- 相關(guān)推薦
LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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越大。城市路燈系統(tǒng)是整座城市的“能耗大戶”，如何在保證市民出行和日常生活需求的前提下，優(yōu)化現(xiàn)有控制系統(tǒng)，降低路燈的綜合能耗是亟待解決的問題。本文主要分析了LED路燈智能控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，并結(jié)合LoRa無線傳輸技術(shù)淺談了智慧城市LED路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：智慧城市；LED路燈；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；優(yōu)越性
隨著我國城市化進(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(tǒng)需不斷優(yōu)化，標(biāo)準(zhǔn)化、節(jié)能化、科學(xué)化的路燈控制系統(tǒng)能快速推進(jìn)我國城市建筑。當(dāng)前，我國的無線網(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(shè)中大力推廣先進(jìn)的無線傳輸技術(shù)，能夠加強(qiáng)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(xù)發(fā)展”和“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略進(jìn)一步實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。
1LED路燈智能控制系統(tǒng)的優(yōu)越性
1.1采用占用空間小的傳感技術(shù)
傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)需要較長的供電線路網(wǎng)，這種形式主要分布于城市交通干線以及老式小區(qū)住宅中，這種傳統(tǒng)的供電方式容易造成線路損耗過大，降低了整個(gè)路燈系統(tǒng)的工作效率；同時(shí)，傳統(tǒng)的城市路燈系統(tǒng)工作在220V電壓下，容易發(fā)生三相不平衡的問題，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生零點(diǎn)位移現(xiàn)象，不利于路燈系統(tǒng)的日常運(yùn)轉(zhuǎn)，更增加了路燈總體能耗。而采用LED路燈智能控制系統(tǒng)可解決上述問題，智能化控制系統(tǒng)采用無線傳輸技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)有線路布局方式，將固定化的、單一化的線路布局變?yōu)殚_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(xiàn)基本控制功能，能夠?yàn)槁窡粝到y(tǒng)的其他建設(shè)節(jié)約空間。
1.2實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測功能
雖然傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)操作簡便，但其控制系統(tǒng)較為單一，其功能較少且無法實(shí)現(xiàn)對路燈系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，容易造成大量的人力及物力浪費(fèi)，如：當(dāng)路燈無法正常工作時(shí)，工作人員只能通過現(xiàn)場巡查才能發(fā)現(xiàn)壞損路燈，嚴(yán)重降低了工作效率，這種工作方式與我國智慧城市建設(shè)的基本方向不相匹配。而采用智能化控制系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對LED路燈系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，工作人員還能通過無線傳輸技術(shù)在管理后臺掌握路燈的工作參數(shù)，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(xiàn)場巡查次數(shù)，只需對數(shù)據(jù)分析即可判斷哪部燈具、哪個(gè)位置的路燈出現(xiàn)了壞損，智能控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)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(jì)效益
智能化LED路燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅給社會民眾的日常生活帶來無限便捷，還能為各個(gè)城市創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益，在城市中不斷推廣LED智能化路燈控制系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)城市道路及小區(qū)照明系統(tǒng)的全自動(dòng)化，還能達(dá)到節(jié)能減排的效果。筆者認(rèn)為，隨著無線傳輸技術(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(tǒng)將會得到進(jìn)一步升級，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對城市電力資源的有效整合，還能降低城市路燈系統(tǒng)的總體能耗，對延長路燈系統(tǒng)的壽命，降低后期維護(hù)成本都有著積極意義。
2基于智慧城市建設(shè)的LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在現(xiàn)代化城市路燈建設(shè)中，路燈的間距一般為20-30m，若一條馬路的總長為3km，道路兩旁的路燈數(shù)量共計(jì)200-300盞，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)如此長距離的路燈控制，只能加大后臺管理硬件的數(shù)量，進(jìn)而增加建設(shè)成本。而在單燈控制系統(tǒng)中采用LoRa無線傳輸技術(shù)，通過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(shè)置匯聚節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)以及開關(guān)節(jié)點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)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(tǒng)。在該組網(wǎng)中，路燈工作參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)會傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)上，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)被傳遞至后臺管理中心，組網(wǎng)中的中繼節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)基于LoRa無線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)。
