LED路燈智能控制系統設計探索論文

LED路燈智能控制系統設計探索論文

　　摘要：我國城市不斷發(fā)展，對能源的需求量也越來(lái)越大。城市路燈系統是整座城市的“能耗大戶(hù)”，如何在保證市民出行和日常生活需求的前提下，優(yōu)化現有控制系統，降低路燈的綜合能耗是亟待解決的問(wèn)題。本文主要分析了LED路燈智能控制系統的優(yōu)越性，并結合LoRa無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)淺談了智慧城市LED路燈智能控制系統的設計方案。

　　關(guān)鍵詞：智慧城市；LED路燈；系統設計；優(yōu)越性

　　隨著(zhù)我國城市化進(jìn)程不斷加快、環(huán)保政策深入落實(shí)，城市LED路燈照明控制系統需不斷優(yōu)化，標準化、節能化、科學(xué)化的路燈控制系統能快速推進(jìn)我國城市建筑。當前，我國的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和智能控制技術(shù)不斷發(fā)展，在城市LED路燈建設中大力推廣先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，能夠加強對路燈的管理，提升路燈的使用效率，降低路燈的總體能耗，是保證我國“可持續發(fā)展”和“節能減排”的戰略進(jìn)一步實(shí)施的重要環(huán)節。

　　1LED路燈智能控制系統的優(yōu)越性

　　1.1采用占用空間小的傳感技術(shù)

　　傳統的路燈系統需要較長(cháng)的供電線(xiàn)路網(wǎng)，這種形式主要分布于城市交通干線(xiàn)以及老式小區住宅中，這種傳統的供電方式容易造成線(xiàn)路損耗過(guò)大，降低了整個(gè)路燈系統的工作效率；同時(shí)，傳統的城市路燈系統工作在220V電壓下，容易發(fā)生三相不平衡的問(wèn)題，嚴重時(shí)會(huì )發(fā)生零點(diǎn)位移現象，不利于路燈系統的日常運轉，更增加了路燈總體能耗。而采用LED路燈智能控制系統可解決上述問(wèn)題，智能化控制系統采用無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，優(yōu)化現有線(xiàn)路布局方式，將固定化的、單一化的線(xiàn)路布局變?yōu)殚_(kāi)放化、靈活化的布置方式，只需要極小的環(huán)境空間就能實(shí)現基本控制功能，能夠為路燈系統的其他建設節約空間。

　　1.2實(shí)現實(shí)時(shí)監測功能

　　雖然傳統的路燈系統操作簡(jiǎn)便，但其控制系統較為單一，其功能較少且無(wú)法實(shí)現對路燈系統的實(shí)時(shí)監測，容易造成大量的人力及物力浪費，如：當路燈無(wú)法正常工作時(shí)，工作人員只能通過(guò)現場(chǎng)巡查才能發(fā)現壞損路燈，嚴重降低了工作效率，這種工作方式與我國智慧城市建設的基本方向不相匹配。而采用智能化控制系統，不僅可以實(shí)現對LED路燈系統的實(shí)時(shí)監測，工作人員還能通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)在管理后臺掌握路燈的工作參數，如工作電壓和電流、工作溫度、LED亮度等，工作人員可以減少現場(chǎng)巡查次數，只需對數據分析即可判斷哪部燈具、哪個(gè)位置的路燈出現了壞損，智能控制系統不僅能夠實(shí)現實(shí)時(shí)監測功能，還能進(jìn)一步提升LED路燈的使用效率。

　　1.3創(chuàng )造更高的經(jīng)濟效益

　　智能化LED路燈控制系統的應用，不僅給社會(huì )民眾的日常生活帶來(lái)無(wú)限便捷，還能為各個(gè)城市創(chuàng )造更高的經(jīng)濟效益，在城市中不斷推廣LED智能化路燈控制系統，不僅能實(shí)現城市道路及小區照明系統的全自動(dòng)化，還能達到節能減排的效果。筆者認為，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)與智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展，城市的LED智能控制系統將會(huì )得到進(jìn)一步升級，不僅能夠實(shí)現對城市電力資源的有效整合，還能降低城市路燈系統的總體能耗，對延長(cháng)路燈系統的壽命，降低后期維護成本都有著(zhù)積極意義。

　　2基于智慧城市建設的LED路燈智能控制系統設計

　　2.1系統組網(wǎng)結構設計

　　在現代化城市路燈建設中，路燈的間距一般為20-30m，若一條馬路的總長(cháng)為3km，道路兩旁的路燈數量共計200-300盞，傳統的控制系統無(wú)法實(shí)現如此長(cháng)距離的路燈控制，只能加大后臺管理硬件的數量，進(jìn)而增加建設成本。而在單燈控制系統中采用LoRa無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，通過(guò)GPRS公共網(wǎng)絡(luò )將信息傳遞至后臺管理中心，并在組網(wǎng)中設置匯聚節點(diǎn)、中繼節點(diǎn)以及開(kāi)關(guān)節點(diǎn)，以此實(shí)現對整條馬路的路燈控制，能夠建立動(dòng)態(tài)、可控的智能化路燈管理系統。在該組網(wǎng)中，路燈工作參數及相關(guān)數據會(huì )傳遞到匯聚節點(diǎn)上，并通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )被傳遞至后臺管理中心，組網(wǎng)中的中繼節點(diǎn)和匯聚節點(diǎn)基于LoRa無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)實(shí)現信息互聯(lián)。

