LED路燈智能控制系統設計探索論文

摘要：我國城市不斷髮展，對能源的需求量也越來越大。城市路燈系統是整座城市的“能耗大戶”，如何在保證市民出行和日常生活需求的前提下，優化現有控制系統，降低路燈的綜合能耗是亟待解決的問題。本文主要分析了LED路燈智能控制系統的優越性，並結合LoRa無線傳輸技術淺談了智慧城市LED路燈智能控制系統的設計方案。

關鍵詞：智慧城市；LED路燈；系統設計；優越性

隨着我國城市化進程不斷加快、環保政策深入落實，城市LED路燈照明控制系統需不斷優化，標準化、節能化、科學化的路燈控制系統能快速推進我國城市建築。當前，我國的無線網絡技術和智能控制技術不斷髮展，在城市LED路燈建設中大力推廣先進的無線傳輸技術，能夠加強對路燈的管理，提升路燈的使用效率，降低路燈的總體能耗，是保證我國“可持續發展”和“節能減排”的戰略進一步實施的重要環節。

1LED路燈智能控制系統的優越性

1.1採用佔用空間小的傳感技術

傳統的路燈系統需要較長的供電線路網，這種形式主要分佈於城市交通幹線以及老式小區住宅中，這種傳統的供電方式容易造成線路損耗過大，降低了整個路燈系統的工作效率；同時，傳統的城市路燈系統工作在220V電壓下，容易發生三相不平衡的問題，嚴重時會發生零點位移現象，不利於路燈系統的日常運轉，更增加了路燈總體能耗。而採用LED路燈智能控制系統可解決上述問題，智能化控制系統採用無線傳輸技術，優化現有線路佈局方式，將固定化的、單一化的線路佈局變爲開放化、靈活化的佈置方式，只需要極小的環境空間就能實現基本控制功能，能夠爲路燈系統的其他建設節約空間。

1.2實現實時監測功能

雖然傳統的路燈系統操作簡便，但其控制系統較爲單一，其功能較少且無法實現對路燈系統的實時監測，容易造成大量的人力及物力浪費，如：當路燈無法正常工作時，工作人員只能通過現場巡查才能發現壞損路燈，嚴重降低了工作效率，這種工作方式與我國智慧城市建設的基本方向不相匹配。而採用智能化控制系統，不僅可以實現對LED路燈系統的實時監測，工作人員還能通過無線傳輸技術在管理後臺掌握路燈的工作參數，如工作電壓和電流、工作溫度、LED亮度等，工作人員可以減少現場巡查次數，只需對數據分析即可判斷哪部燈具、哪個位置的路燈出現了壞損，智能控制系統不僅能夠實現實時監測功能，還能進一步提升LED路燈的使用效率。

1.3創造更高的經濟效益

智能化LED路燈控制系統的.應用，不僅給社會民衆的日常生活帶來無限便捷，還能爲各個城市創造更高的經濟效益，在城市中不斷推廣LED智能化路燈控制系統，不僅能實現城市道路及小區照明系統的全自動化，還能達到節能減排的效果。筆者認爲，隨着無線傳輸技術與智能控制技術的不斷髮展，城市的LED智能控制系統將會得到進一步升級，不僅能夠實現對城市電力資源的有效整合，還能降低城市路燈系統的總體能耗，對延長路燈系統的壽命，降低後期維護成本都有着積極意義。

2基於智慧城市建設的LED路燈智能控制系統設計

2.1系統組網結構設計

在現代化城市路燈建設中，路燈的間距一般爲20-30m，若一條馬路的總長爲3km，道路兩旁的路燈數量共計200-300盞，傳統的控制系統無法實現如此長距離的路燈控制，只能加大後臺管理硬件的數量，進而增加建設成本。而在單燈控制系統中採用LoRa無線傳輸技術，通過GPRS公共網絡將信息傳遞至後臺管理中心，並在組網中設置匯聚節點、中繼節點以及開關節點，以此實現對整條馬路的路燈控制，能夠建立動態、可控的智能化路燈管理系統。在該組網中，路燈工作參數及相關數據會傳遞到匯聚節點上，並通過GPRS網絡被傳遞至後臺管理中心，組網中的中繼節點和匯聚節點基於LoRa無線傳輸技術實現信息互聯。

2.2系統硬件設計

開關節點佈設在路燈裏，通過RS485與中繼節點相連，本系統的開關節點採用MSP430系列微型控制系統。該控制系統成本低、能耗低且結構簡單適用於智慧城市路燈系統，開關節點中的光敏電阻採用557系列，該電阻受到光照影響改變阻值，進而實現對LED燈亮度調節功能。中繼點與開關節點的硬件連接基於Modus通信法則，同時單燈的控制採用LoRa無線信息傳輸技術實現長距離信息傳輸。該硬件系統的核心構件採用MSP430F247控制器，且內嵌32K存儲卡能夠輕鬆滿足路燈存儲的要求。匯聚節點的核心構件配備64k的存儲器並與GPRS模塊相連，與後臺管理中心採用RS232形式連接，該節點的主要功能是接收後臺管理中心指令，並通過LoRa無線傳輸技術將指令傳遞至中繼節點，再由中繼節點將指令傳遞至開關節點，最終形成一套完整的控制系統。

2.3系統軟件設計

系統軟件設計採用SX1278系統,並給每個開關節點配備不同的數據地址，如：當中繼節點發出0X10AA指令時與之對應的開關節點就會做出開關反應。開關結點對數據進行查詢，如果查詢到相關數據到則上傳採集數據，將讀取到的光敏電阻AD數據與此臨界值進行對比，從而來控制開關節點。

2.4其他輔助功能設計

經過對硬件及軟件系統的設計後，本系統能夠實現基本的智能化控制操作，同時還增加了其他輔助功能設計。如：遠程抄表系統、故障報警功能、自動上報功能、數據查詢功能、歷史操作查詢功能、移動終端查詢功能、地圖顯示功能等。具體系統操作項目圖如圖1所示。

3LED路燈智能控制系統測試

在進行測試之前，首先要創造一個可靠的測試環境，測試系統主要包括匯聚節點和後臺管理中心，路燈系統由兩個中繼節點和八個開關節點組成，並將後臺管理中心設置在測試區域300m內的空曠馬路區域。在測試過程中，依據不同的測試距離，對每個節點發送測試數據包，並將測試結果記錄彙總如圖2所示。依據圖中所示結果分析，在該測試環境下，當傳輸距離＜0.5km時，傳輸數據能夠實現完整傳遞；當傳輸距離爲1km時，數據傳輸並不完整；當傳輸數據＞2.5km時，數據傳輸完整度僅爲80%。若把後臺管理中心設置在高樓內，隨着樓層和傳輸距離的增加，數據的完整性也開始降低，當傳輸距離爲1km時，其五層樓內的數據完整性仍能達到90%。

4結論

綜上所述，我國智慧城市LED路燈控系統的總體發展方向是標準化、智能化、網絡化，路燈控制系統以“節能減排”爲長遠發展目標，確保城市路燈控制系統更加高效、便捷。採用LoRa單燈控制無線網絡技術能夠實現對傳輸數據的加密處理，保證信息傳輸環節的安全性和完整性；結合系統測試結果不難發現，採用該種通信協議再也不用擔心通信距離，同時整套控制系統的運行能耗低、建設成本低且抗干擾能力強，能夠滿足我國智慧城市現代化LED路燈系統的各種設計要求。

參考文獻

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