LED智慧路灯系统

LED智慧路灯系统（共7篇）

LED智慧路灯系统 篇1

引言

传统路灯系统存在诸如能源浪费严重、管理手段单一、信息化水平低下、故障主动报警机制缺乏等一系列问题。随道LED技术在道路照明中的应用推广, 使得实现智慧道路照明成为可能, 并逐步应用到新建道路路灯系统安装和原有道路的传统路灯改造。智慧道路照明系统基于LED照明技术、物联网技术和云计算技术, 对城市道路照明的灯具、布线及管理系统进行全面升级, 实现路灯管控集中化、运维信息化、照明智能化, 实现相同条件下照明节能50%以上。本文介绍了LED智能调光路灯的设计重点, 以及基于LED智能调光路灯的智慧道路照明系统的组成和功能, 尽可能为读者提供一套从灯具设计到系统建设的实用方案。

1 LED智能调光路灯

LED智能调光路灯采用第四代光源LED作为发光光源, 通过在LED路灯上增加调光功能以及智能控制功能, 实现LED路灯的智能调光。产品可广泛应用于城市主干道、城市次干道、工业园区道路、城乡道路等各类照明系统。

1.1 LED智能调光路灯优势

LED路灯较传统路灯具有发光效率高、使用寿命长、环保节能、安全可靠等优势, 相关的文章已经论述较多, 这里重点论述LED智能调光路灯的优势。

1、高效节能降耗:对传统路灯或LED路灯进行智能调光改造后, 可大幅度降低路灯的电耗, 提高LED路灯的节能率。据测算, 在车流较少的道路, 通过来车检测、时序控制等模式进行智能照明控制, 较传统路灯节能率高达78%以上。

2、智能监控管理:利用PLC、Zigbee、RS485等通讯方式进行路灯实时状态检测和监控。检测路灯的运行状态、道路的照明状态和路面的车流状况等, 同时通过智慧道路照明系统实现路灯故障自动报修、路面照度弹性调整, 甚至实现色温弹性调整等。

1.2 LED路灯调光光源模组的设计

由于LED路灯具有传统路灯所没有的瞬态响应特性, 在LED驱动电路上可实现KHz级的脉宽调制 (PWM) 方式对LED路灯的亮灭进行占空比调节, 从而实现整灯亮度的调节, 而且消除了传统路灯易出现的频闪现象。

在实际应用中, 通过路灯亮灭PWM调节, 对路面照度进行动态智能化管理, 实现路灯的人性化控制。在繁忙的时段路灯可保持较高的亮度, 在后半夜车稀人少时开始自动调光, 使路灯保持较低的亮度。还可通过内置控制单元根据不同路段繁华程度、照明实况、车辆流量预设路灯亮度强弱及与对应时间段关系, 实现道路照明人性化、个性化控制。

图1为一个LED调光路灯光源模组的原理图:

图1中U1~U5为Diodes公司推出的LED恒流驱动集成电路AP8801。AP8801可提供脉宽调制 (PWM) 和直流输入调光控制的选择, 在设计上体现更大灵活性。在图1中一个PWM信号作为ADJ脚的输入信号, 用于改变R1~R5电阻设置的恒流输出电流, 实现LED光源模组的调光功能。

AP8801显著减少了LED驱动电路所需的外部元件数目和尺寸, 其降压式DC-DC转换器只需4个元件支持, 即能在高达500k Hz的开关频率下工作, 从而可以使用体积更小、成本更低的电感器和电容器。AP8801在8V至48V的工作电压下能产生500m A恒定的驱动电流, 支持多达13个串联式LED, 效率高达92%, 而且AP8801采用了集成软启动功能, 有助于延长LED使用寿命。

1.3 LED路灯智能控制模块的设计

LED路灯智能控制模块的设计可采用集成电源和单独外挂两种方式, 其中集成电源的智能控制模块包括:智能通讯模块、监控电路以及恒流驱动电源等。单独外挂的智能控制模块可嵌入LED路灯中, 并共享LED路灯已有的恒流驱动电源。

智能控制模块可内嵌一个高速8位CPU, 除了输出脉宽调制 (PWM) 信号外, 还包含一个智能通讯模块, 具有与智慧道路照明系统平台进行通讯的功能, 接受和执行各种指令, 并反馈执行结果和数据。智能控制模块实现的主要控制和数据采集功能包括:控制LED路灯开关、亮度调节、故障检测等, 并可扩展多种数据采集功能, 如:温度、湿度、电流、电压、功率以及功率因数等采集。

2 智慧道路照明系统

智慧道路照明系统主要包括三层构架:云控制中心、通讯层和控制执行层。除了上述的LED智能调光路灯作为控制执行层外, 下面介绍智慧道路照明系统中的通讯层和云控制中心。

2.1 通讯层

智慧道路照明系统通讯层主要完成云控制中心与控制执行层之间的数据通讯, 实现对LED智能调光路灯的实时监控和智能调控。一般采用成熟的工业以太网和3G网络作为上行通道, 下行通道主要采用电力载波 (PLC) 技术、无线自组网 (Zigbee) 技术或串行RS485技术等三种, 在构建下行通道时可根据现场的具体情况选择合适的通讯技术。

下面简要介绍三种通讯技术的特点:

1、PLC技术:PLC是电力系统特有的通讯方式, 该技术利用现有电力线, 通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。电力线载波通讯与其它通讯方式相比, 能充分利用现有的电力线资源实现信息的传输。其最大特点是不需要重新架设网络, 只要有电力线, 就能进行数据传输, 电力载波通讯需要克服的缺点包括:配电变压器对电力载波信号的阻隔作用, 电力线对载波信号造成的高削减等。

2、Zigbee技术:Zigbee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通讯技术。Zigbee具备较强的设备联网功能, 支持3种主要的自组织无线网络类型, 即星型结构 (Star) 、树型结构 (Cluster Tree) 和网状结构 (Mesh) , 特别是网状结构, 具有很强的网络健壮性和系统可靠性, 适合用于路灯的无线联网。

3、RS485技术:RS485接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 抗共模干扰能力增强, 即抗噪声干扰性好。RS485最大的通讯距离达1200m, 最大传输速率达10Mbps, 传输速率与传输距离成反比, 总线一般最大支持32个节点, 最大可支持128个或者256个节点。串行RS485的最大缺点是需要另行布置屏蔽双绞线, 建网和运营维护较难。

2.2 云控制中心

云控制中心主要完成道路照明的自动化监控管理、维护管理、信息管理、突发事件处理, 构建基础数据库、基础GIS、动态数据服务、通讯数据协议转换等。在云控制中心用计算机和服务器设备建立一个计算机局域网络, 通过以太网络以及3G网络连接, 实现路灯现场数据的采集、处理和控制, 同时将现场情况、数据报表进行反应和显示, 以供用户进行管理和决策。

