單片機(jī)核心控制模塊在內(nèi)的整套裝置的正常工作。實施例中“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路”采用常規(guī)的AC-DC工作方式，單路輸出，容量為24V/2A(50W)。由于選用了UCC28633作為控制芯片，相比傳統(tǒng)的電源芯片，具有更好的輕負(fù)載效率，典型效率可達(dá)90%左右。

如圖3所示，其中輔助電源電路的供電輸入端連接在“AC/DC前置基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路”輸出的+24V直流母線上，通過高效的非隔離開關(guān)穩(wěn)壓電路后得到+5V輸出電壓，該+5V輸出又分為兩路，一路經(jīng)精密線性穩(wěn)壓后成為+3.3V電源，用于為單片機(jī)核心控制模塊供電；另一路經(jīng)隔離式DC/DC變換后仍維持+5V電壓，向RS485通信接口供電。這部分電路的工作原理基本上屬于公知的成熟電源技術(shù)，故不在此處贅述，只簡單說明一下電路的組成：

交流市電經(jīng)接口JP1、保險絲F1送入由壓敏電阻RV1、電容C1、共模電感L1、電容C2、C3與C4構(gòu)成的浪涌吸收及抗干擾濾波電路，然后經(jīng)全橋BRG1整流成為脈動直流后，送達(dá)功率開關(guān)電路進(jìn)行斬波處理。

集成芯片U1（FT822）是功率開關(guān)管的驅(qū)動控制部件，整流橋輸出端+250V電壓經(jīng)電阻R4、R5連至U1的工作電源輸入（8腳），作為啟動瞬間的初始驅(qū)動電源（正常工作后，8腳的供電則是利用二極管D5將降壓隔離變壓器次級的交變輸出進(jìn)行二次整流，再經(jīng)電容C10濾波后得到的穩(wěn)定直流作為電源）。集成芯片U1需要檢測輸入脈動直流電壓的幅值，因此其第3腳連接至電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器的分壓點上；集成芯片U1需要檢測斬波信號經(jīng)過降壓隔離變壓器后的過零時刻，因此其第5腳連接至上述變壓器次級線圈與二次整流管D5的連接點上；集成芯片U1需要檢測功率開關(guān)管Q1的工作電流，因此其第4腳連接至Q1源極電流采樣電阻R10的上端。

集成芯片U1還需要檢測+24V輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差，以便對輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整保持其恒定，因此在+24V輸出端設(shè)置了由電阻R17、R18構(gòu)成的分壓器，通過采樣值與芯片Q2（型號TL431）內(nèi)部基準(zhǔn)值（2.5V）的比較，并由Q2內(nèi)部的高增益放大器進(jìn)行差值放大后，將差值信號以電流變化的形式通過光耦合器OPT1的發(fā)光二極管，從而反映在光耦合器OPT1的次級串聯(lián)電阻R14上得到隔離后的對應(yīng)差值信號，然后將此信號經(jīng)電阻R7送到集成芯片U1的第1腳，用來改變U1的運行參數(shù)，并由第7腳輸出相應(yīng)的驅(qū)動脈沖，經(jīng)電阻R8送到VMOS大功率開關(guān)管Q1的柵極，以實現(xiàn)對+24V輸出電壓的閉環(huán)穩(wěn)壓控制。

由于整流橋輸出的工頻脈動直流峰值較高，峰值附近的過沖電壓幅值更高，為避免峰值附近的過沖電壓對功率開關(guān)管造成損害，在降壓隔離變壓器初級線圈上設(shè)置了由電阻R11、電容C6和二極管D1組成的過沖電壓吸收回路。

