基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的照明控制系統(tǒng)

王 浩

（河北工業(yè)大學(xué)，天津　300019）

基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和節(jié)能環(huán)保、智能家居的需要，以ZigBee網(wǎng)絡(luò)為核心，用路燈節(jié)點(diǎn)控制器，照明回路控制單元和照明管理中心，來(lái)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)核心服務(wù)，LED燈裝于城市街道，采用實(shí)時(shí)采集路燈工作狀態(tài)和工作數(shù)據(jù)的工作方式，將收集的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS傳輸給照明管理中心，而管理的軟件通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)進(jìn)行單燈的控制和路燈多策略的控制，對(duì)于故障進(jìn)行有效的排除，結(jié)果顯示這個(gè)系統(tǒng)具有成本低，性能穩(wěn)定，節(jié)能效果好的特點(diǎn)，適用于各種公共場(chǎng)所，例如街道，城市公園，住宅小區(qū)等。如果在現(xiàn)實(shí)生活中進(jìn)行推廣應(yīng)用，將會(huì)產(chǎn)生巨大的生態(tài)效益。

1　系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括路燈節(jié)電控制器、照明回路控制單元和照明管理中心，城市照明系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖，如下圖圖1所示。

圖1　城市照明控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.1　基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

路燈桿上安裝LCU作為WSN的傳感器節(jié)點(diǎn)，而RTU為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，采用鏈樹(shù)狀形拓?fù)渥越M織結(jié)構(gòu)，多個(gè)LCU和一個(gè)RTU構(gòu)成監(jiān)控子網(wǎng)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)間無(wú)線的多條式傳輸方式，與LCU進(jìn)行通信，來(lái)獲取各個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)選取固定的IP地址的方式，經(jīng)由GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸彰鞴芾碇行模彰鞴芾碇行氖盏降臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，并且能夠在數(shù)據(jù)終端進(jìn)行顯示，對(duì)數(shù)理進(jìn)行處理和分析之后，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)LCU進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)的控制。

1.2　LCU設(shè)計(jì)

LCU是整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的重要窗口，既作為節(jié)點(diǎn)控制著路燈的運(yùn)行，還向RTU周期性的發(fā)送采集到的路燈環(huán)境的參數(shù)，通過(guò)無(wú)線通信模塊和環(huán)境照度采集模塊、路燈功率控制模塊，LED驅(qū)動(dòng)模塊和LED路燈模塊，來(lái)進(jìn)行整個(gè)照明系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，其硬件結(jié)構(gòu)如下圖圖2所示。

圖2　LCU硬件結(jié)構(gòu)圖

為了提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性，環(huán)境照度采集模塊采用了高度靈敏，高效率性的光敏電阻，可以在-30度和+70度的情況下，進(jìn)行正常的工作，光敏電子將采集到的光照轉(zhuǎn)化為電壓，通過(guò)轉(zhuǎn)換器將其變成數(shù)字信號(hào)，結(jié)合U-E的轉(zhuǎn)換關(guān)系來(lái)得到光照的照度，這種傳感器體積較小、光伏特性好，安裝方面可以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求。

LED驅(qū)動(dòng)模塊采用了輸出可調(diào)的恒流控制方法，選擇了pt4115作為恒流驅(qū)動(dòng)器，用來(lái)接收路燈功率控制模塊的型號(hào)，作為一款連續(xù)的電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，pt4115可以驅(qū)動(dòng)一顆或多顆串聯(lián)的LED燈泡。通過(guò)設(shè)置LED平均電流來(lái)實(shí)現(xiàn)通過(guò)DIM引腳從滿量程下降到零的PWM調(diào)光功能開(kāi)關(guān)，功率開(kāi)關(guān)可以進(jìn)行有效的控制，當(dāng)電壓低于0.3V時(shí)自動(dòng)進(jìn)入到極低電流工作的待機(jī)狀態(tài)。

GPRS通過(guò)無(wú)線分組來(lái)進(jìn)行技術(shù)的交換，RTU采用了這GTM900-c和CC2530，作為無(wú)線模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的命令和增強(qiáng)AT命令，內(nèi)置TCP/IP和UDP/IP的協(xié)議，支持語(yǔ)音短消息和GPRS業(yè)務(wù)輸出，通過(guò)UART接口和CC2530進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電的發(fā)送與接收，來(lái)保證對(duì)整個(gè)傳感電路系統(tǒng)的控制，加強(qiáng)信息的接收與采集，監(jiān)測(cè)照明回路的工作狀態(tài)。

2　節(jié)能照明智能控制方法

在節(jié)能照明智能控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以利用分時(shí)段照明控制、組群控制和環(huán)境參數(shù)控制，來(lái)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，節(jié)約電能。

2.1　分時(shí)段照明控制

分時(shí)段照明控制系統(tǒng)在冬夏兩個(gè)季節(jié)和白天夜間的不同時(shí)間段，對(duì)路燈采用不同的照明控制，由于一年當(dāng)中冬季和夏季兩季的日照時(shí)間變化長(zhǎng)短明顯，所以根據(jù)冬夏兩季的光照強(qiáng)度的不同，而采用不同的照明控制，另外，對(duì)于晚間交通繁忙的時(shí)期、午夜時(shí)分和后半夜段，也可以采用不同的路燈控制方式，這種分時(shí)段的控制方式可以使得電能得到有效的利用，避免出現(xiàn)電能浪費(fèi)的問(wèn)題，提升電能的利用效率和使用效率。

2.2　組群控制

在電能系統(tǒng)控制過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于處于同一照明區(qū)域的不同路燈，由于所在的位置的不同，對(duì)其照明系統(tǒng)的控制要求也不同，通過(guò)指定路燈回路單元和路燈的節(jié)點(diǎn)地址，對(duì)不同位置的路燈進(jìn)行合理的照度的控制，可以實(shí)現(xiàn)指定燈組的不同場(chǎng)景的控制，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中具有十分重要的意義，不僅能夠節(jié)約電能，而且能夠有效的提升電能的使用效率。

2.3　環(huán)境參數(shù)控制

根據(jù)道路環(huán)境的光線的強(qiáng)弱來(lái)不斷調(diào)整路燈的照明度，可以通過(guò)環(huán)境的控制，獲得更好的照明質(zhì)量和照明效果，對(duì)于特殊的天氣可以制定相應(yīng)的調(diào)整戰(zhàn)略，例如大風(fēng)、霧霾等自然災(zāi)害天氣時(shí)，需要加強(qiáng)照明，以方便交通的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免交通事故的產(chǎn)生。

總之，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制下，智能照明系統(tǒng)為我國(guó)照明水平的提升打下了很好的基礎(chǔ)，這種設(shè)計(jì)方案組合成本較低，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方便，便于路燈照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理，能夠起到很好的節(jié)電效果，實(shí)現(xiàn)綠色照明，促進(jìn)我國(guó)路燈利用率和對(duì)故障檢測(cè)效率的提升，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

[1]楊得鴻.基于wi fi 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的公路隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2017，（31）：155-156.