基于物聯(lián)網(wǎng)的廠(chǎng)區路燈模擬控制系統

廠(chǎng)區路燈控制系統設計的目的，一是能夠滿(mǎn)足正常使用的需要，在夜間車(chē)輛、行人通過(guò)廠(chǎng)區道路時(shí)提供必需的照度，確保安全； 二是節約電能，安裝、使用可靠方便，能夠延長(cháng)用電設備及燈具的使用壽命，減少維護費用。

　　傳統的廠(chǎng)區照明路燈控制系統一般采用時(shí)間控制、光照控制等方式，存在路燈使用壽命短、管理開(kāi)銷(xiāo)大、無(wú)法遠程監控以及故障維修反應效率低等現象。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并結合微控制器技術(shù)，設計了一種無(wú)線(xiàn)路燈控制模塊，使每一盞路燈都能遙控、遙測和遙信，實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )化的路燈智能控制。同時(shí)在設計系統時(shí)簡(jiǎn)化了對城市照明路燈的多樣化、多色彩等復合功能要求，既能滿(mǎn)足廠(chǎng)區夜間照明安全和降低運行費用的要求，又考慮了節省系統開(kāi)發(fā)成本、現場(chǎng)易于安裝。

　　1.系統結構及工作原理

　　系統由集中控制器和單元控制器兩部分組成，其結構如圖1 所示。集中控制器安裝于廠(chǎng)區路燈控制室，包括無(wú)線(xiàn)通信模塊、MCU 模塊、時(shí)鐘模塊、聲光報警模塊、顯示模塊及鍵盤(pán)等部分。

　　單元控制器安裝在每個(gè)路燈的燈柱上，分為信號檢測模塊、MCU 模塊、遠程通信模塊和故障檢測模塊四個(gè)部分。

　　圖1 系統總體結構框圖

　　集中控制器向單元控制器發(fā)送時(shí)鐘控制的開(kāi)/關(guān)燈信號、自動(dòng)/手動(dòng)控制信號等信息，并能收到來(lái)自單元控制器的路燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)、消耗功率及故障診斷等信息。單元控制器作為控制終端接收集中控制器通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送的控制路燈開(kāi)關(guān)時(shí)間段設定的指令，也可以采集廠(chǎng)區是否有人或車(chē)輛通過(guò)、環(huán)境光亮度以及路燈故障等信息，以此作出路燈打開(kāi)/關(guān)閉、路燈點(diǎn)亮的程度以及路燈故障報警等指令，實(shí)現按需而控。

　　2.通信網(wǎng)絡(luò )及MCU 模塊的選擇

　　2.1. 通信網(wǎng)絡(luò )

　　無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)方便、布局容易并且維護簡(jiǎn)單，已逐步應用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域?？梢圆捎米约航M建無(wú)線(xiàn)專(zhuān)網(wǎng)的通信方式，也可以選擇利用已有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的通信方式。

　　對于廠(chǎng)區路燈控制而言，自己組網(wǎng)建設費用過(guò)高。移動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )信號覆蓋范圍廣、數據傳輸可靠，利用其現有網(wǎng)絡(luò )基礎的閑置能力就可以滿(mǎn)足廠(chǎng)區路燈控制系統信息傳輸的要求。

　　GSM 和GPRS 是無(wú)線(xiàn)通信的兩種方式。GSM 短信通信實(shí)時(shí)性差、信息量受限； GPRS 是基于GSM 系統的無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，具有傳輸速率高、實(shí)時(shí)性好及永遠在線(xiàn)的特點(diǎn)，而且GPRS 通信按流量計費，廠(chǎng)區路燈與城市路燈不同，照明燈具節點(diǎn)數量不多，結合經(jīng)濟效益考慮以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，選用GPRS通信方式。

　　2.2. MCU 模塊

　　微處理器（ Micro Controller Unit，MCU） 實(shí)現對數據進(jìn)行運算、處理、存儲及通信等功能，是系統的大腦。選擇芯片時(shí)主要是從微處理器的基本性能參數、增強功能、存儲介質(zhì)和適用環(huán)境等方面進(jìn)行考慮。本次設計中選擇ATMEL 公司的ATmega64 作為集中控制器和單元控制器中的MCU 模塊。

　　ATmega64 是一款高性能低功耗的8 位微處理器，數據吞吐率高達1 MIPS /MHz，具有64 KB 的Flash、2 KB 的E2PROM，擦寫(xiě)次數可達10 萬(wàn)次，可用來(lái)存儲路燈的各種設定參數和狀態(tài)信息，直接驅動(dòng)液晶顯示模塊，并帶有多路輸入輸出口，方便與鍵盤(pán)、報警器等輸入輸出裝置連接，且編程簡(jiǎn)單。