LED路燈的無(wú)線傳感技術(shù)
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我國(guó)的城市照明伴隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速,得到了快速的發(fā)展。現(xiàn)在大街上隨處可見(jiàn)的LED顯示屏,還有裝飾用的LED彩燈以及LED車(chē)燈,處處可見(jiàn)LED燈的身影,LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。但是,城市照明發(fā)展中的能源需求和消耗也在不斷加大。
總體上看,綠色照明工作還存在高能耗、高污染、低效率等問(wèn)題。據(jù)調(diào)查,我國(guó)當(dāng)前的路燈以低效照明為主,電能利用率低。針對(duì)照明中存在的污染嚴(yán)重、電能浪費(fèi)、能耗密度高、照明效能低等問(wèn)題,研究路燈節(jié)能控制系統(tǒng),推動(dòng)路燈照明節(jié)能節(jié)電,將對(duì)綠色照明的全面發(fā)展起到積極的推進(jìn)作用。
1 當(dāng)前路燈照明系統(tǒng)存在的不足
現(xiàn)代社會(huì),成為城市魅力名片和窗口的路燈照明,締造了輝煌絢麗的城市文明,也帶來(lái)了一些問(wèn)題。能源耗費(fèi)已經(jīng)成為制約當(dāng)前路燈系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
1.1 電壓波動(dòng)大---運(yùn)行浪費(fèi)
由于電網(wǎng)負(fù)荷的變化隨著時(shí)段的不同而不同,因此,相應(yīng)的電壓波動(dòng)也較大。在行人和車(chē)輛較多的上半夜,電壓較低,亮度較暗;而下半夜則異常明亮,這是由于電網(wǎng)負(fù)荷的變化而導(dǎo)致電壓上升所致。較大的電壓波動(dòng)增加了電、熱的轉(zhuǎn)換比值,降低了燈具的效率,造成電能的浪費(fèi)。
1.2 線路損耗大---線路浪費(fèi)
路燈的供電線路較長(zhǎng),功率低,因此線路損耗較大;同時(shí),一般220 V單相電壓供電的路燈,三相不平衡情況較為嚴(yán)重,因此將造成過(guò)大的零序電流,零點(diǎn)位移,從而加大了電路的損耗。
1.3 管理方式粗放---間接浪費(fèi)
當(dāng)前,路燈照明的線路控制都較為簡(jiǎn)單,不能監(jiān)視、記錄和統(tǒng)計(jì)操作結(jié)果,設(shè)備異常的發(fā)現(xiàn)依賴(lài)于人工巡視。發(fā)現(xiàn)故障不及時(shí),處理故障的效率也不高,最終導(dǎo)致了人力和物力的浪費(fèi)。為了解決路燈系統(tǒng)存在的問(wèn)題,具有節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽等優(yōu)點(diǎn)的LED路燈受到了低碳社會(huì)的高度重視。研究和開(kāi)發(fā)LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng),提高資源利用率,節(jié)省能耗,成為了路燈節(jié)能的重中之重。
2 基于無(wú)線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)
基于無(wú)線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)可以對(duì)LED路燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,同時(shí)檢測(cè)和收集LED路燈的各個(gè)參數(shù)信息。LED路燈的各類(lèi)參數(shù)信息(開(kāi)關(guān)狀態(tài),電流、電壓、亮度、溫度等)經(jīng)由LED路燈周邊的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)據(jù)此設(shè)計(jì)維修計(jì)劃并發(fā)出警報(bào),通知進(jìn)行故障處理,節(jié)約了人力成本,提高了故障處理的效率,實(shí)現(xiàn)了路燈管理的智能化。
基于無(wú)線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì):①無(wú)線方式組網(wǎng),不需要布線,擴(kuò)展靈活,且不占用空間;②容易被采用,實(shí)施快捷方便,不影響道路環(huán)境;③監(jiān)管高效便捷,設(shè)備故障處理效率高,降低了路燈的能耗?;跓o(wú)線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)提高了能源利用率、節(jié)約了一定的能源成本。在幫助照明系統(tǒng)節(jié)省大量用電量的同時(shí),延長(zhǎng)了照明燈具的使用壽命。
3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
基于無(wú)線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、子網(wǎng)控制器和LED路燈監(jiān)控器三個(gè)部分組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
3.1 LED路燈監(jiān)控器
