新型路燈智能監控節能系統研究

徐文強 張向向 徐慶 陳曙光

摘 要：目前市場上的路燈大多比較美觀，燈光色彩多樣，但卻造成了大量能源的浪費。針對城市照明巨大的能源損耗問題，重點研究了能夠監測路燈、控制燈光各季度的開始及結束時間、使燈光亮度隨時間變化的系統裝置。其研究目的是把路燈照明系統這一設備進一步完善，使更多的人能夠切實體驗到設備的節能、環保等益處。

關鍵詞：單燈控制器；監測；集中控制器；上位機監控中心

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）01-00-02

0 前 言

隨著中國城市化進程的不斷加快，城市路燈建設已逐漸成為市政建設中一項不可或缺的浩大工程。路燈在幫助市民營造光明的環境方面發揮了舉足輕重的作用，但隨著照明難題的解決，也出現了不可避免的能源大量損耗問題。城市照明不僅要美觀，其規模和能源使用量也應達成良好的比例。然而目前我國城市的路燈建設正處于重效果輕節能的狀態，所以對路燈智能節能技術的研究迫在眉睫。

1 國內外現狀

西方發達國家在很久之前就開始關注照明節能問題。歐盟在照明節能方面做了大量研究工作，他們采用緊湊型熒光燈取代傳統白熾燈的方式，發揮了些許作用；美國政府采取禁止銷售和使用低效能鎮流器的節能方式[1]，而且鎮流器的型號必須是電子節能的；2012年，英國的新型照明系統將LeafNut路燈監控系統投入使用[2]，該系統由Harvard University設計，采用高可靠性中央網絡服務器，通過GPRS無線通訊網絡完成單燈控制與多燈控制。不僅如此，新型系統為了實現遠程自動調光，能夠通過設計連接口直接控制燈泡上的發光體單元。為了實現新型系統的節能環保作用，英國政府計劃將倫敦全市所有路燈全部轉換成新型路燈，由iPad直接控制調光[3]。

最近幾年，我國也開始重視對照明節能產品的研究。在《中國綠色照明工程實施方案》中提出各項要求，目的在于創建高標準、高質量，優體驗、重環保、重節能的安全照明環境。我國已有幾大城市開始研究并使用了新的節能方式，實現了較好的節能成果：北京市在路燈變壓器上設置了控制裝置，每天可根據光照強度的大小控制路燈燈光的開關；廣州市用rdd-3000照明集中使用有線和無線兼容的方式監控通信系統，實現了遠程測量、遠程通信和遠程控制三大功能[4]。

2 實際需求

2.1 人性化和智能化管理

在設計新型系統的智能化LED路燈時充分考慮城市照明系統存在的問題，采用單片機對路燈的光照強度進行動態化、智能化、實時化管理，進而實現路燈的人性化照明。在軟件方面采取更精密嚴格的程序算法和高度集成的可拓展功能，靈活控制燈具開閉、電壓電流以及功率因素的檢測；在硬件方面，采用電力載波和GPRS無線通訊技術控制電力載波的操作和對GPRS的操控，為用戶帶來人性化和智能化的管理體驗。

2.2 節能環保

新型路燈智能監控系統必須遵循當前的節能環保理念。對于城市能源需求來說，照明是電力消耗的主要方面，因而在滿足需求的同時，必須解決節能環保這一問題。新型路燈智能監控系統通過合理設置開關的開通和關斷時間，能夠使城市照明依據時間和周圍環境的條件（亮度，溫度，有無人活動或車輛行駛等）有效、及時、自動地開通或者關斷，并且使燈具可以在設定的時間開通，保證電能的充分利用。新型路燈智能監控系統一般都具備避免過電壓和欠電壓的保護功能，可以有效減少電能對燈具的不利影響，進而延長燈具的使用壽命。再者，新型路燈智能監控系統使用LED燈，相對于常見的白熾燈不僅節能省電，更支持自動調光。新型路燈智能監控系統可以依據需求對LED燈進行調節控制，進而實現系統的單燈控制與多燈控制。對于環保來說，新型系統的LED燈屬于環保型產品結構，減少了對環境的污染。

2.3 可行性分析

該系統依靠先進的技術構建了復雜的系統，但最終面向用戶的是很直觀、生動的軟件界面和非常簡潔的硬件模塊單元。

在軟件設計方面能夠預防非法使用者的惡意入侵，保證系統的安全。在硬件設計方面，硬件產品涉及的系統需經過規模應用實踐驗證，使負載達到均衡，不會造成整個監控平臺的異常運行。在用戶端方面，每個用戶都能夠分別定義操作權限、內容、功能模塊，只需具備操作普通計算機的能力和電氣知識，通過系統的專業技術培訓就能夠熟練駕馭。

