摘要：智能照明系统的设想，不应该只是基于“感知-控制”模式，应该具备学习的能力，积累经验。搭建真正的智能照明系统，主机接受从机发送过来的数据并存储、完成用户行为分析及推理算法，并进行命令发送；从机完成数据的采集，并对灯光进行控制。本设计通过采集各个照明节点的使用数据，进行处理后，再根据用户行为分析算法和行为推理算法预测用户某一时刻的行为，主动为用户提供服务建议。LED路灯在当前已得到越来越多的应用，本文从智能控制系统的建设目的、系统设计原则、系统架构、后台控制软件的基本功能等几方面加以阐述，以希望读者能从中吸取有益经验。
关键词：LED路灯；智能照明；系统设计
前言：物联网技术在近年来迅猛发展，众多产业之间互联互通越来越得到重视。物联网将资源信息化和网络化，与LED照明产业的结合带来了崭新的产品模式。信息化突破了传统的局限，逐渐普及到智慧城市、智能交通、智能家居等众多领域，利用物联网，能把LED照明系统与互联网连接，进行信息共享，实现智能识控制，从而达到人们追求的环保、健康、绿色的生活方式。但是，目前的物联网控制系统所采用的智能控制技术主要是基于“感知-控制”模式，但也存在不足之处，即没有学习能力，从而难以积累经验，无法主动为用户提供服务。
一、系统建设目的
路灯智能照明控制系统使用物联网、传感器、自组网、云计算等高新技术，通过单灯控制、单灯监测的方式，相较传统管理模式，应达到以下几项基本功能：
（1）按需照明：基于更加精细化的控制方法，根据天气规律、人车活动规律、重要路段照明等要求，灵活调整路面照度，真正做到保障交通安全与节能减排之间的完美契合。
（2）主动发现：精细到每盏灯、每个组件的故障由系统主动上报，为建立快速的维修响应机制奠定基础；避免夜间有灯不亮、白天亮灯等百姓最关注的问题。
（3）高效管理：精细到每盏灯的工作情况一目了然，减少日常大量的巡灯工作，合理规划维修维护路径，使得人力资源能够投入到更具有服务价值的工作中。
（4）精细监测：精细到每个照明设施组成部分的实时数据监测，对设施寿命、质量进行全程监控，使得设备采购、更换更加科学、准确。
（5）合理规划：基于现代化的专业地理信息系统，所有路灯设施分布一目了然，为整个照明设施建设规划、全面掌控提供详尽的数据化支持。
（6）经济投入：高科技并不意味着高投入，无需布线、维护简单、超长寿命是城市路灯智能管理系统的基本要求。
二、系统架构
基于单灯管理的LED 道路照明智能控制系统从本质上讲是物联网技术在数字化城市管理中的现实应用和具体实践。其核心是将每一盏路灯接入网络，以实现精确地理位置定位、远程可调可控、运行状态在线跟踪，从而实现决策支持力度、资产管理力度和透明度的增加。
一个典型的系统包含以下三级设备逻辑层和两级通信层：
①智能单灯控制器
智能单灯控制器能够上传数据并接收现场智能基站转发的相关数据和命令，负责对灯具运行的监测、控制、调光等管理。
②现场智能基站
现场智能基站安装于照明配电柜或控制箱内，根据监控中心下发的运行参数和命令，负责照明配电柜或控制箱内的路灯线路的数据采集、控制和管理，实现安全防护，与智能单灯控制器通过现场短距通信层进行数据交换，与监控中心通过远程通信层进行数据交换。
③监控中心
由计算机、数据库服务器、通信设备、显示输出设备、报警设备等硬件和能将计算机集成、监控、通信、专业GIS、工作流等相关技术融合运用的软件组成，对现场智能基站和智能单灯控制器进行管理。
④现场通信层
现场短距通信层是指现场智能基站与智能单灯控制器之间的通信信道，一般采用免布线、自组网、低功耗的电力载波通信或微功率无线通信技术。
⑤远程通信层
远程通信层是指现场智能基站与监控中心之间的通信信道，包括公用无线数据传输信道和无线专用数据传输信道。
三、 智能照明系统搭建
搭建真正的智能照明系统，主机接受从机发送过来的数据并存储、完成用户行为分析及推理算法，并进行命令发送；从机完成数据的采集，并对灯光进行控制。
3.1 主机系统架构
采用 1 个主机，主机采用 PC 机，可以完成复杂的算法运算，对用户行为分析和推理算法进行运算，从机采用单片机，接受指令，并控制专用调光芯片，如图 1 所示。
主机端拟采用 VB+SQL 架构进行系统开发，Visual Basic 提供了可视化设计工具，从而可以大大提高程序设计的效率；并结合数据库 SQL 进行数据的存储，用可以户根据需要，可以进行数据的添加、删除、修改和查找等工作。
3.2 从机系统架构
