基于LED冷光源的智能路灯控制系统设计.docVIP

0 引言 　　当前巨大的能源消耗和由此引起的能源短缺、价格上涨等已使得节约能源成为一项十分迫切的任务。国家“十一五计划”提出“要把节约资源作为基本国策”，首次提出十一五期间单位国内生产总值能源消耗降低20％左右的目标。原建设部在《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》中明确提出，2006～2010年累计节电要达到25％。 　　LED冷光源作为一种新型的绿色光源，具有节能、环保、寿命长等特点，是未来照明的发展趋势。2009年初，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，该计划涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市。这一计划的实施将有效引导我国半导体照明应用的健康快速发展。 　　本课题正是基于LED冷光源道路照明而设计的智能路灯节能控制系统，从而有效解决现有的道路照明管理系统普遍存在着难以反馈路灯状态信息、没有适时开关灯、基本没有节电效果等问题。 　　1 LED技术概述 　　LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED光源具有高节能、利环保、寿命长、体积小、多变幻适用性强、稳定性高、响应时间短等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为它是其理想的替代品。 　　在节能方面，LED具有直流驱动，超低功耗(单管0．1 w)等特点，相比传统光源，LED光源接近点光源，单相发光，好配光，光效利用率高。就平均照度来讲，一盏50 W的LED灯亮度可与100 W的高压钠灯相当，如果就点照度来讲，那要更高。相同照明效果比传统光源节能50％以上(以实际应用产品为例)。LED光源为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点。当光通量衰减到70％时，其寿命达到了50 000 h，高压钠灯的寿命是10 000～20 000 h。而它的环保效益更佳，发光颜色纯正，不含有紫外和红外的辐射，而且不含汞元素，没有污染，废弃物可方便回收。冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 　　2 路灯节能控制系统总体结构 　　考虑到造价、监测范围、控制点设置、扩容方便等要求，在本次设计中采用无线通信与电力载波通信相结合的方案。 　　具体的方案如下：整个监控系统由监控终端、集中控制器、路灯控制器和路灯组成。本系统的上位机即监控终端放在城市路灯管理部门，以单个配电变压器为范围安装集中控制器，在每盏路灯上安装路灯控制器方便实现单灯控制。在主控制室与集中控制器之间采用GPRS通信，GPRS通信方式容易实现高速数据传输、长时间在线，并且可获得按流量收费的低资费方式，硬件投资少，对地域要求相对也较低。在集中控制器与路灯控制器之间则采用电力线载波通信技术，采用电力载波技术的最大的好处就是不需要再铺设通信电缆就可容易地实现对每盏灯的检测，减少了通道建设的费用。整个系统的结构图如图1所示。 　　3 通信的实现 　　整个系统采用分级通信机制，一级为监控终端和集中控制器的通信，另一级为集中控制器和路灯控制器的通信。 　　监控终端与集中控制器之间的通信采用GPRS。集中控制器监控和管理所在辖区所有的路灯，其和路灯控制器之间采用电力线载波通信。集中控制器可以独立工作，根据提前设定的方案开关灯、循环地收集所辖范围各路灯控制器的相关信息，每当完成所有路灯的一次信息收集时，集中控制器将刚收集到的各路灯控制器监测路灯的信息迅速反馈给监控终端，当集中控制器收到监控终端的命令时，将监控终端下达的命令解析并通过电力线载波通信发送给路灯控制器让其执行相关的动作。路灯控制器一直处于等待模式，其循环地收集该灯柱所有灯的电流及状态信息，一旦接收到有与本机地址相符的命令就执行相应的动作并反馈执行结果给集中控制器。通过这两级通信，整个监控系统的巡检周期可以大大缩短。 　　3．1 路灯控制器与集中控制器通信实现 　　为了便于系统的软硬件模块设计、调试，以及后续的系统调试、故障分析和系统升级等，本次设计采用了双CPU结构，两个CUP分别是PL3105(负责载波收发的相关控制)和宏晶的STCl2C5404AD(其他控制)。STCl2C5404AD单片机是一款高速、宽电压、低功耗的增强型8051内核单片机。由于设计中要求的实时性不高，这里直接采用串口通信，PL3105的RXD，TXD直接与STCl2C5404AD的RXD，TXD连接，通过编写单片机启动程序，对其初始化设置，根据通信协议完成集中控制器发布的各项动作。电压、电流采集电路分别通过HCT218及HPT304精密微型电压互感器感应交流的电压、电流，再通过I-V互换得出相应电压值。该路灯控制器是单灯操作，以同一变压器工作下的路灯为一局域，多个电力线载波模块连接在同一相线上，在