路灯控制器范文

路灯控制器篇1

【关键字】 嵌入式 LED路灯控制 远程控制

一、路灯控制系统设计

本文所涉及的路灯控制系统的组成是由3-4个控制层和2-3个通讯层组成的。在实际操作的过程中，操作人员能够通过监控软件实现将数据从手机端或PC端向路灯控制器之间的传送。路灯主控器在接收到相关数据之后，便能够在内部进行数据的分析和处理，在通过其自组无线网络实现数据在节点控制器之间的传递，然后节点控制器再将数据进行反馈，从而实现路灯操作系统的数据传递。在主控器的安排和选择上，本文所选择的主控模块为ATmega128、通讯模块分别选择CDMA互联网网络通讯和ISM无线网络通讯。

1、主控模块。在主控模块的选择上，本文采用的是AVARATMEGA128。该芯片是一个高性能低功耗的八位微处理器，其运行速度良好，能够实现对指令的快速应对。对于该主控芯片而言，其寿命能够达到10000次写擦周期。而且该芯片具有独立锁定位，能够选择启动代a。而且通过对芯片内部的启动程序就能够实现对系统内部的变成。在对锁定为进行变成的时候，还能够实现对软件数据的加密。其独具的JTAG接口，能够保障程序实现线上的下载或调试。

2、CDMA模块。就通讯模块而言，CDMA模块的内部协议能够保障其在远距离的无线传输性能良好，保障主控器与控制中心之间的通讯道路通畅，保障数据的传递和反馈路径良好，保障数据双向传输能够同时进行。对于CDMA模块来说，其与主控器之间的沟通较为密切，在主控器沟通来说，本文的设局主要采用了UART1保障双向数据的传送。在本模块的能耗问题上，CDMA模块的采用的是5V供电，能耗问题相对较低。

3、ISM通信模块。在路灯内部实现数据从控制器到节点之间的传递路径，就是我们这里所要谈到的ISM通讯模块。在该模块的设计过程中，本文主要选择NRF24l01作为无线通讯模块的手法芯片，该芯片能够实现在2.5ghz世界通用频段。在无线收发器的设计上，主要包括了，频率发生器、增强型模式控制器、晶体振荡器、调制调节器、频道选择和协议设置。

二、节点控制器设计

在上文中我们提高了，节点控制器的主要作用在于对数据进行执行以及对操作情况进行反馈。对于节点控制器的设计而言，就需要在满足上述要求的条件下进行。因此在本文章的节点控制器包括：MCU控制模块、调光模块、无线通讯模块。笔者就对控制模块以及调光模块的设计进行阐述：

1、MCU控制模块。对于控制模块的设计选择上，该模块本文选择的是STC89C52芯片。该芯片具有高性能低功耗的性能，是一个良好的CMO8位微控制器。而且其能够在系统可以进行编程储存。在使用高密度高储存低失忆储存器上，能够实现与现阶段众多工业产品指令的完美兼容。而且在储存器的编程过程中，可以仅通过使用常规的编程器。

2、调光模块。在对于调光模块的设计上，主要是在于感光和调光这两个功能。首先对于光敏电阻在黑暗环境中高阻值这一个特性，随着光照的到来其阻值会呈下降趋势，而且与光照的强弱成正祥光。因此在对调光模块的感光传感器选择上，应当以光敏电阻为主。在有控制器内部通过相关编程将灯具的工作参数进行编程，并对其参数进行分析和判断从而实现控制信号的发出，从而实现对LED灯光的亮度控制。

本文中，笔者主要采用了DNO112芯片来设计调光模块，因为DN0112芯片具有良好的直流连续触摸性。能够通过输出PWM将光亮度在3%-100%之间的调节。

总结：在本文设计中，主要对路灯的控制器以及节点控制器进行研究，通过将互联网路与无线网络之间的设计，实现了数据从控制中心到控制器再到节点和节点道控制器再到控制中心的双向传递。在本文研究中，通过对光强弱的掌控，在加入光敏电阻作为光强弱的感应器，实现了对光敏度的控制，在对调光设计问题上，通过采用新型的芯片技术，实现对传感数据的手机、嵌入式数据的传输、以及嵌入式技术的引进和发展。通过实验证明，在采用嵌入式路灯控制系统之后，能够实现智能控制并且在节能方面有着十分良好的成效。

参 考 文 献

[1]张营，邵凤兰，，陈立锋，程杰，马汉华. 基于物联网嵌入式技术的LED路灯控制器研究[J]. 济宁学院学报，2011，03：36-39.

[2]. 基于物联网嵌入式技术的LED路灯控制器设计[J]. 硅谷，2011，20：115-116.

[3]刘博阳. 基于ZigBee和SOPC的智能光伏路灯控制系统的研究与设计[D].山东大学，2012.

[4]郭园. 基于ZigBee和GPRS的LED路灯智能照明控制系统的研究[D].青岛科技大学，2012.

路灯控制器篇2

关键词：地球公转自转；路灯照明；无变压器降压；节电

Study on Lighting Intelligent Controllers of Energy-saving Street Lamps

YANG Ruo-pu1，LI Miao2，BAO Kang-sheng1，YANG Sheng-chun2

（1. Hefei No.Six Senior High School，Hefei，230061，China；2.Anhui Electrical Professional Technique College，Hefei 230051，china）

Abstract: This paper puts forward a method which can control the opening and closing of street lamps automatically. It designs a kind of lighting intelligent controller of energy-saving street lamps by using single chip microcomputer technique. According to rotation and revolution rules of the earth, the device can turn off street lamps at certain moments before sunrise and turn on them at certain moments before sunset, realizing the automatic control of street lamp lighting. Meanwhile, according to the characteristics of high voltage power at night, it can realize the voltage drop without transformers by using the change of circuit configurations. Thus, it can control the voltage of street lamps at night and adjust the brightness of them, reaching energy-saving purpose.

Key Words: rotation and revolution of the earth; street lamp lighting; the voltage drop without transformers; energy saving

1 引言

近年来，随着我国城市规模不断扩大，道路照明灯具数量也随之剧增，消耗大量的电能。合理地控制路灯照明，节约电能越发重要。然而，我们经常会发现:在早晨天已大亮或傍晚尚未黑暗时，路灯是亮着的。由于路灯数量巨大，将白白浪费宝贵的能源。导致这种能源浪费的主要因素有：

对于人工控制的路灯。由于种种原因，往往易导致路灯照明时间偏长的现象。

对于自动控制的路灯。由于环境因素可能出现传感器感应装置污损，导致路灯关闭不及时；或软件算法的缺陷，如软件处理只按固定时间计算而忽略每天的日出日落时刻变化[1-2]。

由于地球的公转自转规律，每天的日出日落时刻都在变化，如果能计算每日的日出日落时刻，根据该时刻控制路灯的开或关，就能做到对路灯照明的自动控制，节省电能。本研究欲设计一种自动控制装置，对路灯照明按照地球公转自传规律进行控制，达到节电的目的。

2 设计方案

2.1硬件设计

本设计的关键在于如何确定每日的日出日落时刻，地理位置不同日出与日落时刻也不同，因而要充分利用地球自转和公转的规律来计算每日的日出日落时刻，对硬件提出的设计要求如表1所示。

