使用無線傳感技術進行LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設計資料詳細說明

我國的城市照明伴隨著我國城市化進程的加速，得到了快速的發(fā)展。但是，城市照明發(fā)展中的能源需求和消耗也在不斷加大?？傮w上看，綠色照明工作還存在高能耗、高污染、低效率等問題。

據(jù)調查，我國當前的路燈以低效照明為主，電能利用率低。

針對照明中存在的污染嚴重、電能浪費、能耗密度高、照明效能低等問題，研究路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，推動路燈照明節(jié)能節(jié)電，將對綠色照明的全面發(fā)展起到積極的推進作用。

1 當前路燈照明系統(tǒng)存在的不足

現(xiàn)代社會，成為城市魅力名片和窗口的路燈照明，締造了輝煌絢麗的城市文明，也帶來了一些問題。能源耗費已經(jīng)成為制約當前路燈系統(tǒng)發(fā)展的關鍵所在。

1.1 電壓波動大---運行浪費

由于電網(wǎng)負荷的變化隨著時段的不同而不同，因此，相應的電壓波動也較大。在行人和車輛較多的上半夜，電壓較低，亮度較暗;而下半夜則異常明亮，這是由于電網(wǎng)負荷的變化而導致電壓上升所致。較大的電壓波動增加了電、熱的轉換比值，降低了燈具的效率，造成電能的浪費。

1.2 線路損耗大---線路浪費

路燈的供電線路較長，功率低，因此線路損耗較大;同時，一般220 V單相電壓供電的路燈，三相不平衡情況較為嚴重，因此將造成過大的零序電流，零點位移，從而加大了電路的損耗。

1.3 管理方式粗放---間接浪費

當前，路燈照明的線路控制都較為簡單，不能監(jiān)視、記錄和統(tǒng)計操作結果，設備異常的發(fā)現(xiàn)依賴于人工巡視。發(fā)現(xiàn)故障不及時，處理故障的效率也不高，最終導致了人力和物力的浪費。

為了解決路燈系統(tǒng)存在的問題，具有節(jié)能、環(huán)保、長壽等優(yōu)點的LED路燈受到了低碳社會的高度重視。研究和開發(fā)LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，提高資源利用率，節(jié)省能耗，成為了路燈節(jié)能的重中之重。

2 基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)

基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可以對LED路燈的開關狀態(tài)進行實時的監(jiān)控，同時檢測和收集LED路燈的各個參數(shù)信息。LED路燈的各類參數(shù)信息（開關狀態(tài)，電流、電壓、亮度、溫度等）經(jīng)由LED路燈周邊的無線傳感節(jié)點實時的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)據(jù)此設計維修計劃并發(fā)出警報，通知進行故障處理，節(jié)約了人力成本，提高了故障處理的效率，實現(xiàn)了路燈管理的智能化。

基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：①無線方式組網(wǎng)，不需要布線，擴展靈活，且不占用空間;②容易被采用，實施快捷方便，不影響道路環(huán)境;③監(jiān)管高效便捷，設備故障處理效率高，降低了路燈的能耗。

基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)提高了能源利用率、節(jié)約了一定的能源成本。在幫助照明系統(tǒng)節(jié)省大量用電量的同時，延長了照明燈具的使用壽命。

3 系統(tǒng)總體設計

基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、子網(wǎng)控制器和LED路燈監(jiān)控器三個部分組成。系統(tǒng)構成如圖1所示。

圖1 基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)構成

3.1 LED路燈監(jiān)控器

LED路燈監(jiān)控器的心臟是單片機，它負責數(shù)據(jù)的處理，是監(jiān)控器的數(shù)據(jù)中心。電壓、電流、溫度傳感器采集電流、電壓、溫度值，繼電器則控制LED路燈的狀態(tài)，然后將信息輸送到單片機，單片機和Zigbee射頻模塊通信，向子網(wǎng)控制器報送LED路燈的各類參數(shù)，接受子網(wǎng)控制器的監(jiān)控命令。

LED路燈監(jiān)控器對開關狀態(tài)及采集、亮度調節(jié)、電流、溫度、電壓采集等進行控制。LED路燈監(jiān)控器分為外掛式和模塊式，滿足不同的使用需求。LED路燈監(jiān)控器如圖2所示。

圖2 LED路燈監(jiān)控器

3.2 子網(wǎng)控制器的設計

子網(wǎng)控制器位于監(jiān)控中心和LED路燈監(jiān)控器之間，分別以不同的方式與系統(tǒng)中心和路燈監(jiān)控器通信。它運用Zigbee通訊協(xié)議，下達系統(tǒng)中心的命令，同時反饋LED路燈監(jiān)控器的監(jiān)控情況。子網(wǎng)控制器負責處理本子網(wǎng)內的所有事務，包括監(jiān)控LED路燈監(jiān)控器運行狀態(tài)和控制信號、處理報警等。

單片機、GPRS/3G和Zigbee射頻模塊組成了子網(wǎng)控制器。單片機是子網(wǎng)控制器的核心。單片機接收監(jiān)控中心的各類命令，上報LED路燈監(jiān)控器的參數(shù)值。同時，它通過Zigbee射頻模塊來發(fā)送監(jiān)控命令。

3.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心的主要功能是對LED路燈監(jiān)控器進行監(jiān)控和遠程數(shù)據(jù)訪問，包括配置參數(shù)，發(fā)送監(jiān)控命令、收集LED路燈的狀態(tài)等。LED路燈照明時間和開關的設定可以隨著路段日照情況和人車流量的變化而變化，既滿足了照明的需要，也節(jié)約了能耗。監(jiān)控中心的功能由以下幾個模塊來實現(xiàn)：

數(shù)據(jù)管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要進行數(shù)據(jù)的應用管理，是整個系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)管理模塊對系統(tǒng)的運行和配置數(shù)據(jù)進行管理，包括路燈監(jiān)控器數(shù)據(jù)的管理、系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和其它配置數(shù)據(jù)的管理等。

主界面模塊。主界面模塊主要由監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)顯示和控制面板等組成。將數(shù)據(jù)以圖形化的方式形象直觀地展示出來，為用戶提供整個LED路燈的實時監(jiān)控。同時，用戶可根據(jù)自己的需求來配置和管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫模塊。數(shù)據(jù)庫模塊主要負責系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和操作。系統(tǒng)可以根據(jù)需要隨時調用和回放數(shù)據(jù)庫中存儲的歷史數(shù)據(jù)，為其他模塊的功能執(zhí)行和分析提供支撐。

用戶管理模塊。用戶管理模塊主要負責系統(tǒng)中用戶賬戶的管理，包括賬戶的注冊、登入和修改，不同用戶權限的設定和授權，嚴格控制用戶對系統(tǒng)的修改，實現(xiàn)系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定。

通信管理模塊。通信管理模塊主要負責通信接口的配置和管理，保證數(shù)據(jù)的通信。它是軟件系統(tǒng)的對外接口，通過與底層中心控制的數(shù)據(jù)交互，最終實現(xiàn)用戶對底層硬件的控制。

4 結語

基于無線傳感技術的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)提高了路燈管理和故障處理的效率，降低了路燈的能耗，節(jié)省了電力，延長了照明燈具的使用壽命，節(jié)約了能源成本和照明費用，為城市的照明做出了貢獻。