黄宜金
广东正力通用电气有限公司
摘要：路灯是城市照明系统重要组成模块，其控制与管理水平的高低是衡量智慧城市建设水平的主要标准。因此，本文从传统路灯控制与管理系统应用弊端入手，分析了不间断供电的LED路灯智能控制与管理系统应用优势。并对不间断供电的LED路灯智能控制与管理系统的研究与设计方案进行了简单的分析，以期为LED路灯电力能源有效控制提供一定参考。
关键词：不间断供电；LED路灯；智能管控
前言
在智慧城市建设发展进程中，LED路灯智能控制与管理系统建设作为智慧城市的重要组成部分也受到了人们的重视。现阶段LED路灯控制系统智能水平不足，导致LED路灯亮灯时间不够恰当，进而促使电力能源损耗严重。因此，为了解决LED路灯控制系统存在的电力能源损耗问题，对不间断电力能源供应的LED路灯智能控制与管理系统进行适当分析具有非常重要的意义。
一、传统路灯控制与管理系统应用弊端
传统路灯控制完全依赖光电控制，或者定时人为操作，路灯亮、灭时刻不准确。再加上人为、某处控制线断开等不可控因素影响，极易导致大块路灯无法正常工作。同时由于路灯管控系统涉及线路、设备较多，一旦出现故障风险，检测、维修工作负担较大，对人们生活生产造成了较大的不利影响[1]。
二、不间断供电的LED路灯智能控制与管理系统应用优势
一方面，不间断充电的LED路灯，由取电电路、锂电池、嵌入式处理器、电压采集设备等几个模块构成。其中取电电路可以为锂电池补偿电力能源，充电后的锂电池可以为电压采集设备、LED灯管、嵌入式处理器提供电力能源。随后电压采集设备采集取电电路的输出电压。依据电压采集设备采集到的电压，可控制取电电路电力能源数据，并确定对锂电池电力补充限度。上述路灯结构可以将传感器、ZigBee技术（双向无线通讯技术）有效整合，促使路灯与路灯间形成物联网络。
另一方面，运用4G全网通远程无线通信网络，以服务器为基点，构建无线数据传输服务，整体管理、控制工作较简单便捷。且可以保证在各种恶劣天气下对LED路灯的不间断供电。除此之外，路灯终端传感器可以实时收集LED路灯运行状态。并经反向链路，将采集到数据消息反馈至服务器终端。在发现LED路灯故障风险信息后，服务器终端可以将对应模块报警信息反馈给维修者，整体故障检测处理效率较高。
三、不间断供电的LED路灯智能控制与管理系统整体设计方案
1、技术方案
针对传统路灯管控系统运行阶段存在的问题，本次不间断供电的LED路灯智能管控系统设计主要是在LED路灯代替传统路灯的基础上，构建以集中控制器为核心，连接服务器、单个LED路灯终端的系统架构。其中服务器可经因特网与4G全网通网络（通用分组无线服务网络）连接，将数据转发至协调器节点，进行集中管控。而ZigBee网络内每一个LED路灯阶段均可接收到协调器命令。与此同时，LED路灯终端连接的传感器可以采集路灯运行状态，经反向链路，进行相关数据的传输。
从技术层面进行分析，不间断电力能源供应的LED路灯管控系统主要是利用不间断供电技术，设置涵盖取电电路、控制模块、蓄能模块、路灯电源模块四个模块的电力能源供应框架。相较于一般单灯控制器而言，不间断电力能源供应的LED路灯管控系统的单灯控制器内增设了蓄电模块、蓄电控制模块。且蓄电模块输入端、取电电路第三输出端电性处于稳定连接状态，蓄电模块输出端则与路灯控制系统第二输入端电性处于稳定连接状态。这种情况下，即使市电发生故障导致断开，LED路灯管控系统仍然可以控制蓄电模块对单灯控制器继续供电[2]。而在市电正常供应过程中，控制模块可在控制蓄电模块不输出电能的基础上，促使取电电路对蓄电模块进行电力能源供应。实现市电直接给单灯控制器输送电力能源。
2、电力能源供应电路
电力能源供应电路又可称之为取电电路。如图1所示，除锂电池充电电路以外，其还包括降压稳压电路、延时启动电路两个模块。三者处于电性连接状态。其中锂电池充电电路主要由U8构成；降压稳压电路主要由U7构成；延时启动电路主要由Q1、R15、R13、R14、C15构成。
图1 不间断电力能源供应的LED路灯取电电路
根据图1所示不间断电力能源供应的LED路灯取电电路可得，延时启动电路具有LED路灯电源模块启动正常性能判定功能。若LED路灯电源模块处于正常运行状态，其可以在LED路灯电源模块输出电压后，利用三极管电压转换功能将其转换为控制模块启动信号；而降压稳压电路可以利用U7控制功能。与TL2575型DC/DC芯片（直流转换为直流的开关电源芯片）5号脚连接，自动控制锂电池充电、放电过程。同时降低LED路灯电源模块输出端电源电压，保证其始终位于标准限度内（5.0V），为锂电池充电电路提供稳定的电力能源供给。进而保证LED路灯监控系统全天候不间断监控LED路灯运行情况，为智能路灯监控系统提供技术支持。
