尤鴻杰

（廣東歐曼科技股份有限公司，廣東 中山 528425）

0 引言

據(jù)交通部相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，超過25%的城市交通事故來源于照明不足、眩光等問題，因此積極推進(jìn)城市亮化工程建設(shè)，提升城市照明系統(tǒng)控制水平是未來城市發(fā)展的重要方向。在現(xiàn)階段的城市照明系統(tǒng)當(dāng)中，大多采取單一的光敏式的照明系統(tǒng)，相關(guān)控制策略不夠完善和細(xì)致，照明成本不斷增加，制約了城市環(huán)境下的照明效果。有關(guān)從業(yè)者以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā)針對(duì)城市亮化工程背景下的智能照明技術(shù)進(jìn)行深層次研究，針對(duì)控制系統(tǒng)的原理與架構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，為滿足城市照明體系的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

1 亮化工程下智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

1.1 電流監(jiān)測(cè)

城市亮化工程項(xiàng)目當(dāng)中，大量選用LED 燈具作為光源，而在其控制過程當(dāng)中，對(duì)三相電流矢量的抵消能力較差，大量電流匯聚于零線當(dāng)中，可能會(huì)引發(fā)零線過載，造成相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)以及安全隱患。因此在城市亮化工程項(xiàng)目智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程當(dāng)中，應(yīng)確保其具備零線的電流監(jiān)測(cè)功能，使運(yùn)維人員能夠及時(shí)掌握照明系統(tǒng)供電線路的運(yùn)行狀態(tài)，降低安全事故以及風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)概率，為后續(xù)維護(hù)管理工作的開展提供重要的支持與參考。

1.2 智能化記錄與分析

在城市亮化工程的照明控制過程當(dāng)中，面臨的環(huán)境要素存在著較為顯著的差異，對(duì)照明控制與管理系統(tǒng)提出了一定的挑戰(zhàn)[1]。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)具備智能化記錄與分析功能，由傳感器網(wǎng)絡(luò)針對(duì)亮化工程光源運(yùn)行狀態(tài)以及線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位監(jiān)控，同時(shí)由中樞控制系統(tǒng)針對(duì)回傳數(shù)據(jù)信息做出分析和判斷，并結(jié)合實(shí)際情況針對(duì)照明系統(tǒng)當(dāng)中的運(yùn)行事件進(jìn)行記錄，形成照明系統(tǒng)運(yùn)行事件數(shù)據(jù)庫，使控制系統(tǒng)能夠直觀掌握事件起因與影響，強(qiáng)化系統(tǒng)管理水平。

1.3 開關(guān)控制

城市亮化工程以及照明系統(tǒng)的管控工作需要同時(shí)滿足照明場(chǎng)景需求以及節(jié)能減排需求等兩項(xiàng)關(guān)鍵性內(nèi)容，因此對(duì)于智能控制系統(tǒng)內(nèi)部的開關(guān)控制功能提出了一定的要求。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，有關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)立足于實(shí)際情況，針對(duì)照明系統(tǒng)開關(guān)控制功能進(jìn)行進(jìn)一步拓展，使其能夠具備單燈控制、集中控制、預(yù)約開關(guān)、定時(shí)控制以及應(yīng)急控制等多項(xiàng)功能，同時(shí)針對(duì)照明系統(tǒng)內(nèi)部燈具的開關(guān)情況進(jìn)行記錄和監(jiān)測(cè)，有效保障開關(guān)控制的確定性，進(jìn)一步強(qiáng)化運(yùn)維工作安全。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警