云控制中心的用户操作界面程序可采用基于.net平台的C/S架构, 具有易于功能扩展、操作人性化和应用方便等特点, 并且多个远程或本地监控计算机、手机等终端可同时监控网络状态。云控制中心的主要管理功能包括:

智能监控:对路灯进行实时控制, 可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光控制;实时监控、显示路灯运行参数、故障提醒和定位等。

智能策略:制定照明策略, 设置策略执行和回滚时间, 并按照照明策略对道路照明进行动态智能化管理, 控制路灯在不同情况下实现多样化的道路照明场景。

区域管理:提供每盏路灯的具体经纬度坐标信息, 每盏灯的开关灯、调光状态、故障报警信息可以在地图上动态显示。

调度维护:对所监控的路灯信息进行管理, 包括录入、修改、删除、查询等, 对系统各模块所涉及的各类参数设置与管理。

用户管理:对用户基本信息进行管理, 包括新增、修改、密码设置等操作, 实时查询用户在系统中进行各类操作的工作日志和系统日志等信息。

报警设置:路灯故障时即时自动将故障信息上报系统, 系统根据报警信息类型通过短信预警、邮件预警等方式进行即时提醒。

3 结束语

2013年国家《半导体照明产业节能规划》正式颁布, 要求积极推广室外公共LED照明产品及系统, 重点开展LED隧道灯、路灯等产品和系统的示范应用。2012年《广东省推广使用LED照明产品实施方案》提出广东全省道路等财政或国有资本投资建设的照明工程要求一律使用LED照明产品;2013年《福建省推广应用LED照明产品的若干措施》就全省范围内推广应用LED照明产品提出率先在道路及行政机关、国有企事业单位等财政或国有资产投资建设的照明工程领域推广应用LED照明产品, 以上领域新建照明工程采用LED照明产品, 原有已建照明工程实施分期分批改造等。

随着LED技术的不断发展, LED性价比不断攀升, 在各级政府的扶持下, LED光源逐步取代各种传统照明光源实现半导体绿色照明并不遥远!LED智能调光路灯及基于LED智能调光路灯的智慧道路照明系统, 融LED技术、物联网技术、云计算技术于一体, 进一步提升了LED路灯的节能效果和管理水平, 在新建道路照明工程和原有道路照明改造中将大有可行。

摘要：本文介绍了支持PWM调光的LED恒流驱动集成电路AP8801, 及基于AP8801的LED可调光光源模组的设计。并在LED智能调光路灯的基础上, 从控制执行层、通讯层、云控制中心三个层面构建智慧道路照明系统。本文可以为LED智能调光路灯设计和智慧道路照明系统建设提供较有价值的参考。

关键词：LED,调光路灯,智慧,道路照明

参考文献

[1]《AP8801 500mA LED Step-down Converter》Diodes Incor-porated

LED路灯自动控制系统设计 篇2

传统的路灯控制系统只有温度检测及光检测模块, 忽略了环境湿度对LED光源的影响。若湿度过大, 会引起电路短路, 从而造成火灾。所以把湿度检测模块加入LED路灯自动控制系统很有必要。

1 系统总体方案设计

系统的总体设计原理框图如图1所示。该系统由控制器、多路传感器、电源驱动器和LED光源等4大模块组成。控制器是整个系统的核心, 其输入信号是前端传感器传来的电信号, 其输出信号控制后级的电源驱动器, 实现对LED光源的开、关及强度控制。

2 系统硬件设计

2.1 传感器模块

2.1.1 温度传感器

LED的使用寿命受周围温度的影响, 当其周围温度高于安全温度点时, 其工作电流变大, 使LED使用寿命变短, 甚至会直接损坏器件。如果采用传统散热方法, 在LED上装载散热片, 但其散热性会随着长时间的灰尘积累及其它因素而下降, 并且加装散热片, 不但使用成本提高, 还会占用较大的空间, 不利于安装。故本设计采用数字温度传感器DS1820, 它支持“一线总线”接口, 具有功耗低、性能高、较强的抗干扰能力等优点, 适合于本设计所需要的多点温度控制。它主要包括以下7个部分:寄生电源、温度传感器、ROM单线接口、高速暂存器 (即RAM) 、TH触发器、TL触发器、循环冗余校验码发生器。

DS1820与中央控制器协作, 利用温度补偿原理, 使LED工作在安全区边际, 这样可以实现在安全温度点内和安全温度点外两种情况下都能正常工作。即当外围温度小于安全温度点时, 输出电流、输出功率工作在额定状态, 并且保持不变;当外围温度大于安全温度点时, 输出电流按比例下降从而实现负补偿, 保证LED的使用寿命。

DS1820检测远端的LED温度, 还检测芯片自身温度, 即间接检测PCB温度, 将检测到的两种温度的模拟信号转换成数字信号, 从而通过数据线及时钟线与控制器通信。

DS1820检测远端的LED温度并与控制器协作的过程:控制器将接收到的温度信号与预先设定的安全温度点阈值进行比较, 温度过高时启动温度补偿程序, 从而降低LED电源驱动器的输出电流。

DS1820检测PCB温度并与控制器协作的过程:控制器将接收到的温度信号与预先设定的安全温度点阈值进行比较, 温度过高时通过信号线启动风扇, 对PCB板进行散热, 以保证PCB板上的元器件温度不会过高。

整个系统必须按照协议对DS1820进行各种操作, 即:对DS1820进行初始化设置 (发复位脉冲) ——发送ROM功能命令——发送RAM存储操作命令——处理数据。DS1820是数字形式输出, 所以可直接与控制器连接, 中间不需要加A/D转换器。

2.1.2 湿度传感器

为避免路灯系统因湿度过高而导致短路, 本设计中采用湿度传感器来检测系统的环境湿度。

湿度传感器有以下三种:线性电压输出式、线性频率输出式和频率/温度输出式。根据现实状况, 因路灯控制系统传输线路一般都大于200m, 故本设计采用线性频率输出式湿度传感器。所用型号为HF3223, 它具有线性度好、抗干扰能力强、便于和控制器配合工作等优点。

HF3223检测电路系统的湿度, 输出频率信号, 即模拟信号, 再经过A/D转换器转换为数字信号, 与控制器内预先设定的安全湿度点阈值进行比较, 如果湿度大于安全湿度点, 则启动电路保护程序, 防止短路。

