LED路灯控制系统的设计

基于物联网技术的城市路灯智能控制系统设计

摘要：城市照明是城市发展所必备的基础设施之一，也是改善和提升城市品质的重要保证。随着路灯数量的不断增长，电量消耗量持续增大，路灯管控难度也随之增大，统计资料显示，当前电能资源的生产总量已经无法应对日益增长的电能消耗，为此必须积极引入物联网技术进行城市路灯智能控制系统设计，有效解决路灯管控混乱、电能无谓消耗等问题。基于此，本文章对基于物联网技术的城市路灯智能控制系统设计进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：物联网技术；城市路灯；智能控制系统；设计

引言

智慧城市需要利用先进的信息技术和完备的基础设施，让城市具有全面感知、资源互联共享、智能协同作用，实现智慧服务和管理，让城市朝着更深层次信息化发展。路灯，在城市中数量众多，是最密集的城市基础设施。因此，具备“有网、有电、有杆”三位一体特点的智能路灯，成为智慧城市建设中不可或缺的关键节点。随着5G、智慧城市、新基建等建设加速推进，智能路灯建设掀起一股热潮。

一、物联网技术概述

所谓的物联网技术，简单来说就是以现代科学技术为手段，以互联网为载体而进行的一种连接物与物的网络系统，是对传统网络的拓展与延伸，在当今社会发展进程中有着非常广泛的运用。通过相关分析可以看出，物联网是一个大规模的信息系统，其体系架构主要由感知层、网络层、应用层搭建而成。物联网技术在各个行业领域中都占据了重要位置，无论是建筑、公路还是油气管道设计，只要这些区域都设置了智能摄像头和各种传感器，就能够实现对它们的全面控制与管理。从某种程度上来说，物联网的出现，极大地提高了人类管理的精细化水平。 二、智能路灯优势分析

（一）控制技术方面

城市智能路灯照明系统主要采用现代远程通信技术，将GPRS技术和ZigBee技术以及电力线载波技术进行集成，从而实现远近距离的传输和组网，切实发挥技术优势并改善传统技术劣势，进一步提高数据采集、存储及传输的安全性，提高智能路灯的使用质量。

技术与市场　技术研发　第１９卷第６期２０１２年　基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统设计　颜燕娜　（浙江建设职业技术学院人文与信息系计算机网络中心，浙江杭州３１１２３１）　摘　要：为推动节能节电路灯照明系统的广泛应用，设计了基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统。提出了正常照　明下的分时段电压调控，节省了大量的电力。实现了路灯管理和监控的实时性，提高了路灯管理和设备故障处理的效率，　降低了路灯的能耗。　／　关键词：节能控制；ＬＥＤ路灯；无线传感技术；Ｚｉｇｂｅｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｔｒｅｅｔ　ＬＥＤ　Ｌａｍｐｓ　Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａＶｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＹＡＮ　Ｙａｈ—ｒｌａ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆｈｕｍａｎｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１　１２３１，Ｚｈｅｊｉａｎｇ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｓｔｒｅｅｔ　ｌａｍｐ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｓｔｒｅｅｔ　ＬＥＤ　ｌａｍｐｓ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｖｏｌｔａｇｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｐｅｒｉｏｄｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｌｉｇｈｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ，　ｗｈｉｃｈ　ｓａｖｅｄ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆａｉｌｕｒｅ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｅｅｔ　ｌａｍｐｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ＬＥＤ　ｓｔｒｅｅｔ　ｌｉｇｈｔｓ；ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｚｉｇｂｅｅ．　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１２．０６．０２１　０　引言　我国的城市照明伴随着我国城市化进程的加速，得到了快　速的发展。但是，城市照明发展中的能源需求和消耗也在不断　加大。总体上看，绿色照明工作还存在高能耗、高污染、低效率　等问题。　据调查，我国当前的路灯以低效照明为主，电能利用率低。　针对照明中存在的污染严重、电能浪费、能耗密度高、照明效能　低等问题，研究路灯节能控制系统，推动路灯照明节能节电，将　对绿色照明的全面发展起到积极的推进作用。　１　当前路灯照明系统存在的不足　现代社会，成为城市魅力名片和窗口的路灯照明，缔造了　辉煌绚丽的城市文明，也带来了一些问题。能源耗费已经成为　制约当前路灯系统发展的关键所在。　１．１　电压波动大——运行浪费　由于电网负荷的变化随着时段的不同而不同，因此，相应　的电压波动也较大。在行人和车辆较多的上半夜，电压较低，亮　度较暗；而下半夜则异常明亮，这是由于电网负荷的变化而导　致电压上升所致。较大的电压波动增加了电、热的转换比值，降　低了灯具的效率，造成电能的浪费。　１．２　线路损耗大——线路浪费　路灯的供电线路较长，功率低，因此线路损耗较大；同时，　一般２２０　Ｖ单相电压供电的路灯，三相不平衡情况较为严重，因　此将造成过大的零序电流，零点位移，从而加大了电路的损耗。　１．３　管理方式粗放——间接浪费　当前，路灯照明的线路控制都较为简单，不能监视、记录和　统计操作结果，设备异常的发现依赖于人工巡视。发现故障不　及时，处理故障的效率也不高，最终导致了人力和物力的浪费。　为了解决路灯系统存在的问题，具有节能、环保、长寿等优　点的ＬＥＤ路灯受到了低碳社会的高度重视。研究和开发ＬＥＤ路　灯节能控制系统，提高资源利用率，节省能耗，成为了路灯节能　的重中之重。　２基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统　基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统可以对ＬＥＤ　路灯的开关状态进行实时的监控，同时检测和收集ＬＥＤ路灯的　各个参数信息。ＬＥＤ路灯的各类参数信息（开关状态，电流、电　压、亮度、温度等）经由ＬＥＤ路灯周边的无线传感节点实时的传　输到监控中心。系统据此设计维修计划并发出警报，通知进行　故障处理，节约了人力成本，提高了故障处理的效率，实现了路　灯管理的智能化。　基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统具有以下优　势：①无线方式组网，不需要布线，扩展灵活，且不占用空间；②　容易被采用，实施快捷方便，不影响道路环境；③监管高效便　捷，设备故障处理效率高，降低了路灯的能耗。　基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统提高了能源　利用率、节约了一定的能源成本。在帮助照明系统节省大量用　电量的同时，延长了照明灯具的使用寿命。　３系统总体设计　基于无线传感技术的ＬＥＤ路灯节能控制系统主要由监控　中心、子网控制器和ＬＥＤ路灯监控器三个部分组成。系统构成　如图１所示。

