基于无线网络的照明控制系统

王 浩

（河北工业大学，天津　300019）

基于无线传感网络的发展和节能环保、智能家居的需要，以ZigBee网络为核心，用路灯节点控制器，照明回路控制单元和照明管理中心，来为整个网络核心服务，LED灯装于城市街道，采用实时采集路灯工作状态和工作数据的工作方式，将收集的数据通过GPRS传输给照明管理中心，而管理的软件通过数据分析来进行单灯的控制和路灯多策略的控制，对于故障进行有效的排除，结果显示这个系统具有成本低，性能稳定，节能效果好的特点，适用于各种公共场所，例如街道，城市公园，住宅小区等。如果在现实生活中进行推广应用，将会产生巨大的生态效益。

1　系统的总体设计

系统的设计包括路灯节电控制器、照明回路控制单元和照明管理中心，城市照明系统总体结构图，如下图图1所示。

图1　城市照明控制系统总体结构图

1.1　基础设计

路灯杆上安装LCU作为WSN的传感器节点，而RTU为网关节点，采用链树状形拓扑自组织结构，多个LCU和一个RTU构成监控子网，通过节点间无线的多条式传输方式，与LCU进行通信，来获取各个节点控制器的监测数据，同时通过选取固定的IP地址的方式，经由GPRS将数据传输到照明管理中心，照明管理中心收到的数据存储到数据库当中，并且能够在数据终端进行显示，对数理进行处理和分析之后，用户可以根据实际情况，对LCU进行手动或自动的控制。

1.2　LCU设计

LCU是整个系统网络当中的重要窗口，既作为节点控制着路灯的运行，还向RTU周期性的发送采集到的路灯环境的参数，通过无线通信模块和环境照度采集模块、路灯功率控制模块，LED驱动模块和LED路灯模块，来进行整个照明系统的运转，其硬件结构如下图图2所示。

图2　LCU硬件结构图

为了提高数据采集的准确性和可靠性，环境照度采集模块采用了高度灵敏，高效率性的光敏电阻，可以在-30度和+70度的情况下，进行正常的工作，光敏电子将采集到的光照转化为电压，通过转换器将其变成数字信号，结合U-E的转换关系来得到光照的照度，这种传感器体积较小、光伏特性好，安装方面可以满足数据采集系统的需求。

LED驱动模块采用了输出可调的恒流控制方法，选择了pt4115作为恒流驱动器，用来接收路灯功率控制模块的型号，作为一款连续的电流导通模式的降压恒流源，pt4115可以驱动一颗或多颗串联的LED灯泡。通过设置LED平均电流来实现通过DIM引脚从满量程下降到零的PWM调光功能开关，功率开关可以进行有效的控制，当电压低于0.3V时自动进入到极低电流工作的待机状态。

GPRS通过无线分组来进行技术的交换，RTU采用了这GTM900-c和CC2530，作为无线模块支持标准的命令和增强AT命令，内置TCP/IP和UDP/IP的协议，支持语音短消息和GPRS业务输出，通过UART接口和CC2530进行通信，实现无线电的发送与接收，来保证对整个传感电路系统的控制，加强信息的接收与采集，监测照明回路的工作状态。

2　节能照明智能控制方法

在节能照明智能控制系统当中，可以利用分时段照明控制、组群控制和环境参数控制，来进行节能设计，节约电能。

2.1　分时段照明控制

分时段照明控制系统在冬夏两个季节和白天夜间的不同时间段，对路灯采用不同的照明控制，由于一年当中冬季和夏季两季的日照时间变化长短明显，所以根据冬夏两季的光照强度的不同，而采用不同的照明控制，另外，对于晚间交通繁忙的时期、午夜时分和后半夜段，也可以采用不同的路灯控制方式，这种分时段的控制方式可以使得电能得到有效的利用，避免出现电能浪费的问题，提升电能的利用效率和使用效率。

2.2　组群控制

在电能系统控制过程当中，对于处于同一照明区域的不同路灯，由于所在的位置的不同，对其照明系统的控制要求也不同，通过指定路灯回路单元和路灯的节点地址，对不同位置的路灯进行合理的照度的控制，可以实现指定灯组的不同场景的控制，在实际的应用当中具有十分重要的意义，不仅能够节约电能，而且能够有效的提升电能的使用效率。

2.3　环境参数控制

根据道路环境的光线的强弱来不断调整路灯的照明度，可以通过环境的控制，获得更好的照明质量和照明效果，对于特殊的天气可以制定相应的调整战略，例如大风、雾霾等自然灾害天气时，需要加强照明，以方便交通的正常运转，避免交通事故的产生。

总之，在无线网络控制下，智能照明系统为我国照明水平的提升打下了很好的基础，这种设计方案组合成本较低，网络维护方便，便于路灯照明系统的现代化管理，能够起到很好的节电效果，实现绿色照明，促进我国路灯利用率和对故障检测效率的提升，实现了可持续发展，具有广泛的应用前景和推广价值。

[1]杨得鸿.基于wi fi 无线网络的公路隧道照明控制系统设计[J].科技视界，2017，（31）：155-156.