關(guān)于路燈照明智能控制系統(tǒng)的研究

翟文鵬　潘雨青

摘要：加強路燈控制的智能化是提高道路照明質(zhì)量的重要手段，也是降低路燈能耗的重要方法之一。論文提出了包括數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、控制部分的路燈智能控制的框架結(jié)構(gòu)，敘述了基于Zigbee的路燈控制系統(tǒng)的開發(fā)流程，設(shè)計了包括照度采集的控制單元。利用該單元和系統(tǒng)架構(gòu)可以構(gòu)建滿足智慧城市的路燈智能控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：路燈照明；智能；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）22-0222-02

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使得城市建設(shè)中道路照明的科技含量也不斷的增加，人們對于城市道路照明情況也有了更高的要求，這就需要在路燈的建設(shè)中融入更多的智能化、自動化的設(shè)計技術(shù)。因此路燈智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計也開始被人們所重視。在本文中將會通過對智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行上位機和下層網(wǎng)絡(luò)程序的設(shè)計，實現(xiàn)在夜間滿足路面照明的情況下，盡最大可能避免能源浪費。

1路燈照明的智能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

1.1總體方案設(shè)計

在照明路燈的智能控制系統(tǒng)中軟件主要是分成下層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計以及上層的軟件平臺構(gòu)建。在下層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，主要是協(xié)調(diào)設(shè)備的節(jié)點系統(tǒng)設(shè)計以及路由節(jié)點應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。其中協(xié)調(diào)設(shè)備中主要是由協(xié)調(diào)器、上位機通信系統(tǒng)、路由器節(jié)點通信系統(tǒng)組成的。而路由器的節(jié)點系統(tǒng)是由路燈控制設(shè)備以及傳感器等元件組成，模擬路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2下層網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計

在照明路燈智能控制系統(tǒng)當(dāng)中主要的流程如下：首先需要啟動控制系統(tǒng)，系統(tǒng)會對所有模塊以及其中的各項參數(shù)實行初始化的更新，之后系統(tǒng)將所有的傳感器連接，形成網(wǎng)絡(luò)并開啟。系統(tǒng)協(xié)議對其中的事件展開處理，在照明路燈的各個節(jié)點以及傳感器進(jìn)行綁定之后管理人員需要對其進(jìn)行檢測，當(dāng)所有準(zhǔn)備工作完成之后，將通過路由節(jié)點上的傳感器開始收集路面上的信息以及其他相關(guān)信息，之后信息需要通過通信技術(shù)進(jìn)行處理，然后上傳到系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器當(dāng)中，協(xié)調(diào)器將這些信息通過GPRS上傳到上位機當(dāng)中。任何對路燈的信息進(jìn)行處理。在處理完成之后在對路燈的傳感器回復(fù)指令，路燈就會根據(jù)指令正常工作。

1.3協(xié)調(diào)設(shè)備節(jié)點以及路由設(shè)備節(jié)點的設(shè)計

協(xié)調(diào)器在系統(tǒng)中的功能就是負(fù)責(zé)通過GPRS技術(shù)實現(xiàn)與上位機進(jìn)行通信。同時通過ZigBee技術(shù)對下層路由設(shè)備的節(jié)點進(jìn)行信息的傳遞。因此在協(xié)調(diào)設(shè)備中的功能主要包括了：

1）智能控制系統(tǒng)的初始化功能：協(xié)調(diào)器最主要的作用就是對整個智能控制網(wǎng)絡(luò)的各項參數(shù)、相關(guān)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備以及串口等初始化。其中具體流程如圖3所示。

2）進(jìn)行終端數(shù)據(jù)注冊：在系統(tǒng)中協(xié)調(diào)器可以使用串口對于系統(tǒng)的終端進(jìn)行分組注冊。

3）接收指令并且執(zhí)行：通過GPRS技術(shù)系統(tǒng)能對協(xié)調(diào)設(shè)備發(fā)出指令，同時協(xié)調(diào)設(shè)備會接收的指令執(zhí)行系統(tǒng)的各項操作。

4）進(jìn)行協(xié)議處理：在系統(tǒng)中會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完畢、相關(guān)節(jié)點已經(jīng)加人網(wǎng)絡(luò)等事件，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)開啟之后，協(xié)調(diào)設(shè)備會與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的各個節(jié)點進(jìn)行信息交換，同時建立相應(yīng)的節(jié)點描述，保存加入?yún)f(xié)調(diào)器的相關(guān)設(shè)備。

5）對系統(tǒng)中的msg信息進(jìn)行接收和處理。

6）系統(tǒng)傳感設(shè)備的綁定以及信息的處理：協(xié)調(diào)器會執(zhí)行上位機出傳送的命令，將指令中的路燈以及相關(guān)的傳感器進(jìn)行綁定，也可以實現(xiàn)路燈以及傳感器之間的解綁。

7）上傳終端的信息數(shù)據(jù)。

1.4傳感器的綁定以及解除綁定設(shè)計

在路燈的智能控制系統(tǒng)中傳感器主要分成運動傳感器以及照度傳感器，這兩種傳感器在設(shè)計上基本相同，因此本文重點介紹運動傳感器。運動傳感器是主要負(fù)責(zé)收集路面上汽車以及行人的基本情況的，然后再將信息上傳到上位機當(dāng)中。而上位機將通過這些實時的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后發(fā)出路燈亮度的指令，進(jìn)而完成路燈與傳感器之間的綁定以及解除綁定。