LED路燈監(jiān)控器的心臟是單片機(jī),它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理,是監(jiān)控器的數(shù)據(jù)中心。電壓、電流、溫度傳感器采集電流、電壓、溫度值,繼電器則控制LED路燈的狀態(tài),然后將信息輸送到單片機(jī),單片機(jī)和Zigbee射頻模塊通信,向子網(wǎng)控制器報(bào)送LED路燈的各類(lèi)參數(shù),接受子網(wǎng)控制器的監(jiān)控命令。LED路燈監(jiān)控器對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)及采集、亮度調(diào)節(jié)、電流、溫度、電壓采集等進(jìn)行控制。LED路燈監(jiān)控器分為外掛式和模塊式,滿(mǎn)足不同的使用需求。LED路燈監(jiān)控器如圖2所示。
3.2 子網(wǎng)控制器的設(shè)計(jì)
子網(wǎng)控制器位于監(jiān)控中心和LED路燈監(jiān)控器之間,分別以不同的方式與系統(tǒng)中心和路燈監(jiān)控器通信。它運(yùn)用Zigbee通訊協(xié)議,下達(dá)系統(tǒng)中心的命令,同時(shí)反饋LED路燈監(jiān)控器的監(jiān)控情況。子網(wǎng)控制器負(fù)責(zé)處理本子網(wǎng)內(nèi)的所有事務(wù),包括監(jiān)控LED路燈監(jiān)控器運(yùn)行狀態(tài)和控制信號(hào)、處理報(bào)警等。單片機(jī)、GPRS/3G和Zigbee射頻模塊組成了子網(wǎng)控制器。單片機(jī)是子網(wǎng)控制器的核心。單片機(jī)接收監(jiān)控中心的各類(lèi)命令,上報(bào)LED路燈監(jiān)控器的參數(shù)值。同時(shí),它通過(guò)Zigbee射頻模塊來(lái)發(fā)送監(jiān)控命令。
3.3 監(jiān)控中心
監(jiān)控中心的主要功能是對(duì)LED路燈監(jiān)控器進(jìn)行監(jiān)控和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn),包括配置參數(shù),發(fā)送監(jiān)控命令、收集LED路燈的狀態(tài)等。LED路燈照明時(shí)間和開(kāi)關(guān)的設(shè)定可以隨著路段日照情況和人車(chē)流量的變化而變化,既滿(mǎn)足了照明的需要,也節(jié)約了能耗。監(jiān)控中心的功能由以下幾個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn):
數(shù)據(jù)管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的應(yīng)用管理,是整個(gè)系統(tǒng)的核心。數(shù)據(jù)管理模塊對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和配置數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,包括路燈監(jiān)控器數(shù)據(jù)的管理、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和其它配置數(shù)據(jù)的管理等。主界面模塊。主界面模塊主要由監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)顯示和控制面板等組成。將數(shù)據(jù)以圖形化的方式形象直觀地展示出來(lái),為用戶(hù)提供整個(gè)LED路燈的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí),用戶(hù)可根據(jù)自己的需求來(lái)配置和管理系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。數(shù)據(jù)庫(kù)模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作。系統(tǒng)可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用和回放數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù),為其他模塊的功能執(zhí)行和分析提供支撐。用戶(hù)管理模塊。用戶(hù)管理模塊主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)中用戶(hù)賬戶(hù)的管理,包括賬戶(hù)的注冊(cè)、登入和修改,不同用戶(hù)權(quán)限的設(shè)定和授權(quán),嚴(yán)格控制用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的修改,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。通信管理模塊。通信管理模塊主要負(fù)責(zé)通信接口的配置和管理,保證數(shù)據(jù)的通信。它是軟件系統(tǒng)的對(duì)外接口,通過(guò)與底層中心控制的數(shù)據(jù)交互,最終實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)底層硬件的控制。
基于無(wú)線傳感技術(shù)的LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)提高了路燈管理和故障處理的效率,降低了路燈的能耗,節(jié)省了電力,延長(zhǎng)了照明燈具的使用壽命,節(jié)約了能源成本和照明費(fèi)用,為城市的照明做出了貢獻(xiàn)。相信在未來(lái)的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達(dá)的時(shí)候,LED會(huì)以更加多種類(lèi)的方式為我們的生活帶來(lái)更大的方便,這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識(shí),這樣才能為科技的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。