城市路燈照明中的智能控制系統(tǒng)探究

馬勇

摘要：隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)水平的增強(qiáng)，人們對(duì)路燈照明系統(tǒng)的作用和功能需求不斷增加，智能控制系統(tǒng)越來越多得被人們應(yīng)用，本文針對(duì)城市路燈照明中智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的探究。

關(guān)鍵詞：城市路燈；照明；智能控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U491.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—161—02

前言

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，城市路燈照明中智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸增強(qiáng)，基于其高效節(jié)能的性能，我們應(yīng)該大力推廣其應(yīng)用，并注重其設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1城市路燈照明中智能控制系統(tǒng)的組成

城市路燈照明中的智能化控制系統(tǒng)主要有主控系統(tǒng)、本地控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)三部分構(gòu)成。

1.1主控制系統(tǒng)

城市路燈照明中的智能化控制系統(tǒng)的主控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)的是對(duì)城市照明路燈的性能、質(zhì)量進(jìn)行檢查，對(duì)路燈照明進(jìn)行直接的監(jiān)控。由于智能控制的相關(guān)要求，主控制系統(tǒng)需要引進(jìn)多項(xiàng)設(shè)備，例如：計(jì)算機(jī)、打印機(jī)以及投影儀等等，來實(shí)現(xiàn)對(duì)城市路燈照明系統(tǒng)的照明狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)控。計(jì)算機(jī)是主控制系統(tǒng)的主要設(shè)備，并且在控制系統(tǒng)中需要配置兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)是用來進(jìn)行正式的智能控制，而另一臺(tái)為備用，以備不時(shí)之需，這樣在電隔離的狀態(tài)下，也能夠保證信息在計(jì)算機(jī)以及兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中的穩(wěn)定傳輸。同時(shí)主控制系統(tǒng)還帶有自動(dòng)操作的能力，即能夠根據(jù)城市照明的需求來自行控制，并且在全面的監(jiān)控、監(jiān)測下，有效的提升智能化控制系統(tǒng)的運(yùn)行水平。

1.2本地控制系統(tǒng)

本地控制系統(tǒng)與主控制系統(tǒng)之間使用的是無線連接，容易被通信干擾，這樣本地控制系統(tǒng)會(huì)因?yàn)橹骺貦C(jī)的影響而出現(xiàn)時(shí)間上的延遲。在本地控制系統(tǒng)中安裝主控機(jī)站，區(qū)分主站區(qū)域，在主站模塊里有效的裝設(shè)主控機(jī)戰(zhàn)，使主控機(jī)站可以運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)匯集運(yùn)行信息，促進(jìn)信息的準(zhǔn)確傳遞，使本地控制系統(tǒng)在城市路燈照明中發(fā)揮作用。建立信息存儲(chǔ)系統(tǒng)，保證運(yùn)行信息的完整，防止數(shù)據(jù)信息丟失。對(duì)城市路燈照明的管理工作進(jìn)行合理的規(guī)劃，完善系統(tǒng)的維護(hù)工作。

1.3數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

城市路燈照明中的智能化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸分為有線和無線兩種方式。有線傳輸即通過智能化、網(wǎng)絡(luò)化的形式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，像RS 485總線網(wǎng)等。而無線傳輸則需要運(yùn)用相關(guān)的設(shè)備來完成數(shù)據(jù)的傳輸，例如無線電臺(tái)等。城市路燈照明中的智能化控制系統(tǒng)需要通過無線電臺(tái)的形式來進(jìn)行各個(gè)控制部分的數(shù)據(jù)傳輸。