受到環(huán)境因素、人為破壞以及系統(tǒng)內(nèi)部故障等因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致城市亮化工程以及照明系統(tǒng)的運(yùn)行過程遭遇相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)城市環(huán)境建設(shè)以及交通安全造成一定的影響。因此在針對(duì)智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，還應(yīng)引進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警功能，由傳感器網(wǎng)絡(luò)針對(duì)亮化工程以及照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)借助信息傳輸體系將上述監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)回傳至控制平臺(tái)，使照明系統(tǒng)運(yùn)行過程中所面臨的風(fēng)險(xiǎn)得到及時(shí)反饋，有效控制風(fēng)險(xiǎn)影響范圍，使其能夠更好地實(shí)現(xiàn)城市環(huán)境優(yōu)化與交通照明目標(biāo)。

2 智能照明控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方案

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于上述設(shè)計(jì)需求以及設(shè)計(jì)目標(biāo)，在針對(duì)城市亮化工程智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，可構(gòu)建以ZigBee 通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以監(jiān)控中心、集中控制器以及單燈控制器為核心的系統(tǒng)架構(gòu)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求得到針對(duì)性滿足。首先，由單燈控制器針對(duì)城市亮化工程以及照明系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備進(jìn)行全面控制，同時(shí)還需要結(jié)合環(huán)境狀況以及系統(tǒng)控制要求進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收發(fā)，使其成為亮化工程以及城市照明控制系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)鍵性信息交換節(jié)點(diǎn)[2]。其次，集中控制器負(fù)責(zé)對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的單燈控制器運(yùn)行情況進(jìn)行管控，同時(shí)能夠針對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部單燈控制器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行匯總，并能夠?qū)崿F(xiàn)與外部信息網(wǎng)絡(luò)的交互。最后，監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)對(duì)單燈控制器以及集中控制器所回傳的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析與判定，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)某一區(qū)域照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。智能照明控制系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.2 硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 中樞芯片

在本研究當(dāng)中，為了使智能照明控制系統(tǒng)的中樞芯片能夠更好地適應(yīng)預(yù)期設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)目標(biāo)，現(xiàn)分別選用TI 公司推出的CC2530 以及CC2591 兩款主要產(chǎn)品作為核心。其中，CC2530 芯片內(nèi)置8051CPU，配備256kB 閃存與8kB RAM，同時(shí)針對(duì)射頻收發(fā)設(shè)備以及A/D 轉(zhuǎn)換器等設(shè)備進(jìn)行了集成，其兼容性與擴(kuò)展性較好，能夠適應(yīng)不同環(huán)境下的自動(dòng)化控制要求，具體操作流程較為簡便，對(duì)能源的消耗量較為有限，因此，在照明控制系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中具備較為廣泛的應(yīng)用與發(fā)展前景。而CC2591 芯片主要屬于前端功率放大芯片，依托該芯片，能夠針對(duì)單燈控制器以及集中控制器回傳的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行針對(duì)性地降噪處理，有效減少環(huán)境噪聲導(dǎo)致的信息失真現(xiàn)象，同時(shí)還能加強(qiáng)信號(hào)的辨識(shí)度，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部具有重要的應(yīng)用作用[3]。由于CC2530 芯片與CC2591 芯片具有一致的工作頻率，因此能夠在照明控制系統(tǒng)內(nèi)部形成相互配合，進(jìn)一步強(qiáng)化控制器信號(hào)，保障系統(tǒng)控制成效。中樞芯片與信號(hào)模塊如圖2 所示。

圖2 中樞芯片與信號(hào)模塊

2.2.2 無線傳輸

在城市亮化工程智能照明控制系統(tǒng)內(nèi)部，無線傳輸設(shè)備同樣扮演著至關(guān)重要的角色，通過對(duì)現(xiàn)階段常見的各類無線傳輸協(xié)議的基礎(chǔ)性能與運(yùn)行特性進(jìn)行比對(duì)與分析過后，選用ZigBee 與GPRS 技術(shù)相互配合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息數(shù)據(jù)傳輸互動(dòng)的目標(biāo)要求。