本AC-DC轉(zhuǎn)換電路還同時具有PFC（有源功率因數(shù)補(bǔ)償）的性能，這是由于在整流橋BPG1后面的濾波電容C5并非一般的大容量高壓電解電容，而是容量很小的CBB電容，不能對工頻50Hz整流后的直流脈動進(jìn)行有效平滑，因此直流脈動成分仍基本保持不變，在專用的開關(guān)斬波控制芯片及后續(xù)反饋調(diào)整電路的共同作用下，將出現(xiàn)工頻波形峰值處斬波頻率最低，而工頻波形過零點處斬波頻率最高，中間過程中斬波頻率基本隨脈動振幅按正弦規(guī)律相應(yīng)成反比變化的特點。根據(jù)PFC電路的基本原理可知，這將迫使市電輸入端電流追隨輸入端電壓而變化，并保持電流電壓波形基本一致的狀態(tài)，因而進(jìn)線端的功率因數(shù)很高（達(dá)到95-98%），實現(xiàn)了單級PFC開關(guān)電源的要求。

前置公共電源模塊本身就具有較高的輸出電壓穩(wěn)定性，將其輸出母線作為后續(xù)多路直流電壓等級變換模塊的供電回路，就進(jìn)一步保證了最終各路輸出電壓的穩(wěn)定性，因此能很好滿足物聯(lián)網(wǎng)終端采集、探測設(shè)備可靠工作的需求。

在圖4至圖6中，展示了單片機(jī)核心控制模塊、直流電壓等級變換模塊與通信接口模塊 的實施例電路結(jié)構(gòu)。

一、直流電壓等級變換模塊，如圖5所示：

該模塊的核心是一個降壓型的DC/DC變流模塊，最大輸出電流為2A，輸出電壓可在5-24V范圍內(nèi)通過編程預(yù)置整定。每一個直流電壓等級變換模塊均有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和元件數(shù)值，在圖5中，只示出模塊1（第一路）的實際結(jié)構(gòu)，其它三路僅由方框表示，注明模塊2、模塊3和模塊4。

1、DC/DC變流部分的電路構(gòu)成與基本功能

DC/DC部分的核心部件采用MP1593芯片，典型效率為95%。該集成電路的引腳PIN2為電源輸入端，引腳PIN4為公共地線端，引腳PIN7為芯片工作使能端，引腳PIN3為內(nèi)部功率開關(guān)管的輸出端，引腳PIN1為內(nèi)部開關(guān)管驅(qū)動電路的自舉供電端，引腳PIN8為軟啟動時間設(shè)置端，引腳PIN5為輸出反饋電壓輸入端，引腳PIN6為內(nèi)部誤差放大器的補(bǔ)償元件接入端。

如前所述，本實施例中后級直流電壓等級變換模塊的工作電源由第一級“前置公共電源”供給，故電源輸入端（引腳PIN2）通過插座直接連接于前級+24V輸出母線上。引腳PIN4為公共地線端直接連至公共地線，使能端PIN7經(jīng)標(biāo)號M1-MEN的連線接至單片機(jī)相應(yīng)的I/O引腳（具體連接規(guī)則見后續(xù)單片機(jī)引腳分配部分內(nèi)容），同時經(jīng)過下拉電阻R29和抗干擾電容C38接地；開關(guān)管的輸出端引腳PIN3有三條路徑對外連接：主路經(jīng)過電感L4接至本模塊的輸出端（標(biāo)號M1-OUT+），第二路經(jīng)電容C39連接至內(nèi)部開關(guān)管驅(qū)動電路的自舉供電端引腳PIN1，為驅(qū)動管提供自舉信號，第三路經(jīng)續(xù)流二極管D16接地，在內(nèi)部開關(guān)管關(guān)斷期間為電感L4提供續(xù)流回路；引腳PIN8經(jīng)定時電容C37接地，以確定軟啟動時間，內(nèi)部誤差放大器的補(bǔ)償元件接入端PIN6經(jīng)補(bǔ)償電容C44以及C43與R32的串聯(lián)組合電路共同接地，以穩(wěn)定誤差放大器的工作；輸出電壓反饋回路由電阻分壓器取得，電阻分壓器的上臂為電阻R31，電阻分壓器的下臂則由兩只數(shù)字電位器U8和U9級聯(lián)構(gòu)成，電阻分壓器的分壓點（R31下端）連接至輸出反饋電壓輸入端，實現(xiàn)對輸出電壓的采樣，然后通過內(nèi)部誤差放大器對采樣值與基準(zhǔn)值的比較結(jié)果進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，以穩(wěn)定模塊的輸出電壓。