2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
開關(guān)節(jié)點(diǎn)布設(shè)在路燈里，通過RS485與中繼節(jié)點(diǎn)相連，本系統(tǒng)的開關(guān)節(jié)點(diǎn)采用MSP430系列微型控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)成本低、能耗低且結(jié)構(gòu)簡單適用于智慧城市路燈系統(tǒng)，開關(guān)節(jié)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(xiàn)對LED燈亮度調(diào)節(jié)功能。中繼點(diǎn)與開關(guān)節(jié)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無線信息傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)長距離信息傳輸。該硬件系統(tǒng)的核心構(gòu)件采用MSP430F247控制器，且內(nèi)嵌32K存儲卡能夠輕松滿足路燈存儲的要求。匯聚節(jié)點(diǎn)的核心構(gòu)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(jié)點(diǎn)的主要功能是接收后臺管理中心指令，并通過LoRa無線傳輸技術(shù)將指令傳遞至中繼節(jié)點(diǎn)，再由中繼節(jié)點(diǎn)將指令傳遞至開關(guān)節(jié)點(diǎn)，最終形成一套完整的控制系統(tǒng)。
2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用SX1278系統(tǒng),并給每個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)配備不同的數(shù)據(jù)地址，如：當(dāng)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)出0X10AA指令時(shí)與之對應(yīng)的開關(guān)節(jié)點(diǎn)就會做出開關(guān)反應(yīng)。開關(guān)結(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，如果查詢到相關(guān)數(shù)據(jù)到則上傳采集數(shù)據(jù)，將讀取到的光敏電阻AD數(shù)據(jù)與此臨界值進(jìn)行對比，從而來控制開關(guān)節(jié)點(diǎn)。
2.4其他輔助功能設(shè)計(jì)
經(jīng)過對硬件及軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基本的智能化控制操作，同時(shí)還增加了其他輔助功能設(shè)計(jì)。如：遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、故障報(bào)警功能、自動(dòng)上報(bào)功能、數(shù)據(jù)查詢功能、歷史操作查詢功能、移動(dòng)終端查詢功能、地圖顯示功能等。具體系統(tǒng)操作項(xiàng)目圖如圖1所示。
3LED路燈智能控制系統(tǒng)測試
在進(jìn)行測試之前，首先要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)可靠的測試環(huán)境，測試系統(tǒng)主要包括匯聚節(jié)點(diǎn)和后臺管理中心，路燈系統(tǒng)由兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)和八個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)組成，并將后臺管理中心設(shè)置在測試區(qū)域300m內(nèi)的空曠馬路區(qū)域。在測試過程中，依據(jù)不同的測試距離，對每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送測試數(shù)據(jù)包，并將測試結(jié)果記錄匯總?cè)鐖D2所示。依據(jù)圖中所示結(jié)果分析，在該測試環(huán)境下，當(dāng)傳輸距離＜0.5km時(shí)，傳輸數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)完整傳遞；當(dāng)傳輸距離為1km時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸并不完整；當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)＞2.5km時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸完整度僅為80%。若把后臺管理中心設(shè)置在高樓內(nèi)，隨著樓層和傳輸距離的增加，數(shù)據(jù)的完整性也開始降低，當(dāng)傳輸距離為1km時(shí)，其五層樓內(nèi)的數(shù)據(jù)完整性仍能達(dá)到90%。
4結(jié)論
綜上所述，我國智慧城市LED路燈控系統(tǒng)的總體發(fā)展方向是標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，路燈控制系統(tǒng)以“節(jié)能減排”為長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)，確保城市路燈控制系統(tǒng)更加高效、便捷。采用LoRa單燈控制無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對傳輸數(shù)據(jù)的加密處理，保證信息傳輸環(huán)節(jié)的安全性和完整性；結(jié)合系統(tǒng)測試結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，采用該種通信協(xié)議再也不用擔(dān)心通信距離，同時(shí)整套控制系統(tǒng)的運(yùn)行能耗低、建設(shè)成本低且抗干擾能力強(qiáng)，能夠滿足我國智慧城市現(xiàn)代化LED路燈系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)要求。
參考文獻(xiàn)
[1]張三.基于GPRS的城市LED路燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015(3)．
[2]經(jīng)偉，許,余建波.基于GPRS和ZigBee的節(jié)能型LED路燈智能控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制,2015,28（5):1538-1541.
[3]張建碧.智能照明控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢[J].無線互聯(lián)科技,2013(5)：45，75.
[4]深圳市燈光環(huán)境管理中心，深圳華智測控技術(shù)有限公司.深圳南山科技園北區(qū)LED路燈智能控制示范工程報(bào)告[R],2013.
【LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探索論文】相關(guān)文章：
智能家居論文07-29
智能家居論文(通用)07-20
設(shè)計(jì)智能眼鏡作文07-20
人工智能機(jī)器人論文11-04
關(guān)于人工智能的議論文05-25
VI設(shè)計(jì)論文07-26
綠色設(shè)計(jì)論文08-05
造型設(shè)計(jì)論文11-28