基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

張艷紅，修 強(qiáng)，李 強(qiáng)，林 閩

(1. 新疆維吾爾自治區(qū)新能源研究所，烏魯木齊 830011；2. 新疆太陽(yáng)能科技開(kāi)發(fā)公司，烏魯木齊 830011)

0 引言

隨著近年來(lái)“訪民情、惠民生、聚民心”工作的開(kāi)展，普及了用于新農(nóng)村建設(shè)的太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)，推動(dòng)了LED路燈控制器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。但太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)的發(fā)展在取得了良好效果的同時(shí)，也存在一定的應(yīng)用問(wèn)題，具體包括：1)太陽(yáng)能LED路燈的分布較為分散，且位置相對(duì)獨(dú)立，無(wú)法集中控制；2)運(yùn)行數(shù)據(jù)無(wú)記錄，故障判斷困難；3)白天充電、夜間放電，故障排查時(shí)間長(zhǎng)，巡檢工作量大；4)由于天氣、環(huán)境、人為的原因都可能造成太陽(yáng)能LED路燈不亮，故障發(fā)生后難以及時(shí)維修，需多次往返現(xiàn)場(chǎng)、人力成本高。

為了改進(jìn)傳統(tǒng)太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)的諸多不便，研究人員將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，采用無(wú)線控制方式，使太陽(yáng)能LED路燈更智能、更方便[2]。針對(duì)傳統(tǒng)太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)普遍存在的故障判斷困難、巡檢難度大、人力成本高等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)構(gòu)架、硬件設(shè)計(jì)、平臺(tái)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方面，詳細(xì)地介紹了該云控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究過(guò)程。本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)可隨時(shí)掌握太陽(yáng)能LED路燈的運(yùn)行工況，遠(yuǎn)程控制太陽(yáng)能LED路燈的開(kāi)、關(guān)和亮燈時(shí)長(zhǎng)等，可根據(jù)光伏組件的發(fā)電量及路燈的用電量情況判斷太陽(yáng)能LED路燈的運(yùn)行是否正常；可及時(shí)發(fā)現(xiàn)自然環(huán)境對(duì)太陽(yáng)能LED路燈造成的影響(比如：樹(shù)木遮擋、沙塵覆蓋)，并可以及時(shí)通知村委會(huì)(用戶)進(jìn)行處理；對(duì)非自然原因造成的故障，可及時(shí)通知當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)維網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行處理，從而保證太陽(yáng)能LED路燈的壽命和正常使用?；谖锫?lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)大幅提升了太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)的信息化水平，降低了能耗及維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能化控制，使太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)可以更好地服務(wù)于社會(huì)民生及經(jīng)濟(jì)建設(shè)[3]。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的構(gòu)架

基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的設(shè)備主要包括：光伏組件、蓄電池、LED光源、智能太陽(yáng)能恒流一體控制器、智能數(shù)據(jù)采集模塊及信號(hào)接收與集中轉(zhuǎn)發(fā)裝置(即信號(hào)集中器)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的通信模式具體為：

1)底層為太陽(yáng)能LED智能數(shù)據(jù)采集模塊，主要用于采集、讀取太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)將采集的數(shù)據(jù)以無(wú)線透?jìng)骷夹g(shù)ZigBee的無(wú)線自動(dòng)組網(wǎng)模式傳遞給信號(hào)集中器[4]。

2)信號(hào)集中器將每一個(gè)下位數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)集中器地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，信號(hào)集中器數(shù)據(jù)端接收與數(shù)據(jù)采集模塊同為ZigBee無(wú)線組網(wǎng)模式；信號(hào)集中器將獲取的數(shù)據(jù)以GPRS無(wú)線透?jìng)骷夹g(shù)傳送給基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的后臺(tái)，傳送數(shù)據(jù)遵循MODBUS RTU協(xié)議。

