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        太陽能LED路燈的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)*

        2011-08-08 06:53:48龍興明周靜
        照明工程學報 2011年6期
        關鍵詞:單片機系統(tǒng)

        龍興明 周靜

        (1.重慶市高校光學工程市級重點實驗室,重慶師范大學 400047;2.輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室,重慶大學 400044)

        1 引言

        太陽能發(fā)電和發(fā)光二極管 (LED)是高效環(huán)保的半導體光電和電光轉換器件。太陽能LED路燈系統(tǒng)是理想的零碳排放照明系統(tǒng),相對于傳統(tǒng)路燈照明,它具有節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長等優(yōu)點,太陽能LED路燈系統(tǒng)已被列為各國實施節(jié)能減排的重要措施之一[1]。

        路燈控制系統(tǒng)的開發(fā)和使用一直備受關注。路燈控制系統(tǒng)有利于提高道路照明質量,降低能耗,實現(xiàn)照明的高效管理。國內外的路燈控制系統(tǒng)主要有[2]~[3]:①單一的光強控制加時間控制方式;②采用電力載波通信技術的計算機集中控制;③采用GPRS通信和數字信號處理芯片的遠程路燈控制。其中,基于GPRS通信和電流載波相結合的遠程控制方式是當前路燈控制發(fā)展的主要趨勢。然而,太陽能LED路燈的控制系統(tǒng)雖然可以采用成熟的路燈管理方法,但是無法滿足太陽能發(fā)電的非線性電壓-電流特性檢測、LED數字化光源以及未來電價實時預測調度的需要。因此,本文設計并實現(xiàn)了一種針對太陽能LED路燈系統(tǒng)的智能監(jiān)控系統(tǒng)。

        2 工作原理

        計算機 (PC)通過MATLAB上位軟件由GPRS模塊或手機短信方式發(fā)送控制命令,太陽能LED路燈系統(tǒng)的GPRS模塊接收到控制命令后,由單片機進行命令解析,一方面完成脈寬調制 (PWM)占空比的設定,另一方面可以采集系統(tǒng)中LED結溫、太陽能板工作溫度、太陽能電池的發(fā)電電壓和電流、蓄電池狀態(tài),并通過GPRS網絡返回PC控制端或手機端,系統(tǒng)框圖如圖1所示。

        圖1 總體系統(tǒng)結構方框圖

        圖2 GPRS通信電路

        當用戶由上位機的MATLAB可視化數據處理軟件,設置相應命令和和數據后,經過USB/COM口轉換電路,由GPRS模塊進行上位機命令幀的發(fā)送;此時,下位機或第n個路燈由另一個GPRS模塊接收到相應命令幀后,經過HT46RU232單片機進行命令解析,完成LED陣列驅動的PWM恒流控制,以及太陽能電池、LED陣列和蓄電池等電壓、電流和溫度等物理量的采集及發(fā)送。

        圖3 路燈系統(tǒng)的單片機控制和采集電路

        圖4 軟件流程

        3 單元電路及軟件流程

        根據圖1的系統(tǒng)方框圖,各基本單元的電路原理及軟件流程如下:

        3.1 GPRS通信基本電路

        太陽能LED路燈控制系統(tǒng)的數據通訊主要由圖2所示的GPRS通信電路完成。其中,圖2(a)的CH341A芯片電路主要完成計算機USB接口和SIM 300模塊COM(或RS232串口)數據接口的電平匹配,而具體數據的發(fā)送和接收由SIM 300型GPRS模塊實現(xiàn)。

        3.2 HT46RU232單片機電路測控電路

        HT46RU232單片機負責整個路燈系統(tǒng)的GPRS命令幀解析和打包、PWM信號產生、太陽能電池輸出電壓和電流測量、LED陣列結溫測量等功能,其原理圖如圖3(a)所示。另外,HT46RU232單片機PWM輸出信號經過LT3474 DC/DC電路進行功率放大,實現(xiàn)恒流驅動的LED PWM控制,完成亮度的調節(jié)。

        3.3 軟件流程

        太陽能LED路燈系統(tǒng)的測控功能具體由HT46RU232單片機C語言軟件編程和PC的MATLAB軟件編程具體實現(xiàn),相應流程圖如4圖所示。

        圖5 太陽能LED路燈系統(tǒng)的實驗原型

        圖6 PC機MATLAB測試界面

        4 實驗原型及測試結果

        根據上述原理及單元電路,搭建的太陽能LED路燈實驗原型如圖5所示。

        打開基于MATLAB的PC機控制界面 (如圖6(a)),進行串口配置 (波特率115200)后,利用google地圖查詢和選擇 (如圖3(b))所需控制的路燈,進行 LED路燈亮度調節(jié)的控制 (如圖6(c)),以及進行太陽能電池電壓和電流,LED結溫和外界照度等查詢 (如圖3(d))。

        圖7給出了控制系統(tǒng)的設置及其狀態(tài)變量查詢結果 (如太陽能板的充電電壓、溫度等),另外,通過MATLAB強大的圖像和數據處理工具箱,容易獲得如圖7(b)所示的可視化效果。

        圖7 實測結果

        5 結論

        本文通過利用GPRS遠程技術、MATLAB軟件編程技術和HT46RU232單片機技術實現(xiàn)了太陽能LED路燈系統(tǒng)的智能監(jiān)控,提升了LED路燈的智能化,降低管理成本,并有利于太陽能LED路燈的進一步節(jié)能減排。

        [1]陳尚伍,陳敏,錢照明.高亮度 LED太陽能路燈照明系統(tǒng).電力電子技術,2006,40(6):43~45.

        [2]Long,X.,Liao,R.,and Zhou,J.. Development of street lightingsystem-based novelhigh-brightnessLED modules.IET Optoelectronics,2009,3(1):40 ~46.

        [3]羅德塔,王志新,張華強.風光互補路燈無線監(jiān)控系統(tǒng)的設計.自動化儀表,2010,31(3):53~56.

        [4]王志斌,谷越.基于LT3476水冷散熱人體感應式LED照明系統(tǒng)的設計.照明工程學報,2010,21(5):89~94.

        [5]于軍,刑永中,鶴壁.模擬路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設計.照明工程學報,2010,21(2):54~59,65.

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