浅析智慧城市路灯照明智能控制系统的实现「智能照明模块控制系统」

安科瑞于洋

摘要：随着我国社会经济和城市建设的快速发展，路灯照面系统逐渐成为衡量城市现代化程度的一个标志。近年来，城市路灯照明智能控制系统开始受到广泛的关注，本文设计并分析的是一种给予单片机的城市路灯照明智能控制系统。笔者首先阐述了智能控制城市路灯的重要性，然后对该设计进行了具体的分析，然后说明了整个系统的工作流程。

关键词：城市路灯；路灯智能照明；智能照明控制系统

引言

现阶段，世界能源危机不断涌现，受此影响，城市道路照明体系大幅度的电力耗费开始受到人们的重视，如何通过智能控制系统来实现有效率、低耗能的路灯照明系统成为了当前的研究关注点。尤其是随着近年来电能价格的上涨，庞大的道路照明电费开销给地方财政增加了很大负担，为此，笔者就城市路灯照明智能控制系统进行了以下思考

智能控制城市路灯的必要性

路灯是城市居民必不可少的照明工具，而与大城市相比，中小城镇的路灯控制要求又有其不同的特点。如中小城镇人口不多，午夜过后经营活动非常少，秉承着不浪费电力资源的原则，除了几个关键位置的路灯需要常亮以外，其余的都可以关闭。此外，很多小城镇都有赶早集的习惯，所以需要在此之前将有关的路灯打开，以方便商贩和市民，为此，实现城镇路灯的科学管理与控制势在必行。

基于单片机的路灯智能控制系统构成分析

通过对现有的路灯控制系统进行分析，笔者认为对其的划分主要可分为通信模块、时钟信号模块、远程控制模块及现场控制模块等多个模块。从整体上来看，又可采用功能执行、远程监控及现场数据采集等多个部分进行上述模块的分类。如下图1所示，计算机构成了远程监控，MC68HC908GT16为现成部分所选的单机片控制芯片，TSL2561为光强监测芯片，通信模块接口为标准RS232接口。

图1单片机路灯照明智能控制系统结构示意图

3.远程监控端工作原理

上文中提到，现场及远程监控两部分是组成该智能控制系统的主要成分。在利用操作控制、数据及路灯线路模块的基础上，远程监控计算机能对路灯进行管理、控制。数据模块的主要功能是编号和储存已经收录进系统的路灯；操作控制模块主要是往控制现场进行指令的发送，并对控制现场所反馈的信息进行接收；路灯线路模块则是将各路灯状态及结构图等信息以图形的方式显示给路灯管理人员。控制中心与单片机通过RS232串行通信端口进行通信，远程计算机可以向单片机发送控制指令，也能够接收单片机采集到的数据信息，从而使系统能够更好的对路灯进行控制。为了进一步简化系统结构，可将广播式通信添设于单片机与远程计算机之间，通过对总线的控制，远程计算机可朝着单片机发送指令信息，当信号传

送至单片机后便会开展识别、分析工作，以此对相关指令是否执行进行确认。

4.现场控制系统工作原理

（一）光强测量模块功能

光强测量模块中的感应器件能够采集路灯周围光性强度，并将其通过A/D转换模块转换为可用的数字信号，再传输至单片机完成处理分析，从而获取路灯的即时工作状态。在路灯周围的环境出现变化时，系统将控制路灯与周围环境同时发生变化，以实现自动适应。例如，当周围环境光线强度较高时，单片机会适当控制电路，降低对路灯的电流输入。当周围光线强度较弱时，单片机则会适当提高路灯的输入电流。这样一来就可以使路灯长期处于工作状

态和电力损耗平衡的状态下。

（二）实时时钟模块功能

在选择时钟模块时，要对系统的性能要求和硬件设备参数进行综合的考虑。本文所采用的芯片为DS12887。时钟信息主要提供给单片机、通信模块以及采集部分，以确保各设备保持准确一致的信号周期、除此以外，管理人员还能在单片机中根据实际路灯应用环境以及时钟周期来设计定时功能，来完成对路灯开关时间的控制，从而实现健身操作人员工作量的目的。

（三）通信模块功能

单片机在现场监控中接收到的信息可通过通信模块将其传输至远程计算机进行分析和储存；在对路灯的远程监控中，远程计算机可以将控制指令通过通信模块传输至单片机，由单片机操控不同模块完成指令。此外，在出现故障时，工作人员还可以将故障检测设备接入到通信模块中对控制系统进行检测分析，能够很好的帮助工作人员完成对故障的快速抢修，这样一来，就可以使城镇路灯照明系统的稳定性进一步得到增强。

5.城镇路灯控制系统工作流程

当路灯通电完成后，系统首先会进行自我检查，检查项目包括各软件模块是否存在故障，时间是否同步等。自检通过以后，系统正式开始工作。单片机根据预设指令控制光强监测装置采集路灯周围环境信息，并将其发送至单片机。单片机再将接收到的反馈信息上传至远程计算机，以此对路灯的工作状态进行进行实时记录和监控。值得一提的是，单片机根据时钟模块所提供的信息来设置定时开关的功能，因此可以控制路灯在白天时处于关闭状态，从而达到节约用电的目的；在经过设定的时间数以后，单片机再控制路灯开启，使其为夜间提供照明服务。在此期间，光强测量模块可以为路灯照明的强度提供有效的数据支持，以实现降低电能耗损的目的。在阴雨天气等光线强度小于预设阈值时，光强测量模块还可以向单片机发送开启路灯的请求，以保证市民的正常生活不受影响。此外，远程计算机还能随时对各路口路灯的工作状态进行监测，并将其实时工作状态通过数据库的功能进行记录，从而为之后的照明支持、电力调度以及照明系统改造提供数据信息支持。

6.安科瑞为路灯智能照明控制系统提供方案

6.1安科瑞智能照明监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层；如图（1）所示：

图（1）网络拓扑图

间隔设备层主要为：开关驱动器，这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均通过现场KNX总线组网通讯，实现数据现场采集。

网络通讯层主要为：智能照明网关，其主要功能为把分散在现场采集装置集中控制，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。以上开关模块均采用KNX总线传输，一般都采用4根连线，接线简单方便，传输距离可达1.2km。

6.2安科瑞智能照明系统组成

定时控制

通过时钟管理器，实现整个系统的有关区域照明的定时和自动管理功能，实现公共通道、景观照明、泛光照明、车库照明定时控制。如百叶窗定时升降、集中供热定时调节、节假日照明定时关闭、定时通知等。

场景控制

智能照明控制系统根据各个部门的需求，设定不同种类的场景模式，进行各种照明灯光的组合，达到美化工作环境的效果；结合人体感应传感器，当人员离开时，关闭所有该会议室照明。

实时监控

中心控制室，配置一台中控主机，所有照明控制设备，通过KNX网关，接入监控系统，操作管理人员，可以通过中控电脑，实时监视总线、区域、楼层、楼栋等照明状态，并可根据需求进行控制调整。系统绘图工具支持向量图和多层页面，图形页面缩放方便，切换简单，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等图形对象的嵌入、支持二维、三维图元的绘制，增加可视化的空间效果。