運動傳感器轉(zhuǎn)變當(dāng)前狀態(tài)時，與之相應(yīng)的節(jié)點會將轉(zhuǎn)變狀態(tài)的信息傳遞到已經(jīng)綁定的路燈節(jié)點上。當(dāng)路燈節(jié)點獲取到運動傳感器已經(jīng)轉(zhuǎn)變的信息之后，會先將轉(zhuǎn)變信息保存起來，再對運動傳感器的觸發(fā)情況進(jìn)行具體的判斷，如果運動傳感器沒有觸發(fā)就需要再次判斷已經(jīng)綁定的運動傳感器是否已經(jīng)有觸發(fā)的情況。如果在系統(tǒng)當(dāng)中沒有觸發(fā)的運動傳感器，則可以結(jié)束本次信息處理環(huán)節(jié)。而一旦發(fā)現(xiàn)存在運動傳感器觸發(fā)的情況，就需要參考相關(guān)的路面的具體信息情況，進(jìn)而確定路燈當(dāng)前的照明等級，結(jié)束當(dāng)前的信息處理程序。而如果在判斷之后發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的運動傳感器已經(jīng)觸發(fā)，就需要對路燈節(jié)點與運動傳感器之間是否處于綁定狀態(tài)，如果不是綁定狀態(tài)，則關(guān)閉相應(yīng)的路燈，而路燈節(jié)點與運動傳感器之間是綁定狀態(tài)，就需要保持路燈開啟，并重新初始化路燈照明的倒計時。其中具體的路燈照明情況如表1所示。

1.5上位機與下層網(wǎng)絡(luò)之間的指令設(shè)計

在路燈的照明智能控制系統(tǒng)中，下層的網(wǎng)絡(luò)于上位機之間主要是通過終端節(jié)點的控制命令來實現(xiàn)的。其中所有的控制指令都是由信息頭、數(shù)據(jù)、指令種類以及校驗碼這四個部分組成的。其中信息頭是用于區(qū)分指令的來源，而指令的類型表示為指令的功能。

2路燈照明的智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1節(jié)點控制設(shè)備

當(dāng)前節(jié)點的控制設(shè)備的ZigBee技術(shù)設(shè)備主要有ZigBee、SoC等，經(jīng)過考慮本文的設(shè)計中主采用JN5139型的控制芯片。而JN5139是一種完全集成的單芯片，可以兼容路燈系統(tǒng)中的大部分協(xié)議，同時內(nèi)部包括了128位的處理器、電源處理器等，有5個接口以及其他串行接口。在本文在路燈的控制元件主要分為兩種：分別是協(xié)調(diào)器以及路由器。其中路由器是用于采集傳感器以及路燈的實時信息，然后再將信息傳遞回系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器。

2.2GPRS系統(tǒng)

在路燈的智能照明控制系統(tǒng)中主要的通信技術(shù)是采用的GPRS技術(shù)，其中選擇的系統(tǒng)模塊使MC52i，這種模塊體積小、速度快，因此便于系統(tǒng)集成。通常在電腦、筆記本等設(shè)備中會使用，在MC52i當(dāng)中主要有兩個鏈接口，其中一個屬于八線制的，能夠進(jìn)行復(fù)用，而另一個是采用四線制。其中包括了一個音頻接口是由一個數(shù)字信號的接口以及兩個模擬信號的接口組成，進(jìn)而方便不同的音頻信號的傳遞。同時還設(shè)計了一個SIM接口，一個系統(tǒng)天線的接口。

2.3傳感器設(shè)備

在傳感器的選擇上需要慎重，在本文中選擇的傳感器是TSL2550，這是一種能夠?qū)?shù)字信號進(jìn)行雙線傳遞的光型傳感器，能夠捕捉到12位的動態(tài)范圍內(nèi)的光照強度，與人眼的能力相同。

2.4電源線路設(shè)計

在路燈的系統(tǒng)當(dāng)中，由于集成元件較多，因此需要選擇高質(zhì)量的電源系統(tǒng)作為系統(tǒng)的電源模塊。在本文中選擇的是1503系列中的綠色電池。這是一種交流電以及直流電兩用的電池，其中電池具備了過電保護(hù)以及過高溫保護(hù)系統(tǒng)。

2.5調(diào)光線路設(shè)計

在路燈智能控制系統(tǒng)中可以選擇節(jié)能燈作為主要燈具，因此在節(jié)能燈的基礎(chǔ)上，可以通過調(diào)壓、變電阻、可控硅以及PWM等方式進(jìn)行調(diào)光。在本文中將選擇PWM的方式重點分析，路燈調(diào)光的設(shè)計。在路燈智能控制系統(tǒng)中，路燈將使用220V正弦交流模式進(jìn)行供電。在調(diào)光的線路中，為了能夠確保線路的安全可以在設(shè)計中安裝一個過零的檢測線路。具體設(shè)計方式如圖3所示。

3結(jié)論

總而言之，路燈的智能化控制系統(tǒng)是一種符合當(dāng)前城市照明需求的設(shè)計，在滿足道路照明需求的同時，能夠有效地降低電能的消耗。其控制系統(tǒng)是由計算機技術(shù)以及現(xiàn)代信息技術(shù)有機結(jié)合。這一系統(tǒng)可以有效提高城市照明系統(tǒng)的管理能力，同時在智能化控制系統(tǒng)當(dāng)中使用的是遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，最大程度的降低路燈管理中的人力資源投入，降低路燈的維護(hù)成本。因此路燈的智能化控制系統(tǒng)能夠為人們的日常生活提供更加便捷的服務(wù)。endprint