當(dāng)本模塊的電源輸入端（引腳PIN2）通過插座由前級+24V輸出母線供電后，如果在單片機(jī)控制下，這時給芯片工作使能端（引腳PIN7）加TTL高電平（+5V 左右），則IC 被啟動進(jìn)入工作狀態(tài)。經(jīng)過導(dǎo)通時間Ton后，內(nèi)部功率MOS管導(dǎo)通，使輸入電壓經(jīng)由PIN3 端輸出，加在電感L4的左端，該電壓經(jīng)過L4與電容C5 組成的濾波電路向模塊的外部負(fù)載供電，同時在電感L4上儲存了磁場能。在時間Toff后，內(nèi)部功率MOS 管關(guān)斷，此時在儲能電感元件L4上產(chǎn)生的反向電壓為左負(fù)右正，因此加在續(xù)流二極管D16上的電壓是正向偏置電壓，致使二極管導(dǎo)通，于是，電感L4與二極管D16及外部負(fù)載間形成了一個放電回路，電感L4上儲存的電能向外部負(fù)載釋放，以提供負(fù)載所需的電流。

2、輸出電壓、輸出電流的采樣電路

本模塊的輸出電壓、輸出電流必須始終處于單片機(jī)的監(jiān)控之下，因此必需在輸出與單片機(jī)AD輸入接口之間設(shè)置與之相應(yīng)的采集與信號傳輸回路。

輸出電壓采集部件為電阻R35與R30串聯(lián)構(gòu)成的電阻分壓器，串聯(lián)體一端接于模塊輸出端，串聯(lián)體另一端接地，分壓點接至運算放大器U9B的同相輸入端，運算放大器U9B接成電壓跟隨器形式將信號緩沖后，再經(jīng)穩(wěn)壓二極管D17的鉗位以及電阻R34、電容C40的抗干擾濾波后，送至單片機(jī)的電壓采樣AD輸入接口（標(biāo)號M1-I）；

輸出電流采集部件是串聯(lián)在輸出回路負(fù)極引線中的電阻R36，輸出電流在該電阻兩端形成的壓降反映了輸出電流的大小，但該壓降值很小，必需經(jīng)放大后才能適合單片機(jī)的模擬量采集輸入要求，故電阻R36兩端分別經(jīng)電阻R27、R28連接至運放U9A的反相與同相輸入端，電流采樣信號經(jīng)U9A放大后從1腳輸出，送至單片機(jī)電流采樣AD輸入接口（標(biāo)號M1-I）。

3、數(shù)字電位器及其與單片機(jī)的接口連線

數(shù)字電位器U8和U9是賦予本模塊輸出電壓可編程預(yù)置特性的關(guān)鍵元件，數(shù)字電位器含有配置寄存器及數(shù)據(jù)寄存器及非易失性存儲器，預(yù)置數(shù)據(jù)可用單片機(jī)讀寫，具有調(diào)節(jié)精度高、無噪聲、無機(jī)械磨損、工作壽命極長等優(yōu)點。使用數(shù)字電位器能方便的實現(xiàn)可編程控制，并可通過單片機(jī)及AD轉(zhuǎn)換電路對其控制結(jié)果進(jìn)行精確測量與補(bǔ)償修正。

本實施例采用數(shù)字電位器X9C103與X9C102，兩者的電阻網(wǎng)絡(luò)都包含100個檔位，具有相同的引腳分布和輸入控制特性，不同的是X9C103的總電阻為10K，而X9C102的總電阻為1K，兩者相差一個數(shù)量級。它們的第8腳為VCC供電端，第1腳（標(biāo)號INC\）為電位器的中心頭步進(jìn)控制信號的輸入端，第2腳（標(biāo)號U/D\）為電位器的增量或減量控制端，第7腳（標(biāo)號CS\）為電位器片選使能端，第6腳（標(biāo)號VL）為電位器電阻網(wǎng)絡(luò)的上部端子，第4腳為GND端，同時兼做電位器電阻網(wǎng)絡(luò)的下部端子，而第5腳（標(biāo)號VW）相當(dāng)于電位器電阻網(wǎng)絡(luò)的“中心抽頭”。