预采用 24 个从机，总共 3 个房间，每个房间 8 个 LED 灯，对数据进行采集和控制。从机端预采用 8 位 OTP 型 RISC 结构的多用途 MCU 来实现,外设资源较丰富，性能好，拟采用该类单片机完成对 LED 驱动芯片的控制和 WIFI 数据的读写，单片机读取无线 WIFI 或者按键的控制命令，并对驱动芯片进行控制。市电电压经过稳压电源模块，产生稳定的直流电压给 LED 模组供电；从其他主控系统传来的指令经过该专用芯片处理, 将精准的 PWM 信号输入到驱动级的功率 MOS管，控制开关管的导通和关断，从而对 LED 灯的亮度进行无级调节。PWM 信号的开关速率很高，人眼视觉难以分辨。以这种频率在
零电流与最大电流之间切换，从而调节光源亮度。通过改变数字脉冲信号的占空比就可以等效的改变控制电流，从而平滑的实现 256级甚至更大范围的调光要求。同时，通过这种调光方法，LED 光源只能处于完全接通或者关断状态，有效的避免了电流变化时 LED 光源产生的色偏现象。PWM 控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术中最广泛应用的控制方式，也是学者研究的热点。由此可见，PWM 调光方式是进行 LED 光源无级调光的适合方案。
3.3无线数据传输
数据通过无线 WIFI 进行传输，无线 WIFI 模块开发周期较长，目前市面上拥有多种 WIFI 通信模块预采用 BL-8188-4M 无线模块，BL-8188-4M 产品是一款低功耗, 高线性输出功率, 支持 WPA-PSK/WPA2-PSK,WPA/WPA2 安全机制, 无线传输速率高达 150M,是普通 11B 产品的 10 倍,内置全向智能高增益陶瓷天线,可适应不同的工作环境,使台式机或笔记本计算机用户以及其它需要实现无线联网的设备方便地接入无线网络。
四、应用软件基本功能
（1）系统应具备配管理员、操作员、维修员、参看者四级权限，每用户可根据授权登录系统并进行相应操作或参看相关数据。
（2）系统应能将控制命令的执行结果进行同步刷新，开、关、调光状态应能及时反映到客户端，以便用户能快速验证执行结果，单灯具状态刷新时间小于10s。
（3）可监测任意一盏灯的电流、电压、有功功率、功率因数、电量、寿命等数据，可实时召测或选定时间定时采集相关数据； 系统应能自动生成并更新所有灯具的工作状态数据，可全面掌控灯具工作状态、故障状态、寿命状况，为决策提供详尽数据支持；
（4）可对所有灯具采用场景方式管理，可快速将每盏灯具切换到不同的亮度组合，实现真正、快速的按需照明； 系统应能为快速路、主干道、次干道、支路等不同道路等级分别快速设定有区分的照明控制策略（包括开、关、调光等），并能对其中重要位置（例如弯道、交汇区等）快速设定特殊的照明策略； 可通过定时任务方式按照特定时间执行相应照明场景，或在特殊情况下手动调用并执行任意照明场景。
（6）所有灯具均直观展现在地图上,并根据灯具状态呈现不同样式，使用者一目了然； 应提供地图放大、缩小、平移、距离测量、设备框选等功能。
（7）系统在接收到相应故障信息后，可编制维修工单，并委派给相应维修人员，同时自动跟进维修进度并生成相应报表； 系统应支持维修工单逾期告警功能，并对及时修复率进行考核； 系统应能对维修结果进行自动校验，并在维修完成后自动完成状态更新。
（8）系统在线实时监测灯具运行状态，并提供强大的报警及预警功能；
设备报警应包含：灯具故障，误亮灯，未亮灯，通信故障等；智能预警应包含：道路灯具故障超限，
灯具批量寿命到期，维修工单处理逾期等。
（9）全面的资产状态评估报表、节能效益评估分析报表、故障及维修分析报表、系统应支持5 年以上历史数据可查、系统应自动生成各类报表，需按月、年生成亮灯率、设施完好率、及时修复率、节能率等统计报表。
结束语
路灯智能照明控制系统该智能LED路灯智能照明控制系统功能丰富,实用性较强,根据外界环境自动调节光亮的功能可以有效的节约能源,避免不必要的能源浪费,符合社会发展的要求。
参考文献:
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【3】王崇贵、刘进宇，智能路灯控制系统设计与应用研究2015.04
【4】窦林平.国内LED照明应用探讨2011.8
【5】李志敏.一种室外全彩LED大屏幕显示单元的设计与实现.灯与照明.2007.3
论文作者:邓金表
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/18
标签：智能论文; 调光论文; 系统论文; 数据论文; 路灯论文; 灯具论文; 通信论文; 《防护工程》2017年第35期论文;