针对要求1:电子集成的芯片具有时钟功能，满足运行所需条件，芯片内部记录通过加载开始时间即可运行万年历，达到设计要求，市场上目前符合要求的IC芯片有DS12887、PCF8563T等，本系统的硬件时钟芯片选择为具有万年历的PCF8563T。

针对要求2：采用的微处理器是Mega64。

针对要求3：要有一个输入装置，类似手机的键盘的按键。

因次，硬件框架设计图如图1所示：

该装置主要包括：核心处理器、显示模块、时钟模块、按键模块以及输入输出模块。

2.2 软件设计

本项目采用芯片Mega64为核心处理器，PCF8563T为系统提供准确可靠的时间信息，显示采用点阵式显示屏，通过地理信息完成软件计算，最终达到控制路灯的目的，具体的软件实现流程如图2所示：

（1）合理地减少开灯时间

由于大气层的漫反射，日出之前的一段时间，和日落之后的一段时间，室外亮度是足够的，故这段时间路灯可以不亮。

每天日出之前，提前一定时间关闭路灯；

每天日落之后，推迟一定时间开启路灯。

（2）降低电压

由于夜晚用电负荷减小，电网电压比白天要略高，灯会更亮一些，耗电量也增大，但是车辆、行人稀少以及人眼的适应性，亮度是可以降低的，所以更好地办法是降低电压、降低亮度，减少耗电。交流电网的特点：两根火线（相线）间电压是380V，火线与零线间电压是220V，有380 V =220 V *的关系。本制作利用此特点，把路灯分为功率基本相等两组，然后相串联。两端通过开关分别接到两个不同的火线上，中间相连的部分通过开关接到零线上，如图3所示：

图中L1，L2是相同规格的灯具，S1、S3分别是A相B相的电源开关，S2是零线的开关。在日落以后，再经过设定时间后，S1、S2、S3均合上，L1，L2两端的电压均是220V，路灯点亮；23:00后断开S2，L1，L2两端的电压均是380/2=190V,电压降低了1-190/220=13.8%，理论上节电率约为25%。

2.3 装置界面介绍

通过软硬件的设计后，本项目的相关功能体现通过点阵式液晶屏显示。显示内容主要分为以下四方面：

年、月、日、时、分、秒；

关灯时提前量；

开灯时推迟量；

地理信息。

节能路灯照明智能控制器地理信息输入界面以及运行界面如图4和图5。

2.4 装置输出指示

路灯开启或关闭以及降压等操作是通过开关给出的，当路灯要开启时，此开关闭合；当路灯要关闭时，此开关断开，除了在运行界面给出显示外，在硬件上也有指示，如图6。

当LED亮时表示给出接通信号，当LED灭时，表示给出断开信号。带有螺钉的部件是外接被控的开关。

3 应用实例

以某学校主教学楼前的路灯进行应用，该教学楼前道路两排路灯并列且具有相同用电负荷。对其控制柜的接线进行改接，用本控制器代替原来定时路灯控制器，设定日出前提前60分钟关灯，日落后推迟8分钟开灯。试验数据及分析见表2。

4 结论

节能路灯照明智能控制器，将地球的运动规律真实模拟出每一天地球相对太阳的运行情况，自动控制路灯照明，试验表明该装置具备自动控制路灯的功能，且具有节电效果。

参考文献:

[1] 任鹏飞，基于单片机的LED路灯控制系统设计，河南工程，2009.

[2] 孔志林，基于单片机的LED路灯模拟控制系统的设计与实现，2003.

[3] 郑大伟,时间序列分析与地球自转，天文学进展,1989.

注：该课题为全国青少年科技创新大赛项目

作者简介：

杨若朴（1995－），合肥市第六中学。

路灯控制器篇3

【关键词】单片机 光伏发电 控制系统

1 控制器研究设计的实现方案

AT89C51，它是一种携带4KB闪存存储器的高性能、低电压的8位微处理器。AT89C51单片机提供如下标准功能：4K字节的Flash闪存存储器，32个I/O端口，128字节内部RAM，两级中断结构，时钟电路及片内振荡，一个全双工串行通信接口。AT89C51能够实现大部分的控制和功能，完成太阳能路灯的智能化和自动化控制。在电流过充过放的设计电路中使用继电器完成对电路的充电保护，如果电池电压低于设置值则认为电池处于过放状态，此时需要停止继续供电，起到过放保护的作用；如果电池电压高于设置值则认为电池处于过充状态，此时需要停止充电，起到过充保护的作用。

在考虑蓄电池电容的选择时通常应遵循如下原则：在满足夜间照明的前提下，蓄电池应当尽量把太阳能电池组件在白天吸收的能量储存下来，同时还应当有足够多的电能来提供连续阴雨天气的夜间照明所需的能量。若蓄电池的容量太小，将无法满足夜间照明的需要，若蓄电池的容量太大，将会使蓄电池一直处于亏电状态，大大衰减蓄电池的寿命。常见的铅酸蓄电池维护繁杂，使用寿命不长，自动恢复能力不强，因此正渐渐被胶体蓄电池取代。胶体蓄电池具有使用寿命长、回充电性能强、抗干扰性强、内阻低自放电小、电解液不会分层、抗高温耐低温等诸多优点，综合考虑，优先考虑使用胶体蓄电池。

发光二极管的简称LED，LED具有光效高、工作电压低、寿命长、不需要逆变器等优点，为了使系统性能最优化，采用LED作为光源。

2 太阳能光伏发电的理论分析

实际上太阳能电池板就是一个面积很大的p-n结，通过吸收阳光的能量在其中产生大量的电子空穴对，电子和空穴这两者的电极性相反，前者带负电，后者带正电。在半导体p-n中的静电场作用下，这两种电极性不相同的载流子被分开，在p区聚集了大量的由太阳光激发的空穴，在n区聚集了大量由太阳能激发的电子，于是p区带有正电而n区带有负电。由此在p-n结的两边产生了由太阳光激发产生的电动势，也就是太阳能电池。电子和空穴分别朝着太阳能电池的正极和负极聚集，把太阳能电池接入到负载中就会有电流流过，从而有电功率输出。

光电池板组件安装角度的不同、光照强度、光电池板表面温度、光电池板面积等因素都会对光生电流产生影响。太阳能电池的发电效率由光生电流决定，所以合适的光电池组件安装角度至关重要，角度略有偏差都会使光电流下降不少。

3 控制器设计理论研究

控制器如同人体中的大脑，控制着整个系统的活动，太阳能路灯控制器决定了整个设计的好坏以及系统性能的优劣。除了防止蓄电池过放过充之外，控制器还需要有时控和光控的功能，以便于完成智能化和自动化控制，在阴雨的天气里能实现正常的照明工作。

检测太阳能电池板电压是控制模块实现控制的基本思想，白天时，太阳能电池板电压高，此时对蓄电池进行充电，LED不工作；在夜间，太阳能电池板电压低，控制电路被开启，LED进行照明工作。控制器同时还会检测蓄电池的电压，判断其充电的方式和对负载的供电方式。