由于HF3223传感器是线性输出, 所以在与控制器协作过程中, 不需要进行非线性补偿, 简化了整个系统的控制。

2.1.3 光传感器

本设计采用的是环境光传感器, 它能感知周围光线的强度, 具有灵敏度高, 较小的暗电流, 低照度就可以响应, 电流随光照度增强呈线性变化等特点。

环境光传感器通过检测到外界的光强度, 产生对应的电流, 通过A/D转换, 数字信号送入控制器中, 从而控制电源驱动电路输出电流的大小, 最后控制LED光源的亮度及开、关状态。

2.2 控制器

本设计采用S T C单片机来实现控制的功能。所选型号为STC12C5A6OS2AD, 它是传统8051单片机的更新, 具有高速、低功耗和很强的抗干扰能力。此型号单片机芯片的封装形式为表贴型, 降低了PCB板的制作成本。此单片机内部含有A/D转换模块, 降低了外围电路的复杂性。

单片机通过端口连接及录入程序, 实现以下功能:

(1) 接收温度传感器、湿度传感器和光传感器传来的电信号, 将需要进行A/D转换的信号接到单片机的A/D端口, 单片机内部实现A/D转换。

(2) 所传输的三路信号分别与通过程序设定的阈值进行比较通过比较结果来调用对应的程序, 输出相应的信号。

(3) 所输出的信号控制后级的电源驱动器, 从而控制电源驱动器的输出电流, 最终达到控制LED的目的。

2.3 电源驱动器

LED的实用电源是直流电, 所以在市电与LED之间需要加一个电源转换器, 把交流电转换为直流电。在本设计中, 利用电源驱动器实现此功能。考虑系统的灵活性及易维护性, 本设计采用一个恒压源后级加载多个恒流源, 每个恒流源单独给每路LED提供恒定的电流。

此电源驱动器中, 包含以下保护电路:

(1) 浪涌保护电路:对于LED路灯系统, 电网负载的启用和雷电的感应会引起各种浪涌, 由于LED的抗浪涌能力比较差, 有些浪涌会导致LED损坏。因此, LED驱动电源需要有避免或衰减浪涌的侵入, 保护LED不被损坏的能力。

(2) 过流保护电路:当异常情况使电流过大时, 该电路保护LED不被击穿而损坏。

(3) 输入过压保护电路:从恒定电压源输出的电压不能大于后级电流源的额定工作电压, 加载输入过压保护电路, 确保电流源及LED的正常工作。

3 结语

本文采用传感器技术、计算机技术和自动控制技术相结合, 检测LED路灯系统的温度、湿度及周围环境光强度, 通过单片机控制实现对LED路灯的开、关及其光度的自动调节。在整个设计中, 采用易于编程、易维护的STC单片机作为中央控制器, 其输入端口接收三路传感器检测的信号, 通过输出端口控制LED的电源驱动器, 实现对LED的恒流输入。本设计维护简单, 易于实现, 在当今节能环保的时代具有现实意义。

参考文献

[1]冯勇, 杨旭.白光LED可控恒流源驱动系统设计[J].电器开关, 2008 (4) :29—31.

[2]贺一鸣, 王崇贵, 刘进宇.智能路灯控制系统设计与应用研究[J].现代电子技术, 2010 (1) :207—210.

[3]冯育长.单片机系统设计与实例分析[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.5.

太阳能LED路灯照明系统设计 篇3

随着环境污染的不断加重及能源资源的日益稀缺, 太阳能作为一种新型可再生能源, 因为其资源丰富、清洁环保、受地域限制小等优点, 在许多领域已经得到了广泛的发展和应用, 尤其太阳能发电领域业已发展成为成熟的朝阳产业[1]。LED灯具有高效节能、寿命长、环保等优点。因此, 文章将太阳能与LED路灯有机地结合在一起, 设计了基于STM8S单片机的太阳能LED路灯照明系统, 实现了节能环保的照明模式, 解决了市场上一些太阳能控制器存在的缺陷。

1 太阳能LED路灯照明系统简介

1.1 太阳能LED路灯照明系统组成结构

太阳能LED路灯系统主要由太阳电池板、蓄电池、路灯控制器、LED灯具组成[2]。文章主要为太阳能直流供电系统、太阳能直流路灯照明系统设计了一款高性能太阳能控制器。

1.2 太阳能LED路灯照明系统的工作原理

太阳能LED路灯照明系统中, 太阳能电池板在太阳光照射下, 其内部PN结形成新的电子-空穴对, 在一个回路里产生直流电流;这个电流流入控制器, 会对蓄电池进行充电。蓄电池白天接受充电, 而晚上则会提供能量给LED。LED是通过控制器驱动工作的, 控制器在驱动LED恒流工作同时, 也会监测LED的状态以及控制LED工作时间。在蓄电池电能不足的情况下, 控制器会发出控制信号启动外部的市电供电系统, 保证LED的正常工作[3]。

2 系统硬件电路方案

太阳能LED路灯照明控制系统电路组成结构如图1所示。主要电路包括:太阳能电板电压检测电路、蓄电池电压检测电路、、PWM充电电路、放电和保护电路、温度检测电路等。其中, 充放电控制、电流、和温度采样电路实现的功能为: (1) 电池充电模式, 以选择一个不同的状态; (2) LED照明时间或可选自动定时控制;采样的太阳能电池的输出电压和太阳能电池板的电流; (3) 取样线的开路电压, 该充电状态的电压; (4) 在样品上, 所述电池的电流值, 包括两个充电和放电状态。

3 系统硬件电路设计

根据系统的功能要求, 基于STM8S单片机设计的太阳能控制器电路主要包括充放电主回路、光电检测电路、电源电路以及各种保护电路等。

3.1 充电电路及控制策略

太阳能电池板电压经半桥分压电路R1和R2分压后, 送至STM8S的片上ADC1口实时监测来判别光线的强弱。白天光线充足时, 由太阳能电池板给蓄电池充电。控制器根据实时采集的蓄电池端电压大小, 控制器把不断检测蓄电池端电压作为控制充电程度的方法;另外设定转换点的蓄电池端电压值, 控制充电各阶段的自动转换和停充。

较好的充电策略是智能三阶段充电方式 (快充、过充和浮充) 。

(1) 快充阶段。相当于电流源的充电电路的输出端。输出电流是根据可接受的最大电池电流。在充电过程中, 电池的端电压进行实时检测, 当电池端电压上升到所述阈值的转换后, 通过充电电路进行充电阶段。使用MPPT算法来控制输出电压, 输出电流是固定的。

(2) 过充阶段。充电电路, 而被检测到的充电电流, 以提供一个较高电压的电池。当充电电流下降到阈值转换器, 当电池被完全充电可以被识别, 一个充电电路, 在下一阶段如下-浮充的阶段。