2城市路燈照明中智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1節(jié)點(diǎn)控制器

常見節(jié)點(diǎn)控制器分為協(xié)調(diào)器與路由器兩種。其中協(xié)調(diào)器主要通過GPRS通信技術(shù)向上與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。并利用ZigBee技術(shù)向下與路由器節(jié)點(diǎn)完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的傳輸。協(xié)調(diào)器程序主要功能包括系統(tǒng)初始化、終端節(jié)點(diǎn)中策、串口命令接受與執(zhí)行以及協(xié)議棧事件處理等。協(xié)調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)主要包括節(jié)點(diǎn)控制器模塊、GPRS通信模塊、程序燒寫串口模塊以及電源模塊等。而路由器主要作用是對(duì)傳感器與路燈采集信息的收集，并將各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息傳遞給協(xié)調(diào)器。因此在選擇路由器構(gòu)件時(shí)，要求其不但要具有l(wèi)JN5139模塊、程序燒寫串口模塊、電源模塊外，還需要包括傳感器模塊、路燈亮度控制模塊等。

2.1.2 GPRS模塊

在對(duì)路燈照明智能化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，協(xié)調(diào)器與上位機(jī)采用GPRS通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，可以選擇用cinterionMC52i模塊，其中MC52i無線通信模塊體積比較小，并且其通信模式可以支持GSM/GPRS兩種頻段，在集成上更具優(yōu)勢。

2.1.3傳感器模塊

可以分為照度傳感器與運(yùn)動(dòng)傳感器兩部分。其中路面照度信息的采集用傳感器可以選擇TSL2550，為一種數(shù)字信號(hào)輸出雙線式光傳感器，具有一個(gè)MSBus串行接口。其在一個(gè)CMOS集成電路上結(jié)合了兩個(gè)二極管與一個(gè)壓縮數(shù)模轉(zhuǎn)換器，提供一個(gè)能夠檢測到在一個(gè)有效12位動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的光照度，與人類眼睛對(duì)光照度捕捉類似。選擇此種傳感器可以將采集到的光照度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并且可以擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換，適應(yīng)于寬動(dòng)態(tài)范圍，與其他傳感器相比其運(yùn)行所需能耗低，電源可以調(diào)整為休眠模式。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，利用MSBus系統(tǒng)總線接口與主控制器連接，另外一個(gè)12位比較型數(shù)模轉(zhuǎn)換器主要對(duì)兩個(gè)通道采集到的信息進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換以及相減處理。

對(duì)于運(yùn)行傳感器種類比較多、應(yīng)用比較廣泛的為感應(yīng)線圈檢測傳感器，可以比較精確的完成對(duì)車輛的檢測，但同時(shí)也存在可靠性差缺點(diǎn)。另外，還有微波檢測器與聲學(xué)檢測器等，其中微波檢測器更適應(yīng)于比較惡劣的環(huán)境，并且可以完成對(duì)靜止車輛的檢測。而聲學(xué)檢測器則主要是完成對(duì)特定車輛的檢測，并需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行去噪處理，運(yùn)算上具有一定難度，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求來選擇相應(yīng)的檢測器種類。

2.1.4電源模塊電路設(shè)計(jì)

對(duì)于城市路燈照明系統(tǒng)來說規(guī)模較大，相應(yīng)的開發(fā)板上集成模塊數(shù)量多，需要做好對(duì)開發(fā)板供電供電體積的控制。以LS03系列綠色模塊電池為例，為一種AC/DC即交直流兩用電池，電池模板中帶有過電流與過高溫保護(hù)電路，其模塊C1為輸入濾波電容，C2為輸出濾波電容，C3為濾除高頻噪聲電容，如果電池模塊選擇用交流電充電，除將C1外接外，還需要將輸出端C2與C3外接。

2.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于城市路燈照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，啟動(dòng)主系統(tǒng)后，系統(tǒng)首先會(huì)對(duì)所有模塊與各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行初始化處理，處理后系統(tǒng)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器進(jìn)行組網(wǎng)，并啟動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，利用協(xié)議棧對(duì)對(duì)應(yīng)事件進(jìn)行處理。事件處理完成后要對(duì)燈具節(jié)點(diǎn)與照度傳感器以及運(yùn)行傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定與解綁，完成所有準(zhǔn)備工作后，路由節(jié)點(diǎn)傳感器模塊對(duì)路面亮度信息與情況信息進(jìn)行采集，經(jīng)過處理后通過ZigBee通信技術(shù)上傳到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，再利用GPRS通信技術(shù)將信息上傳到上位機(jī)，上位機(jī)將會(huì)對(duì)上傳的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并回復(fù)，確保燈具可以按照上位機(jī)傳遞的命令動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)正常的照明。在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，最終要求燈具可以完成上位機(jī)最后命令，當(dāng)燈具正常照明后上位機(jī)會(huì)顯示燈具實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并將控制指令傳遞到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，再利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到相應(yīng)的路由節(jié)點(diǎn)。對(duì)于未正常運(yùn)行的燈具，故障監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)并向上位機(jī)發(fā)送報(bào)警訊號(hào)，由技術(shù)人員進(jìn)行檢查維修，恢復(fù)路燈的正常照明。