U8和U9的第8腳為VCC供電端，共同連接至輔助電源的5V輸出端；第4腳為GND端，共同連接至公共地。第一數(shù)字電位器U8的第7腳（片選使能CS\）接至單片機(jī)（標(biāo)號M1-W1EN）引腳，第二數(shù)字電位器U9的第7腳（片選使能CS\）接至單片機(jī)（標(biāo)號M1-W2EN）引腳；兩只電位器的第1腳（中心頭步進(jìn)控制信號INC\）是接在一起的，共用同一連線接至單片機(jī)（標(biāo)號M1-DIR）引腳；兩只電位器的第2腳（增量或減量控制端U/D\）也是接在一起的，共用同一連線接至單片機(jī)（標(biāo)號M1-UD）引腳。在這里，括號中標(biāo)號“M1”表示第一個直流電壓等級變換模塊，相似的，第二個直流電壓等級變換模塊相應(yīng)的標(biāo)號為“M2-XX”，以此類推。

由此可見，對于每一個直流電壓等級變換模塊， 共有2根模擬采樣信號線（輸出電壓、電流）、4根數(shù)字電位器控制線與單片機(jī)相連，另外，還有DC/DC部分的核心部件MP1593芯片的使能端PIN7也需要接至單片機(jī)，用于輸出的連通與切斷控制，綜上所述，也就是每個模塊共占用單片機(jī)7個I/O接口（其中含2個模擬量采樣輸入接口和5個數(shù)字控制接口），因此四個模塊合計需要占用單片機(jī)28個I/O接口（其中含8個模擬量采樣輸入接口和20個數(shù)字控制接口）。

特別要說明的是：本實施例設(shè)計了獨特的兩種不同數(shù)值的數(shù)字電位器相級聯(lián)的連接應(yīng)用方式，大大提高了模塊的預(yù)置電壓精度。原理如下：

根據(jù)圖5可知，數(shù)字電位器是作為輸出電阻分壓器的一部分接入電路的，作為電阻分壓器的下半部分，它和電阻分壓器的上半部分（固定電阻R31）共同決定了分壓器的分壓比，因而也就決定了模塊輸出電壓的數(shù)值大小。因此，在總阻值相同的情況下，數(shù)字電位器的步進(jìn)檔位越多，每個相鄰檔間的阻值變化就越細(xì)，預(yù)置電壓就可以越精準(zhǔn)。但是，步進(jìn)檔位過多是不現(xiàn)實的，成本高且難于制造，而且由于檔位過多，選檔定位的速度也隨之減慢，難以兩全。

如果我們將其中一個數(shù)字電位器選用每檔電阻值較大的產(chǎn)品，而另一個數(shù)字電位器選用每檔電阻值較小的產(chǎn)品，并把它們級聯(lián)起來，就可以形成一個用于“粗調(diào)”，另一個用于“細(xì)調(diào)”的組合形式，例如每個電位器都有100個檔位，而“粗調(diào)”電位器的每檔電阻是“細(xì)調(diào)” 電位器每檔電阻10倍，這種組合顯然就形成了一個100×100=10000個檔位的數(shù)字電位器（由于某些組合存在等價關(guān)系，實際有效的電阻值檔數(shù)少于此數(shù)），而其檔間電阻的最小可選值仍保持“細(xì)調(diào)”電位器的檔間電阻水平。顯然，“粗調(diào)”可迅速逼近需要的阻值，加快了選檔的速度，“細(xì)調(diào)”則保障了選檔的精準(zhǔn)度。目前數(shù)字電位器已是成熟產(chǎn)品，價格低廉，該組合方式只增加很低的成本，就使可用精度的提高超過一個數(shù)量級，因而是一種非常有實用價值的擴(kuò)展方法。

