LED路燈智能控制系統設計探索論文
摘要:我國城市不斷髮展,對能源的需求量也越來越大。城市路燈系統是整座城市的“能耗大户”,如何在保證市民出行和日常生活需求的前提下,優化現有控制系統,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路燈智能控制系統的優越性,並結合LoRa無線傳輸技術淺談了智慧城市LED路燈智能控制系統的設計方案。
關鍵詞:智慧城市;LED路燈;系統設計;優越性
隨着我國城市化進程不斷加快、環保政策深入落實,城市LED路燈照明控制系統需不斷優化,標準化、節能化、科學化的路燈控制系統能快速推進我國城市建築。當前,我國的無線網絡技術和智能控制技術不斷髮展,在城市LED路燈建設中大力推廣先進的無線傳輸技術,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“可持續發展”和“節能減排”的戰略進一步實施的重要環節。
1LED路燈智能控制系統的優越性
1.1採用佔用空間小的傳感技術
傳統的路燈系統需要較長的供電線路網,這種形式主要分佈於城市交通幹線以及老式小區住宅中,這種傳統的供電方式容易造成線路損耗過大,降低了整個路燈系統的工作效率;同時,傳統的城市路燈系統工作在220V電壓下,容易發生三相不平衡的問題,嚴重時會發生零點位移現象,不利於路燈系統的日常運轉,更增加了路燈總體能耗。而採用LED路燈智能控制系統可解決上述問題,智能化控制系統採用無線傳輸技術,優化現有線路佈局方式,將固定化的、單一化的線路佈局變為開放化、靈活化的佈置方式,只需要極小的環境空間就能實現基本控制功能,能夠為路燈系統的其他建設節約空間。
1.2實現實時監測功能
雖然傳統的路燈系統操作簡便,但其控制系統較為單一,其功能較少且無法實現對路燈系統的實時監測,容易造成大量的人力及物力浪費,如:當路燈無法正常工作時,工作人員只能通過現場巡查才能發現壞損路燈,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。而採用智能化控制系統,不僅可以實現對LED路燈系統的實時監測,工作人員還能通過無線傳輸技術在管理後台掌握路燈的工作參數,如工作電壓和電流、工作温度、LED亮度等,工作人員可以減少現場巡查次數,只需對數據分析即可判斷哪部燈具、哪個位置的路燈出現了壞損,智能控制系統不僅能夠實現實時監測功能,還能進一步提升LED路燈的使用效率。
1.3創造更高的經濟效益
智能化LED路燈控制系統的.應用,不僅給社會民眾的日常生活帶來無限便捷,還能為各個城市創造更高的經濟效益,在城市中不斷推廣LED智能化路燈控制系統,不僅能實現城市道路及小區照明系統的全自動化,還能達到節能減排的效果。筆者認為,隨着無線傳輸技術與智能控制技術的不斷髮展,城市的LED智能控制系統將會得到進一步升級,不僅能夠實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,對延長路燈系統的壽命,降低後期維護成本都有着積極意義。
2基於智慧城市建設的LED路燈智能控制系統設計
2.1系統組網結構設計
在現代化城市路燈建設中,路燈的間距一般為20-30m,若一條馬路的總長為3km,道路兩旁的路燈數量共計200-300盞,傳統的控制系統無法實現如此長距離的路燈控制,只能加大後台管理硬件的數量,進而增加建設成本。而在單燈控制系統中採用LoRa無線傳輸技術,通過GPRS公共網絡將信息傳遞至後台管理中心,並在組網中設置匯聚節點、中繼節點以及開關節點,以此實現對整條馬路的路燈控制,能夠建立動態、可控的智能化路燈管理系統。在該組網中,路燈工作參數及相關數據會傳遞到匯聚節點上,並通過GPRS網絡被傳遞至後台管理中心,組網中的中繼節點和匯聚節點基於LoRa無線傳輸技術實現信息互聯。
2.2系統硬件設計
開關節點佈設在路燈裏,通過RS485與中繼節點相連,本系統的開關節點採用MSP430系列微型控制系統。該控制系統成本低、能耗低且結構簡單適用於智慧城市路燈系統,開關節點中的光敏電阻採用557系列,該電阻受到光照影響改變阻值,進而實現對LED燈亮度調節功能。中繼點與開關節點的硬件連接基於Modus通信法則,同時單燈的控制採用LoRa無線信息傳輸技術實現長距離信息傳輸。該硬件系統的核心構件採用MSP430F247控制器,且內嵌32K存儲卡能夠輕鬆滿足路燈存儲的要求。匯聚節點的核心構件配備64k的存儲器並與GPRS模塊相連,與後台管理中心採用RS232形式連接,該節點的主要功能是接收後台管理中心指令,並通過LoRa無線傳輸技術將指令傳遞至中繼節點,再由中繼節點將指令傳遞至開關節點,最終形成一套完整的控制系統。
2.3系統軟件設計
系統軟件設計採用SX1278系統,並給每個開關節點配備不同的數據地址,如:當中繼節點發出0X10AA指令時與之對應的開關節點就會做出開關反應。開關結點對數據進行查詢,如果查詢到相關數據到則上傳採集數據,將讀取到的光敏電阻AD數據與此臨界值進行對比,從而來控制開關節點。
2.4其他輔助功能設計
經過對硬件及軟件系統的設計後,本系統能夠實現基本的智能化控制操作,同時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、自動上報功能、數據查詢功能、歷史操作查詢功能、移動終端查詢功能、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
在進行測試之前,首先要創造一個可靠的測試環境,測試系統主要包括匯聚節點和後台管理中心,路燈系統由兩個中繼節點和八個開關節點組成,並將後台管理中心設置在測試區域300m內的空曠馬路區域。在測試過程中,依據不同的測試距離,對每個節點發送測試數據包,並將測試結果記錄彙總如圖2所示。依據圖中所示結果分析,在該測試環境下,當傳輸距離<0.5km時,傳輸數據能夠實現完整傳遞;當傳輸距離為1km時,數據傳輸並不完整;當傳輸數據>2.5km時,數據傳輸完整度僅為80%。若把後台管理中心設置在高樓內,隨着樓層和傳輸距離的增加,數據的完整性也開始降低,當傳輸距離為1km時,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展方向是標準化、智能化、網絡化,路燈控制系統以“節能減排”為長遠發展目標,確保城市路燈控制系統更加高效、便捷。採用LoRa單燈控制無線網絡技術能夠實現對傳輸數據的加密處理,保證信息傳輸環節的安全性和完整性;結合系統測試結果不難發現,採用該種通信協議再也不用擔心通信距離,同時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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