路灯节能控制系统设计及其软件实现

【摘 要】在当前国家实施节能减排政策的方向下，路灯系统作为城市公共设施系统中的重要组成部分，实现技术创新，智能化管理，进行节能工作已经是当前城市照明系统的一个重要任务。通过对路灯节能系统的设计，提出相应的Web软件设计方案，使得路灯管理部门提高了对路灯系统的管理能力，且经过应用，软件系统运行状态稳定、节能效果明显。

【关键词】路灯管理；系统设计；节能；数据加工

一、路灯节能设计原理

在照明节能设计过程中最应该重视的问题就是适度的照明。针对照明能源的利用，应考虑到既能满足工作生活的要求，又能达到节约能源的目的，从照明电路的更新方面实现节能，也只能是在前半夜控制路灯回路为全压，在后半夜车稀人少时，适当降低光源电压或电流，减少在路灯系统能耗中占主要比例的光源能耗，以达到路灯系统整体节能的目的。这样，不仅节约了电能，也不影响照度均匀度， 而且还能避免光源后半夜的过压运行，延长了路灯寿命。由于路灯系统中往往外接公交站台广告灯箱。电话亭照明等，而这些照明因功率小，一般采用直管型荧光灯。紧凑型荧光灯，当低于正常工频电压时，这些光源不能正常工作，所以不宜采用配电回路降压。只能采取对每盏灯分别智能降压或限流。本文提出一种节能控制方案，图1示出该控制电路框图。它包括时间预置及控制电路。降功率电感L1和时控开关等。由时间控制电路根据预先设定的时间去控制时控开关的通断，从而控制L1工作与否，使路灯功率下降，耗能降低，以达到节能的目的。

二 路灯节能控制系统结构体系

本文所采用的系统，是运用了高性能的32位芯片作为控制单元，并结合相应的无线传感网络微控制器来完成数据传输过程，从而实现了一台计算机进行单灯控制的目标。为了实现路灯系统节能控制的目的，就对控制软件提出了要有灵活控制方式的要求。

路灯节能控制系统基本结构分为服务器层、电控柜主节点层（中间层）和终端层三级结构。是操作人员通过在终端计算机或其他控制设备上，将控制信息储存在服务器中，并通过服务器，利用GPRS通讯技术将控制信息发送到分区的控制箱，再由控制箱通过ZigBee无线通信系统传送信息到各单灯，并实现最终控制。

在终端部分，结构设计中将每盏路灯都嵌入了一个物联网通信模块，以此作为路灯的核心控制部分，结构的硬件设计和传感网路灯控制协议均具有自主知识产权。系统中使用的控制器模块小，性能好、能耗低、成本低廉，且具有易于安装的特点，因而在实际操作过程中，有效提高了系统的应用范围，特别适合老城区的旧有路灯的改造。在中间层的构建过程中，系统采用了32位的先进芯片作为控制单元，并结合MC13211芯片进行数据传输。在通信技术上，系统提供了3G或2.5G技术供用户进行选择，使用城市可以根据自身的实际情况进行选择。

三 路灯节能控制系统软件的设计

1 软件设计中的问题

在系统结构体系中，中间层和终端层的基本功能实现，主要依靠硬件体系进行保障，而处于体系最顶层的服务器层，则需要Web软件实现低端层与用户进行交互连接。为保障用户与低端设备的连接，使下层设备已经实现的功能与其相适应，且为用户的使用提供更大的便捷性，这就需要系统能够提供一个动态的网站，保证系统具有足够的交互能力，从而使用户能够获得系统运行中产生的实时数据和信息，并且对故障的发生，拥有强大的查询分析功能。

在这一目标的要求下，软件设计过程就要对以下问题进行考虑：第一，软件应该能够提供多种控制方式，来对路灯进行灵活控制，根据时间、天气、经纬度等因素进行灵活控制，在保证地面有效光照的情况下，进行相应的节能，从而挖掘出城市照明潜藏着的巨大节能潜力；第二，由于智能化管理系统会产生大量的数据，要使用户能够有效的对大量的数据进行查找比对，并进行相应的数据统计，这是该软件设计能否成功的关键所在；第三，该系统应该具有很好的实时数据传输能力，从而保证终端产生的数据信息能够第一时间反应到管理层；第四，系统要有很好的可靠性，以避免出现因系统故障造成的各种不良影响，如白天亮灯或夜间突然灭灯等意外情况。

2 系统数据库的设计

Web数据库的系统维护费用低廉，其更新过程不涉及用户的使用，从而有效简化的用户的使用与管理过程，能够将全系统的管理与维护集中到服务器上，从而有效的提高了数据库的扩展与可维护性，提高了整个系统的运行水平。

3 软件建设中运用的主要技术

在路灯节能控制软件的设计中，设计人员采用了Web技术中的Ajax技术，通过该技术的有效运用，能够实现网页界面无闪自动局部刷新功能，便于工作人员及时掌握系统运行中的最新情况，以便及时采取相应措施，保证路灯系统的稳定运行，同时起到节能的效果。采用了Session技术进行会话存储，以保证页面在进行跳转时，不会发生信息丢失的状况。采用Cookie技术对用户的登录信息进行储存，可以实现系统的自动登录，提高系统工作效率。系统提供了自动删除过期数据的功能，以保证数据库不会因为文件过多造成崩溃。删除时限由用户进行制定。

4 软件实现

软件的实现主要是通过通信模块和人机交互界面两个部分构成。

在通信模块上，设计者将其分为两个部分。第一部分是作为高低端通信接口使用，这一部分采用TCP通信技术，通过定时器对相关表进行扫描，有信息指令则会发送至低端，并通过相关技术对TCP口进行侦听，对传送过来的数据包进行解析分类处理。

在人机交互界面上，由于系统需要处理的功能较为复杂，其软件体系选择了Microsoft Visual Studio2005与Internet信息服务与SQL Server 2005模式进行结合，并将界面分为登录模块、控制模块和故障处理模块。

登录模块负责用户的登陆管理，在用户登录相关信息后，服务器将会调用数据库用户表进行验证，验证通过即会允许用户登录，并进行相关记录；如果不能通过，则会拒绝信息。

四 路灯节能控制系统的测试结果

针对不同的程序可以产生不同的节能效果，如果按照平均每天的路灯照明时间为11个小时，前5个小时处于额外功率照明状态，而后面6个小时应该处于节能照明状态。通过对不同功率的光源进行分析，得出不同的节能效果。对比如表1所示。通过对比可以看出，选择适当的L1，不同功率的光源节能效果几乎没有影响。选用大功率的电子镇流器，能够有效地提高节能效果。并且也会相应提高功率。

总结

路灯系统是城市市政建设管理中的一个重要部分，与市民的生活息息相关。路灯系统采用节能控制技术，并进行智能化运行，可以有效提高路灯系统的管理水平，节约物力人力，并在当前提倡可持续发展，实施节能减排的大环境下，为节能工作提供了有益的借鉴。