3)后臺(tái)根據(jù)信號(hào)集中器編碼數(shù)據(jù)采集模塊地址進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，然后將數(shù)據(jù)保存于數(shù)據(jù)服務(wù)器；在數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算與輸出，并形成完整的太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4)利用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯，同時(shí)通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)閾值，設(shè)定數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)跟蹤預(yù)警與保護(hù)，可有效警示管理人員，及時(shí)處理出現(xiàn)故障指示的太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)；根據(jù)報(bào)警類(lèi)型，通過(guò)數(shù)據(jù)查閱，可初步判定太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的故障問(wèn)題，以便有針對(duì)性地開(kāi)展維修任務(wù)。

另外，該基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的擴(kuò)展性強(qiáng)，可以按實(shí)際應(yīng)用需要添加相應(yīng)的采集模塊和傳感模塊，比如：可添加位移傳感器，實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警功能[5]；可添加照度傳感器，實(shí)現(xiàn)燈具亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)[6]。

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of intelligent lighting cloud control system of solar LED street lights based on Internet of Things

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究

2.1 智能太陽(yáng)能LED恒流一體控制器的設(shè)計(jì)

結(jié)合太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集需求來(lái)設(shè)計(jì)智能太陽(yáng)能LED恒流一體控制器。該智能太陽(yáng)能LED恒流一體控制器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)輸出端口，該輸出端口采用RS485總線通信方式，方便數(shù)據(jù)采集模塊的寫(xiě)入與讀取，同時(shí)可兼容其他同類(lèi)協(xié)議的采集器件。在控制環(huán)節(jié)，采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制策略，該策略已是成熟的技術(shù)方案。同時(shí)，結(jié)合LED光源的需求進(jìn)行半功率調(diào)節(jié)，與原有時(shí)間控制相結(jié)合，達(dá)到基于時(shí)間的半功率調(diào)節(jié)功能，并可根據(jù)蓄電池的儲(chǔ)能量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的智能輸出功率調(diào)整。

由于此部分技術(shù)原理和傳統(tǒng)太陽(yáng)能LED路燈控制器的技術(shù)原理相通，本文不再贅述。

2.2 智能數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)中，智能數(shù)據(jù)采集模塊主要擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。底層?shù)據(jù)采集主要依托ZigBee來(lái)實(shí)現(xiàn)，而太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的布置主要沿城市道路布置，布置距離長(zhǎng)，考慮到ZigBee的底層信號(hào)傳輸衰減與控制精度，在太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)中應(yīng)按照Z(yǔ)igBee的傳輸覆蓋面積進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置，必要時(shí)可增加中間節(jié)點(diǎn)。ZigBee無(wú)線自動(dòng)組網(wǎng)模式如圖2所示。圖中：N為子節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

圖2 ZigBee無(wú)線自動(dòng)組網(wǎng)模式Fig. 2 ZigBee wireless automatic networking mode

每盞太陽(yáng)能LED路燈安裝有智能太陽(yáng)能LED恒流一體控制器，控制器外置有RS485數(shù)據(jù)采集接口，智能數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)ZigBee進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與收發(fā)，每一個(gè)ZigBee單元即為整個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，自組網(wǎng)絡(luò)。子節(jié)點(diǎn)的電路原理主要是利用基于CC2430芯片的ZigBee進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。ZigBee單元節(jié)點(diǎn)采用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，利用全球共用的公共頻率2.4 Hz，具有低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)等顯著優(yōu)勢(shì)[7]。

ZigBee單元節(jié)點(diǎn)電路的典型用法如圖3所示。

2.3 基于CC2430芯片的ZigBee轉(zhuǎn)RS485通信控制的節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)

CC2430芯片的尺寸僅有7 mm×7 mm，集成了ZigBee射頻(RF)前端、內(nèi)存和微控制器。該芯片使用一個(gè)8位微控制單元(MCU)(8051)，具有32/64/128 kB可編程閃存和8 kB的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(主存)(RAM)，還包含模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、定時(shí)器(Timer)、AES-128安全協(xié)處理器、看門(mén)狗定時(shí)器(Watch dog Timer)、32 kHz晶振的休眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路(power on reset)、掉電檢測(cè)電路(brown out detection)，以及21個(gè)可編程I/O引腳[7]，能夠滿足基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)底層基于ZigBee的無(wú)線數(shù)據(jù)的通信。智能太陽(yáng)能LED恒流一體控制器中的ZigBee轉(zhuǎn)RS485通信控制的節(jié)點(diǎn)電路如圖4所示。