二、單片機(jī)核心控制模塊，如圖4所示：

該部分以單片機(jī)為核心，實現(xiàn)對多路直流電壓等級變換模塊輸出電壓及限流閾值的智能調(diào)節(jié)，一方面單片機(jī)具有現(xiàn)場調(diào)試接口，可以方便的在現(xiàn)場實現(xiàn)對各路輸出電壓的調(diào)整配置，另一方面單片機(jī)又具有工控總線式通信接口，可以經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)與運維中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以遙控方式設(shè)置各路的輸出電壓參數(shù)及最高輸出電流。

本實施例采用STM32F103C8單片機(jī)，工作電源VCC為3.3V，除去復(fù)位引腳RST，晶體振蕩器引腳XO、XI，備用電源接入引腳VBAT、以及BOOT0引腳之外，共有35個可用的I/O引腳，分別是PA0～PA15，PB0～PB15，PC13～PC15。具體分配情況如下：

5、分配給“RS485通信接口”的引腳：

PA0：（DE/RE\）， 串口收發(fā)方向控制信號，（置低接收，置高發(fā)送）；

PA1:（PV），串口芯片供電電源監(jiān)控信號，工作時為高；

PA2:（USART-TX）， 串口數(shù)據(jù)發(fā)送端；

PA3:（USART-RX）， 串口數(shù)據(jù)接收端。

6、分配給“現(xiàn)場調(diào)試接口”的引腳：

PA13:（SWDIO）調(diào)試數(shù)據(jù)口線；

PA14：(SWCLK)調(diào)試時鐘口線；

7、分配給每一路直流電壓等級變換模塊（以下簡稱輸出模塊）進(jìn)行輸出電壓、電流采樣的（需含AD轉(zhuǎn)換模擬輸入端口）：

PA4、PA5：分別用于模塊1的電壓、電流采樣；

PA6、PA7：分別用于模塊2的電壓、電流采樣；

PA8、PA9：分別用于模塊3的電壓、電流采樣；

PA10、PA11：分別用于模塊4的電壓、電流采樣；

8、分配給每一路輸出模塊進(jìn)行數(shù)字電位器控制的：

PA12、PB0～PB3：按順序分別用于輸出模塊1內(nèi)的DC/DC芯片使能、電位器1使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和電位器2使能；

PB4～PB8：按順序分別用于模塊2內(nèi)的DC/DC芯片使能、電位器1使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和電位器2使能；

PB9～PB13：按順序分別用于模塊3內(nèi)的DC/DC芯片使能、電位器1使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和電位器2使能；

PB14～PB15，PC13～PC15：按順序分別用于模塊4內(nèi)的DC/DC芯片使能、電位器1使能、電位器步進(jìn)、電位器中心頭移動方向和電位器2使能；

這樣，單片機(jī)引腳除PA15外全部分配完畢，充分利用了片內(nèi)資源。

單片機(jī)對各個模塊中數(shù)字電位器的控制進(jìn)而實現(xiàn)對“輸出模塊”電壓的調(diào)整可簡述為如下過程：以第一輸出模塊為例，首先通過“現(xiàn)場調(diào)試接口”或通過“RS485通信接口”將所需輸出電壓數(shù)值輸入單片機(jī)，單片機(jī)立即通過PA4口線采集第一輸出模塊的實際輸出電壓，如符合電壓配置需求，則不作處理；如與電壓配置需求不合，則需進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)需要使輸出電壓升高時，說明作為電壓采樣分壓器下臂的電位器總電阻需要減小，此時單片機(jī)首先通過將PB0口線（接電位器U8的CS\引腳）置低，PB3口線（接電位器U9的CS\引腳）置高，即僅使電位器U8使能，進(jìn)入“粗調(diào)整”過程。由于是要減小阻值，單片機(jī)將PB2口線（接電位器U/D\引腳）置低，表示選擇“減檔”操作，隨即通過PB1口線（接電位器INC\引腳）輸出一個從高到低的負(fù)跳變，維持1uS低電平后再回復(fù)至高電平，形成一個負(fù)向的時鐘脈沖，在內(nèi)部可逆計數(shù)器、譯碼器和開關(guān)陣列的協(xié)同作用下，實現(xiàn)VL和VW之間的阻值減小一檔。如果繼續(xù)通過PB1口線提供負(fù)向的時鐘脈沖，阻值減檔的操作就繼續(xù)進(jìn)行，直至PB0口線（接電位器U8的CS\引腳）、PB1口線（接電位器INC\引腳）均由單片機(jī)控制輸出為高電平，此時計數(shù)器值將鎖存于非易失寄存器中，數(shù)字電位器的阻值將不再改變。