太阳能控制器的主要功能：

（1）蓄电池的过充电、过放电保护；

（2）电池组件的反接保护、防反充保护；

（3）智能充电（恒压控制）；

（4）负载过压保护。

4 控制器设计理论计算

太阳能路灯无疑是非常理想的照明光源，而实际上，许多太阳能路灯无法满足普通照明的需要，尤其是在连续阴雨的天气。进行太阳能路灯设计所需要的相关设计：

4.1 太阳能路灯安装地点的经纬度

通过地理位置可以了解到一个地区的日照情况、气候特点、平均气温等，由此可确定安装太阳能电池板的方位角、倾斜角以及太阳能标准峰值时数。

4.2 系统所使用的照明光源的功率

4.3 光源在夜间照明的时长（H）

根据光源的夜间照明时长估算出负载每天消耗的电能以及太能点电池需要提供的电流。

4.4 路灯能够在连续阴雨的天气下工作的天数（d）

通过这一参数估计出蓄电池的容量和在天气放晴后蓄电池恢复电池容量需要的电池组件功率。

4.5 遇到两个连续阴雨天所间隔的天数（D）

假设需要安装一些太阳能路灯，LED光源的功率为9W，需要照明的时间为每天11个小时，能够维持照明工作的最大连续阴雨天数为7天。此地区的东经为114度，北纬为23度，年平均的日照太阳辐射为3.82KW.h/m2，年平均月气温为20度，连续两个阴雨天的间隔时长为25天。通过以上数据，计算出太阳能光电池组件的安装倾斜角为26度，标准光照峰值的小时数为4个小时左右。

（1）照明光源每天消耗的电量：

Q=W*H/U=9x11÷12=8.25Ah

其中U是蓄电池的标称电压值。

（2）照明光源日常使用情况下太阳能电池组件的充电电流：

I1=Q*1.05/h/0.85/0.9=2.83A

其中1.05是太阳能在充电过程中的综合损失系数，h是标准光照峰值小时数，0.85是蓄电池的充电效率，0.9是控制器的效率。

（3）蓄电池容量：

C=Q*（d+1）/0.75*1.2=8.25x8÷0.75x1.2=105.6Ah

其中0.75是蓄电池的放电深度，1.2是蓄电池的安全系数。

（4）连续阴雨天气过后蓄电池容量需要恢复所需要的太阳能电池组件充电电流：

I2=C*0.75÷h÷D=105.6x0.75÷4÷25=0.792A

其中0.75是蓄电池的放电深度。

（5）太阳能电池组件的功率：

P=（I1+ I2）*18=（2.83+0.792）x18=65.2Wp

其中18是太阳能电池的工作电压。

5 总结

本文是以运用单片机实现太阳能路灯控制为目的，介绍了其试验方案、理论研究、理论计算等方面，这些研究都能够为基于单片机的太阳能路灯控制器的设计打下基础。

参考文献

[1]李向欣.单片机的太阳能路灯控制器研究[C]//峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集.2014：15-19.

[2]吴正茂.基于单片机的太阳能路灯控制器研究[J].中国科技财富，2013（04）：36-38.

作者单位

路灯控制器篇4

关键词：太阳能 风能 控制器 锂电池 ZigBee MPPT

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0169-02

Abstract：Based on the major components of solar street lighting system is analyzed， introduced a single-chip-based technology to LED as light source， ZigBee wireless sensor network for data transmission scenery complementary street light control system in each of the system through streetlights controller installation ZigBee wireless sensor network transmitters to build wireless networks collect street working conditions， and on the basis of the collected data out manual or intelligent analysis， enabling solar hybrid street lighting system intelligent monitoring and management.

Key Words：Solar Energy；Wind Energy；Lithium battery；Controller；Zigbee；MPPT

引言

如今太阳能和风能作为一种清洁无污染可再生能源得到越来越广泛的应用。太阳能路灯是太阳能应用之一，目前的太阳能光伏发电有以下特点：过去普通路灯的安装施工麻烦需要时间长，不仅增加了施工成本，设施设备的维护成本也大幅提升。与此相反，太阳能LED路灯的应用，无需大量设供电电缆，节约了大量人力物力，并且不受应用场合的限制，太阳能LED路灯已成为照明行业的新星。但是，目前太阳能发电研究有一下问题：由于阴雨天气导致太阳能路灯无法在白天正常充电，从而获得足够的电量以供晚上照明电量所用。因此本系统做出了在现有太阳路灯的基础上做出以下改进：加入风力发电机，Zigbee无线传感网络节点以及其所需配置的其他部件组成。Zigbee无线传感网络节点构建成无线传感网络，将管理机构与每一路灯连接起来，最终实现对每一盏路灯的工作状况的全方位的分布式自动/人工监视和控制，从而实现风光互补路灯照明工作状态的智能优化管理。

1 风光互补路灯系统主要硬件介绍

该风光互补LED路灯照明控制系统以微型处理器、Zigbee无线传感网络技术为设计核心，由以下几个部分组成，太阳能电池板，风力发电机，控制器，锂电池组，Zigbee无线传感网络节点，辅助系统（包括光照采集传感器、GPS模块、温湿度传感器、风速风向传感器等）以及路灯所需配置的其他部件组成。

1.1 控制器

控制器一方面控制负载的输出状态，另一方面还要将多余的电能送往锂电池组存储；当发电量不能满足负载需要时，还要控制锂电池的电能送往负载；在控制器的控制下，蓄能组件控制放电通路的通断，防止电池过放，以保证整个系统工作的连续性和稳定性。其中，风力发电控制主要任务是跟踪风速变化，通过变桨距控制或者双反馈控制，小型风机大多利用对Boost变换器的控制，实现风力机保持输出最大功率。光伏发电控制的主要任务是跟踪输出功率的变化，使用MPPT算法，使光伏电池始终保持输出最大功率。

1.2 ZigBee/GPRS网关

ZigBee/GPRS网关主要是接收由ZigBee无线网络传输的数据，并通过网络将相关数据上传到远程监控中心，完成实时监控功能；或者通过ZigBee网络将远程控制数据广播到各路灯控制器节点，以完成相应的控制功能[1]。

1.3 辅助系统

辅助系统用来确保温湿度传感器能够稳定的工作，然后将采集到的温度数据传送给主控芯片，然后由主控芯片来控制数据传输到ZigBee无线网络结点上，最后由ZigBee无线网络传输所收集的数据到网络中心，由网络中心根据现在的状态发送指令给ZigBee无线结点，从而调整控制路灯的工作状态。

2 系统主控制器设计及功能

本文所设计的智能型太阳能路灯控制器是以MSP430系列芯片为控制核心，控制器能对整个系统进行实时监测，通过，以最大输出功率对锂电池进行充电；在日间感知阳光使太阳能光伏电池板为蓄能组件进行充电；通过监测周围环境温度、光照和风速结合MPPT算法模块提高太阳能、风能的转换效率，使其充电最大化；当天黑后自动控制开启路灯，并根据外界光强度，智能调节并控制LED路灯亮度；在控制器的控制下由蓄能组件控制放电通路的通断，防止电池过放。控制器的作用是使整个系统各个部件可以协调一致的工作，是整个系统的控制协调中心，对整个系统的稳定、可靠、高效运行起着至关重要的作用。