2.4 信號(hào)集中器的設(shè)計(jì)

信號(hào)集中器是基于物聯(lián)網(wǎng)的路燈監(jiān)控?zé)o線集中傳輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其能夠通過(guò)下行信道與各盞太陽(yáng)能LED路燈上的智能數(shù)據(jù)采集模塊通信，同時(shí)能夠通過(guò)上行的GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，把智能數(shù)據(jù)采集模塊采集到的太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)數(shù)據(jù)全部上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

通過(guò)信號(hào)集中器和智能數(shù)據(jù)采集模塊，基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)借助GPRS網(wǎng)絡(luò)及1 G以內(nèi)頻段無(wú)線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能LED路燈的遠(yuǎn)程控制，其中主要實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控太陽(yáng)能LED路燈實(shí)時(shí)狀態(tài)，控制開(kāi)、關(guān)燈，太陽(yáng)能LED路燈參數(shù)設(shè)置，故障報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計(jì)分析等功能。

信號(hào)集中器的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是在充分借鑒目前市面上流行的GPRS數(shù)據(jù)采集設(shè)備的基礎(chǔ)上融合了ZigBee[8-9]，底層獲取的太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee接收模塊(采集器)接收，然后傳輸給GPRS數(shù)據(jù)采集設(shè)備；GPRS數(shù)據(jù)采集設(shè)備根據(jù)通信協(xié)議格式，通過(guò)無(wú)線透?jìng)骷夹g(shù)將數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分類(lèi)篩選，通過(guò)基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)組態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)展示與調(diào)取。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)

3.1 平臺(tái)菜單的總體設(shè)計(jì)

在基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)規(guī)范，結(jié)合中國(guó)現(xiàn)有的配套硬件設(shè)施及功能，在進(jìn)行技術(shù)多層面的整合后，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)架進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。整個(gè)云控制平臺(tái)的菜單欄分為遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)分析、基礎(chǔ)信息、系統(tǒng)信息6個(gè)功能標(biāo)簽；每個(gè)功能標(biāo)簽下設(shè)有若干功能浮選框，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)分析進(jìn)行功能區(qū)域劃分與數(shù)據(jù)連接，可方便太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的用戶進(jìn)行后期管理與維護(hù)。

圖3 ZigBee單元節(jié)點(diǎn)電路的典型用法Fig. 3 Typical usage of ZigBee cell node circuit

整個(gè)云控制平臺(tái)的建設(shè)是在互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的物聯(lián)互通與控制，在后期將傾向于對(duì)外開(kāi)放，因此需要兼容不同企業(yè)的太陽(yáng)能LED路燈智能控制模塊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能LED路燈的控制或其他領(lǐng)域亮化設(shè)施的控制與數(shù)據(jù)監(jiān)控。

基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的登錄界面如圖5所示。

圖4 智能太陽(yáng)能LED恒流一體控制器中的ZigBee轉(zhuǎn)RS485通信控制節(jié)點(diǎn)電路Fig. 4 ZigBee to RS485 communication control node circuit in intelligent solar LED constant current integrated controller

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的登錄界面Fig. 5 Login interface of intelligent lighting cloud control system platform of solar LED street lights based on Internet of Things

3.2 菜單的功能設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的菜單欄包括遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)報(bào)表、數(shù)據(jù)分析、基礎(chǔ)信息和系統(tǒng)信息幾部分，其界面如圖6所示。

圖6 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的菜單欄界面Fig. 6 Menu bar interface of intelligent lighting cloud control system platform of solar LED street lights based on Internet of Things

3.2.1 遠(yuǎn)程控制的功能設(shè)計(jì)

“遠(yuǎn)程控制”的子菜單分別設(shè)置有路燈控制、終端控制與連接日志3個(gè)功能標(biāo)簽。

1)在“路燈控制”的子菜單中可以進(jìn)行單盞太陽(yáng)能LED路燈的數(shù)據(jù)設(shè)置與控制，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)同一信號(hào)集中器下所有太陽(yáng)能LED路燈的整體參數(shù)設(shè)置與時(shí)間校準(zhǔn)。