如果需要使輸出電壓降低時，單片機(jī)只需在上述步驟中將PB2口線（接電位器U/D\引腳）置高，表示選擇“加檔”操作即可；

如果當(dāng)需要使用數(shù)字電位器U9對輸出電壓作進(jìn)一步“細(xì)調(diào)”時，單片機(jī)只需將PB0口線（接電位器U8的CS\引腳）置高，而將PB3口線（接電位器U9的CS\引腳）置低，選擇對U9進(jìn)行操作，其它口線的應(yīng)用仍與前述相同。

實際使用中，每操作一步，就需要對輸出電壓進(jìn)行一次測量，如果這樣一檔檔順序執(zhí)行，非常繁瑣費時，效率極低。為提高效率加快調(diào)整速度，可采用快速查表方式一步調(diào)整到所需電壓附近很小范圍內(nèi)，然后再作精細(xì)調(diào)整。具體方法屬軟件技術(shù)范疇，不在此深入討論。

三、通信接口模塊，如圖6所示：

通信接口模塊與單片機(jī)內(nèi)部專用串口通信引腳配合，構(gòu)成與外部傳輸網(wǎng)絡(luò)的接口，其用途是與運營監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，取得中心的支持以實現(xiàn)對本電源的遙控預(yù)置與智能化監(jiān)管。由于它賦予本智能綜合電源裝置以遠(yuǎn)程集中調(diào)度配置與監(jiān)控的特殊性能，因此是不可忽視的重要組成部分。

通信接口模塊以ADI的ADM2483芯片為主，該芯片是新推出的一款隔離型RS485收發(fā)器，內(nèi)部集成了ADI專利的icoupler(磁耦)隔離技術(shù)，功能上相當(dāng)于集成了三個單通道的光耦和一個RS485收發(fā)器，速率是500Kbps，具有以下優(yōu)勢：

1、體積小：傳統(tǒng)RS485通訊的接口除供電需要采用DC-DC隔離電源模塊之外，還要使用一個MAX485芯片外加三個光耦，新技術(shù)中只采用一個ADM2483芯片，磁隔離技術(shù)屬于電壓型，無需外接限流電阻。因內(nèi)部已集成了信號隔離，所以收、發(fā)與控制引腳都可直接與CPU直接相連。大大簡化了電路并提高了模塊的性能。

2、具有獨特的電源監(jiān)控功能：ADM2483前端支持3.3V/5V供電，并有一個電源監(jiān)控腳PV，這個引腳的功能是監(jiān)測自身供電電源，當(dāng)供電電源低于2.0V時，ADM2483不工作，此引腳輸出低電平；當(dāng)供電電源高于2.0V時ADM2483進(jìn)入工作狀態(tài)，此引腳則會自動置高，可提供單片機(jī)作為通信口的監(jiān)控信號之一。

3、ADM2483內(nèi)部集成的RS485收發(fā)器，具有熱關(guān)斷與輸入失效保護(hù)功能。

通信接口模塊的實際電路圖說明如下：

第2、8腳為非隔離側(cè)的地線引腳，直接與單片機(jī)地線端（GND）相連，第1腳為非隔離側(cè)的工作電源端，接至前述“前置公共電源”中“單片機(jī)供電部分”的+3.3V電源輸出點。

通信接口芯片U6（ADM2483）第3腳（RXD）是串行接收端，連至所述單片機(jī)U4的PA3引腳；U6第6腳（TXD）是串行發(fā)送端，連至單片機(jī)的PA2引腳，上述兩條線路構(gòu)成通信的主回路；

