LED路燈智能控制系統研究

劉國昌

摘要：城鎮化進程的加快，人們對能源的需求量也越來越大。照明是現代城市的耗能大戶之一，各國政府都開始積極尋求節能環保的綠色照明光源，綠色照明計劃正在從一盞路燈開始，成為走向低碳經濟的必經之路。LED具有體積小、耗能低、壽命長、環保、低電壓驅動、反應快、無噪音、無頻閃、電壓可調等優點。因此，近年來LED燈越來越多地被城市道路照明所采用。LED路燈在降低燈具的能源消耗和節能減排上發揮了重要的作用，然而現有的路燈控制技術已經成為現在LED照明發展中的瓶頸。因此，設計出LED路燈智能控制系統具有十分重要的現實意義和實用價值。本文就LED路燈智能控制系統展開探討。

關鍵詞：路燈;LED;智能控制

引言

路燈智能控制系統。就是結合通信技術，利用大數據、物聯網、計算機技術，對快速發展的道路照明系統實現自動化和智能化監控管理，從而達到預防事故的發生，提高照明質量及維護、檢修效率;保證道路亮燈率和設備完好率、節約能源、減輕勞動強度，避免相關事故的發生。

1LED路燈智能控制系統的優越性

（1）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，采用智能化控制系統，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后臺掌握路燈的工作參數，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。（2）采用占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，這種形式主要分布于城市交通干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，不利于路燈系統的日常運轉，更增加了路燈總體能耗。而采用LED路燈智能控制系統可解決上述問題，智能化控制系統采用無線傳輸技術，優化現有線路布局方式，將固定化的、單一化的線路布局變為開放化、靈活化的布置方式，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。（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我認為，隨著無線傳輸技術與智能控制技術的不斷發展，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，降低后期維護成本都有著積極意義。

2基于智慧城市建設的LED路燈智能控制系統設計

2.1路燈智能控制系統方案

在每盞燈具電路前段安裝單燈控制器，在路燈供電設施（配電箱、變壓器）處安裝集中控制器，依托電力載波技術，主動輪巡燈具、燈桿、電纜運行狀態，并將燈具開關狀態、電壓、電流、燈桿傾斜度、電纜漏電電流等參數傳回集中控制器，集中控制器通過運營商2G/3G/4G網絡，以無線通信方式將數據傳回云計算中心進行保存、清洗治理。

2.2系統組網結構設計

在現代化城市路燈建設中，路燈桿距為30-45米，若一條馬路的總長為3km，道路兩旁的路燈數量共計200盞，傳統的控制系統無法實現如此長距離的路燈控制，只能加大后臺管理硬件的數量，進而增加建設成本。而在單燈控制系統中采用LoRa無線傳輸技術，通過GPRS公共網絡將信息傳遞至后臺管理中心，并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，并通過GPRS網絡被傳遞至后臺管理中心，組網中的中繼節點和匯聚節點基于LoRa無線傳輸技術實現信息互聯。

2.3路燈控制模塊

路燈控制單元的結構如圖1所示。路燈控制模塊主要由繼電器單元、光耦隔離單元和受控LED路燈組成。光電耦合器件可以將微控制器與外部電路隔離開。CC2530的路燈控制信號CRTL與光隔相連接，光隔的輸出信息向繼電器發送命令，進而實現控制路燈的開啟和關閉。

2.4系統硬件設計

開關節點布設在路燈里，通過RS485與中繼節點相連，本系統的開關節點采用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于智慧城市路燈系統，開關節點中的光敏電阻采用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于Modus通信法則，同時單燈的控制采用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采用MSP430F247控制器，且內嵌32K存儲卡能夠輕松滿足路燈存儲的要求。匯聚節點的核心構件配備64k的存儲器并與GPRS模塊相連，與后臺管理中心采用RS232形式連接，該節點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。

2.5軟件設計

LED路燈智能控制系統的軟件部分基于模塊化設計思想設計，大體上分為基于ZigBee的控制設備的軟件和上位機監控軟件兩個部分。ZigBee節點主要包括協調器和路由，其中，ZigBee路由節點主要控制路燈終端的現場設備，協調器節點為網絡中心節點，通過串口與上位機進行通信。LED路燈智能控制系統中，主要有兩種類型的ZigBee設備分別是協調器節點和路由節點。協調器節點主要涉及的主要任務有：（1）對協議棧進行初始化，并進行參數設置;（2）構建相應的網絡;（3）維護網絡拓撲，其他節點加入和離開網絡時，分配網絡地址;（4）定期對ZigBee監控節點的數據采集進行監測;（5）監控中心通過對無線傳輸的數據進行判斷，根據路燈狀態數學做相應處理。LED路燈智能控制終端采用路由節點進行數據采集和無線傳輸，具體任務主要包括：（1）搜索并加入相應的網絡;（2）采集傳感器傳回的數據;（3）通過與相鄰節點進行通信，實現路燈的提前點亮;（4）定期把路燈的工作狀態發送給協調器;（5）接收協調器發來的狀態數據，根據狀態數據做相應的處理。

結語

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。采用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，采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：

[1] 張三.基于GPRS的城市LED路燈監控系統設計[J].電子技術與軟件工程，2015（3）.

[2] 經偉，許，余建波.基于GPRS和ZigBee的節能型LED路燈智能控制系統[J].計算機測量與控制，2015，28（5）

（作者單位：大慶油田礦區服務事業部園林綠化公司）