2)通過(guò)終端控制功能可以進(jìn)行太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)下面所屬全部信號(hào)集中器的信息查詢與更新。

3)通過(guò)連接日志功能可以查閱每個(gè)信號(hào)集中器的運(yùn)行狀態(tài)與記錄。方便用戶和維護(hù)人員定期查閱每個(gè)信號(hào)集中器的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)方便調(diào)試人員進(jìn)行太陽(yáng)能LED路燈的參數(shù)修正與控制。

3.2.2 數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)分析的功能設(shè)計(jì)

本云控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)報(bào)表功能，主要是通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并按照數(shù)據(jù)類(lèi)別生成數(shù)據(jù)報(bào)表。數(shù)據(jù)報(bào)表子菜單分為實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表、狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)報(bào)表和報(bào)警歷史管理報(bào)表，可用于太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)工程維護(hù)人員的查閱。

同時(shí)在數(shù)據(jù)報(bào)表功能及數(shù)據(jù)分析功能下設(shè)日能耗、月能耗、年能耗和總能耗幾個(gè)子菜單。這些子菜單對(duì)應(yīng)的功能主要是針對(duì)單盞太陽(yáng)能LED路燈的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，針對(duì)單位時(shí)間段的單盞太陽(yáng)能LED路燈進(jìn)行耗電分析，用戶可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)取某個(gè)時(shí)間段的耗電信息或逐個(gè)調(diào)取該項(xiàng)目的信息，進(jìn)行下載和分析。

3.2.3 基礎(chǔ)信息的功能設(shè)計(jì)

“基礎(chǔ)信息”的子菜單分別設(shè)置設(shè)備管理、終端管理、區(qū)域管理3個(gè)功能標(biāo)簽。

1)設(shè)備管理功能主要用于后臺(tái)添加、刪除設(shè)備，每盞太陽(yáng)能LED路燈都要根據(jù)其控制器和信號(hào)集中器的ID代碼進(jìn)行錄入，并根據(jù)參數(shù)差異進(jìn)行地址更新與寫(xiě)入，才能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的整體控制與太陽(yáng)能LED路燈的單體控制功能。

2)終端管理功能主要針對(duì)單個(gè)信號(hào)集中器進(jìn)行添加與設(shè)置，是基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)平臺(tái)的控制核心。

3)區(qū)域管理功能是用戶根據(jù)工程地點(diǎn)或不同工程編號(hào)自行劃分區(qū)域，便于運(yùn)維管理。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，作為測(cè)試對(duì)象的太陽(yáng)能LED路燈架設(shè)于新疆太陽(yáng)能科技開(kāi)發(fā)公司生產(chǎn)基地，采用額定功率分別為30 W和20 W的LED光源(本文以30 W的LED光源進(jìn)行分析)。本次測(cè)試為該云控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案成型后的首次測(cè)試，目的是測(cè)試無(wú)線信號(hào)、GPRS透?jìng)鳌⑽锫?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)解析，以及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)整合效果。實(shí)驗(yàn)測(cè)試的實(shí)景圖如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)測(cè)試的實(shí)景圖Fig. 7 Photos of experimental test

在遠(yuǎn)程監(jiān)控下，基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)每盞太陽(yáng)能LED路燈的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)并實(shí)施遠(yuǎn)程控制。以2020年5月1日11:00監(jiān)測(cè)的墨玉縣薩依巴格鄉(xiāng)烏尊阿熱勒村村委會(huì)門(mén)口的11盞太陽(yáng)能LED路燈為例，該批太陽(yáng)能LED路燈的系統(tǒng)配置為100 W的光伏組件、12V/80Ah的蓄電池、30 W的LED光源。遠(yuǎn)程監(jiān)控下11盞太陽(yáng)能LED路燈的運(yùn)行狀態(tài)如表1所示。

表1 遠(yuǎn)程監(jiān)控下11盞太陽(yáng)能LED路燈的運(yùn)行狀態(tài)Table 1 Operation status of 11 solar LED street lights under remote monitoring

