LED路灯智能控制系统设计探索论文

摘要：我国城市不断发展，对能源的需求量也越来越大。城市路灯系统是整座城市的“能耗大户”，如何在保证市民出行和日常生活需求的前提下，优化现有控制系统，降低路灯的综合能耗是亟待解决的问题。本文主要分析了LED路灯智能控制系统的优越性，并结合LoRa无线传输技术浅谈了智慧城市LED路灯智能控制系统的设计方案。

关键词：智慧城市；LED路灯；系统设计；优越性

随着我国城市化进程不断加快、环保政策深入落实，城市LED路灯照明控制系统需不断优化，标准化、节能化、科学化的路灯控制系统能快速推进我国城市建筑。当前，我国的无线网络技术和智能控制技术不断发展，在城市LED路灯建设中大力推广先进的无线传输技术，能够加强对路灯的管理，提升路灯的使用效率，降低路灯的总体能耗，是保证我国“可持续发展”和“节能减排”的战略进一步实施的重要环节。

1LED路灯智能控制系统的优越性

1.1采用占用空间小的传感技术

传统的路灯系统需要较长的供电线路网，这种形式主要分布于城市交通干线以及老式小区住宅中，这种传统的供电方式容易造成线路损耗过大，降低了整个路灯系统的工作效率；同时，传统的城市路灯系统工作在220V电压下，容易发生三相不平衡的问题，严重时会发生零点位移现象，不利于路灯系统的日常运转，更增加了路灯总体能耗。而采用LED路灯智能控制系统可解决上述问题，智能化控制系统采用无线传输技术，优化现有线路布局方式，将固定化的、单一化的线路布局变为开放化、灵活化的布置方式，只需要极小的环境空间就能实现基本控制功能，能够为路灯系统的其他建设节约空间。

1.2实现实时监测功能

虽然传统的路灯系统操作简便，但其控制系统较为单一，其功能较少且无法实现对路灯系统的实时监测，容易造成大量的人力及物力浪费，如：当路灯无法正常工作时，工作人员只能通过现场巡查才能发现坏损路灯，严重降低了工作效率，这种工作方式与我国智慧城市建设的基本方向不相匹配。而采用智能化控制系统，不仅可以实现对LED路灯系统的实时监测，工作人员还能通过无线传输技术在管理后台掌握路灯的工作参数，如工作电压和电流、工作温度、LED亮度等，工作人员可以减少现场巡查次数，只需对数据分析即可判断哪部灯具、哪个位置的路灯出现了坏损，智能控制系统不仅能够实现实时监测功能，还能进一步提升LED路灯的使用效率。

1.3创造更高的经济效益

智能化LED路灯控制系统的.应用，不仅给社会民众的日常生活带来无限便捷，还能为各个城市创造更高的经济效益，在城市中不断推广LED智能化路灯控制系统，不仅能实现城市道路及小区照明系统的全自动化，还能达到节能减排的效果。笔者认为，随着无线传输技术与智能控制技术的不断发展，城市的LED智能控制系统将会得到进一步升级，不仅能够实现对城市电力资源的有效整合，还能降低城市路灯系统的总体能耗，对延长路灯系统的寿命，降低后期维护成本都有着积极意义。

2基于智慧城市建设的LED路灯智能控制系统设计

2.1系统组网结构设计

在现代化城市路灯建设中，路灯的间距一般为20-30m，若一条马路的总长为3km，道路两旁的路灯数量共计200-300盏，传统的控制系统无法实现如此长距离的路灯控制，只能加大后台管理硬件的数量，进而增加建设成本。而在单灯控制系统中采用LoRa无线传输技术，通过GPRS公共网络将信息传递至后台管理中心，并在组网中设置汇聚节点、中继节点以及开关节点，以此实现对整条马路的路灯控制，能够建立动态、可控的智能化路灯管理系统。在该组网中，路灯工作参数及相关数据会传递到汇聚节点上，并通过GPRS网络被传递至后台管理中心，组网中的中继节点和汇聚节点基于LoRa无线传输技术实现信息互联。

2.2系统硬件设计

开关节点布设在路灯里，通过RS485与中继节点相连，本系统的开关节点采用MSP430系列微型控制系统。该控制系统成本低、能耗低且结构简单适用于智慧城市路灯系统，开关节点中的光敏电阻采用557系列，该电阻受到光照影响改变阻值，进而实现对LED灯亮度调节功能。中继点与开关节点的硬件连接基于Modus通信法则，同时单灯的控制采用LoRa无线信息传输技术实现长距离信息传输。该硬件系统的核心构件采用MSP430F247控制器，且内嵌32K存储卡能够轻松满足路灯存储的要求。汇聚节点的核心构件配备64k的存储器并与GPRS模块相连，与后台管理中心采用RS232形式连接，该节点的主要功能是接收后台管理中心指令，并通过LoRa无线传输技术将指令传递至中继节点，再由中继节点将指令传递至开关节点，最终形成一套完整的控制系统。

2.3系统软件设计

系统软件设计采用SX1278系统,并给每个开关节点配备不同的数据地址，如：当中继节点发出0X10AA指令时与之对应的开关节点就会做出开关反应。开关结点对数据进行查询，如果查询到相关数据到则上传采集数据，将读取到的光敏电阻AD数据与此临界值进行对比，从而来控制开关节点。

2.4其他辅助功能设计

经过对硬件及软件系统的设计后，本系统能够实现基本的智能化控制操作，同时还增加了其他辅助功能设计。如：远程抄表系统、故障报警功能、自动上报功能、数据查询功能、历史操作查询功能、移动终端查询功能、地图显示功能等。具体系统操作项目图如图1所示。

3LED路灯智能控制系统测试

在进行测试之前，首先要创造一个可靠的测试环境，测试系统主要包括汇聚节点和后台管理中心，路灯系统由两个中继节点和八个开关节点组成，并将后台管理中心设置在测试区域300m内的空旷马路区域。在测试过程中，依据不同的测试距离，对每个节点发送测试数据包，并将测试结果记录汇总如图2所示。依据图中所示结果分析，在该测试环境下，当传输距离＜0.5km时，传输数据能够实现完整传递；当传输距离为1km时，数据传输并不完整；当传输数据＞2.5km时，数据传输完整度仅为80%。若把后台管理中心设置在高楼内，随着楼层和传输距离的增加，数据的完整性也开始降低，当传输距离为1km时，其五层楼内的数据完整性仍能达到90%。

4结论

综上所述，我国智慧城市LED路灯控系统的总体发展方向是标准化、智能化、网络化，路灯控制系统以“节能减排”为长远发展目标，确保城市路灯控制系统更加高效、便捷。采用LoRa单灯控制无线网络技术能够实现对传输数据的加密处理，保证信息传输环节的安全性和完整性；结合系统测试结果不难发现，采用该种通信协议再也不用担心通信距离，同时整套控制系统的运行能耗低、建设成本低且抗干扰能力强，能够满足我国智慧城市现代化LED路灯系统的各种设计要求。

参考文献

[1]张三.基于GPRS的城市LED路灯监控系统设计[J].电子技术与软件工程，2015(3)．

[2]经伟，许,余建波.基于GPRS和ZigBee的节能型LED路灯智能控制系统[J].计算机测量与控制,2015,28（5):1538-1541.

[3]张建碧.智能照明控制系统发展趋势[J].无线互联科技,2013(5)：45，75.

[4]深圳市灯光环境管理中心，深圳华智测控技术有限公司.深圳南山科技园北区LED路灯智能控制示范工程报告[R],2013.