風(fēng)光互補智能照明系統(tǒng)的設(shè)計

□賴 程 耿 麗 張亞紅

一、基于智能手機藍(lán)牙控制的風(fēng)光互補照明系統(tǒng)

在我國提出建設(shè)資源節(jié)約型社會發(fā)展的目標(biāo)下，構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟模式的風(fēng)光互補智能照明系統(tǒng)，可有效解決城市供電緊張問題，將風(fēng)能與太陽能作為供電電源，不采用開溝埋線的方式，直接通過獲取能源轉(zhuǎn)換成電能，不需從常規(guī)電網(wǎng)中獲取能源，可便于安裝、實現(xiàn)綠色環(huán)保、安全無隱患等供電系統(tǒng)開發(fā)，在當(dāng)下城市發(fā)展中具有較強的社會效益與經(jīng)濟效益。不過為確保路燈工作正常使用，且處于最優(yōu)狀態(tài)，必須要對路燈的實時控制情況進(jìn)行自動化與智能監(jiān)控管理，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以，傳統(tǒng)的獨立式的燈光路燈已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化居民的照明要求，無論是校園、城市照明系統(tǒng)，還是家用照明系統(tǒng)，都朝著智能化、自動化控制的方向?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)改進(jìn)?；贏ndroid手機藍(lán)牙的無線模塊實現(xiàn)路燈照明系統(tǒng)的智能化控制，可有效通過被控端的HC-05藍(lán)牙接受模塊，再在MSP430單片機上實現(xiàn)對繼電器模塊的通、斷控制，從而做到實現(xiàn)智能控制端照明臺燈的通電和斷電。系統(tǒng)由MSP430單片機、藍(lán)牙模塊、風(fēng)光互補電源電路及繼電器模塊組成，在實現(xiàn)Android系統(tǒng)和單片機之間的無線藍(lán)牙通信基礎(chǔ)上，對開關(guān)進(jìn)行精準(zhǔn)、靈敏度高的環(huán)境反應(yīng)，可有效解決監(jiān)控管理方式落后以及安全性能較低等問題。

本系統(tǒng)分為兩個部分，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，一是遙控部分Android手機端和功能部分智能控制端。遙控部分是以手機的Android系統(tǒng)所支持的藍(lán)牙功能，通過核心控制MSP430單片機、藍(lán)牙通訊模塊、風(fēng)光互補電源部分電路和繼電器開關(guān)模塊等部分，對功能部分實現(xiàn)智能控制，構(gòu)建照明智能反應(yīng)系統(tǒng)。二是軟件部分，由上位機Android系統(tǒng)JAVA控制程序和下位機單片機程序構(gòu)成，通過上位機程序調(diào)用Android手機端的藍(lán)牙API接口，對內(nèi)部藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，控制數(shù)據(jù)傳輸和處理。然后藍(lán)牙模塊收到串口數(shù)據(jù)，智能控制單片機按照下位機程序執(zhí)行命令輸出，從而實現(xiàn)光耦合可控硅開關(guān)的閉合與開啟。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，供電部分是采用風(fēng)光互補直流的12V蓄電池進(jìn)行充電，并用降壓模塊將12V直流電變?yōu)?.3V和5V直流電供電給LED燈照明系統(tǒng)，除卻風(fēng)力發(fā)電組件，光伏組件，以及蓄電池組以外，還有智能控制器以及網(wǎng)關(guān)、單片機、藍(lán)牙和繼電器模塊。所以，基Android手機端的藍(lán)牙模塊構(gòu)建風(fēng)光互補路燈照明智能系統(tǒng)的設(shè)計，利用智能手機的藍(lán)牙模塊實現(xiàn)智能化系統(tǒng)開發(fā)，可有效實現(xiàn)對供明系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)化、科學(xué)性控制，便于系統(tǒng)照明體系的智能化控制。

