城市亮化工程中智能照明控制分析

尤鴻杰

（廣東歐曼科技股份有限公司，廣東 中山 528425）

0 引言

據交通部相關統計數據顯示，超過25%的城市交通事故來源于照明不足、眩光等問題，因此積極推進城市亮化工程建設，提升城市照明系統控制水平是未來城市發展的重要方向。在現階段的城市照明系統當中，大多采取單一的光敏式的照明系統，相關控制策略不夠完善和細致，照明成本不斷增加，制約了城市環境下的照明效果。有關從業者以及技術團隊應當從實際出發針對城市亮化工程背景下的智能照明技術進行深層次研究，針對控制系統的原理與架構進行不斷優化，為滿足城市照明體系的可持續發展提供支持。

1 亮化工程下智能照明控制系統的設計需求

1.1 電流監測

城市亮化工程項目當中，大量選用LED 燈具作為光源，而在其控制過程當中，對三相電流矢量的抵消能力較差，大量電流匯聚于零線當中，可能會引發零線過載，造成相應的安全風險以及安全隱患。因此在城市亮化工程項目智能照明控制系統的設計與應用過程當中，應確保其具備零線的電流監測功能，使運維人員能夠及時掌握照明系統供電線路的運行狀態，降低安全事故以及風險的出現概率，為后續維護管理工作的開展提供重要的支持與參考。

1.2 智能化記錄與分析

在城市亮化工程的照明控制過程當中，面臨的環境要素存在著較為顯著的差異，對照明控制與管理系統提出了一定的挑戰[1]。因此在系統設計過程當中，應具備智能化記錄與分析功能，由傳感器網絡針對亮化工程光源運行狀態以及線路運行狀態進行全方位監控，同時由中樞控制系統針對回傳數據信息做出分析和判斷，并結合實際情況針對照明系統當中的運行事件進行記錄，形成照明系統運行事件數據庫，使控制系統能夠直觀掌握事件起因與影響，強化系統管理水平。

1.3 開關控制

城市亮化工程以及照明系統的管控工作需要同時滿足照明場景需求以及節能減排需求等兩項關鍵性內容，因此對于智能控制系統內部的開關控制功能提出了一定的要求。在進行系統設計的同時，有關技術團隊應當立足于實際情況，針對照明系統開關控制功能進行進一步拓展，使其能夠具備單燈控制、集中控制、預約開關、定時控制以及應急控制等多項功能，同時針對照明系統內部燈具的開關情況進行記錄和監測，有效保障開關控制的確定性，進一步強化運維工作安全。

1.4 風險報警

受到環境因素、人為破壞以及系統內部故障等因素的影響，可能會導致城市亮化工程以及照明系統的運行過程遭遇相應風險，對城市環境建設以及交通安全造成一定的影響。因此在針對智能照明控制系統進行功能設計的過程當中，還應引進風險報警功能，由傳感器網絡針對亮化工程以及照明系統的運行狀態進行實時監控，同時借助信息傳輸體系將上述監測結果及時回傳至控制平臺，使照明系統運行過程中所面臨的風險得到及時反饋，有效控制風險影響范圍，使其能夠更好地實現城市環境優化與交通照明目標。

2 智能照明控制系統功能設計方案

2.1 整體架構設計

基于上述設計需求以及設計目標，在針對城市亮化工程智能照明控制系統進行規劃與設計的過程當中，可構建以ZigBee 通信網絡為基礎，以監控中心、集中控制器以及單燈控制器為核心的系統架構，使系統設計需求得到針對性滿足。首先，由單燈控制器針對城市亮化工程以及照明系統當中的設備進行全面控制，同時還需要結合環境狀況以及系統控制要求進行信息數據的實時收發，使其成為亮化工程以及城市照明控制系統內部的關鍵性信息交換節點[2]。其次，集中控制器負責對一定區域內的單燈控制器運行情況進行管控，同時能夠針對系統內部單燈控制器的運行狀態進行匯總，并能夠實現與外部信息網絡的交互。最后，監控中心主要負責對單燈控制器以及集中控制器所回傳的相關數據信息進行綜合分析與判定，同時能夠實現對某一區域照明系統的遠程控制。智能照明控制系統整體架構如圖1 所示。