(3) 浮充阶段。当电池充满电, 最好的办法是保持电源给电池提供准确, 具有温度补偿功能的浮充电压。

3.2 放电电路及控制策略

当放电电路检测到所述太阳能电池板的电压低于1V时, 打开控制电路, 1分钟后的延迟, 由电池供电的负载, 使LED灯。刚充满电的电池电压较大, 一般在22.6~24.6V。作为最好的单个LED灯的负载的驱动电流13~18毫安, 3~3.2V的驱动电压。因此, 流过LED的电流约为26.7~31.5毫安, 远高于可接受13~18毫安更大。当电池电压低于23.5V时, 单片机I/O发出一个高电平信号的过放电保护电压时, 晶体管Q2导通时, MOSFET Q2被关断时, 电池不再供应给负载;当电池电压上升到过放电恢复点24V, 然后也通过I/O的低电平信号发出时, 晶体管Q2截止, 场效应管Q2导通, 则电池将继续向负载供电, 当在24.6V的电压?25.6V变化, 然后再次PWM供电负荷。

3.3 供电电路设计

太阳能LED路灯控制器电源由蓄电池提供, 由于蓄电池输出的是直流24V, 而控制器上的MCU和运放等其他电子元件需要的是直流5V电源, 故需要进行DC/DC变换, 本系统采用电压转换芯片LM2931AM对蓄电池端电压实现降压变换至5V。

4 系统软件设计

软件主要是设计来协助完成硬件电路控制器的控制策略, 在图2所示的主程序。采用MPPT算法快充阶段可提高输出功率光伏电池成为可能。把电子节目采用PWM技术来调整负载电流可以在午夜被完全切断负载, 实现半功率点亮负载。

5 结束语

太阳能LED路灯照明系统是太阳能新能源与新生代绿色光源LED的完美结合。文章以意法半导体的STM8S单片机为核心设计的路灯照明控制系统, 总体上, 实现了三个阶段的智能电池充电控制功能, 并能有效地防止电池的过充电, 同时还实现定时和切断的半功率点负载, 电池电压小于过放电电压的负载会切断, 所以电池过度放电保护, 延长电池寿命。该系统在能源利用率和工作可靠性方面有一定的实用价值。

参考文献

[1]王亚南, 黄鹤松, 刘华东等.基于AVR的智能太阳能路灯控制器的设计[J].技术与产品太阳能, 2011 (13) :31-41.

[2]赵争鸣, 刘建敏, 孙晓瑛等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社, 2005.

[3]施钰川.太阳能原理与技术[M].西安:西安交通大学出版社, 2009.

LED智慧路灯系统 篇4

在现代智慧城市中,城市路灯管理是资金投入多、科技含量较高、难度较大的一项工作。常规的监控方式只有通过不断地巡查才能发现一些出故障的路灯,既浪费大量的人力、物力,又不能达到准确全面、及时的发现故障并维护。零点以后城市道路上几乎空无一人,在低交通流量的道路上仍然保持高亮度显然是没有必要的,对路灯的亮度进行调节尤为重要。因此,传统的路灯控制和管理手段已经远远无法满足现代化城市的发展需要,路灯的远程计算机监控系统已经成为各市政府极为关心的市政工程[1]。为实现远程监控,业界也提出了诸如电力线载波方案、GSM方案、Zig Bee方案等几种措施,但电力线载波在通讯中无法换相,GSM方案长期运行成本高、时延大,Zig Bee方案通信距离近、穿透力不足,因而应用效果并不理想。多技术并用的城市LED路灯远程无线监控系统在这样的背景应运而生,它具有自动化程度高、运行可靠、高效节能、便于控制、准确定位、维护方便等显著特点[2]。

1 系统组成及功能

城市LED路灯无线智能控制系统的结构如图1所示,主要由上层GPRS通讯与下层Zig Bee通讯相结合的一种新型的混合网络结构。区别于目前国内照明控制领域主流的只有GPRS控制回路方式,率先将Zig Bee技术运用于照明控制。系统可分成三层架构:服务器层、电控柜主节点层及终端层。系统的终端层由无线传感器构成,通过单灯杆智能终端控制每一盏路灯,可实时检测电压、电流、功率因素等参数。电控柜主节点层,主控箱汇集底层的传感信息,并向上通过GPRS网络发送给应用层的监控中心。服务器层,监控软件能实时显示城市照明的地理信息,详细的数据统计报表,以及总的用电量、亮灯率、功率因素达标率、节能系数达标率等[3],由服务器、大屏显示、Center View中央控制系统软件平台等组成,通过缩放变换Center View中央控制系统,以俯视的角度观察和控制到整个城市、一个街道、一条道路、甚至一盏路灯的照明情况。移动监控和管理设备(笔记本电脑、PDA、手机)和路灯维护车也能通过控制中心进行远程遥测和遥控。

1.1 照明控制终端

路端单灯测控器是终端层的核心控制器,是无线传感网络中的网络节点,主要功能是控制和检测路灯的状态,实现对路灯的打开、关闭及升、降功率。每个单灯测控器之间通过网络协议组成网络。每个安装路灯的区域形成一个独立的网络。

单灯测控器检测路灯的状态包括路灯的电流通断情况、路灯的光强度,还包括该路灯节点在网络中的地址。通过使用精度较高的传感器使得状态采集具有较高的稳定性。路端单灯测控器硬件设计采用分层模式:将主控器及其最小系统和天线模块设计一块板,留出对应当接口;同时将采集系统,控制系统,电源系统等其他系统,设计在底板上,也留出对应的接口;使用时将两块板接插在一起即可。这样分层的设计具有较高的灵活性,各层功能分明,易于实现,测试方便。由于Zig Bee的标准传输距离只有75 m,一般不可无线覆盖整座城市,因此本系统采用GPRS模块负责现场控制器与监控中心之间的数据传输。现场控制器可以根据预先设定的时间周期将接收自无线终端的各种状态及检测数据主动上报给监控中心[4]。当现场控制器检测到某盏路灯有突发故障出现时,以主动上报方式将故障信息上报给终端层,终端层收到发来的信息进行解析上报监控中心。

照明控制终端电路组成如图2所示,其中:2.4G模块是作用是网络通信节点使用;热释电和光照是用于检测人体及车辆信号和光照亮度使用;继电器则是用来控制LED路灯的亮灭;STM32是整个控制单元节点系统的核心,一切的控制命令信号都要STM32进行控制。整个系统灵活而具有稳定性。

1.2 无线传输终端

在无线传输终端中,路端通信装置汇集底层的传感信息,并向上通过GPRS网络发送给应用层的监控中心。作为一个路灯网络的路由节点和主控节点,路端通信装置是Internet和路灯网络的接口网关。它通过2.4G技术和无线传感网络的技术融合,将相关信息发送到监控中心的服务器中。