3智能控制系統(tǒng)在城市路燈照明中的應(yīng)用

3.1本地控制系統(tǒng)中子站的應(yīng)用

在對(duì)智能化控制系統(tǒng)中的本地控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到路燈型號(hào)與路燈路段的不同。節(jié)能方式以及三相電功率的分配的組合照明方式，而路燈開關(guān)的控制是通過本地控制系統(tǒng)中的子站實(shí)現(xiàn)的，其控制流程為：當(dāng)通信系統(tǒng)建成之后，根據(jù)主機(jī)對(duì)不同程度的照明需求以及照明時(shí)間的長短和環(huán)境等因素，來制定出與該地區(qū)相適應(yīng)的控制時(shí)刻表，再利用通信系統(tǒng)把時(shí)刻表傳送至本地控制系統(tǒng)的子站中去。并利用加裝觸發(fā)器來完成各種組合模式，一個(gè)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)一種組合方式，并且照明組合方式會(huì)因?yàn)橛|發(fā)器的安裝量的增加而逐漸增加，對(duì)于照明問題的解決方案也會(huì)增加，因而經(jīng)濟(jì)投入也會(huì)加大。子站會(huì)將接收到的開關(guān)時(shí)刻表存儲(chǔ)到一個(gè)能夠改寫的存儲(chǔ)器中，這樣就能使開關(guān)時(shí)刻表可以隨著實(shí)際狀況而進(jìn)行變更。這樣，最大限度的利用了電能，減少了資源的浪費(fèi)，促進(jìn)城市環(huán)境的改善。子站就是本地控制系統(tǒng)和主控機(jī)信息傳送的中介，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將接收到的電流電壓信息傳輸?shù)街骺貦C(jī)中。子站不僅會(huì)對(duì)路燈開關(guān)進(jìn)行控制，還能對(duì)電壓或電流互感器測量后經(jīng)ADC轉(zhuǎn)化出來的支路電流、電壓之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、儲(chǔ)存，有效的提高了系統(tǒng)對(duì)于突發(fā)狀況的處理能力，極大的縮減了故障消除的時(shí)間。

3.2智能化系統(tǒng)中通信模塊的應(yīng)用

通信模塊的主要功能就是對(duì)計(jì)算機(jī)和外鏈設(shè)備之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通信模塊的作用是通過電源插座、發(fā)送批示燈、調(diào)制解調(diào)器接口、控制批示燈、串行接口5個(gè)部分組成。其主要的作用還是當(dāng)做外接電話線運(yùn)用，還能完成無線電臺(tái)的接入。該通信模塊中的接口要達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，并且調(diào)制解調(diào)和相應(yīng)的接口之間需使用光電隔離的方式來完成耦合，增強(qiáng)整個(gè)控制系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)的傳輸路徑是先通過計(jì)算機(jī)控制軟件，利用串行接口將數(shù)據(jù)信息傳送到通信模塊，而通信模塊在接收到數(shù)據(jù)信息后，可以將其裝換成有價(jià)值的信息，最終完成信息的發(fā)送。

4結(jié)語

在城市路燈照明中，智能控制系統(tǒng)具有良好的控制性能和安全性能，并且其工作質(zhì)量水平極高，在節(jié)能降耗方面也有突出的表現(xiàn)。因此，我們需要增強(qiáng)城市路燈照明智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且提高其實(shí)際應(yīng)用。