3 一种改进的MPPT控制方法

在传统的功率扰动算法中，其扰动步长D是一个固定值，在MPPT稳态工作时，小的步长D减少控制器功率的消耗；当计算瞬时的MPPT值时，大的步长D将会很快的得到新的MPP，但同时也会增加扰动的区间范围。所以对于传统的功率扰动算法，选择合适的步长显然成了一个很难解决的问题。所以本文设计了一种自适应步长扰动MPPT控制算法，这种算法就是为了权衡追踪效率和追踪的准确性才使用的[2]。

它的工作原理是通过调整扰动值并观察负载曲线的电流。然后根据负载电流，自适应决定的扰动值D。在得到D的值之后，太阳能光伏电池板的功率占空比的值将会被得到的D值进行修改，并且在等待时间T之后，MPPT控制器将开始下一次的扰动。在该算法的扰动周期内，DC-DC转换器的占空比和其携带负载电流分别记作和。前一扰动时刻的电源转换器的占空比和负载电流分别记作和。负载电流和占空比的变化从一个工作周期到另一个工作周期可以被定义为：和。如果信号和是一样的，则占空比D将增加，并且变量X将被设置为“1”，为了使算法能够记住在这一次占空比最后一次扰动的方向。如果信号和是相反的，则在占空比将减少和变量X被设置为“0”，为了使算法能够记住在这一次占空比最后一次扰动的方向。变量X的值则用于在时，此时由于A/D 转换器的分别率不是足够的高，这样就能够看到在上一个工作周期上扰动负载电流变化的结果。在这样的条件下，在该占空比内将被扰动以同样的方向作为上一次的迭代扰动，并且电流值也不会改变。这一步等效于将占空比的扰动步长增加了。但占空比的值总是在被比较，它的最小值为Dmin，最大值Dmax[3]。

4 控制器软件设计

在智能型太阳能LED路灯照明系统中，路灯控制器主要控制太阳能电池板获得的光辐射能转化为电能，并存储在锂电池中，然后锂电池里的电向负载进行供电。当光敏电阻检测到外界光照发生变化时，即进入夜间后，驱动LED灯变得更亮，并开始照明。如果锂电池的电压不足，则由电池管理芯片TP4056对其进行管理，检测其是否充电条件，若满足条件则开始进入充电模式，否则则进入待机模式。

由于MPPT算法在软件设计上比较复杂，并且其的硬件电路也要根据需求而进行改进，所以在本系统中所实现的MPPT是用一硬件芯片来进行设计的，这款硬件芯片是 XLSEMI公司的一款固定频率PWM升降压DC-D变换器，其型号为XL6009。

5 系统测试结果及分析

5.1 测试系统的组成

本设计的太阳能路灯系统，为一般性模拟测试n题，所以无需考虑野外作业。本设计是基于 STC12C5A602S2 设计的智能型太阳能 LED 路灯控制器，并设计了以该控制器为核心的简易路灯系统，路灯的亮度能够根据外界光照的变化，从而实现自动调节。

5.2 系统控制器测试结果

通过实验，该系统控制器工作模式有以下几种：

（1）强光照模式（Vpv≥4.4V），当SOC≥95%时，锂电池以浮充方式充电；当SOC

（2）弱光照模式（Vpv

（3）强光弱（强）风模式，同强光模式。

（4）弱光弱（强）风模式在弱风情况下，如弱光照模式；而在强风模式下，如强光照模式。

6 结语

本系统设计创新之处，在于其运用并结合了微处理器、ZigBee无线传感网络、锂电池和风光互补的技术[4]，实现了风光互补路灯照明智能系统。该系统既可以通过无线传感网络对每一盏路灯的工作状况实现全方位的分布式人工监视和控制，也可以利用单片机进行自动控制；其次，对太阳能光伏电池板的输出功率特性以及常用MPPT 算法进行了分析，并提出了一种新型的MPPT算法，但在经费允许的情况下使用了一种直接用硬件实现的MPPT算法，而不需要在软件上进行设计与改进，即直接用硬件内部资源里固定频率的PWM波控制 DC/DC 变换器实现MPPT算法。本文设计的内容涉及到多个学科的知识，但在许多问题上并未能深入研究，所以系统设计存在的不足之处，也是下一步要继续改进和完善的内容。因此，在本文的基础上，今后可以进一步开展以下工作：

如何设计优化MPPT算法，提高太阳能光伏电池板的输出功率；是否能使太阳能光伏电池板结合机械结构的设计，使其能跟着太阳的运动方位变化而进行位置的移动；对风光互补发电系统的能量输出模型进行设计，修订和完善；采用合适的算法求解风速的Weibull 分布参数，然后根据风力发电机功率特性，建立风力发电的能量输出模型。而这些问题也将会成为以后关注的重点。

参考文献：

[1]段现星.光伏太阳能LED路灯照明系统设计[J].机电一体化，2011（7）77-79.

[2]王润民，王健.基于ZigBee的道路照明智能控制系统的设计[J].陕西：长安农业大学，2014.

[3]闵江威.光伏发电系统的最大功率点跟踪控制技术研究[D].武汉：华中科技大学，2006.

[4]孙滨，郭瑞，付华，李楠.无线测控技术在太阳能路灯综合管理中的应用[J].辽宁：辽宁工程技术大学，2010.

收稿日期：2016-09-26

路灯控制器篇5

关键词：电力载波；单灯控制器；双灯控制器；电路模块；城市照明 文献标识码：A

中图分类号：TP393 文章编号：1009-2374（2015）04-0017-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0292

随着我国城市化步伐的加快，城市照明建设作为体现城市形象的作用日益受到重视。在城市照明的控制管理范围日益扩大的同时，建设发展对城市照明也提出了更高更新的要求。目前，各个城市对城市路灯的节能控制一般由两个途径：一是采用节能光源；二是采用合理的控制线路，而由于很多城市在最初的设计规划时还没有出现上述问题，也就没有预留出相关的节能改造空间，同时在很多城市中那些已使用多年的老线路，存在着改造难度大、周期长、费用高等诸多问题。本文在单灯控制器基础上设计了基于电力载波的双灯控制器或多个灯具的开关控制、故障监测、工作状况信息跟踪，极大地丰富了控制器的功能。

1 单灯控制器

1.1 设计原理图

设计原理如图1所示：

图1 单灯控制器部分设计电路图

单灯控制器由4个单元组成：载波通讯模块、电流测量电路、手工操作开关和电源部分。

载波通讯设计符合EIA-709.1，EIA-709.2和EN50065-1等国际标准，内部集成了ANSI 709.1七层协议、自动路由自适应算法，可以将一个通信节点动态配置为一个路由或普通节点，其出色的物理层性能和自动路由的特点提供了可靠的网络通信性能。

路灯开关的设计以8位微控制器为核心，配合相关的硬件和软件设计，主要通过与载波模块通信，实现开灯、关灯、调光、数据查询以及故障报警等功能。电流检测通过采用高精度电能计量集成芯片，实时查询灯具（负载）当前实时电压、电流、功率因素等参数。

