基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統

引言

我國的城市照明伴隨著(zhù)我國城市化進(jìn)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(wèn)題。

據調查，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(wèn)題，研究路燈節能控制系統，推動(dòng)路燈照明節能節電，將對綠色照明的全面發(fā)展起到積極的推進(jìn)作用。

1、當前路燈照明系統存在的不足

現代社會(huì )，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(lái)了一些問(wèn)題。能源耗費已經(jīng)成為制約當前路燈系統發(fā)展的關(guān)鍵所在。

1.1 電壓波動(dòng)大---運行浪費

由于電網(wǎng)負荷的變化隨著(zhù)時(shí)段的不同而不同，因此，相應的電壓波動(dòng)也較大。在行人和車(chē)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(dòng)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(xiàn)路損耗大---線(xiàn)路浪費

路燈的供電線(xiàn)路較長(cháng)，功率低，因此線(xiàn)路損耗較大;同時(shí)，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(guò)大的零序電流，零點(diǎn)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(xiàn)路控制都較為簡(jiǎn)單，不能監視、記錄和統計操作結果，設備異常的發(fā)現依賴(lài)于人工巡視。發(fā)現故障不及時(shí)，處理故障的效率也不高，最終導致了人力和物力的浪費。

為了解決路燈系統存在的問(wèn)題，具有節能、環(huán)保、長(cháng)壽等優(yōu)點(diǎn)的LED路燈受到了低碳社會(huì )的高度重視。研究和開(kāi)發(fā)LED路燈節能控制系統，提高資源利用率，節省能耗，成為了路燈節能的重中之重。

2、基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統

基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統可以對LED路燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監控，同時(shí)檢測和收集LED路燈的各個(gè)參數信息。LED路燈的各類(lèi)參數信息(開(kāi)關(guān)狀態(tài)，電流、電壓、亮度、溫度等)經(jīng)由LED路燈周邊的無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)實(shí)時(shí)的傳輸到監控中心。系統據此設計維修計劃并發(fā)出警報，通知進(jìn)行故障處理，節約了人力成本，提高了故障處理的效率，實(shí)現了路燈管理的智能化。

基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統具有以下優(yōu)勢：①無(wú)線(xiàn)方式組網(wǎng)，不需要布線(xiàn)，擴展靈活，且不占用空間;②容易被采用，實(shí)施快捷方便，不影響道路環(huán)境;③監管高效便捷，設備故障處理效率高，降低了路燈的能耗。

基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統提高了能源利用率、節約了一定的能源成本。在幫助照明系統節省大量用電量的同時(shí)，延長(cháng)了照明燈具的使用壽命。

基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統主要由監控中心、子網(wǎng)控制器和LED路燈監控器三個(gè)部分組成。系統構成如圖1所示。

圖1 基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統構成

3.1 LED路燈監控器

LED路燈監控器的心臟是單片機，它負責數據的處理，是監控器的數據中心。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(lèi)參數，接受子網(wǎng)控制器的監控命令。

LED路燈監控器對開(kāi)關(guān)狀態(tài)及采集、亮度調節、電流、溫度、電壓采集等進(jìn)行控制。LED路燈監控器分為外掛式和模塊式，滿(mǎn)足不同的使用需求。LED路燈監控器如圖2所示。

圖2 LED路燈監控器

3.2 子網(wǎng)控制器的設計

子網(wǎng)控制器位于監控中心和LED路燈監控器之間，分別以不同的方式與系統中心和路燈監控器通信。它運用Zigbee通訊協(xié)議，下達系統中心的命令，同時(shí)反饋LED路燈監控器的監控情況。子網(wǎng)控制器負責處理本子網(wǎng)內的所有事務(wù)，包括監控LED路燈監控器運行狀態(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。單片機接收監控中心的各類(lèi)命令，上報LED路燈監控器的參數值。同時(shí)，它通過(guò)Zigbee射頻模塊來(lái)發(fā)送監控命令。

3.3 監控中心

監控中心的主要功能是對LED路燈監控器進(jìn)行監控和遠程數據訪(fǎng)問(wèn)，包括配置參數，發(fā)送監控命令、收集LED路燈的狀態(tài)等。LED路燈照明時(shí)間和開(kāi)關(guān)的設定可以隨著(zhù)路段日照情況和人車(chē)流量的變化而變化，既滿(mǎn)足了照明的需要，也節約了能耗。監控中心的功能由以下幾個(gè)模塊來(lái)實(shí)現：

數據管理模塊。數據管理模塊主要進(jìn)行數據的應用管理，是整個(gè)系統的核心。數據管理模塊對系統的運行和配置數據進(jìn)行管理，包括路燈監控器數據的管理、系統運行狀態(tài)數據和其它配置數據的管理等。

主界面模塊。主界面模塊主要由監控管理、數據顯示和控制面板等組成。將數據以圖形化的方式形象直觀(guān)地展示出來(lái)，為用戶(hù)提供整個(gè)LED路燈的實(shí)時(shí)監控。同時(shí)，用戶(hù)可根據自己的需求來(lái)配置和管理系統。

數據庫模塊。數據庫模塊主要負責系統的數據存儲和操作。系統可以根據需要隨時(shí)調用和回放數據庫中存儲的歷史數據，為其他模塊的功能執行和分析提供支撐。

用戶(hù)管理模塊。用戶(hù)管理模塊主要負責系統中用戶(hù)賬戶(hù)的管理，包括賬戶(hù)的注冊、登入和修改，不同用戶(hù)權限的設定和授權，嚴格控制用戶(hù)對系統的修改，實(shí)現系統運行的安全和穩定。

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，保證數據的通信。它是軟件系統的對外接口，通過(guò)與底層中心控制的數據交互，最終實(shí)現用戶(hù)對底層硬件的控制。

4 、結語(yǔ)

基于無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的LED路燈節能控制系統提高了路燈管理和故障處理的效率，降低了路燈的能耗，節省了電力，延長(cháng)了照明燈具的使用壽命，節約了能源成本和照明費用，為城市的照明做出了貢獻。

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