相較于其他類別的信息無線傳輸協(xié)議而言，ZigBee傳輸技術(shù)的運(yùn)行支出能夠得到有效控制，其傳輸過程當(dāng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)容量較高，節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)难舆t較小，因此能夠滿足亮化工程智能照明控制系統(tǒng)的信息傳輸水平。另外，受到城區(qū)亮化工程配置環(huán)境以及布設(shè)狀態(tài)等相關(guān)因素的影響，使不同控制設(shè)備以及控制節(jié)點(diǎn)之間的距離能夠進(jìn)一步契合ZigBee 傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)區(qū)間，保障照明系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)傳輸過程當(dāng)中的穩(wěn)定可靠，提升信息傳輸速率與傳輸質(zhì)量。

與此同時(shí)，GPRS 無線傳輸模塊能夠針對(duì)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行封裝，使用戶能夠基于不同接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)傳輸與交互，從而基于簡便低成本的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

2.2.3 傳感器

傳統(tǒng)的光敏式照明控制方案控制效果較差，系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中的耗能較高，不利于城市亮化工程的智能化控制。因此，在本次研究過程當(dāng)中，選用了光敏式傳感器以及聲音傳感器組成傳感器網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)亮化工程以及照明系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中周邊環(huán)境狀態(tài)的相關(guān)信息進(jìn)行較為細(xì)致全面地捕獲，使控制方案更加完善。為適應(yīng)智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求，分別選用了TSL2561 光敏傳感器以及RB-025074 聲音傳感器對(duì)系統(tǒng)周邊環(huán)境變化信息進(jìn)行全面整合，并能夠?qū)?shù)據(jù)信息傳輸至系統(tǒng)中樞，使數(shù)據(jù)信息能夠及時(shí)得到分析和處理，提升亮化工程以及照明系統(tǒng)的控制成效。

2.2.4 電源

作為驅(qū)動(dòng)城市亮化工程以及照明系統(tǒng)的關(guān)鍵性內(nèi)容，系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)具有關(guān)鍵性的影響作用。為了盡可能保障控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，應(yīng)遵循層次化的電源設(shè)計(jì)原則，分別采用太陽能以及市電實(shí)現(xiàn)對(duì)智能控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，避免電源故障以及環(huán)境因素影響導(dǎo)致的控制系統(tǒng)失效。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

除了硬件層面的設(shè)計(jì)與規(guī)劃工作之外，在針對(duì)城市亮化工程智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用的同時(shí)，有關(guān)設(shè)計(jì)人員以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)還應(yīng)當(dāng)基于軟件層面推進(jìn)設(shè)計(jì)工作，優(yōu)化控制系統(tǒng)對(duì)于城市亮化工程以及照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量。

2.3.1 單燈控制

在單燈控制的軟件設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)按照信道掃描、網(wǎng)絡(luò)連接、接受指令、數(shù)據(jù)采集、信息傳送等相關(guān)流程針對(duì)軟件當(dāng)中的預(yù)設(shè)邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)，使單燈控制設(shè)備能夠在集中控制的引導(dǎo)和支持下針對(duì)照明系統(tǒng)終端實(shí)現(xiàn)針對(duì)性控制，同時(shí)使其能夠在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的照明服務(wù)。

2.3.2 集中控制

集中控制軟件主要基于ZigBee 網(wǎng)絡(luò)以及GPRS 無線傳輸模塊針對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的單燈控制設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)，使照明終端以及燈具的運(yùn)行狀態(tài)能夠得到及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)亮化工程以及城市照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。在集中控制軟件的預(yù)設(shè)邏輯當(dāng)中，需要經(jīng)過建立網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)判斷、無線信號(hào)監(jiān)測(cè)、節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)、地址分配、數(shù)據(jù)接收與傳輸?shù)葞讉€(gè)環(huán)節(jié)與流程，借助ZigBee 網(wǎng)絡(luò)以及GPRS 無線傳輸模塊，能更加準(zhǔn)確地針對(duì)控制指令以及運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，有效提升控制精度以及控制效果。