1.2 功能

具有控制载波通讯、路灯开关、电流检测等功能。

2 双灯控制器

2.1 结构原理框图

结构原理如图2所示：

图2 结构原理框图

双灯控制器包括：MCU主控电路；与MCU主控电路连接的供电电路，所述供电电路外接220VAC/50Hz的外部电源并通过MCU主控电路输出至少一组220VAC电压；至少一个连接于MCU主控电路与对应的灯具之间的控制开关；用于与远程集控器进行通信连接的载波通信电路，所述载波通信电路与MCU主控电路电性连接；连接于MCU主控电路与灯具之间的用于调节灯具照明亮度的PWM输出电路、用于实时采集灯具的运行参数的电压/电流采集电路和用于保障控制器安全的过载保护电路。其特征在于：（1）每个所述灯具与MCU主控电路之间均连接有一个起到开箱报警作用的开关量输入电路；（2）所述控制开关包括一常闭继电器，所述常闭继电器的触点容量为10A/250V；（3）所述MCU主控电路包括一8位微控制器。针对上述现有技术存在的不足，提供一种结构简单、功能丰富，可同时控制单个或者多个路灯并能够实现全天候实时监控与管理的基于电力载波的双灯控制器。

2.2 技术方案

电力载波的双灯控制器，它包括与至少一个灯具连接的控制器，所述控制器包括：MCU主控电路；与MCU主控电路连接的供电电路，所述供电电路外接220VAC/50Hz的外部电源并通过MCU主控电路输出至少一组220VAC电压；至少一个连接于MCU主控电路与对应的灯具之间的控制开关；用于与远程集控器进行通信连接的载波通信电路，所述载波通信电路与MCU主控电路电性连接；连接于MCU主控电路与灯具之间的用于调节灯具照明亮度的PWM输出电路、用于实时采集灯具的运行参数的电压/电流采集电路和用于保障控制器安全的过载保护电路。每个所述灯具与MCU主控电路之间均连接有一个起到开箱报警作用的开关量输入电路；所述控制开关包括一常闭继电器，所述常闭继电器的触点容量为10A/250V；所述MCU主控电路包括一8位微控制器。

通过对内部电路模块的连接结构进行优化，采用载波通信方式来实现单个灯具或多个灯具的开关控制、故障监测、工作状况信息跟踪，极大地丰富了控制器的功能；有利于维护人员迅速、准确地处理故障灯具；其结构简单，有利于实现控制器整体的智能化、小型化、低功耗、高灵敏度等功能，具有很强的实用性。

2.3 接线示意图

接线示意图如图3所示：

图3 接线示意图

3 双灯控制器具体实施方式

如图2和图3所示，基于电力载波的双灯控制器，它包括与至少一个灯具1连接的控制器，其中，控制器包括：MCU主控电路2，其包括一个8位微控制器以起到整个控制器的中央控制作用；供电电路3，其用于外接220VAC/50Hz的外部电源，同时与MCU主控电路2连接并通过MCU主控电路2输出至少一组220VAC电压，以向包括灯具1在内的负载供电；控制开关4，其设置于控制器的内部，连接于MCU主控电路2与对应的灯具1之间，控制开关4的数量与待控制灯具的数量相同；载波通信电路5，其余MCU主控电路2进行电性连接，并与远程集控器进行通信连接，以此远程集控器可通过载波通信电路5向MCU主控电路2下发工作指令，同时将MCU主控电路2收集的关于灯具1的运行参数以及整个电路的状况信息实时地传送给远程集控器；在MCU主控电路2与灯具1之间还连接有用于调节灯具1的照明亮度的PWM输出电路6、用于实时采集灯具1的运行参数，并通过MCU主控电路2和载波通信电路5上传相关数据的电压/电流采集电路7以及当灯具1或整个电路出现故障导致过流问题发生时，用于保障控制器安全的过载保护电路8。

PWM输出电路6采用的信号频率可以为200Hz（可调），其包括一TTL电平，而占空比则可在0%～100%的范围内调整。如此，当MCU主控电路2通过载波通信电路5接收到远程集控器的工作指令后，会控制控制开关4吸合，从而使灯具1工作；而在灯具1工作时，电压/电流采集电路7则会实时采集灯具1的运行参数，并依次通过MCU主控电路2和载波通信电路5上传至远程集控器，以便于后台管理系统能够实时查询、调阅灯具1的工作状况；当灯具1或整个连接电路出现故障而导致过流问题的发生时，过载保护电路8则将信息传递给MCU主控电路2中的微控制器，以通过微控制器快速的切断由供电电路3提供的电源和控制开关4并通过载波通信电路5向远程集控器上报故障信息，方便维护人员的迅速处理。

另外，为防止因正常维护或意外情况的发生，在灯具1与MCU主控电路2之间分别连接有一个起到开箱报警作用的开关量输入电路9。

本例的双灯控制器可对路灯设施进行内涝、温湿度测试，在停电条件下仍然可以对线路进行防盗，同时，可具备电力线信噪比监测和UID主动上报功能。

4 应用发展情景

随着城市的快速发展，对城市道路照明管理提出了更高的要求，以前传统的路灯控制方式已经无法满足城市现代化要求，研发一种功能完善、操作简单、高效的双灯控制器是必然趋势。双灯终端控制器作为一种新型的智能化控制器，其能对单个光源进行测控、准确判断线路故障，使维护人员及时掌握路灯开关灯情况，对道路照明进行高效、可靠、安全的维护和管理，很好地解决了当前城市照明管理中维修滞后的难题。

参考文献

[1] 胥和平，等.基于电力载波技术的智能照明路灯控制系统[J].电工技术，2010，（2）.

[2] 沈晓燕.基于总线技术的智能照明路灯监控管理系统[D].中国海洋大学，2007.

[3] 王巍.基于电力载波技术的LED路灯监控系统研究与开发[D].天津工业大学，2011.

路灯控制器篇6

引言

随着城市化的逐步发展，城市交通也发生了巨大的变化，虽然新修建数条高速公路及普通道路，但随着汽车的日益增长，市区交通仍然变得十分拥挤，而这些因素对人们的安全出行也带来很大隐患。各交通路口的信号灯作为交管部门管理交通的重要工具之一，其合理使用可以为人们的安全出行提供保障。交通信号灯主要由城市交通控制系统控制。现代城市交通监控指挥系统中的城市交通控制系统一个综合化的计算机道路交通管理系统，其主要功能包括城市交通数据监测、交通信号灯控制以及交通疏导。在以计算机为主体的信息化交通管理系统中，如何运用科学的控制方法对已建的城市道路结构进行优化调度，缓解道路的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划系统亟待研究的课题。数字电路具有逻辑性强和灵活性强的特点，数字电路芯片只要在一定范围内输入，都能得到稳定的输出，调试起来比较容易，电路工作也比较稳定，所以被广泛用于各种领域。本文着重介绍运用数字集成电路进行控制的交通灯的设计思路。

