【智能設(shè)計】基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)

　　引言

　　我國的城市照明伴隨著我國城市化進程的加速，得到了快速的發(fā)展。但是，城市照明發(fā)展中的能源需求和消耗也在不斷加大。總體上看，綠色照明工作還存在高能耗、高污染、低效率等問題。

　　據(jù)調(diào)查，我國當(dāng)前的路燈以低效照明為主，電能利用率低。

　　針對照明中存在的污染嚴(yán)重、電能浪費、能耗密度高、照明效能低等問題，研究路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，推動路燈照明節(jié)能節(jié)電，將對綠色照明的全面發(fā)展起到積極的推進作用。

　　1 當(dāng)前路燈照明系統(tǒng)存在的不足

　　現(xiàn)代社會，成為城市魅力名片和窗口的路燈照明，締造了輝煌絢麗的城市文明，也帶來了一些問題。能源耗費已經(jīng)成為制約當(dāng)前路燈系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

　　1.1 電壓波動大---運行浪費

　　由于電網(wǎng)負(fù)荷的變化隨著時段的不同而不同，因此，相應(yīng)的電壓波動也較大。在行人和車輛較多的上半夜，電壓較低，亮度較暗；而下半夜則異常明亮，這是由于電網(wǎng)負(fù)荷的變化而導(dǎo)致電壓上升所致。較大的電壓波動增加了電、熱的轉(zhuǎn)換比值，降低了燈具的效率，造成電能的浪費。

　　1.2 線路損耗大---線路浪費

　　路燈的供電線路較長，功率低，因此線路損耗較大；同時，一般220 V單相電壓供電的路燈，三相不平衡情況較為嚴(yán)重，因此將造成過大的零序電流，零點位移，從而加大了電路的損耗。

　　1.3 管理方式粗放---間接浪費

　　當(dāng)前，路燈照明的線路控制都較為簡單，不能監(jiān)視、記錄和統(tǒng)計操作結(jié)果，設(shè)備異常的發(fā)現(xiàn)依賴于人工巡視。發(fā)現(xiàn)故障不及時，處理故障的效率也不高，最終導(dǎo)致了人力和物力的浪費。

　　為了解決路燈系統(tǒng)存在的問題，具有節(jié)能、環(huán)保、長壽等優(yōu)點的LED路燈受到了低碳社會的高度重視。研究和開發(fā)LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，提高資源利用率，節(jié)省能耗，成為了路燈節(jié)能的重中之重。

　　2 基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)

　　基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可以對LED路燈的開關(guān)狀態(tài)進行實時的監(jiān)控，同時檢測和收集LED路燈的各個參數(shù)信息。LED路燈的各類參數(shù)信息（開關(guān)狀態(tài)，電流、電壓、亮度、溫度等）經(jīng)由LED路燈周邊的無線傳感節(jié)點實時的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)據(jù)此設(shè)計維修計劃并發(fā)出警報，通知進行故障處理，節(jié)約了人力成本，提高了故障處理的效率，實現(xiàn)了路燈管理的智能化。　　基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：①無線方式組網(wǎng)，不需要布線，擴展靈活，且不占用空間；②容易被采用，實施快捷方便，不影響道路環(huán)境；③監(jiān)管高效便捷，設(shè)備故障處理效率高，降低了路燈的能耗。

　　基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)提高了能源利用率、節(jié)約了一定的能源成本。在幫助照明系統(tǒng)節(jié)省大量用電量的同時，延長了照明燈具的使用壽命。

　　3 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、子網(wǎng)控制器和LED路燈監(jiān)控器三個部分組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

　　圖1 基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　3.1 LED路燈監(jiān)控器

　　LED路燈監(jiān)控器的心臟是單片機，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，是監(jiān)控器的數(shù)據(jù)中心。電壓、電流、溫度傳感器采集電流、電壓、溫度值，繼電器則控制LED路燈的狀態(tài)，然后將信息輸送到單片機，單片機和Zigbee射頻模塊通信，向子網(wǎng)控制器報送LED路燈的各類參數(shù)，接受子網(wǎng)控制器的監(jiān)控命令。

　　LED路燈監(jiān)控器對開關(guān)狀態(tài)及采集、亮度調(diào)節(jié)、電流、溫度、電壓采集等進行控制。LED路燈監(jiān)控器分為外掛式和模塊式，滿足不同的使用需求。LED路燈監(jiān)控器如圖2所示。

　　圖2 LED路燈監(jiān)控器　　3.2 子網(wǎng)控制器的設(shè)計

　　子網(wǎng)控制器位于監(jiān)控中心和LED路燈監(jiān)控器之間，分別以不同的方式與系統(tǒng)中心和路燈監(jiān)控器通信。它運用Zigbee通訊協(xié)議，下達(dá)系統(tǒng)中心的命令，同時反饋LED路燈監(jiān)控器的監(jiān)控情況。子網(wǎng)控制器負(fù)責(zé)處理本子網(wǎng)內(nèi)的所有事務(wù)，包括監(jiān)控LED路燈監(jiān)控器運行狀態(tài)和控制信號、處理報警等。

　　單片機、GPRS/3G和Zigbee射頻模塊組成了子網(wǎng)控制器。單片機是子網(wǎng)控制器的核心。單片機接收監(jiān)控中心的各類命令，上報LED路燈監(jiān)控器的參數(shù)值。同時，它通過Zigbee射頻模塊來發(fā)送監(jiān)控命令。

　　3.3 監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心的主要功能是對LED路燈監(jiān)控器進行監(jiān)控和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問，包括配置參數(shù)，發(fā)送監(jiān)控命令、收集LED路燈的狀態(tài)等。LED路燈照明時間和開關(guān)的設(shè)定可以隨著路段日照情況和人車流量的變化而變化，既滿足了照明的需要，也節(jié)約了能耗。監(jiān)控中心的功能由以下幾個模塊來實現(xiàn)：

　　數(shù)據(jù)管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要進行數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理，是整個系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)管理模塊對系統(tǒng)的運行和配置數(shù)據(jù)進行管理，包括路燈監(jiān)控器數(shù)據(jù)的管理、系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和其它配置數(shù)據(jù)的管理等。

　　主界面模塊。主界面模塊主要由監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)顯示和控制面板等組成。將數(shù)據(jù)以圖形化的方式形象直觀地展示出來，為用戶提供整個LED路燈的實時監(jiān)控。同時，用戶可根據(jù)自己的需求來配置和管理系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)庫模塊。數(shù)據(jù)庫模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和操作。系統(tǒng)可以根據(jù)需要隨時調(diào)用和回放數(shù)據(jù)庫中存儲的歷史數(shù)據(jù)，為其他模塊的功能執(zhí)行和分析提供支撐。

　　用戶管理模塊。用戶管理模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)中用戶賬戶的管理，包括賬戶的注冊、登入和修改，不同用戶權(quán)限的設(shè)定和授權(quán)，嚴(yán)格控制用戶對系統(tǒng)的修改，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定。

　　通信管理模塊。通信管理模塊主要負(fù)責(zé)通信接口的配置和管理，保證數(shù)據(jù)的通信。它是軟件系統(tǒng)的對外接口，通過與底層中心控制的數(shù)據(jù)交互，最終實現(xiàn)用戶對底層硬件的控制。

　　4 結(jié)語

　　基于無線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)提高了路燈管理和故障處理的效率，降低了路燈的能耗，節(jié)省了電力，延長了照明燈具的使用壽命，節(jié)約了能源成本和照明費用，為城市的照明做出了貢獻(xiàn)。