曾力

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

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一種智慧城市路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曾力

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院

為了響應(yīng)“智慧城市”主題的號(hào)召，以及針對(duì)目前城市照明不合理的現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)采用了路燈控制器、路燈節(jié)點(diǎn)控制器、軟件監(jiān)測(cè)平臺(tái)，利用電力載波、GPRS無(wú)線通信方式對(duì)城市路燈進(jìn)行智能化管理。該系統(tǒng)能夠提高能源利用率，同時(shí)，對(duì)城市智慧路燈的建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

城市路燈 智能化

1　緒論

我國(guó)的城市路燈建設(shè)正處于一個(gè)不斷發(fā)展的階段。相比國(guó)外，我們的普及程度還比較落后，大多數(shù)城市還未配備路燈監(jiān)控系統(tǒng)，雖然一些大中城市能夠集中控制路燈開(kāi)關(guān)，但靈活性依然比較差，不具備跟據(jù)環(huán)境變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈開(kāi)關(guān)時(shí)間的功能，也不具備路燈自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和路燈狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)控功能。本設(shè)計(jì)利用傳感器、自動(dòng)控制和無(wú)線通信等技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市路燈的智能化管理，同時(shí)提高能源利用率。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧路燈管控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用當(dāng)前最常用的三級(jí)結(jié)構(gòu)：智慧路燈控制器、智慧路燈節(jié)點(diǎn)控制器、軟件監(jiān)控平臺(tái)。其中軟件監(jiān)控平臺(tái)包括PC端和手持設(shè)備。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用兩級(jí)組網(wǎng)方式，第一級(jí)：服務(wù)器與路燈節(jié)點(diǎn)控制器之間組網(wǎng)采用 GRPS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸。第二級(jí)：路燈節(jié)點(diǎn)控制器與路燈控制器之間采用電力載波方式。圖1為智慧路燈管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1　智慧路燈管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1智慧路燈控制器

智慧路燈控制器通過(guò)內(nèi)置繼電器，輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)用于控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)燈；通過(guò)電壓電壓采樣電路對(duì)路燈工作狀態(tài)、故障、工作電壓、電流、累計(jì)電量等進(jìn)行采集；采用電力載波模塊與路燈節(jié)點(diǎn)控制器依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司行業(yè)協(xié)議DL/T 645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》幀擴(kuò)展形式進(jìn)行通訊，可以接收路燈節(jié)點(diǎn)控制器發(fā)出指令，傳輸檢測(cè)數(shù)據(jù)參數(shù)和故障報(bào)警信息等。路燈控制器傳感器模塊集成集成PM2.5傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器等傳感器，傳感器模塊采集數(shù)據(jù)供系統(tǒng)智能控制處理。

同時(shí)，路燈控制器具有掉電狀態(tài)存儲(chǔ)功能，可以對(duì)用戶設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，且保證掉電不丟失。路燈控制器中單片機(jī)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換輸出0～10V可調(diào)電壓或單片機(jī)直接輸出10V PWM可調(diào)信號(hào)至LED驅(qū)動(dòng)電源的調(diào)光接口，從而調(diào)整內(nèi)部電源輸出的電流值，達(dá)到調(diào)節(jié)LED路燈的亮度的目的。

2.2智慧路燈節(jié)點(diǎn)控制器

智慧路燈節(jié)點(diǎn)控制器以ARM控制器為核心，上行信道采用GPRS通信，以國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 376.1—2012《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議 第一部分：主站與采集終端通信協(xié)議》為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，形成了專用的通訊協(xié)議，通過(guò)幀擴(kuò)展形式與監(jiān)控中心通信，接收命令以及反饋相關(guān)信息數(shù)據(jù)，下行信道采用PLC電力線載波，以DL/T 645—2007《多功能電能表通信協(xié)議》幀擴(kuò)展形式收集單燈終端反饋信息以及傳達(dá)控制命令，具有鍵盤輸入和LCD液晶顯示組成的人機(jī)交互接口，支持自動(dòng)巡檢，故障報(bào)警，在線軟件升級(jí)。

2.3軟件監(jiān)控平臺(tái)

軟件監(jiān)控平臺(tái)包括用于PC機(jī)上的智慧路燈管控系統(tǒng)軟件和可移動(dòng)的手持設(shè)備。智慧路燈管控系統(tǒng)軟件采用B/S架構(gòu)，用戶可以通過(guò)瀏覽器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)，從而對(duì)整個(gè)路燈照系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)可以進(jìn)行路燈控制、地圖監(jiān)控、能耗分析、故障報(bào)警等，通過(guò)人性化的人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)城市路燈的各項(xiàng)管理需求。對(duì)于智慧路燈手持設(shè)備，用戶使用手機(jī)、平板等智能終端APP對(duì)道路照明系統(tǒng)進(jìn)行登陸，從而實(shí)現(xiàn)手持設(shè)備的集中控制、遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。

此外，軟件監(jiān)控平臺(tái)對(duì)傳感器模塊采集數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，通過(guò)對(duì)比已建立好的模擬人體的感官需求及環(huán)境變化模型，從而遠(yuǎn)程智能調(diào)控路燈，實(shí)現(xiàn)在不同氣溫和季節(jié)多種色溫照明，提高人體感官舒適度，特別是在霧霾天氣，可有效實(shí)現(xiàn)防霧、防霾照明，保障交通安全。

3　總結(jié)

本設(shè)計(jì)通過(guò)路燈控制器、路燈節(jié)點(diǎn)控制器和軟件監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成智慧路燈管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用“物聯(lián)網(wǎng)+”相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了城市路燈的智能化控制，能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制，根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。能夠提高能源利用率，節(jié)約能源，推動(dòng)智慧城市建設(shè)以及城市照明自動(dòng)化管理。

［1］ 車都.城市路燈智慧照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014

［2］ 羅茶根，洪蕓蕓，張志海.LED智慧路燈在智慧城市中的應(yīng)用［J］.中國(guó)交通信息化. 2015（12）