1交通灯的设计要求及总体方案

1.1设计要求主干道和支干道十字路口设置交通灯，控制两条交叉道路上的车辆通行。①每条道路设1组由黄、红、绿灯组成的信号灯，绿灯表示允许通行，红灯表示禁止通行，黄灯表示该车道上已过停车线的车辆继续通行，而未过停车线的车辆停止。②当主干道绿灯亮时，支干道红灯亮，且主干道绿灯亮的时间不少于60s。③当主干道红灯亮时，支干道绿灯亮，且支干道绿灯亮的时间不超过30s。④每次变换通行车道前，要求黄灯先亮5s。1.2总体方案根据设计要求，交通灯控制系统的组成框图如图1所示：十字路通灯工作状态数据由状态控制器进行监测记录，通过状态译码器分别点亮相应状态的信号灯，秒脉冲发生器产生整个定时系统时基脉冲，通过减数计数器对脉冲减计数，达到控制每一种工作状态的持续时间，减数计数器的回零脉冲使状态控制器完成状态转换，同时译码器根据系统的下一个工作状态决定计数器下一次减计数的初始值，减计数器的状态由BCD译码器、数码管显示。

2设计的主体内容

2.1状态控制器的设计①S0状态表示主干道绿灯亮，支干道红灯亮，60s定时开始计时，且通车时间未超过60s。②S1状态表示主干道通车时间已达到30s，此时主干道黄灯亮，支干道红灯亮，5s定时器开始计时。③S2状态表示主干道黄灯时间已超过5s，此时，主干道红灯亮，支干道绿灯亮，30s定时器开始计时。④S3状态表示支干道通车时间已超过30s，此时，主干道红灯亮，支干道黄灯亮，5s定时器开始计时，以后当支干道黄灯计时超过5s时，接S0状态。这四个状态可以用二进制编码表示，S0用00表示，S1用01表示，S2用10表示，S3用11表示，其状态转换图2所示。这是一个二位二进制计数器，可采用中规模集成计数器CD4029构成状态控制器。CD4029是一种CMOS电路二进制/十进制可异步置数的可逆计数器，若要实现多级级联，只需将前级计数器的进/借位信号CO连到下级计数器控制端C1即可，CD4029可实现二进制/十进制的可进位，可预置的加/减数。状态器的脉冲可以用来自减法计数器的借位输出，根据译码显示器的借位变化来改变状态器的输入，控制状态器的输出。由CD4029所组成的状态控制器如图3所示。2.2译码电路的设计主干道上红、绿、黄信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态，它们之间的关系见真值表，如表1。对于信号灯状态，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，两个方向的信号灯有4种输出状态。由真值表分析可以求出各信号灯的逻辑关系。选用半导体发光二极管来模拟交通灯，由于门电路的带灌电流的能力比一般带拉电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管，所以在状态输出端设置了与非门和非门，以满足低电平的要求。状态译码电路如图4所示。2.3定时电路的设计定时要求主干道绿灯显示60s，支干道绿灯显示30s，黄灯显示5s，故需要一个能实现自动调节不同时间的定时器74LS245，通过使能端和控制端可以控制不同数字的输出。预置到减数计数器的时间可以通过3片74LS245来实现，3片74LS245的输入数据分别接入60、30、5这3个不同的数字，74LS245的输出数据和减法计数器相连，实现设计要求的计时时间。三片74LS245的输出与否由状态控制器来实现，当状态控制器在S0（Q2Q1=01）状态S4（Q2Q1=11）状态时要求黄灯亮，要求减法计数器从初始值5开始计时，可以看出黄灯亮时Q1必须为1，所以可以用Q1来控制接数字5的74LS245。当主干道绿灯亮时，60s计数器开始计时，由于74LS245的EN端接入低电平有效，而信号灯也是接人低电平有效，所以可以把74LS245的EN端与主干道的绿灯连接，同理，输入数据20的74LS245可以与支干道的绿灯信号相连，74LS245的管脚图如图5所示。它主要实现的是三态门的功能，输出端除了有高电平和低电平两种状态外，还有第三种状态高阻状态。其逻辑功能是：当使能控制信号EN=0时，若DIR=1，则数据传输通路为A到B，若DIR=0，则数据传输通路为B到A；而EN=1时，无论DIR为何值，A、B之间均呈高阻状态。定时器的减数器主要是由异步可逆二/十进制计数器来实现，译码和显示电路主要是由74LS47和数码管来产生，74LS47管脚图如图6所示。2.4脉冲产生电路的设计脉冲的产生电路主要是由555定时器产生的。555定时器是一种中规模集成电路，只要在外部配上适当的几个元件，就可以构成施密特触发器，单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲与变换电路，该器件的电源电压为4.5~16V，驱动电流可达到200mA左右，并且可以与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。多谐振荡器是一种无稳态电路。对该电路通电后，电路状态可以自动变换并且产生矩形波的输出。555定时器组成的的脉冲发生器如图7所示。将以上各模块进行逻辑连接，得到系统的电路原理图，如图8所示。将各单元部分按照电路图连接后，进行各单元电路调试及整体调试，并通过软件仿真验证，完全达到设计要求数字集成电路具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产，由数字集成电路控制的交通信号灯也会越来越广泛地使用。

参考文献：

[1]李中发．数字电子技术[M]．北京：水利水电出版社，2001．

[2]时万春．现代集成电路测试技术[M]．化学工业出版社，2006．

[3]杨兆生．新一代智能化交通控制系统关键技术及其应用[M]．北京：中国铁道出版社，2008．

[4]桑红石，张志，袁雅婧，陈鹏．数字集成电路物理设计阶段的低功耗技术[J]．微电子学与计算机，2011，4．

路灯控制器篇7

项目名称：北京万万树别墅

住宅描述：独栋三层别墅

户主：张先生

选用系统：选择家庭智能终端、智能照明、智能家电、电话远程控制、智能安全防范，智能电动窗帘等系统，进行集中控制与管理。

设计原则：本着配置合理、功能实用、使用方便，经济实惠的原则。

设计依据

1根据用户提出的功能要求

2　装修公司提供的相关设计图纸

3　现场实际勘测情况

4　国家或行业标准

功能介绍

1　家庭智能终端

它集成了智能家居的所有子系统，功能强大，是家里的总控制器。对外与别墅门口机连接，实现可视对讲、门禁开锁；与户外监视器连接，实现周界的视频监控；通过互联网、电话网络可与外界信息交互，实现网络远程控制，电话自动报警等。对内通过无线网络，控制灯光照明、家用电器、电动窗帘、家庭场景设置：通过布线与各种探测器，监视器连接，实现家庭防盗、燃气泄漏报警，网络远程监控。

2　智能照明控制

实现对家庭照明轻松控制，具有集中控制、灯光情景控制、组合控制、远程控制等功能：可以根据自己喜好，随意进行个性化的灯光设置，创造不同场景氛围。

3　智能家电控制

实现对家中电器的智能控制，使用一个遥控器即可对电视、空调、热水器等家电控制，也可利用固定电话或手机实施远程控制。

4　电话远程控制

将家中电话线与电话远程控制器串连，即可接收来自远程电话的语音控制信息，按照预先约定的按键操作，用户可在任何地方，通过使用固定电话或移动电话对家中的空调、电灯、热水器等家用电器实行远程控制，同时，它不影响电话的正常使用。