由Zig Bee模块(具备自组网功能,既可作为终端节点,又可作为路由器或者协调器)、天线和控制电路(用于路灯的供电、驱动和控制)等组成。它是路灯监控系统中控制功能的执行部分,同时也完成了检测功能中信号采集等工作。通过Zig Bee模块自身组建的网络,无线终端可以接受现场控制器发出的命令以及与现场控制器进行数据交换,如开灯、关灯、调节亮度,并能根据反馈信息判断当前路灯的运行状态,如是否有故障。

无线传输终端硬件设计主要包括的是:ARM9主控制器、网络协调器、路由器系统等。其结构硬件设计原理框图如图3所示。

无线传输终端是LED路灯测控的核心控制器,也是无线传感器的终端网络节点,它最主要的功能是控制和检测路灯的一切状况,用来控制灯的关闭、打开以及功率调节。

终端层检测LED路灯的状态,包括路灯电流通断情况、路灯的光线强度及路灯节点中的网络地址。采用较高稳定性的无线传感器使得网络信号采集具有良好的稳定性。

2 系统软件设计

系统软件设计可分为传输单元软件设计、控制单元电路单元软件的设计以及PC端应用软件的设计。

PC端应用软件设计是基于Windows XP的平台,以大型商用数据库SQL Server2005为基础,系统设计较复杂,主要可以分为通信软件和控制管理两部分,两者经过数据库进行通信。

通信软件通过GSM网络对路灯进行控制。其控制主要分为两部分的功能:(1)接收由控制管理软件发送来的信息,并将其命令进行处理;(2)获取来自路端路灯状态信息,并放入数据库,由控制管理软件使用[5]。

2.1 控制单元电路的软件设计

STM32控制器主要执行的命令是等待无线节点发送数据,一旦无线节点向STM32发送数据,STM32 UART2产生串口接收中断,在中断行数中判断第一个数据(STM32的设备号),如果是此STM32的设备号,继续接收数据命令,如果不是,返回不接收数据命令,所有的数据命令接收完成执行灯的控制。其流程如图4所示。

2.2 传输单元软件设计

ARM网关采用ARM9-S3C2440处理器,外接GSM短信猫,接收电脑客服端软件发送的数据命令及上传跟电脑客服端。外接协调器(CC2430)与下面的各个无线节点(CC2430)进行数据信息的相互传递。网络协调器作为中心控制平台,其任务是首先建立新的网络,完成组建网络的工作,接收各网络节点发送的数据,对数据进行处理,并发送相应的控制信号。

网络协调器流程如图5所示。在网络协调器上,首先初始化CC2430,然后程序开始初始化协议栈并打开中断,之后程序开始格式化一个网络,建立一个新的网络,如果成功,可在上位机中看到相应的信息,然后程序给予发送数据的地址,这个地址是可以改变的。

2.3 PC端应用软件设计

PC控制端采用C#语言基于VS2005设计的一款电脑客服端软件,数据库采用SQL Server 2005,数据上传下传信息通过数据库的方式访问传递,数据最终通过短信猫发送接收。

2.3.1 数据库设计

数据库设计主要是进行数据库的逻辑设计,即将数据按一定的分类、分组系统和逻辑层次组织起来,是面向用户的。数据库设计时需要综合企业各个部门的存档数据和数据需求,分析各个数据之间的关系,按照DBMS提供的功能和描述工具设计出规模适当、正确反映数据关系、数据冗余少、存取效率高、能满足多种查询要求的数据模型。

2.3.2 数据库设计的步骤

(1)数据库结构定义。目前的数据库管理系统(DBMS)有的是支持联机事务处理CLTP(负责对事务数据进行采集、处理、存储)的操作型DBMS;有的是可支持数据仓库、有联机分析处理CLAP(指为支持决策的制定对数据的一种加工操作)功能的大型DBMS;有的数据库是关系型的;有的可支持面向对象数据库。针对选择的DBMS,进行数据库结构定义。

(2)数据表定义。数据表定义指定义数据库中数据表的结构,数据表的逻辑结构包括:属性名称、类型、表示形式、缺省值、校验规则、是否关键字、可否为空等。关系型数据库要尽量按关系规范化要求进行数据库设计,但为使效率高,规范化程度应根据应用环境和条件来决定。数据表设计不仅要满足数据存储的要求,还要增加一些如反映有关信息、操作责任、中间数据的字段或临时数据表。

(3)存储设备和存储空间组织。确定数据的存放地点、存储路径、存储设备等,备份方案,对多版本如何保证一致性和数据的完整性。

(4)数据使用权限设置。针对用户的不同使用要求,确定数据的用户使用权限,确保数据安全。

(5)数据字典设计。用数据字典描述数据库的设计,便于维护和修改。

3 系统实现

本系统的窗体表示层主要有登陆页面、主窗体页面、设备数据、照明控制、维护管理、系统设置等界面。

主窗体页面如图6所示。

照明控制设置界面如图7所示。

4 结束语

“城市LED路灯无线智能控制系统”使用实用性强、运行可靠、便于控制和易于安装维护等优点,能够解决城市LED路灯维护和管理的问题。整体LED路灯无线智能控制系统是城市照明科学发展的新突破,在城市低碳经济发展推进中,(下转第60页)将低碳照明融入低碳城市、低碳经济、低碳社会,共同实现真正意义的可持续发展。

摘要：为解决能源浪费及城市LED路灯智能控制问题,提出了城市LED路灯无线智能控制系统,采用最新ZigBee、GSM和GPRS技术的无线监控系统,既能及时、准确地检测出路灯故障,又能对路灯进行开关及亮度调节,从而完成对LED路灯的智能化控制。

LED智慧路灯系统 篇5

由于当今能源短缺,太阳能光伏照明设备凭借着节能、环保、无需布线、自动控制、安装方便简单等优点,在照明行业中树立起重要的地位。近年来,随着太阳能光伏器件、大功率LED器件技术的成熟,太阳能LED照明系统得到了广泛应用。目前市场上已经有多家公司生产太阳能路灯控制器,但是这些控制器一般没有充分考虑到如何使太阳能电池的能量转换最大,蓄电池的能量转换效率最大和使用寿命等问题[1]。