新型路燈智能監控節能系統具備很強的可操作性和可維護性，工作人員能夠簡單方便地進行現場操作和上位機中心監控操作。從維護要求來說，系統應具備一定的故障診斷能力及快速的響應性能；分布式終端之間以及終端和監控中心的數據通信應具有實時性。從用戶角度來說，系統應能實現設計方案的功能和性能；充分利用現有資源，降低設備的采購成本。此外，設備的體積、重量等特性也應滿足設計要求。

3 系統的主要組成

新型路燈智能監控節能系統主要由上位機監控中心、集中控制器、單燈控制器組成。

3.1 上位機監控中心

上位機監控中心包括Internet輸出端、數據存儲系統、數據分析系統、智能指令處理系統。Internet輸出端將集中控制器匯總的信息傳遞給上位機監控中心。數據存儲系統用于存儲從現場單燈控制器接收的監控數據和預先設置的指令映射表。數據分析系統用于對接收的監控數據進行分析。智能指令處理系統根據對監控數據的解析結果和指令映射表的存儲指令，生成對現場單燈控制器的操作指令，再將操作指令下發至現場單燈控制器。

3.2 集中控制器

集中控制器包括電力載波信息轉換模塊、集中匯聚模塊、GPRS/CDMA網絡輸出端。電力載波信息轉換模塊與集中匯聚模塊連接，作為單燈控制器與集中控制器的信息交換樞紐，用于對每個單燈控制器數據信號的接收和對每個單燈控制器控制指令的分發。集中匯聚模塊用于接收和匯總每個單燈控制器的實時狀態與參數，預先設置指令映射表；所述指令映射表用于記錄與不同監測數據解析結果對應的優選操作指令。GPRS/CDMA網絡端口與Internet輸入端連接，將對各路燈的監控信息匯總上傳到Internet，再由Internet傳遞給上位機監控中心。

3.3 單燈控制器

單燈控制器包括監控攝像頭、路燈亮度調節器、故障檢測模塊、單燈監控終端、電力載波WiFi節點。監控攝像頭用于監控路燈附近的實時畫面，若檢測到路燈不在安裝位置，則向監控中心發送防盜警報信息。路燈亮度調節器包括紅外傳感器模塊、光敏傳感器模塊以及溫度傳感器模塊：紅外傳感器模塊用于檢測不同時間的行人和車輛；光敏傳感器模塊用于檢測不同時間自然光的強度；溫度傳感器模塊用于檢測不同時間環境溫度；故障檢測模塊用于監控發生故障的路燈信息，并向上位機監控中心發出修復故障路燈的通知；單燈監控終端是單燈控制器的控制單元，會不斷檢測狀態、參數及查詢上位機監控系統的命令，完成自身路燈的開關控制和電流、電壓、電能以及功率因數的檢測，通過檢測路燈實時采集街道上行人與車輛的信息，自動調節路燈的亮暗變換，并將路燈的實時信息通過電力載波WiFi節點傳遞給集中控制器。電力載波WiFi節點利用傳輸電流的電力線作為通信載體，與集中控制器上的電力載波信息轉換模塊通過無線連接，將路燈的實時信息傳遞給集中控制器并接收集中控制器對單燈控制器的控制信號。系統整體框圖如圖1所示。

4 系統的主要功能

新型路燈智能監控節能系統具有較多功能。可以根據季節和天氣的變化，在不同季節和不同天氣情況下設定不同的燈光亮度；在不同時間檢測行人和車輛的數量，當行人與車輛稀少時，自動調節路燈的光照強度；設置有地理信息模塊，可結合收集的監控數據查詢路燈實時監控信息和修復狀態的回報；根據時間曲線和光照強度，由主機自動控制路燈的開閉，實現燈具開關的手動遙控和組合控制；根據預定的時間提前開始自動檢測和排查，并可人工操作檢測路燈電力線路的電壓和電流參數；通過監控中心可以得到每個路燈的信息和狀態，實現各節點電壓電氣等基本設備的調壓功能。

5 結 語

智能路燈系統是一個應用新技術的老工程問題?，F代智能路燈系統大量應用了先進的節能算法、節能材料和通信技術，初步實現了節能化、通信數字化以及控制和維護自動化。其功能齊全強大、構成合理，還可節省投資，是城市現代化發展的重要標志，可以產生巨大的經濟效益，也是市政工程建設的主要內容。本文依托城市化進程實際需求提出了路燈系統總體的設計方案，根據系統方案，對應系統需求選定硬件設備和軟件設計，經過科研人員的技術驗證和現場模擬，完全可行。新型路燈智能監控系統使用先進技術對路燈進行控制，不僅能夠產生巨大的社會效益和經濟效益，還能推動社會經濟的發展。

參考文獻

[1]荊蕾，焦來磊，劉美娟.路燈智能控制系統[J].自動化應用，2011 （12）：11-12.

[2]陳誠.高壓鈉燈電子鎮流器關鍵部分建模及優化設計[D].杭州：浙江大學，2010.

[3]白翠.基于智能策略的無線路燈節能監控系統[D].長春：吉林大學，2015.

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