圖1 智能照明控制系統整體架構

2.2 硬件設計

2.2.1 中樞芯片

在本研究當中，為了使智能照明控制系統的中樞芯片能夠更好地適應預期設計要求以及設計目標，現分別選用TI 公司推出的CC2530 以及CC2591 兩款主要產品作為核心。其中，CC2530 芯片內置8051CPU，配備256kB 閃存與8kB RAM，同時針對射頻收發設備以及A/D 轉換器等設備進行了集成，其兼容性與擴展性較好，能夠適應不同環境下的自動化控制要求，具體操作流程較為簡便，對能源的消耗量較為有限，因此，在照明控制系統相關領域當中具備較為廣泛的應用與發展前景。而CC2591 芯片主要屬于前端功率放大芯片，依托該芯片，能夠針對單燈控制器以及集中控制器回傳的數據信息進行針對性地降噪處理，有效減少環境噪聲導致的信息失真現象，同時還能加強信號的辨識度，在自動化控制系統內部具有重要的應用作用[3]。由于CC2530 芯片與CC2591 芯片具有一致的工作頻率，因此能夠在照明控制系統內部形成相互配合，進一步強化控制器信號，保障系統控制成效。中樞芯片與信號模塊如圖2 所示。

圖2 中樞芯片與信號模塊

2.2.2 無線傳輸

在城市亮化工程智能照明控制系統內部，無線傳輸設備同樣扮演著至關重要的角色，通過對現階段常見的各類無線傳輸協議的基礎性能與運行特性進行比對與分析過后，選用ZigBee 與GPRS 技術相互配合，實現系統內部信息數據傳輸互動的目標要求。

相較于其他類別的信息無線傳輸協議而言，ZigBee傳輸技術的運行支出能夠得到有效控制，其傳輸過程當中各個節點的數據容量較高，節點之間傳輸的延遲較小，因此能夠滿足亮化工程智能照明控制系統的信息傳輸水平。另外，受到城區亮化工程配置環境以及布設狀態等相關因素的影響，使不同控制設備以及控制節點之間的距離能夠進一步契合ZigBee 傳輸技術的優勢區間，保障照明系統信息數據傳輸過程當中的穩定可靠，提升信息傳輸速率與傳輸質量。

與此同時，GPRS 無線傳輸模塊能夠針對TCP/IP協議進行封裝，使用戶能夠基于不同接口實現數據信息的實時傳輸與交互，從而基于簡便低成本的方式實現對照明系統運行數據的傳輸。

2.2.3 傳感器

傳統的光敏式照明控制方案控制效果較差，系統運行過程當中的耗能較高，不利于城市亮化工程的智能化控制。因此，在本次研究過程當中，選用了光敏式傳感器以及聲音傳感器組成傳感器網絡，針對亮化工程以及照明系統運行過程當中周邊環境狀態的相關信息進行較為細致全面地捕獲，使控制方案更加完善。為適應智能照明控制系統設計目標與要求，分別選用了TSL2561 光敏傳感器以及RB-025074 聲音傳感器對系統周邊環境變化信息進行全面整合，并能夠將數據信息傳輸至系統中樞，使數據信息能夠及時得到分析和處理，提升亮化工程以及照明系統的控制成效。

2.2.4 電源

作為驅動城市亮化工程以及照明系統的關鍵性內容，系統電源的設計對實現智能控制系統的建設目標具有關鍵性的影響作用。為了盡可能保障控制系統的運行可靠性，應遵循層次化的電源設計原則，分別采用太陽能以及市電實現對智能控制系統的驅動，避免電源故障以及環境因素影響導致的控制系統失效。

2.3 軟件設計

除了硬件層面的設計與規劃工作之外，在針對城市亮化工程智能照明控制系統進行應用的同時，有關設計人員以及技術團隊還應當基于軟件層面推進設計工作，優化控制系統對于城市亮化工程以及照明系統的控制質量。