3、故障诊断方案
不间断电力能源供应的LED路灯智能管控系统故障诊断目标主要为供电时段LED路灯各段直流电压、直流电流、交流电压、交流电流。通过对目标电力信息进行搜集，结合三级诊断表，可以确定市电电缆、驱动电源及LED光源是否处于正常运行状态[3]。不间断电力能源供应的LED路灯智能管控系统不可管控风险三级诊断表如下：
四、不间断供电的LED路灯智能控制与管理系统功能实现
1、智能调光控制功能实现
依据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2015）关于双光源灯具照明道路设计的相关要求，在每一路灯终端进行HB100多普勒传感器、BH1750光照传感器安装[4]。其中BH1750光照传感器可以依据所采集的环境光亮度，与CC22530微处理器间进行数据信息交互。随后CC22530微处理器可以依据不同季节设定的不同定时器设定时间，启动路灯；而多普勒传感器主要应用于后半夜LED路灯管理。其主要利用微波探测原理。在行人、车辆进入路灯周边20.0m范围内后，启动第一个LED路灯。第一个LED路灯亮起时间为10.0min，可为行人或车辆进入第二个路灯提供充足的时间。10.0min后，第二个路灯上安装的多普勒传感器在检测到行人后可以被点亮，随后陆续点亮其他路灯，保证行人、车辆形式安全。同时考虑到深夜关闭一只光源或者半数灯具对路面交通安全造成的威胁，可以依托智能化管控系统。采用灯具功率调低的方式代替灯具全部关闭，降低道路照明黑斑情况，保证道路照明均匀度。
在具体操作过程中，不间断电力能源供应的LED路灯智能管控系统可依据LED光源可调恒流驱动性质。结合ZigBee网络模块PWM（脉冲宽度调制）特性。依据人眼视觉敏感度，可实现分时段调光。由于人眼进入黑暗环境中对强光不适应亮度为30.0%，可设定系统对外输出调光信号为正向调光，幅值为10.0V，光波为PWM波。此时，在脉宽为0.0%时，基于ZigBee网络的控制模块可依据电源支持情况。结合最低亮度标准，对LED灯具亮度进行适当调整；而在脉宽为100.0%时，基于ZigBee网络的控制模块可以依据电源支持情况，驱动电源10V调整LED灯具光源至最大亮度。同时为实现电力电源调控人性化管理，用户也可以根据自身需求，合理调整不间断电力能源供应的LED光源调整范围或者特定时段LED光源调整范围。
2、LED灯具实时监控及故障定位实现
针对以往LED灯具管控故障人查、车查效率低、工作负担重的情况，可以摒弃现场应用工具、高空车辆故障原因诊断模式。在硬件电路焊接调试及编号设置的基础上，从LED路灯终端、网络协调模块间信息交互入手。利用4G全网通无线信息传输功能，将传感器监测到的信息实时传输至上位机监控终端，实现LED路灯智能化、实时性故障监控管理。
此外，在不间断电力能源供应的LED路灯智能化管控系统运行过程中，可以对其应用功能进行进一步拓展。如将LED路灯智能化管控系统连接城市公共信息管理网络，实现公共信息发布及车流量检测，保证LED路灯光源的有效应用。
五、总结
综上所述，不间断电力能源供应的LED路灯智能管控系统可实现自组网、网络稳定、成本投入低，且可保证电力能源全天候稳定输送。因此，针对现有LED路灯管控系统中存在的电力能源损耗大、维护困难、网络损坏风险高等问题，城市建设人员可以不间断供电为主要目标。利用ZigBee技术，构建不间断供电的LED路灯智能控制与管理系统。以便在LED路灯管控系统节能环保效力提升的基础上，提升LED路灯照明质量，为智慧城市建设发展提供充足的支撑。
参考文献：
[1]刘凤霞, 赵建平, 马淑丽, et al. 基于ZigBee的LED路灯智能照明控制系统设计[J]. 电子技术, 2016(8):111-112.
[2]彭依彧. LED路灯智能控制系统[J]. 电子技术与软件工程, 2017(17):96-96.
[3]于春荣, 辛智广, 王树彬. 基于RFID技术的LED路灯智能控制系统设计[J]. 科学家, 2016, 4(4):19-19.
[4]成剑文, 钱平, 卞治权. 一种基于无线智能信息处理的LED路灯控制系统设计[J]. 通信电源技术, 2015, 32(4):98-100.
论文作者:黄宜金
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/27
标签：路灯论文; 不间断论文; 电力论文; 能源论文; 电路论文; 模块论文; 管理系统论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;