5　智能电动窗帘

用户可以本地手动、也可以使用遥控器，家庭智能终端、电话远程、网络控制窗帘的开启、关闭。

房间配置功能

(一)别墅周界防范

大门口配备别墅型门口机1个，庭院前，后各配备云台摄像机1台。

别墅型门口机：与别墅内家庭智能终端相联，进行可视对讲，门禁开锁；

云台摄像机：可以网络实时监控周界情况。

(二)别墅首层设计

1　门厅

配备家庭智能终端1个，三位智能开关1个、一位智能开关1个、门磁1个。

家庭智能终端：离家时按下“全关”键，关闭家中的所有灯光电器，启动安防系统：回家时，遥控撤防，按下“情景”键，家里的门灯、过道灯同时打开。

三位智能开关：一路控制门厅1盏吊灯、另外二路分别控制过道上方的6盏射灯；

一位智能开关：控制门前灯；

门磁：防护大门，当有非法侵入时报警。

2　起居室

配备二位调光智能开关1个、单相智能插座2个、智能家居遥控器1个，电话远程控制器1个，红外转发器1个、弧形双轨电动窗帘1套、红外广角探测器1个、紧急按扭1个、声光警号1个、网络摄像机1个。

二位调光智能开关：一路控制起居室的1盏吊灯、另一路控制2组壁灯；

单相智能插座：控制电视机电源，带有停电保护功能，当停电时自动切断电源；

智能家居遥控器：在家中的任何位置控制房间内所有灯光，以及对灯光亮度的调节，又可以任意控制家电(空调、电视、音响、DVD、窗帘)，有5种场景控制功能；

电话远程遥控器：通过拨打家中的电话打开家中的灯光或者电器；

红外转发器：将射频信号转发成红外信号，控制家中空调等电器；

弧形双轨电动窗帘：可以手动、遥控器、电话远程、家庭智能终端控制开启、关闭；

红外广角探测器：防护窗户和大厅；

网络摄像机：实时网络监控；

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警；

声光警号：报警时发出高分贝声音和闪光，吓阻非法侵入者，向外界报警。

3　餐厅

配备二位调光智能开关1个。

二位调光智能开关：控制1盏吊灯，可以调光，为用户进餐时营造出柔和的灯光氛围。

4　厨房

配备一位智能开关2个、单相智能插座4个、烟感探测器1个、燃气探测器1个、紧急按钮1个。

一位智能开关：控制厨房的1盏吊灯；

一位智能开关：控制过道4盏筒灯：

单相智能插座：控制排烟机、烤箱、电磁炉、电饭煲等电源通断：

烟感探测器：发生火灾时自动报警：

燃气探测器：发生泄漏时自动报警；

⑥紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警。

5　老人房

配备二位组合智能开关1个，三位移动智能开关1个，方向幕帘探测器1个、紧急按钮1个、双轨电动窗帘1套。

二位调光智能开关：分别控制吊灯的两组灯，可调光；

三位移动智能开关：分别控制卧室灯、过道灯、卫生间的灯，可以当遥控器使用；

方向幕帘探测器：防护窗户；

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警。

6　客卫

配备一位智能开关1个。

一位智能开关：控制镜前灯。

7　车库

配备一位智能开关1个、红外广角探测器1个、红外一体机1个、紧急按钮1个。

一位智能开关：控制车库外边2盏壁灯；

红外广角探测器：探测非法侵入者，自动报警；

红外一体机：实时监视车库内情况；

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警。

(三)别墅二层设计

1　起居室

配备一位调光智能开关1个、二位智能开关1个、单相智能插座1个，智能灯光遥控器1个，红外广角探测器1个、紧急按钮1个、弧形双轨电动窗帘1套。

一位调光智能开关：控制起居室吊灯，可以随意进行灯光设置，营造不同的灯光氛围；

二位智能开关：一路控制楼梯上方吊灯；另一路控制过道2盏射灯：

单相智能插座：控制落地灯的开关；

智能灯光遥控器：控制室内所有灯光照明，有5种情景模式；

红外广角探测器：防护窗户；

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警。

2　主卧室

配备二位组合智能开关1个、单相智能插座4个、智能灯光遥控器1个、幕帘探测器1个、紧急按扭1个、双轨电动窗帘1套。

二位组合智能开关：一路控制主卧吊灯，可调光；另一路

控制过道射灯；用户可依着自己的心情，将卧室灯光设置成一种温馨、浪漫的灯光氛围；电灯开启时光线由暗逐渐到亮，关闭时由亮逐渐到暗，直至关闭，有利于保护眼睛；

单相智能插座：分别控制床头2盏台灯、梳妆台前2盏壁灯；

智能灯光遥控器：可以控制室内所有照明：临睡前，按一个键，关闭家中所有照明灯：按一个起夜键，卧室的台灯、过道灯、主卫生间灯会同时亮起，再按一下同时关闭：

方向幕帘探测器：防护窗户；

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警；

双轨电动窗帘：可以手动、遥控、电话远程控制。

3　书房

配备二位调光智能开关1个、移动式智能插座1个，射频转发器1个、幕帘探测器1个、紧急按扭1个、双轨电动窗帘1套。

二位调光智能开关：控制吊灯；

移动式智能插座：控制台灯；

射频转发器：转发射频信号；

方向幕帘探测器：防护窗户：

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警；

双轨电动窗帘：可以手动、遥控、电话远程控制。

4　主卫

配备二位智能开关1个。

二位智能开关：一路控制吸顶灯、一路控制镜前灯。

5　更衣室

配备一位智能开关1个。

一位智能开关：控制吸顶灯。

6　儿童房

配备二位调光智能开关1个、8键遥控器1个、方向幕帘探测器1个、双轨电动窗帘l套。

二位调光智能开关：软启动、可调光，为用户营造出柔和、温馨的灯光氛围：

8键遥控器：控制儿童房吊灯和客卫的镜前灯；

方向幕帘探测器：防护窗户；

⑥双轨电动窗帘：可以手动、遥控、电话远程控制。

7　客卫

配备一位智能开关1个。

一位智能开关：控制镜前灯。

(四)别墅地下室设计

1　酒吧

配备一位调光智能开关1个、二位智能开关2个，智能灯光遥控器1个、红外广角探测器1个。

一位调光智能开关：控制吧台上的2盏吊灯，可以随意进行灯光设置；

二位智能开关：一路控制3盏筒灯，另一路控制4盏射灯；

二位智能开关：一路控制储藏室门前1盏吸顶灯，另一路控制过道4盏筒灯；

智能灯光遥控器：可以控制视听室、练功间、酒吧、过道灯光照明，可以全开、全关；

红外广角探测器：防护楼梯口。

2　视听室

配备二位智能开关2个，单相智能插座1个，射频转发器1个、烟感探测器1个，紧急按钮1个。

二位智能开关：一路控制15盏筒灯，另一路控制2盏壁灯；

二位智能开关：一路控制内侧4个角筒灯，另一路控制中间5盏“十字形”筒灯：

单相智能插座：控制电视机电源，有停电保护功能，当停电时自动切断电源；

射频转发器：转发射频信号；

烟感探测器：发生火灾时自动报警：

紧急按扭：紧急情况发生时，按下此键立即报警。

3　练功间

配备二位智能开关2个。

二位智能开关：一路控制9盏地角灯，另一路控制9盏壁灯：

二位智能开关：一路控制3个台球上方吊灯，另一路控制房间2组大吊灯。

路灯控制器篇8

关键词:Zigbee 单灯控制系统 节电

Abstract: in recent years, road lighting facilities as local economy and traffic development, its size and quantity is more and more big, the road lighting power consumption rising fast. This paper introduces a kind of based on Z I g b e e single lamp monitoring system, and analyzes the with three different cases, the application based on Z I g b e e single lamp monitoring system of power saving effect after. Conclusion based on the Z I g b e e single lamp after monitoring system, and has obtained the good power saving effect, is worth promoting.

