LED智能調(diào)光路燈設(shè)計(jì)及其在智慧道路照明系統(tǒng)中的運(yùn)用探討

屈鵬

摘 要：結(jié)合城市道路照明存在的問題，本文對(duì)LED智能調(diào)光路燈設(shè)計(jì)問題展開了分析，對(duì)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。在此基礎(chǔ)上，則對(duì)LED智能調(diào)光路燈在智慧道路照明系統(tǒng)中的運(yùn)用展開了分析，從通訊層和云控制中心兩個(gè)層面說明了路燈的運(yùn)用效果，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：LED智能調(diào)光路燈；智慧道路照明系統(tǒng)；云控制中心

中圖分類號(hào)：TM923.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0032-01

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得快速發(fā)展的同時(shí)，人們也越來(lái)越注重低碳、環(huán)保等理念。但是在道路建設(shè)方面，傳統(tǒng)路燈將產(chǎn)生較大的能耗，無(wú)法滿足智慧城市的建設(shè)要求。針對(duì)這一問題，LED智能調(diào)光路燈得以被設(shè)計(jì)，可以利用現(xiàn)代智慧照明技術(shù)提高道路照明效率，減少資源浪費(fèi)。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)LED智能調(diào)光路燈設(shè)計(jì)及其在智慧道路照明系統(tǒng)中的運(yùn)用研究，從而更好的完成城市道路建設(shè)。

1 LED智能調(diào)光路燈設(shè)計(jì)分析

1.1 LED智能調(diào)光路燈硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上來(lái)看，系統(tǒng)由核心控制模塊、傳感器模塊、調(diào)光光源模塊和無(wú)線通信模塊構(gòu)成。

（1）核心控制模塊主要負(fù)責(zé)進(jìn)行包含路燈照明控制終端和監(jiān)測(cè)終端的控制，使用的控制芯片為ARM處理器的STM32系列。采用該種微控制器，可以利用Cortex-M3內(nèi)核完成高速運(yùn)算，同時(shí)內(nèi)部存在有高速存儲(chǔ)器，工作頻率為72MHz，能夠滿足對(duì)芯片性能要求較高的系統(tǒng)控制需求。該控制器外設(shè)和I/O端口較為豐富，同時(shí)配置有8個(gè)16bit定時(shí)器和3個(gè)12bit的ADC，通信接口標(biāo)準(zhǔn)且先進(jìn)，不僅有USB、CAN接口，還包含多個(gè)12C和USART接口。此外，該種微控制器能耗較低，性價(jià)比較高，可以滿足路燈設(shè)計(jì)要求。（2）傳感器模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行環(huán)境照度和PM2.5等參數(shù)的檢測(cè)，從而為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路燈調(diào)光提供數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用的照度傳感器為BH1750FVI，檢測(cè)范圍在0-65535xl之間?？梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)字輸出。針對(duì)廣泛亮度，該傳感器可以實(shí)現(xiàn)1勒克斯高精度檢測(cè)。在PM2.5檢測(cè)方面，系統(tǒng)采用GP2Y1010AU0F粉塵傳感器，無(wú)需進(jìn)行外圍電路搭建既能實(shí)現(xiàn)輸出，擁有標(biāo)準(zhǔn)窗口通信和較高的測(cè)量準(zhǔn)確率，可以保證窗口輸出穩(wěn)定。利用3根線就能實(shí)現(xiàn)裝置操作，并利用串口進(jìn)行電壓的直接讀取，可以有效節(jié)省系統(tǒng)成本[1]。此外，系統(tǒng)還配備有溫濕度傳感器，以加強(qiáng)環(huán)境參數(shù)檢測(cè)。（3）采用調(diào)光光源模塊，可以在LED驅(qū)動(dòng)電路上進(jìn)行KHz級(jí)脈寬調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈亮滅的占空比調(diào)節(jié)，消除路燈頻閃現(xiàn)象。該模塊中包含LED恒流驅(qū)動(dòng)集成電路AP8801，可以進(jìn)行脈寬調(diào)制的提供，并進(jìn)行直流輸入調(diào)光控制選擇。其ADJ腳的輸入信號(hào)為PWM信號(hào)，可改變恒流輸出電流，實(shí)現(xiàn)模塊調(diào)光功能。采用PWM調(diào)節(jié)，可以使路面照度得到動(dòng)態(tài)智能化管理，即在環(huán)境照度小時(shí)使路燈保持高亮度，并在環(huán)境照度大時(shí)自動(dòng)調(diào)低路燈亮度。（4）LED智能調(diào)光路燈利用ZigBee無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，包含主模塊和副模塊，可以在統(tǒng)一頻率下進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信模塊不僅需要實(shí)現(xiàn)控制模塊、傳感模塊、調(diào)光模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，還要對(duì)LED智能調(diào)光路燈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。配合采用電力載波技術(shù)和RS485技術(shù)，可以構(gòu)建系統(tǒng)下行通道，利用3G網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)可以進(jìn)行上行通道構(gòu)建。因此在系統(tǒng)通信方面，可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行合適通信技術(shù)的采用。