2.3.3 監(jiān)控中心

在城市亮化工程智能照明控制系統(tǒng)內(nèi)部，監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)對(duì)照明系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行信息進(jìn)行接收、整合與存儲(chǔ)管控，在控制系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。同時(shí)也是運(yùn)維人員掌握城市亮化工程與照明工程運(yùn)行情況的關(guān)鍵性渠道與途徑。在針對(duì)監(jiān)控中心軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)、IP 地址訪問、服務(wù)器請(qǐng)求連接、IP 地址分配、數(shù)據(jù)包封裝等相關(guān)邏輯流程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在智能照明控制系統(tǒng)當(dāng)中的傳達(dá)功能目標(biāo)[4]。

2.3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中面臨的環(huán)境狀態(tài)各不相同，因此為了較為直觀準(zhǔn)確地掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況，需要針對(duì)亮化工程運(yùn)行數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其能夠成為系統(tǒng)控制以及故障分析的重要參考依據(jù)，現(xiàn)階段工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中常見的數(shù)據(jù)庫主要涵蓋了Oracle、Access 以及SQL Server 等幾種不同類型，其適應(yīng)范圍同樣也各具差異，在智能照明控制系統(tǒng)的建設(shè)與規(guī)劃過程中，選用了安全性能較好，容量較大，穩(wěn)定性較強(qiáng)的SQL Server 數(shù)據(jù)庫作為其主要管控平臺(tái)。

3 智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)

3.1 性能檢測(cè)

在城市亮化工程智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成過后，相關(guān)從業(yè)者以及技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)立足于實(shí)際需求針對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能以及控制成效進(jìn)行檢驗(yàn)，分析單燈控制器、集中控制器、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及無線傳輸模塊在控制過程當(dāng)中的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)針對(duì)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及運(yùn)行信息進(jìn)行采集與整合，使智能照明控制系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制要求。

3.2 安裝流程控制

智能照明控制系統(tǒng)需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行配置與安裝，因此技術(shù)團(tuán)隊(duì)也應(yīng)當(dāng)充分考慮到城市內(nèi)部環(huán)境因素對(duì)于亮化工程智能照明控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可能造成的影響和挑戰(zhàn)，與此同時(shí)針對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝流程進(jìn)行更加深入地控制與管理，有效減少安裝配置過程當(dāng)中所面臨的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)與問題，使智能照明控制系統(tǒng)能夠更好地為城市環(huán)境下的亮化工程控制提供服務(wù)與支持，推動(dòng)城市環(huán)境以及城市內(nèi)部交通運(yùn)輸安全性的不斷進(jìn)步[5]。

3.3 數(shù)據(jù)接口預(yù)留

基于上文可知，在城市亮化工程智能照明控制系統(tǒng)內(nèi)部，主要涵蓋了單燈控制器、集中控制器、無線傳輸模塊、中樞芯片、監(jiān)控中心以及數(shù)據(jù)庫等幾項(xiàng)組成部分，因此對(duì)于系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提出了一定挑戰(zhàn)。此外，隨著城市化建設(shè)規(guī)模以及建設(shè)水平的不斷進(jìn)步，相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)以及設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化亮化工程智能照明控制系統(tǒng)的兼容性與可拓展性，在內(nèi)部預(yù)留相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口以及接入空間，使其能夠更好地服務(wù)于城市環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)亮化工程電能資源的合理調(diào)配與控制。

4 結(jié)語

綜上所述，在城市建設(shè)發(fā)展過程當(dāng)中，加強(qiáng)亮化工程建設(shè)對(duì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量城市的建設(shè)目標(biāo)，提升城市交通安全綜合水平具有重要意義。有關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)當(dāng)明確亮化工程智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃要求，使相關(guān)設(shè)計(jì)方案與配置能夠進(jìn)一步契合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，促進(jìn)城市亮化水平的不斷提升。