U6第4腳（RE\）是接收使能端，低電平有效；U6第5腳（DE）是發(fā)送使能端，高電平有效，這里將二者合一，共同連至所述單片機(jī)U4的PA0引腳，這樣，當(dāng)控制PA0引腳為低電平時，通信接口芯片處于接收狀態(tài)；而當(dāng)控制PA0引腳為高電平時，通信接口芯片處于發(fā)送狀態(tài)，實現(xiàn)了對收發(fā)方向的控制。

隔離電源芯片U5為通信接口芯片U6（ADM2483）提供隔離電源，其第1腳為非隔離的電源輸入正端，取自所述“單片機(jī)供電部分”輸出的+5V電源輸出點。非隔離的輸入負(fù)端（第2腳）接地，第4腳是經(jīng)隔離后的輸出正端，接至通信芯片U6隔離側(cè)的第16引腳為其供電，輸出負(fù)端（第3腳）是隔離后的通信接口外側(cè)參考地端。這樣，通信接口芯片內(nèi)、外部線路在保證傳輸信號完整性的前提下，在電氣上完全實現(xiàn)了隔離，保障了單片機(jī)等內(nèi)部電路的工作穩(wěn)定性和運行安全。

在通信接口芯片U6外側(cè)，除上述隔離電源輸入端口外，第12引腳（B）和第13引腳（A）構(gòu)成差分形式的半雙工通信接口回路。由于連接外線，并引入一定的抗噪聲門限，設(shè)置了一組電阻分壓網(wǎng)絡(luò)和一組鉗位網(wǎng)絡(luò)。電阻分壓網(wǎng)絡(luò)由電阻R22、R26和R23串聯(lián)構(gòu)成，R23下端接隔離電源芯片輸出正極（485V），R22上端接隔離電源芯片輸出負(fù)極，串聯(lián)體的中間電阻R26兩端分別連接于芯片U5的引腳（B）和引腳（A），這樣就造成引腳（A）電壓高于引腳（B）電壓，形成引腳（A）、（B）之間的偏置門限，有助于提高抗干擾能力。一組鉗位網(wǎng)絡(luò)是由鉗位二極管D13、D14、D15構(gòu)成的，D14設(shè)置在引腳（A）、（B）之間，D15與 D13分別設(shè)置在外側(cè)隔離地與（A）、（B）之間，用于吸收線路上可能出現(xiàn)的較大感應(yīng)電壓，保護(hù)接口的安全。

通信接口芯片U6的第7引腳（PV，供電電源監(jiān)控信號）直接連至所述單片機(jī)的PA1引腳，以便單片機(jī)隨時了解通信接口芯片供電電源的工作狀況。

前已述及，智能綜合電源裝置是以公共照明燈桿為依托，安裝于燈桿圓筒形內(nèi)部空間中，并與照明燈具共用同一市電電源供給資源，為多種不同的物聯(lián)網(wǎng)前端裝置或設(shè)備提供相應(yīng)直流工作電源的電源適配器，因此，本智能綜合電源裝置具有明確的結(jié)構(gòu)特征與性能特點，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，采用一路單相交流市電輸入，多路不同電壓直流輸出的電路結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)供電側(cè)與送電側(cè)雙方的要求。根據(jù)對大量受電裝置和設(shè)備的調(diào)研，所需電壓等級一般在5V至24V之間，所需功率容量一般在數(shù)mW至數(shù)W之間，例如溫濕度、紫外線、照度類傳感器一般功耗在25～30 mW；PM2.5傳感器、交通流量傳感器功耗在0.6～3W左右，而風(fēng)力傳感器、視頻監(jiān)控探頭、WIFI熱點一類設(shè)備功耗稍大，約在6W～12.5W范圍內(nèi)。因此，本智能綜合電源裝置按每臺總功率輸出50W考慮，分為四路直流輸出，每一路的最大輸出電流均為2A。

這樣的結(jié)構(gòu)方式，一方面可以集中利用一套市電進(jìn)線濾波器，同時解決四路電源輸出的供電端抗干擾問題，又可以在保障濾波效果的前提下適應(yīng)多種不同電壓的負(fù)載，且能有效減小設(shè)備體積，并降低元器件成本。