本文分析了现在市面上流行的控制器没有充分考虑的一些问题,在此基础上设计出一套节能的控制系统。

2 系统总体设计

2.1 系统组成

太阳能LED路灯系统是由太阳能电池板、铅酸蓄电池、LED灯、驱动电路和控制器等部分组成。太阳能电池板是将太阳能转化为电能;蓄电池将太阳能电池的电能储存起来用来在夜间给LED灯供电;蓄电池输出的电压经过驱动电路升压后作为LED灯的输入;控制器控制太阳能电池给蓄电池充电的方式,以及蓄电池给负载放电的时间和亮度,并完成过充保护,过放保护,防反充保护等功能。

本系统主要从以下几点来完成节能的目的。

(1)充电采用MPPT的方式,这样可以最大限度地将太阳能电池的能量输出,并且采用的是脉冲充电,在很大程度上减弱了极化现象,可以延长蓄电池的使用寿命。

(2)放电时根据蓄电池的电压来决定其全功率放电和半功率放电所占用的时间,这样可以实现能量充分合理的利用。

(3)控制器选用PIC16F876来实现,这款芯片功耗很低,实现系统节能的目的。

(4)路灯采用LED灯,其具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个10~12W的LED光源发出的光能与一个35~150W的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果LED比传统光源节能80%~90%。

2.2 系统框图

图1为太阳能LED灯控制系统的系统框图,充电电路由T1和T2组合起来控制,其中T1为充电控制场效应管;T2为防反冲控制场效应管;T3为放电控制场效应管。充放电电路的通断均由场效应管的通断来控制,场效应管的栅极和控制电路相连,单片机的输出的信号通过控制电路来决定场效应管的通断[2]。

2.3 控制系统的硬件设计

2.3.1 电源模块的设计

本系统所有的正极连在一起,电路中的其它节点相对于整个电路的参考点的电压均为负值,所以电路中采用的是LM7905作为稳压芯片,本控制系统采用了PIC16F876为主控芯片,对太阳能电池电压、蓄电池电压进行采集;蓄电池电压采集和太阳能电池电压采集均用电阻分压来实现,充电电流采集用霍尔电流传感器实现[3]。

2.3.2 充电电路的设计

T1为充电控制场效应管,T2为防反充控制场效应管,两个场效应管串联在一起控制充电电路。T1是通过一个三极管来驱动的;T2的通断由光耦来控制,这样可以使控制回路和主回路隔离。充电时,T1、T2同时通,电流从太阳能电池正极向蓄电池充电,经过T2和T1流到太阳能电池负极形成回路。充电时PWM的占空比从0%到100%持续可调。

2.3.3 放电电路的设计

T3为放电控制场效应管,其控制方法和T1是一样的,利用光耦也可以使主回路和控制回路隔离。到了晚上且蓄电池的电压大于过放电压,则T3就会导通,电流从蓄电池向LED灯放电,经过T3流回蓄电池形成回路。若负载短路,导致采集到的电压值超过了安全值,那么过流保护电路将直接切断T3,保证系统不会因为负载短路而损坏[4]。

2.4 软件设计

本系统主要实现的功能有12V,24V识别,识别完后进入相应的服务程序;进白天或者黑夜服务程序由蓄电池的电压来判断;若采集五次的电压平均值小于4V,则进入黑夜服务程序,若大于4V,则进入白天服务程序;在白天服务程序中实现过放保护功能,根据蓄电池的电压来决定何种占空比的PWM波充电功能以及防反充功能;在黑夜服务程序中实现过放保护功能和根据不同季节所需亮灯时间不同来定时,LED灯的亮度也可以根据需要进行调节。白天黑夜识别程序流程图如图2所示。

3 充放电控制及测试

3.1 蓄电池充电控制

对蓄电池充电过程中选择合适的充电方法对于提高蓄电池的转换效率和使用时间都是非常重要的。蓄电池若选择的充电方式不当,则会大大缩短使用寿命,降低能量转换效率。有的控制器用直充的方式给蓄电池充电,容易造成蓄电池电解质的分层和极板上沉淀活性物质,从而增加内阻,使得蓄电池平均只能达到55%~60%的荷电状态;本控制器采用的是PWM波来给蓄电池充电,在充电时停充一会,这样电阻极化消失,浓差极化和电化学极化也渐渐减弱。因此,在蓄电池充电过程中,适时地暂停充电,可以迅速而有效地消除各种极化电压,从而提高充电速度[5]。

在蓄电池的充电电路里,串联两个场效应管,其中T1是充电控制场效应管,T2是防反充控制场效应管,两个组合起来控制充电回路。充电电路要完成过放保护、防反充保护、太阳能电池反接保护等功能。

若蓄电池是12V,则充电过程具体的过程是:若蓄电池的电压小于13.7V,则用MPPT方式给蓄电池充电;若大于等于13.7V,则用占空比为接近100%的PWM波来进行浮充。若蓄电池是24V,则若蓄电池的电压小于27.4V,则用MPPT方式给蓄电池充电;若大于等于27.4V,则用占空比为接近100%的PWM波来进行浮充。最大功率跟踪用扰动观察法实现,PIC16F876来采样当前太阳能电池板的电压,霍尔电流传感器来采样充电电路的当前电流,相乘得到当前功率,与前一个时刻的功率进行比较,若小于则减小占空比,若大于则增大占空比。程序流程图如图3所示。

3.2 LED灯放电控制

照明控制流程图如图4所示,本设计采用的照明LED额定照明用的LED额定功率为1W,额定电流为350m A,24个串联为一组,然后11组并联在一起。通过按键触发外部中断来设定灯亮的时间;放电时根据选电池的电压来决定其全功率放电和半功率放电所占用的时间,这样可以实现能量充分合理的利用。若通过A/D口检测到的蓄电池电压小于11V,则断开放电电路,实现过放保护。

3.3 系统测试

系统可以根据采样到的蓄电池的电压正确地判断12V或24V系统,根据AD采样到的太阳能电池的电压正确转换到白天或黑夜服务程序。在白天服务程序里,可以根据蓄电池的状态来判断该MPPT充电还是涓流充电;夜晚服务程序里,由外部中断次数来决定夜晚放电时间;在放电过程中,根据蓄电池电压来决定是全功率放电,还是全功率和半功率组合放电。整个控制过程中电压的采样是否准确直接影响到判断的准确性,程序中用到多次采样求平均值以确保采样值更接近真实值。系统实物如图5所示。

4 结束语

本文设计了一种用PIC16F876为主控芯片的太阳能路灯控制器,该控制器已经安装到太阳能路灯中进行了观察,控制器可以根据蓄电池的状态切换到不同的工作状态,满足了设计要求,该控制器调试简单,成本较低,具有一定的市场竞争力。

摘要：太阳能路灯系统中蓄电池的使用寿命直接影响了整个控制器的寿命,针对此情况,就如何延长蓄电池的使用寿命和增加蓄电池的能量转换率,确定了一种基于PIC16F876的太阳能充放电控制器的方案。从控制器要实现的功能,太阳能对蓄电池的充放电方式和实际的应用需求等方面做了分析,完成了整个系统的硬件电路的设计和软件的编写,实现了对蓄电池的科学管理,将整个控制系统应用于太阳能LED路灯控制系统,实现了控制器的节能控制功能。

关键词：太阳能电池,蓄电池,PIC16F876,充电控制器

参考文献

[1]赵春江,杨金焕,陈中华,等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术,2007,38(5):14-20.