基于物联网技术的城市路灯智能控制系统设计

摘要：随着物联网技术的不断发展和深入应用，科学技术快速发展，如今人类对于城市路灯智能控制系统的要求已不再是传统、简单的视觉层面的明暗表现，而是变为对富有美感、极具智能化照明方案的极致追求。当下LED路灯照明已进入智能时代，但是，传统的路灯照明系统功能单一、能耗高、线路烦琐，无法满足智慧生活高品质要求。物联网的出现，让城市路灯智能控制系统设计可实现精准控制、实时监测、智能照明的智慧系统控制策略，因此，本文基于物联网技术的城市路灯智能控制系统设计进行了重点分析。

关键词：物联网技术；城市路灯；智能控制系统设计

引言

物联网技术应用与城市路灯智能控制系统设计能有效降低城市照明系统控制和维护的复杂性，物联网智能路灯可实现所有道路照明的全自动控制，节能效果显著，并可减少监控各个子系统所需的人力，具有很强的兼容性和扩展性，通过集成其他子系统实现城市照明亮化之外的更多城市管理功能，满足不同城市的需求，是一项值得大力推广的技术。

1物联网技术的概述

物联网技术通过利用信息传感设备，如射频识别和激光扫描器等，实现物体与互联网的连接，能够对其进行智能化识别和监控。物联网技术涉及多个领域，这些技术在不同的行业往往具有不同的应用需求和技术形态。物联网的技术构成主要包括了感知与标识技术、网络与通信技术、计算与服务技术以及管理与支撑技术等。物联网（IoT）网络架构是由红外感应器、射频识别器（RFID）、激光扫描器、GPS/北斗定位器等信息传感设备组成的。按照业界已定义标准协议或事实标准，针对将任何物品通过网络连接到互联网实现信息的交换及通信，通过互联网完成物品的智能化识别、定位、监控和管理，强调互联网链接的所有对象都拥有唯一的地址，并通过有线或无线网络进行通信。

物联网在各领域的需求主要体现在：（1）大规模设备连接到网络进行数据传输业务，对数据传输带宽要求相对较高，如电力系统能源调控等；（2）对数据通信和传输的超高可靠性、超低时延要求，如电力系统控制类业务；（3）对设备的低功耗和低成本要求，以满足行业部署环境、更新改造需要；（4）后台智能化处理数据，前端可视化反馈结果，以满足场景化、易用化。

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目录

1.引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2.方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

2.1方案一„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2.2方案二„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

2.3各方案的比较 ................................................. 6

3.各电路设计和论证 .................................................. 6

3.1 电源电路的方案设计与论证 .................................... 6

3.2信号采集部分电路的设计和论证 ................................. 7

3.3单片机部分电路的设计和论证 .................................. 11

3.4输出部分电路的设计和论证 .................................... 14

4. 软件设计 ........................................................ 15

4.1程序流程 .................................................... 15

4.1.1系统主程序流程图 ...................................... 15

4.1.2传感器子程序流程图 .................................... 16

4.2程序 ........................................................ 17