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LED路燈智能控制系統(tǒng)探索論文
摘要：隨著智慧城市建設(shè)的快速發(fā)展，智慧路燈建設(shè)成為城市建設(shè)和人民生活的一個(gè)重要組成部分。本文針對目前路燈控制管理不合理，造成的大量電能浪費(fèi)的問題，采用LED光源取代傳統(tǒng)的光源，將傳感器技術(shù)與ZigBee技術(shù)相結(jié)合形成物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用無線通信技術(shù)與服務(wù)器建立數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，設(shè)計(jì)智能化的LED路燈控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：路燈；LED；智能控制；ZigBee
隨著世界人口和全球經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長，能源匱乏和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。因此，各國都在重視發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”。照明是現(xiàn)代城市的耗能大戶之一，各國政府都開始積極尋求節(jié)能環(huán)保的綠色照明光源，綠色照明計(jì)劃正在從一盞路燈開始，成為走向低碳經(jīng)濟(jì)的必經(jīng)之路。LED具有體積小、耗能低、壽命長、環(huán)保、低電壓驅(qū)動(dòng)、反應(yīng)快、無噪音、無頻閃、電壓可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。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(jié)能減排上發(fā)揮了重要的作用，然而現(xiàn)有的路燈控制技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在LED照明發(fā)展中的瓶頸。因此，設(shè)計(jì)出LED路燈智能控制系統(tǒng)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。
1路燈的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能要求，確定了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。從路燈智能控制系統(tǒng)總體功能上看，可以劃分為四個(gè)功能模塊：（1）道路情況檢測模塊，（2）路燈相關(guān)的控制系統(tǒng)模塊，（3）上位機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)模塊，主要用于在監(jiān)控中心對路燈工作狀態(tài)的監(jiān)控。（4）無線通信系統(tǒng)模塊，主要用于路燈傳感器之間，以及路燈和控制中心之間的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示，路燈智能控制系統(tǒng)主要由路燈終端、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)控終端三個(gè)部分組成。一個(gè)終端對應(yīng)一個(gè)路燈。ZigBee2007協(xié)議負(fù)責(zé)路燈終端和協(xié)調(diào)器模塊之間的數(shù)據(jù)傳送，監(jiān)控終端負(fù)責(zé)接收路燈終端發(fā)送的狀態(tài)數(shù)據(jù)，最后將各種狀態(tài)數(shù)據(jù)通過監(jiān)控終端的無線網(wǎng)絡(luò)模塊傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器，工作人員通過電腦或者手機(jī)上網(wǎng)登陸監(jiān)控界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控并調(diào)控路燈的工作狀態(tài)。LED路燈智能控制系統(tǒng)具體功能主要包含以下幾點(diǎn)：（1）檢測車輛和行人功能根據(jù)道路上行人和車輛的通行狀況，控制路燈的開啟和關(guān)閉，從而在無人無車時(shí)路燈關(guān)閉，在檢測到道路上有行人或者車輛時(shí)開啟路燈，照亮道路，方便通行。（2）數(shù)據(jù)傳輸功能路燈上控制設(shè)備能通過無線的方式進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸，相鄰燈桿之間的通信傳遞車輛和行人有無、速度等信息，為了使行人車輛始終處于照明范圍之內(nèi)，控制路燈應(yīng)能及時(shí)點(diǎn)亮。（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能中央監(jiān)控中心能夠定期地自動(dòng)巡查每個(gè)路燈的工作狀態(tài)，并使終端節(jié)點(diǎn)設(shè)備定期向監(jiān)控中心發(fā)送節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)路燈的狀態(tài)在監(jiān)控中。同時(shí)，也可以滿足路燈的遠(yuǎn)程單燈控制功能。（4）查詢管理功能檢測設(shè)備的上位機(jī)界面連接數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)各個(gè)終端的相關(guān)數(shù)據(jù)，工作人員可以對相關(guān)路燈數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢打印，還能對系統(tǒng)進(jìn)行管理配置。（5）自動(dòng)報(bào)修功能智能控制系統(tǒng)對各個(gè)模塊進(jìn)行自檢，將檢測到的路燈異常信息發(fā)送到監(jiān)控中心。例如路燈不能正常工作，則會(huì)自動(dòng)發(fā)送警報(bào)并報(bào)修。如監(jiān)控中心接收不到某個(gè)路燈的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)告相關(guān)的無線通信模塊出現(xiàn)故障。（6）ID地址設(shè)定功能在安裝前終端模塊能夠通過手動(dòng)設(shè)置設(shè)備編號(hào)和網(wǎng)絡(luò)號(hào)。每個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)都具有唯一的IEEE地址，系統(tǒng)中能夠人工設(shè)置節(jié)點(diǎn)的IEEE地址，并且維護(hù)一個(gè)設(shè)備ID、16位短地址與長地址之間的對應(yīng)表。
2路燈終端的電路結(jié)構(gòu)
電路構(gòu)成如圖2所示，以芯片CC2530路燈終端的作為核心處理器，與傳感器電路，電源電路以及LED驅(qū)動(dòng)電路組成。
3路燈控制模塊
路燈控制單元的結(jié)構(gòu)如圖3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(hào)CRTL與光隔相連接，光隔的輸出信息向繼電器發(fā)送命令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制路燈的開啟和關(guān)閉。
4軟件設(shè)計(jì)方案
LED路燈智能控制系統(tǒng)的軟件部分基于模塊化設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)，大體上分為基于ZigBee的控制設(shè)備的軟件和上位機(jī)監(jiān)控軟件兩個(gè)部分。ZigBee節(jié)點(diǎn)主要包括協(xié)調(diào)器和路由，其中，ZigBee路由節(jié)點(diǎn)主要控制路燈終端的現(xiàn)場設(shè)備，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，通過串口與上位機(jī)進(jìn)行通信。LED路燈智能控制系統(tǒng)中，主要有兩種類型的ZigBee設(shè)備分別是協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要涉及的主要任務(wù)有：（1）對協(xié)議棧進(jìn)行初始化，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；（2）構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)；（3）維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，其他�?jié)點(diǎn)加入和離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)，分配網(wǎng)絡(luò)地址；（4）定期對ZigBee監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行監(jiān)測；（5）監(jiān)控中心通過對無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行判斷，根據(jù)路燈狀態(tài)數(shù)學(xué)做相應(yīng)處理。LED路燈智能控制終端采用路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和無線傳輸，具體任務(wù)主要包括：（1）搜索并加入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)；（2）采集傳感器傳回的數(shù)據(jù)；（3）通過與相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)路燈的提前點(diǎn)亮；（4）定期把路燈的工作狀態(tài)發(fā)送給協(xié)調(diào)器；（5）接收協(xié)調(diào)器發(fā)來的狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理。
5結(jié)論
本系統(tǒng)主要包括路燈控制終端和上位機(jī)監(jiān)控兩部分組成，利用無線傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)路燈終端之間的道路信息傳送，可以提前打開路燈。同時(shí)，控制終端會(huì)定期把路燈控制終端檢測數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)發(fā)送到監(jiān)控中心，上位機(jī)監(jiān)控界面上可以很容易監(jiān)控每個(gè)路燈的狀態(tài)，達(dá)到及時(shí)檢修的目的。LED智能控制系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到節(jié)能減排的目的，而且能夠滿足人們生活的需求，方便人們的生活。
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