[2]赵家贵.电子电路设计[M].北京:中国计量出版社,2005.

[3]刘启中,李荣正,陈学军.PIC单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

[4]华坤,李彦.太阳能LED路灯控制器的设计[J].单片机开发与应用,2009,10(2):88-92.

太阳能LED路灯控制系统的设计 篇6

当前,由于全球性能源危机,世界主要发达国家都开始重视可再生能源的利用研究。在所有可再生能源利用中,太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源,已被公认为未来解决能源危机的最有效能源[1];LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。因此,把太阳能与LED路灯有机地结合起来,开发出一套太阳能LED路灯控制系统非常重要[2]。

目前,在所有的太阳能利用中,光伏发电无疑是其中一项重要的解决方案。但是,太阳能电池具有非常明显的非线性特性,造成太阳能电池与负载之间的不匹配,从而降低了太阳能电池的输出效率;同时光伏发电成本居高不下,制约了光伏产业的发展。因此为了充分利用太阳能,降低发电成本,提高发电效率的需要,急需研制一种能实时跟踪太阳能最大功率点(MPPT)[3]的控制系统。

为此,设计了的基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统,系统采用变步长的导电增量法跟踪太阳能电池板的最大功率点,充分利用太阳能电池板的能量,对铅酸蓄电池充电,同时实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等现象;对LED路灯采用多段式的恒流控制,通过环境照度的监测控制LED路灯在不同电流强度下工作,以增强LED路灯的使用寿命,实现节约用电的目的。

二、系统原理

基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统原理图如图1所示。系统主要由太阳能光伏板、太阳能电流电压采集、Buck充电电路、铅酸蓄电池、Boost放电电路、蓄电池电压采集、放电电路电流采集、LED路灯及STC12单片机等部分组成。通过采集太阳能光伏板的电压来判定充电和分段式恒流负载输出。当检测到太阳能板电压高于蓄电池电压一定值时开始MPPT充电模式,这时STC单片机通过采样到的太阳能板电压和电流值通过变步长的电导增量法计算最大功率点,通过PWM信号的占空比调节太阳能板充电电压大小达到最佳充电功率点,充电同时实时监测蓄电池电压防止过充电;当检测到太阳能板电压低于一定值时,停止充电进入分段式恒流负载输出控制模式,此时主要根据不同的太阳能板电压值,通过Boost放电电路控制PWM信号的占空比方式控制负载输出电路输出不同的电流值。

三、系统硬件设计

1. Buck MPPT充电控制主电路

太阳能最大功率点跟踪控制电路主要采用如图2所示的Buck斩波降压电路。其中,Q1、Q2就是通过PWM信号的占空比来调节太阳能板的充电电压大小,Q3、Q4主要起防反充的作用(当蓄电池电压高于太阳能板时要及时关闭),压敏电阻TVS管防雷击和浪涌电压,U1(ACS712)是霍尔电流传感器,通过它来检测太阳能板的输出电流。

2. 负载开关控制电路

负载开关控制电路主要有MOS管Q7、Q8和自恢复保险丝F1、F2、F3组成,可以和后级的负载Boost电路构成简单的恒流分段式控制电路控制LED路灯工作在不同的恒流电流值下。

3. STC单片机采样控制电路

STC单片机采样控制电路如图4所示,主要完成对太阳能板的电流电压的采样、蓄电池电压的采样以及负载输出电流的采样等。通过采样的信号完成MPPT控制信号和负载多段式恒流输出控制信号的产生及各个指示灯控制信号的产生。

4. MPPT充电控制电路

MPPT充电控制电路如图5所示,主要把STC单片机产生的MPPT充电控制PWM信号通过高速光耦U4(P521)转换成MOS的控制信号,来实现控制信号之间的隔离,减少电路噪声干扰等作用,同时也有助于增加驱动MOS的能力。

四、系统软件设计

系统软件流程图如图6所示。此次设计采用的STC12单片机有2路8位PWM发生器和8路10位AD转换器,可直接实现PWM输出和AD转换。系统实时采集太阳能板电压和蓄电池的电压,当检测到的太阳能板电压大于蓄电池电压加上0.4V时,系统进入充电模式,通过判断当蓄电池电压低于14.5V时进入最大功率点充电子程序,否则关闭充电;而当检测到太阳能板电压低于6V时,系统进入放电模式,通过判断当蓄电池电压低于10.5V时停止放电,否则进入分段式放电子程序。

最大功率点充电子程序流程图如图7所示。相比于光照的突变,光伏太阳能板表面温度的变化是非常的缓慢的,因此,在研究最大功率点跟踪时,可以近似的认为光伏板表面的温度是不变的。当d U=0时,光照的变化必然引起功率P的变化;当d U<0时,若d I<=0,则光照降低;当d U>0时,若d I>=0,则光照增强。对于其他情况,可以设定一个阈值δ,当|d I|>δ时,认为光照发生了较大变化。

基于以上原理设计了一种变步长的电导增量法,未检测到光照发生变化时,若d U≠0,系统没有工作在最大功率点。在最大功率点的左侧(d P/d U>0)时,应该提高工作点的电压,即减小占空比(增大Duty值d D>0)。该区域远离最大功率点,d P/d U变化速度小,为了加快逼近速度可取,其中M1、N设置为适当的常数,当N>1时,可以放大d P/d U>1时的步长,并缩小d P/d U<1时的步长。在最大功率点的右侧(d P/d U<0)时,应当降低工作点电压,即增加占空比(减小Duty值d D<0)。该区域内d P/d U变化速率较大,取d D=M2*d P/d U。检测到光照发生变化时,出于电流的变化方向和最大功率点电压变化方向一致,因此可以取d D=M3*d I作为步长数据,可以快速追踪由辐照度变化引起的最大功率点电压变化。

五、总结

设计了一套基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统,系统采用变步长的电导增量法跟踪太阳能电池板最大功率点,并可实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等的现象;对LED路灯采用多段式的恒流控制,通过环境照度的监测使LED路灯在不同电流强度下工作,以增强LED路灯的使用寿命,实现节约用电。

摘要：设计了一套基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统,系统采用变步长的电导增量法跟踪太阳能电池板最大功率点,充分利用太阳能电池板的能量,对铅酸蓄电池充电。同时实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等现象;对LED路灯采用多段式的恒流控制,通过环境照度的监测控制LED路灯在不同电流强度下工作,以增强LED路灯的使用寿命,实现节约用电的目的。

关键词：太阳能,LED,最大功率跟踪

参考文献

[1]高峰,孙成权,刘全根.太阳能开发利用的现状及发展趋势.世界科技研究与发展[J].2001,23(4):35-39.

