LED路灯智能控制系统探索论文
摘要：随着智慧城市建设的快速发展，智慧路灯建设成为城市建设和人民生活的一个重要组成部分。本文针对目前路灯控制管理不合理，造成的大量电能浪费的问题，采用LED光源取代传统的光源，将传感器技术与ZigBee技术相结合形成物联网络，运用无线通信技术与服务器建立数据传输服务，设计智能化的LED路灯控制系统。
关键词：路灯；LED；智能控制；ZigBee
随着世界人口和全球经济规模的不断增长，能源匮乏和环境污染问题日益严重。因此，各国都在重视发展“低碳经济”。照明是现代城市的耗能大户之一，各国政府都开始积极寻求节能环保的绿色照明光源，绿色照明计划正在从一盏路灯开始，成为走向低碳经济的必经之路。LED具有体积小、耗能低、寿命长、环保、低电压驱动、反应快、无噪音、无频闪、电压可调等优点。因此，近年来LED灯越来越多地被城市道路照明所采用。LED路灯在降低灯具的能源消耗和节能减排上发挥了重要的作用，然而现有的路灯控制技术已经成为现在LED照明发展中的瓶颈。因此，设计出LED路灯智能控制系统具有十分重要的现实意义和实用价值。
1路灯的控制系统方案设计
根据系统设计的功能要求，确定了系统的设计方案。从路灯智能控制系统总体功能上看，可以划分为四个功能模块：（1）道路情况检测模块，（2）路灯相关的控制系统模块，（3）上位机界面监控系统模块，主要用于在监控中心对路灯工作状态的监控。（4）无线通信系统模块，主要用于路灯传感器之间，以及路灯和控制中心之间的数据传输。系统设计方案如图1所示，路灯智能控制系统主要由路灯终端、无线传输网络及监控终端三个部分组成。一个终端对应一个路灯。ZigBee2007协议负责路灯终端和协调器模块之间的数据传送，监控终端负责接收路灯终端发送的状态数据，最后将各种状态数据通过监控终端的无线网络模块传输至监控中心服务器，工作人员通过电脑或者手机上网登陆监控界面可以实时监控并调控路灯的工作状态。LED路灯智能控制系统具体功能主要包含以下几点：（1）检测车辆和行人功能根据道路上行人和车辆的通行状况，控制路灯的开启和关闭，从而在无人无车时路灯关闭，在检测到道路上有行人或者车辆时开启路灯，照亮道路，方便通行。（2）数据传输功能路灯上控制设备能通过无线的方式进行通信和数据传输，相邻灯杆之间的通信传递车辆和行人有无、速度等信息，为了使行人车辆始终处于照明范围之内，控制路灯应能及时点亮。（3）远程监控功能中央监控中心能够定期地自动巡查每个路灯的工作状态，并使终端节点设备定期向监控中心发送节点运行状态，从而实现路灯的状态在监控中。同时，也可以满足路灯的远程单灯控制功能。（4）查询管理功能检测设备的上位机界面连接数据库存储各个终端的相关数据，工作人员可以对相关路灯数据进行查询打印，还能对系统进行管理配置。（5）自动报修功能智能控制系统对各个模块进行自检，将检测到的路灯异常信息发送到监控中心。例如路灯不能正常工作，则会自动发送警报并报修。如监控中心接收不到某个路灯的数据，系统会报告相关的无线通信模块出现故障。（6）ID地址设定功能在安装前终端模块能够通过手动设置设备编号和网络号。每个ZigBee节点都具有唯一的IEEE地址，系统中能够人工设置节点的IEEE地址，并且维护一个设备ID、16位短地址与长地址之间的对应表。
2路灯终端的电路结构
电路构成如图2所示，以芯片CC2530路灯终端的作为核心处理器，与传感器电路，电源电路以及LED驱动电路组成。
3路灯控制模块
路灯控制单元的结构如图3所示。路灯控制模块主要由继电器单元、光耦隔离单元和受控LED路灯组成。光电耦合器件可以将微控制器与外部电路隔离开。CC2530的路灯控制信号CRTL与光隔相连接，光隔的输出信息向继电器发送命令，进而实现控制路灯的开启和关闭。
4软件设计方案
LED路灯智能控制系统的软件部分基于模块化设计思想设计，大体上分为基于ZigBee的控制设备的软件和上位机监控软件两个部分。ZigBee节点主要包括协调器和路由，其中，ZigBee路由节点主要控制路灯终端的现场设备，协调器节点为网络中心节点，通过串口与上位机进行通信。LED路灯智能控制系统中，主要有两种类型的ZigBee设备分别是协调器节点和路由节点。协调器节点主要涉及的主要任务有：（1）对协议栈进行初始化，并进行参数设置；（2）构建相应的网络；（3）维护网络拓扑，其他节点加入和离开网络时，分配网络地址；（4）定期对ZigBee监控节点的数据采集进行监测；（5）监控中心通过对无线传输的.数据进行判断，根据路灯状态数学做相应处理。LED路灯智能控制终端采用路由节点进行数据采集和无线传输，具体任务主要包括：（1）搜索并加入相应的网络；（2）采集传感器传回的数据；（3）通过与相邻节点进行通信，实现路灯的提前点亮；（4）定期把路灯的工作状态发送给协调器；（5）接收协调器发来的状态数据，根据状态数据做相应的处理。
5结论
本系统主要包括路灯控制终端和上位机监控两部分组成，利用无线传输网络实现路灯终端之间的道路信息传送，可以提前打开路灯。同时，控制终端会定期把路灯控制终端检测数据和工作状态发送到监控中心，上位机监控界面上可以很容易监控每个路灯的状态，达到及时检修的目的。LED智能控制系统不仅能够达到节能减排的目的，而且能够满足人们生活的需求，方便人们的生活。
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