　　2.2系統硬件設計

　　開(kāi)關(guān)節點(diǎn)布設在路燈里，通過(guò)RS485與中繼節點(diǎn)相連，本系統的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)采用MSP430系列微型控制系統。該控制系統成本低、能耗低且結構簡(jiǎn)單適用于智慧城市路燈系統，開(kāi)關(guān)節點(diǎn)中的光敏電阻采用557系列，該電阻受到光照影響改變阻值，進(jìn)而實(shí)現對LED燈亮度調節功能。中繼點(diǎn)與開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的硬件連接基于Modus通信法則，同時(shí)單燈的控制采用LoRa無(wú)線(xiàn)信息傳輸技術(shù)實(shí)現長(cháng)距離信息傳輸。該硬件系統的核心構件采用MSP430F247控制器，且內嵌32K存儲卡能夠輕松滿(mǎn)足路燈存儲的要求。匯聚節點(diǎn)的核心構件配備64k的存儲器并與GPRS模塊相連，與后臺管理中心采用RS232形式連接，該節點(diǎn)的主要功能是接收后臺管理中心指令，并通過(guò)LoRa無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)將指令傳遞至中繼節點(diǎn)，再由中繼節點(diǎn)將指令傳遞至開(kāi)關(guān)節點(diǎn)，最終形成一套完整的控制系統。

　　2.3系統軟件設計

　　系統軟件設計采用SX1278系統,并給每個(gè)開(kāi)關(guān)節點(diǎn)配備不同的數據地址，如：當中繼節點(diǎn)發(fā)出0X10AA指令時(shí)與之對應的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)就會(huì )做出開(kāi)關(guān)反應。開(kāi)關(guān)結點(diǎn)對數據進(jìn)行查詢(xún)，如果查詢(xún)到相關(guān)數據到則上傳采集數據，將讀取到的光敏電阻AD數據與此臨界值進(jìn)行對比，從而來(lái)控制開(kāi)關(guān)節點(diǎn)。

　　2.4其他輔助功能設計

　　經(jīng)過(guò)對硬件及軟件系統的設計后，本系統能夠實(shí)現基本的智能化控制操作，同時(shí)還增加了其他輔助功能設計。如：遠程抄表系統、故障報警功能、自動(dòng)上報功能、數據查詢(xún)功能、歷史操作查詢(xún)功能、移動(dòng)終端查詢(xún)功能、地圖顯示功能等。具體系統操作項目圖如圖1所示。

　　3LED路燈智能控制系統測試

　　在進(jìn)行測試之前，首先要創(chuàng )造一個(gè)可靠的測試環(huán)境，測試系統主要包括匯聚節點(diǎn)和后臺管理中心，路燈系統由兩個(gè)中繼節點(diǎn)和八個(gè)開(kāi)關(guān)節點(diǎn)組成，并將后臺管理中心設置在測試區域300m內的空曠馬路區域。在測試過(guò)程中，依據不同的測試距離，對每個(gè)節點(diǎn)發(fā)送測試數據包，并將測試結果記錄匯總如圖2所示。依據圖中所示結果分析，在該測試環(huán)境下，當傳輸距離＜0.5km時(shí)，傳輸數據能夠實(shí)現完整傳遞；當傳輸距離為1km時(shí)，數據傳輸并不完整；當傳輸數據＞2.5km時(shí)，數據傳輸完整度僅為80%。若把后臺管理中心設置在高樓內，隨著(zhù)樓層和傳輸距離的增加，數據的完整性也開(kāi)始降低，當傳輸距離為1km時(shí)，其五層樓內的數據完整性仍能達到90%。

　　4結論

　　綜上所述，我國智慧城市LED路燈控系統的總體發(fā)展方向是標準化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化，路燈控制系統以“節能減排”為長(cháng)遠發(fā)展目標，確保城市路燈控制系統更加高效、便捷。采用LoRa單燈控制無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)能夠實(shí)現對傳輸數據的加密處理，保證信息傳輸環(huán)節的安全性和完整性；結合系統測試結果不難發(fā)現，采用該種通信協(xié)議再也不用擔心通信距離，同時(shí)整套控制系統的運行能耗低、建設成本低且抗干擾能力強，能夠滿(mǎn)足我國智慧城市現代化LED路燈系統的各種設計要求。

　　參考文獻

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