2.3.1 單燈控制

在單燈控制的軟件設計過程中，相關設計團隊應當按照信道掃描、網絡連接、接受指令、數據采集、信息傳送等相關流程針對軟件當中的預設邏輯進行設計，使單燈控制設備能夠在集中控制的引導和支持下針對照明系統終端實現針對性控制，同時使其能夠在復雜網絡環境下實現高質量的照明服務。

2.3.2 集中控制

集中控制軟件主要基于ZigBee 網絡以及GPRS 無線傳輸模塊針對一定區域內的單燈控制設備進行協調，使照明終端以及燈具的運行狀態能夠得到及時調整，實現對亮化工程以及城市照明系統的遠程控制。在集中控制軟件的預設邏輯當中，需要經過建立網絡、網絡狀態判斷、無線信號監測、節點申請、地址分配、數據接收與傳輸等幾個環節與流程，借助ZigBee 網絡以及GPRS 無線傳輸模塊，能更加準確地針對控制指令以及運行數據進行傳輸，有效提升控制精度以及控制效果。

2.3.3 監控中心

在城市亮化工程智能照明控制系統內部，監控中心主要負責對照明系統的運行數據以及運行信息進行接收、整合與存儲管控，在控制系統內部發揮著關鍵性作用。同時也是運維人員掌握城市亮化工程與照明工程運行情況的關鍵性渠道與途徑。在針對監控中心軟件進行設計的過程中，應具備網絡撥號、IP 地址訪問、服務器請求連接、IP 地址分配、數據包封裝等相關邏輯流程，進而實現在智能照明控制系統當中的傳達功能目標[4]。

2.3.4 數據庫設計

智能照明控制系統的設計與建設過程中面臨的環境狀態各不相同，因此為了較為直觀準確地掌握系統的運行情況，需要針對亮化工程運行數據庫進行設計，使其能夠成為系統控制以及故障分析的重要參考依據，現階段工業領域當中常見的數據庫主要涵蓋了Oracle、Access 以及SQL Server 等幾種不同類型，其適應范圍同樣也各具差異，在智能照明控制系統的建設與規劃過程中，選用了安全性能較好，容量較大，穩定性較強的SQL Server 數據庫作為其主要管控平臺。

3 智能照明控制系統應用過程中的注意事項

3.1 性能檢測

在城市亮化工程智能照明控制系統設計完成過后，相關從業者以及技術團隊應當立足于實際需求針對系統的運行性能以及控制成效進行檢驗，分析單燈控制器、集中控制器、傳感器網絡以及無線傳輸模塊在控制過程當中的運行狀態，同時針對相關運行數據以及運行信息進行采集與整合，使智能照明控制系統能夠更好地實現預期控制要求。

3.2 安裝流程控制

智能照明控制系統需要結合現場環境狀態進行配置與安裝，因此技術團隊也應當充分考慮到城市內部環境因素對于亮化工程智能照明控制系統運行狀態可能造成的影響和挑戰，與此同時針對系統現場安裝流程進行更加深入地控制與管理，有效減少安裝配置過程當中所面臨的各項風險與問題，使智能照明控制系統能夠更好地為城市環境下的亮化工程控制提供服務與支持，推動城市環境以及城市內部交通運輸安全性的不斷進步[5]。

3.3 數據接口預留

基于上文可知，在城市亮化工程智能照明控制系統內部，主要涵蓋了單燈控制器、集中控制器、無線傳輸模塊、中樞芯片、監控中心以及數據庫等幾項組成部分，因此對于系統架構的設計與優化提出了一定挑戰。此外，隨著城市化建設規模以及建設水平的不斷進步，相關技術團隊以及設計人員還應進一步強化亮化工程智能照明控制系統的兼容性與可拓展性，在內部預留相應的數據接口以及接入空間，使其能夠更好地服務于城市環境，實現對亮化工程電能資源的合理調配與控制。

4 結語

綜上所述，在城市建設發展過程當中，加強亮化工程建設對實現高質量城市的建設目標，提升城市交通安全綜合水平具有重要意義。有關技術團隊應當明確亮化工程智能照明控制系統的設計與規劃要求，使相關設計方案與配置能夠進一步契合系統運行狀態，促進城市亮化水平的不斷提升。