從表1可以看出：太陽(yáng)能LED路燈light-01～light-09的充電電流只有0.29～0.40 A，而正常運(yùn)行狀態(tài)下太陽(yáng)能LED路燈的充電電流應(yīng)在1.0～5.0 A；light-10和light-11的蓄電池電壓偏低，已經(jīng)處于過(guò)放狀態(tài)，充電電流為零，該太陽(yáng)能LED路燈運(yùn)行異常，處于警示狀態(tài)。由于每年3月中旬到5月中旬這段時(shí)間當(dāng)?shù)氐母m揚(yáng)沙天氣多，因此判斷l(xiāng)ight-01～light-09的充電電流低是因?yàn)楣夥M件被塵土遮蓋嚴(yán)重，應(yīng)通知村委會(huì)及時(shí)清洗光伏組件。而對(duì)于light-10～light-11，通過(guò)遠(yuǎn)程控制切斷了其LED光源的輸出，并通知運(yùn)維人員及時(shí)排除故障，在故障排除后再恢復(fù)運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果表明：1)基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)可以滿足夜間道路照明需求；2)通過(guò)無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸終端節(jié)點(diǎn)工作參數(shù)數(shù)據(jù)供上位機(jī)顯示，達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)控太陽(yáng)能LED路燈運(yùn)行狀態(tài)的目的；3)通過(guò)操作上位機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能LED路燈運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整，并且能及時(shí)發(fā)現(xiàn)損壞的太陽(yáng)能LED路燈的地理位置，以最快的速度對(duì)其進(jìn)行維修；4)通過(guò)系統(tǒng)可以記錄數(shù)據(jù)及查看歷史數(shù)據(jù)，并且能快速地檢測(cè)蓄電池的欠壓狀況及欠壓時(shí)間[10]。

基于以上測(cè)試結(jié)果，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)不但可以很好地實(shí)現(xiàn)道路照明應(yīng)用，達(dá)到節(jié)能效果，而且能滿足道路照明智能化監(jiān)測(cè)、運(yùn)維的需要，可實(shí)時(shí)掌握每一盞太陽(yáng)能LED路燈的運(yùn)行狀態(tài)，方便維護(hù)人員進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能化控制[10]。

新疆維吾爾自治區(qū)新能源研究所作為“南疆四地州鄉(xiāng)村綠色照明項(xiàng)目”的運(yùn)維單位之一，在南疆大面積推廣基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)，采用該云控制系統(tǒng)后，可通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析，有效及時(shí)地判斷和反饋基層道路照明工程中單盞太陽(yáng)能LED路燈的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)查閱太陽(yáng)能LED路燈實(shí)時(shí)報(bào)警信息，可以動(dòng)態(tài)掌握太陽(yáng)能LED路燈的歷史運(yùn)行狀態(tài)；根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)綜合分析，可以判斷太陽(yáng)能LED路燈的故障類(lèi)型及產(chǎn)生故障的原因，為后期太陽(yáng)能LED路燈的維護(hù)提供便利。基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)將成為新疆維吾爾自治區(qū)建設(shè)小康社會(huì)的亮點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的示范應(yīng)用實(shí)景圖如圖8所示。

圖8 基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)的示范應(yīng)用實(shí)景圖Fig. 8 Photos of demonstration and application of solar LED street lights intelligent lighting cloud control system based on Internet of Things

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)，具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、在線監(jiān)控、智能控制功能，可隨時(shí)掌握太陽(yáng)能LED路燈智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行工況，減少了傳統(tǒng)太陽(yáng)能LED路燈照明系統(tǒng)維護(hù)方式的中間環(huán)節(jié)，維護(hù)效率更高，并節(jié)約了大量的人力資源；同時(shí)，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池、光伏組件、控制器的故障問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)，減少設(shè)備損壞，避免個(gè)人和國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失。在未來(lái)5年內(nèi)，隨著我國(guó)智能制造行業(yè)的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽(yáng)能LED路燈智能照明云控制系統(tǒng)將成為我國(guó)城市與新農(nóng)村建設(shè)亮化工程中不可或缺的重要設(shè)施。