1.2 LED智能調(diào)光路燈軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從軟件設(shè)計(jì)上來(lái)看，LED智能調(diào)光路燈采用集中控制管理模式，利用基于LABVIEW虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制中心監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)路燈調(diào)光和監(jiān)控功能。采用基于LABVIEW的虛擬儀器技術(shù)，可以完成低成本、高性能的自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)載測(cè)試平臺(tái)的搭建。該平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)儀器硬件功能進(jìn)行了集成，能夠使系統(tǒng)受到的數(shù)據(jù)采集、顯示、處理等硬件限制得到突破。通過硬件軟件化，可以利用高效靈活的軟件來(lái)進(jìn)行各種系統(tǒng)測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)調(diào)光功能的實(shí)現(xiàn)。采用該軟件，也能在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)自定義用戶界面的創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全方位集成，滿足路燈調(diào)光和監(jiān)控的定時(shí)和同步需求。從軟件構(gòu)成上來(lái)看，其包含高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)三部分，可以使虛擬儀器技術(shù)的高性能和強(qiáng)擴(kuò)展性得到充分體現(xiàn)，可以盡快完成系統(tǒng)軟件開發(fā)。

2 LED智能調(diào)光路燈在智慧道路照明系統(tǒng)中的運(yùn)用

2.1 通信層的實(shí)踐應(yīng)用

在系統(tǒng)通信方面，已知能夠采用多種通信技術(shù)。為進(jìn)一步了解通信層的實(shí)踐應(yīng)用情況，還要對(duì)幾種主要通信技術(shù)進(jìn)行比較。如表1所示，不同技術(shù)之間存在較大差異。采用ZigBee技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)雙向無(wú)線通訊，同時(shí)距離較近、成本低、功耗低，傳輸?shù)膹?fù)雜度較低，同時(shí)數(shù)據(jù)速率也較低[2]。利用ZigBee的強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)功能，可以增強(qiáng)系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，?shí)現(xiàn)路燈無(wú)線聯(lián)網(wǎng)。而ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也較為健壯，并且類型多樣，可以采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)和樹型結(jié)構(gòu)。作為電力系統(tǒng)特有通訊方式，PLC可以利用電力線和載波方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)的高速傳輸。相較于其他通信方式，PLC無(wú)需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的重新架設(shè)，可以直接利用現(xiàn)有電力資源進(jìn)行通信。但是，采用PLC需要面臨電力線對(duì)載波信號(hào)的削減租用，并且信號(hào)傳輸將受到配電變壓器的阻隔[3]。采用RS483通信技術(shù)，可以利用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器較好的抵抗共模干擾，所以數(shù)據(jù)傳輸過程中具有較強(qiáng)的的抗干擾能力。RS485傳輸速率較高，能達(dá)到10Mbps，并在1200mm范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)傳輸，總線一般為32個(gè)節(jié)點(diǎn)提供支持，最大能夠?yàn)?56個(gè)節(jié)點(diǎn)提供支持。但是采用該技術(shù)，需要完成屏蔽雙絞線的設(shè)置，因此網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)較為困難。

2.2 云控制中心的實(shí)踐應(yīng)用

在智慧道路照明系統(tǒng)中運(yùn)用LED智能調(diào)光路燈，需要利用云控制中心進(jìn)行道路照明自動(dòng)化監(jiān)控、維護(hù)和管理，以加強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息管理，應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件。利用計(jì)算機(jī)和服務(wù)器設(shè)備，可以完成計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)構(gòu)建，并利用3G網(wǎng)和以太網(wǎng)連接，進(jìn)行路燈現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息的采集和控制，并利用數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行反映。利用.net平臺(tái)的C/S架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)中心用戶操作界面程序的調(diào)用，為云控制中心的操作提供便利。采用遠(yuǎn)程和本地計(jì)算機(jī)等監(jiān)控終端，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。從功能上來(lái)看，通過云控制中心可以對(duì)智慧道路上任意路燈進(jìn)行開關(guān)和調(diào)光控制，并對(duì)路燈運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。結(jié)合數(shù)據(jù)，云控制中心將完成照明策略的制定，同時(shí)進(jìn)行策略執(zhí)行和回滾時(shí)間設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的動(dòng)態(tài)智能化管理。結(jié)合瀘定的經(jīng)緯度坐標(biāo)，云控制中心可以在地圖上進(jìn)行路燈狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示。針對(duì)道路監(jiān)控路燈，可以在云控制中心進(jìn)行信息錄入、修改和刪除等操作，并完成系統(tǒng)各模塊參數(shù)的設(shè)置。在路燈出現(xiàn)故障時(shí)，云控制中心將進(jìn)行短信預(yù)警或郵件預(yù)警，即時(shí)提醒管理人員進(jìn)行故障處理。利用云控制中心，可以進(jìn)行故障路燈位置信息查詢，為路燈維修提供便利。此外，利用云控制中心的用戶管理功能，可以進(jìn)行用戶基本信息的新增、刪除或修改等操作，并對(duì)用戶各類操作的日志等信息進(jìn)行查詢。

3 結(jié)語(yǔ)

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在智慧道路建設(shè)的過程中，可以運(yùn)用LED調(diào)光路燈進(jìn)行道路照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。而采用該種路燈，可以使LED節(jié)能效率得到提高，在道路車流少的時(shí)段通過時(shí)序控制等操作實(shí)現(xiàn)路燈的智能調(diào)光控制，使路燈節(jié)能效率達(dá)到78%以上。采用PLC等通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，也能及時(shí)了解路燈狀態(tài)和道路照明情況，并利用系統(tǒng)進(jìn)行路燈故障自動(dòng)保修管理，保證路面光照度能夠滿足行車要求。

參考文獻(xiàn)

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