Keywords: Zigbee single lamp control system section

中图分类号：TD609 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

随着各地经济和交通的发展, 近年来道路照明设施的规模及数量也越来越大。道路照明设施对城市交通安全、社会治安、人民生活、美化环境等具有重要作用,是重要的城市基础设施。但同时道路照明设施也是耗电大户,每个路灯平均每天亮灯时间10小时以上,一般地级城市路灯数量在2～5万盏,省会城市达到10万盏以上。路灯多采用400W和250W的高压钠灯。按照4万盏灯计算,全年路灯用电量为:5100万kWh电,相当于2.06万吨标准煤。所以在国内“电荒”问题愈演愈烈的情况下,道路照明设施的耗电问题是迫切需要解决的。随着物联网应用的逐步普及, 基于Zigbee的单灯监控系统已成为当前发展的主要趋势。采用单灯监控系统之后, 对于多灯头的灯基, 根据需要可以采用全亮或亮1个灯头; 对于配备了变功率镇流器的灯具可以根据需要全功率运行或降功率运行;对于偏远地区也可以采用隔1亮1或隔2亮1,提高灯具的使用寿命同时,节能效果显著,能够在一定程度上缓解电荒带来的冲击。

2 WSN概述

WSN是wireless sensor network的简称,即无线传感器网络。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量廉价小型或微型的各类集成化传感器节点协作地实时感知、监测各种环境或目标对象信息,通过嵌入式系统对信息进行智能处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端,从而真正实现“无处不在”理念。

3路灯无线控制系统整体架构

现代城市照明系统中，根据路灯智能化管理要求，必须实现单灯开关控制，单灯状态检测。则系统要做到以下几点要求：

(1)监控中心由PC操作系统界面提供即时控制检测所控区域运行状况，建立线路运行数据库数据并永久保持。

(2)系统安装在灯杆维修孔内，能够同时控制两路灯头，并分别对任意一个灯头实行开、关控制。

(3)在晚上某个时间后，可以实现路灯一隔一开，关闭相应一半灯头，实现节能。

(4)系统能达到掌控单灯运行情况，能够检测到每一个灯头的好坏情况。

(5)系统安装成功，计算机房将观察到全市所有路灯的工作状态,并且能任意对某个路段的路灯进行开启、关断等实时监控,损坏的路灯在地图相应的标识位置上闪烁。

(6)监控平台具有完善的人机界面功能，完备的操作权限限制，能够准确生成维修定单。

(7)如图1所示。共包括三个层：监控中心、电控柜（无线照明主控器）层和路灯（单灯智能控制器）层。

4 单灯监控系统架构

采用Zigbee(物联网中的WSN网络)的单灯监控系统架构由监控中心、灯光支路控制器、单灯控制器和通信网络组成。(1)监控中心(Monitor Control Center)是照明管理人员对路灯运行状态进行监视和管理的办公区域,管理人员通过主控软件实现对全市/区照明变压器/配电柜以及路灯的访问和控制,包括开关灯命令发送、参数配置、状态查询、故障检测等。通过监控中心可以方便直观的了解到全市/区照明设备运行状况。( 2 ) 灯光支路控制器(Branch Node),与照明配电柜安装在一起,实现对变压器/配电柜输出交流接触器控制,采集线路的各种状态信息,通过GPRS方式与监控中心进行通信, 接收监控中心下达的所有指令,当与监控中心通信故障时,能够按照预先设置的时间曲线自动进行配电柜级别的开关灯操作。能够与单灯控制器进行对接,通过WSN(Wireless SensorNetwork)实现对单灯的管理和控制。(3)单灯控制器(Leaf Node),安装在路灯灯杆处,采用2.4GHz免费频段,通过灯光支路控制器接收监控中心的指令,实现单灯级别的开关灯和调压,并主动收集单灯故障信息进行上报。当WSN网络出现故障时,能够按照预先设置的时间曲线自动进行单灯级别的开关灯操作。

5 单灯监控系统的节电效果

单灯监控系统, 对多灯头的灯基采用全亮或亮1个灯头;对于配备了变功率镇流器的灯具全功率或降功率运行;对于偏远地区采用隔1亮1或隔2亮1,节能显著。

5 . 1 多灯头灯基情况

目前国内多灯头灯基中以双灯头为主,部分城市有4 灯头情况,在此我们以双灯头,每个灯头250W为例。采用单灯监控系统后, 由于多灯头灯基本身不需要采用降功率镇流器,采用调整灯头数量来进行节电,基本不影响主干道道路照度的均匀度。具体开灯措施为:每天18:00开灯,18:00至22:00行人车辆多,路灯全打开;22:00至24:00行人车辆逐步减少,郊区采用亮一个灯头方式;24:00 至凌晨5:00基本无行人,城区和郊区均亮1个灯头;5:00之后环卫工人开始清扫马路,路上行人增多,路灯全开;6:00关灯。采用上述方法城区路段节电率为20.8%,郊区路段节电率为29.1%,如按照郊区和城区灯基各占50%计算,总的节电率为25%。

5 . 2 单灯头灯基情况

国内单灯头灯基以400W为主,变功率镇流器为400W转250W,以此为例。采用单灯监控系统后,对于单灯头灯基建议采用降功率镇流器, 通过启用降功率来进行节电, 不影响道路照度的均匀度。具体开灯措施与多灯头灯基情况采用方法一样。采用上述方法城区路段节电率为21.9%, 郊区路段节电率为37.5%, 如按照郊区和城区灯基各占50%计算,总的节电率为29.7%。

5. 3 隔1 亮1 和隔2 亮1 方式

对于电力特别紧张的用户,采用单灯监控系统后, 不但可以使用上述两种节能方式,还可以采用隔1亮1和隔2亮1方式,关闭部分光源。节电率可达40%甚至50%。这种方式的优点是节电显著,缺点是照度均匀度将严重下降,对交通、行人安全会产生不利影响。

6 结语

通过以上分析可以看出, 城市照明采用基于Zigbee的单灯监控系统后,节电效果显著,值得推广。

参考文献

[1] JENNIC公司 JN-UG-3041-JenNet-1v4.

[2] 智煜.变功率镇流器在城市道路照明中的应用.城市照明,2011（1）.

[3] 徐晓玲.乌鲁木齐城市道路照明节能技术的应用.低碳照明,2011（1）