[2]刘永玺.功率型白光LED的荧光粉涂覆工艺及散热技术研究[D].厦门:厦门大学.2008,2-5.

LED智慧路灯系统 篇7

文章设计的智能路灯控制系统的路由节点和协调器节点选用TI公司的CC2430 芯片作为光照数据采集处理的硬件平台, 并且具体讨论了采用CC2430 芯片LED路灯照明系统的设计方案。 该方案实现了无线智能化亮度可调的照明技术和系统运行过程中对其实时监控的功能。 文章对基于Zig Bee的智能LED路灯控制系统进行了整体的设计, 分别实现系统的节点硬件和软件的具体功能[1]。

1 系统的方案设计

基于ZigBee协议的智能LED路灯控制系统可以分为三个部分:

( 1) 终端控制:控制中心利用上位机软件对系统进行整体监控, 实时监控路灯运行状态和接收采集到的信息。

( 2) 远端接入: 由GPRS与Zig Bee协调器共同组成, 控制中心通过Internet发出的控制信号由GPRS接收后转为Zig-Bee信号传输至每盏路灯[2]。 路灯网络上传至网关的各种参数信息也由GPRS发送至控制中心。

( 3) 单灯控制:每盏路灯都装有基于Zig-Bee的无线路灯控制器, 它们一方面接收协调器发出的Zig Bee信号并执行相应的操作, 另一方面采集电流、电压、光照度等信息传输至控制中心, 并可以根据需求产生PWM信号至LED驱动来调节路灯的亮度。

系统方案设计框图如图1 所示。

2 系统的硬件设计

2.1 LED驱动电路设计

该系统选用HV9911 芯片来设计变压电路来驱动LED, HV9911 是一款高电压PWM LED驱动控制芯片, 而且不需要额外的电压, 因为它有一个9V-250V DC的输入电压稳压器, 可以由单一输入电压提供工作电源。

图2为利用HV9911芯片设计的LED驱动电路。 J1A和J1B为电压输入引脚, 其输入范围为130V~250V DC。 J2A、J2B为输出引脚, 输出电压范围是20V~100V DC。 可以通过J3C脚输入PWM信号来调节HV9911 输出电流的占空比。 PWM调光原理:利用PWM信号的不同占空比来控制LED的通断时间, 从而改变流过LED路灯的平均电流, 达到调光的效果。 若PWM的脉冲宽度为ton, 脉冲周期为T, 则其占空比D=ton/T, 改变占空比D的大小就可以改变LED的亮度了。

2.2 电压电流采集模块

如图3, 将R1 电阻两端分别接端口±IN, 然后按照要求连接芯片的外围电路, 此时引脚6 的输出值应该是R1 两端的电压。 采用小阻值电阻R1 产生的电压对LED电流进行采样, 将采样的小阻值电阻串联到LED电流回路中, 由于阻值非常小, 它对LED的回路电流造成的影响可忽略不计。

2.3 光照度采集模块

由于光敏电阻的线性比光电三极管要差, 会使得测量的数值不精确, 因此选择光电三极管。 光电三极管随着光照强度的不断变化, 其阻值也会随之发生变化, 从而引起电路电流的变化[3]。 基极的光电流通过ADC通道连接CC2430 芯片的P0.7 端口。 包含光电三极管的光照度采集电路如图4 所示。

2.4 硬件的总体设计

图5 是CC2430 硬件节点电路, 其硬件系统主要包括:CC2430主控芯片、32M系统时钟、供电接口、调试接口和天线。 其中C1 和C4 是晶振的负载电容, C5、C11、C12 为去耦合电容, 对电源进行滤波来提高芯片的稳定性;R4、R5 为偏置电阻, 为32M晶振提供合适的工作电流。 电感L1、L2、L3和电容C10 以及微波传输线组成一个非平衡变压器, 该结构符合输入输出匹配阻抗的要求。 其中, ADC通道P0.7 连接光电三极管用于对环境亮度的采集[4]。

3 智能LED路灯控制系统的软件设计

文章采用Microsoft的Visual Studio2010 开发平台, 并通过C# 语言开发上位机的监控软件。 实验室条件下设计的2 路灯上位机监控软件主界面如图6 所示。

系统工作时首先进行界面的初始化, 将路灯1、2 的显示界面关闭, 然后等待用户去设置串口, 以及按下开启监控按键。 如果用户按下按键后串口不存在, 则弹出错误重新选择串口号。 如果配置正确将会等待Zig Bee协调器发送数据, 收到数据后通过程序区别路灯1 与路灯2, 将会显示在主界面上, 主要有路灯状态、路灯亮度、LED路灯电压、环境亮度等级、时间以及雷达监测状况。

4 结束语

文章除了使用Zig Bee无线传感器网络来实现路灯控制系统的无线通信外, 还要实现灯的智能控制, 采用照度传感器触发和上位机实时控制的方式来控制路灯的开启、 关闭和自动亮度调节。 系统预先设置不同的场景模块, 利用PWM占空比可调来实现不同的照明需求时段自动调入所需的场景。 本系统还使用了LED作为光源, 在提高系统的信息化、智能化的同时, 还大大降低了电能的消耗, 符合国家绿色发展和节能减排的需要。

摘要：文章详细介绍了一种新型的基于Zig Bee的智能LED路灯控制系统, 它通过PWM (Pulse-Width Modulation) 调光技术分时段对路灯进行光照强度的调节, 区别于传统路灯的亮灭两种状态。其中, 系统的路由节点和协调器节点选用TI公司的CC2430芯片作为光照数据采集处理的节点硬件平台。

关键词：ZigBee,LED路灯,PWM,CC2430

参考文献

[1]申利民, 翁桂鹏.基于Zig Bee的智能小区LED路灯控制系统设计[J].中国照明电器, 2011 (2) :26-29.

[2]李旭亮, 邓国强.基于Zig Bee+GPRS智能控制的LED路灯绿色照明低碳经济新技术[J].照明工程学报, 2010, 21 (Z1) :78-81.

[3]鲁进, 郭利进.基于Zig Bee的LED路灯照明系统设计与研究[J].微型机与应用, 2013, 32 (9) :78-80.