第二，本智能綜合電源裝置中的變流電路采用兩級工作方式，

前級為常用的AC-DC方式，將市電整流后，通過帶單級PFC控制的反激式開關(guān)逆變電路、高頻隔離變壓器降壓隔離處理及二次側(cè)整流濾波后，成為+24V直流輸出送至直流母線。采用先進(jìn)的帶單級PFC控制的反激式開關(guān)逆變可以將本裝置的功率因數(shù)提高到95%以上，以適合綠色能源規(guī)范要求；

后級則為DC-DC工作方式，根據(jù)需要把直流母線給出的+24V直流轉(zhuǎn)換為相同級別或較低級別的電壓輸出。四路直流輸出為模塊化設(shè)計，每路的模塊均可互換。各路標(biāo)稱輸出電壓都可按+5V、+12V和+24V的標(biāo)稱值配置，也可根據(jù)特殊需求配置為各種非標(biāo)電壓輸出。為減小損耗，設(shè)計采用的模塊效率在95%左右。

第三，在本智能綜合電源裝置中，為實現(xiàn)對各類傳感或通信裝置供電的靈活性，并使輸出電壓可在現(xiàn)場或遠(yuǎn)端進(jìn)行機(jī)動配置，采用了以單片機(jī)為核心的智能調(diào)節(jié)方式，一方面單片機(jī)具有現(xiàn)場調(diào)試接口，可以方便的在現(xiàn)場實現(xiàn)對各路輸出電壓的調(diào)整配置，另一方面單片機(jī)又具有工控總線式通信接口，可以通過網(wǎng)絡(luò)與運維中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，直接遙控設(shè)置各路的輸出電壓參數(shù)及最高輸出電流。

第四，在本智能綜合電源裝置中，輸出電壓一經(jīng)現(xiàn)場或遠(yuǎn)端配置確認(rèn)后，就必須穩(wěn)定可靠，不能受到單片機(jī)其它進(jìn)程的影響，更不能在單片機(jī)受干擾出現(xiàn)程序跑飛故障時受到影響。為達(dá)到這一目的，必須采用可靠的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行保障，除在必要的配置流程中接受單片機(jī)指令外，其它時刻均形成穩(wěn)定的電壓反饋閉環(huán)系統(tǒng)，完全由閉環(huán)系統(tǒng)的硬件獨立工作，穩(wěn)定各路輸出在所整定的范圍內(nèi)。

第五，為實現(xiàn)各路輸出電壓的可調(diào)整功能，本智能綜合電源裝置的每一路輸出模塊都必需具有輸出端的隔離功能，即在調(diào)整某路電壓時，必須首先切斷該路輸出與負(fù)載之間的電氣連接，或使該路輸出調(diào)整為零，以避免調(diào)整過程中電壓變化對負(fù)載設(shè)備的影響或沖擊。為實現(xiàn)這一目的，還必需使相關(guān)電路具有“盲調(diào)”性能，即單片機(jī)輸出調(diào)控信息與被控硬件反應(yīng)結(jié)果之間的對應(yīng)關(guān)系是已知的，即使輸出被暫時切斷，也能將其調(diào)整到期望數(shù)值附近很小的范圍以內(nèi)，輸出接通后只需進(jìn)行微調(diào)即可。

第六，目前遠(yuǎn)程遙控可供選擇的通信方式較多，有線類有RS485工業(yè)控制總線、電力線載波（PLC）等；無線類有Zegbee、LoRa組網(wǎng)等技術(shù)，尤其是新發(fā)展起來的LoRa組網(wǎng)技術(shù)，不但能適合本智能綜合電源裝置的配置與監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸需求，還可以為各類物聯(lián)網(wǎng)終端采集監(jiān)控設(shè)備提供公共的數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)進(jìn)一步的資源共享。

第七，為保障所供電負(fù)載設(shè)備及自身的安全，本智能綜合電源裝置必須具有完善的保護(hù)功能，包括進(jìn)線浪涌保護(hù)及過壓-過流保護(hù)、輸出過壓-過流保護(hù)、整機(jī)超溫保護(hù)等。整機(jī)設(shè)計留有合理的功率裕量，并具有符合國標(biāo)的防水防塵特性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。