圖1 風(fēng)光互補照明系統(tǒng)示意圖

二、風(fēng)光互補智能照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

風(fēng)光互補智能照明控制系統(tǒng)重要硬件為控制器、網(wǎng)關(guān)，在Android手機藍(lán)牙的無線模塊的基礎(chǔ)構(gòu)建智能照明系統(tǒng)，先要設(shè)計好路燈控制器，確保控制器與智能手機藍(lán)牙模塊連接，且控制器受整個智能化照明系統(tǒng)的控制。故而在智能路燈控制器設(shè)計中，需要對照明系統(tǒng)的發(fā)電裝置、蓄電池供放電、路燈照明開閉等進(jìn)行智能化控制，依據(jù)光伏與風(fēng)力發(fā)電的原理，風(fēng)光互補路燈的控制系統(tǒng)，應(yīng)選擇微處理器模塊、發(fā)電設(shè)備發(fā)電以及控制控制管理模塊的三大部分，然后依據(jù)照明路燈的供電輸出與輸入功率的調(diào)整，實現(xiàn)對負(fù)載輸出的驅(qū)動控制模塊監(jiān)管。

因此在智能照明系統(tǒng)硬件設(shè)計中，應(yīng)該用智能路燈控制器，當(dāng)外界氣象條件滿足設(shè)備發(fā)電要求，以發(fā)電設(shè)備發(fā)電為主，通過整流、恒壓或者是升壓監(jiān)測后，對蓄電池組進(jìn)行監(jiān)測控制，實現(xiàn)放電保護(hù)、過充電保護(hù)以及短路保護(hù)等；等控制節(jié)點自動接入Android手機藍(lán)牙的無線模塊，就可以通過藍(lán)牙對路燈供電進(jìn)行指令輸送，從而控制路燈的工作狀態(tài)以及獲取工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對路燈照明的遠(yuǎn)程控制，用LED燈的開燈與關(guān)燈調(diào)整控制機制，對太陽能電池板的朝向角度進(jìn)行實時控制。其中蓄電池的剩余電量監(jiān)測，也是智能正常工作狀態(tài)的監(jiān)測目標(biāo)之一，針對風(fēng)機與太陽能板進(jìn)行預(yù)期發(fā)電效益調(diào)整，通過預(yù)測發(fā)電效率的放點時間、設(shè)置好光源亮度，以最長化的照明時間為準(zhǔn)，實現(xiàn)對電源供給來源的調(diào)整，若是發(fā)電設(shè)備無法滿足LED照明負(fù)載需求，就控制蓄電池放點，當(dāng)光能不足就轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)力發(fā)電，光能與風(fēng)能氣象條件都滿足時，則以光能優(yōu)先，通過充放電機制提高蓄電池的電量。

基于Android手機端的智能照明系統(tǒng)設(shè)計中，由上位機程序調(diào)用藍(lán)牙API接口，通過內(nèi)部藍(lán)牙設(shè)備和能源應(yīng)用的操作，對路燈控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與智能放電控制。智能控制器主要是從采用光控與時控方式，對燈的點亮與熄滅進(jìn)行實時監(jiān)控與管理，天亮后關(guān)閉路燈電源，在滿足氣象條件下實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的電源轉(zhuǎn)換，在風(fēng)力較強的地區(qū)以風(fēng)力發(fā)電為主，在光能優(yōu)質(zhì)的地區(qū)以太陽能發(fā)電為主，將供電系統(tǒng)連接在兩個供電設(shè)備中，便于通過控制器進(jìn)行集中路燈供電控制。

三、結(jié)語

綜上所述，在Android手機端藍(lán)牙模塊的基礎(chǔ)上實現(xiàn)風(fēng)光互補路燈的智能照明系統(tǒng)設(shè)計，必須要在藍(lán)牙通信助手APP軟件與風(fēng)光互補控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行家用藍(lán)牙設(shè)備與抗干擾設(shè)備的安裝，實現(xiàn)對燈狀態(tài)的分布式自動監(jiān)控，確保風(fēng)光互補路燈的工作狀態(tài)保持在最優(yōu)化管理水平。