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摘要：随着社会各方面的发展，电力能源逐步成为人们广泛关注的问题之一，我国电能更是日益紧张。路灯能源利用率不高的问题存在于各大城市的交通路灯控制系统中，尤其是过了凌晨之后，道路上行驶的车辆和行人较少，而全部路灯却一直处于工作状态，这样浪费了很多电力资源。
关键词：路灯照明；控制系统；设计与实现
1导言
照明系统是城市基础设施的重要组成之一，照明系统的好坏直接反映了城市经济发展水平和建设质量的高低，甚至也是城市文明的重要载体。当前，我国城市化建设进程逐步加快，城市夜间活动日趋繁荣，夜间道路交通量很大，给城市道路照明工作提出了更高的要求。在国民经济发展水平生活质量越来越高的同时，人们对于城市道路照明的观点也随之发生改变，在原有照明的基础上，增加了城市美化的新需求，有的地方还把道路照明工程作为当地亮点工程来进行建设，可以说，道路照明工程已经从原有的道路通行视野条件保障的功能外，更增加了展现城市文明的人文元素。此外，随着人们环境保护意识的逐渐增强，道路照明面临着低碳节能、绿色环保的新要求。如何提高城市路灯照明质量，使其与新时期城市发展的要求相符合，已经成为各级政府以及市政管理部门深入研究的重要课题。
2系统硬件设计
系统硬件方面主要由微控制器及其外围电路、载波通信模块及其接口电路和传感器、调光模块及其接口电路组成。由于LED灯具有体积小、功耗低、寿命长、环保等优势。系统采用LED作为可调光的光源，采用PWM脉宽调制的方式调光，通过调节PWM占空比实现多档位调光。系统的硬件原理框图如图1所示。
图1系统硬件原理框图
2.1载波通讯
系统采用PL3120芯片作为电力载波模块。PL3120电力线智能收发器使用窄波BPSK调制信号，具有很好的容错、纠错机制，具有穿透变压器传输的能力。当主用频率因噪声受阻能够自动切换到第二个通信频率。此外，PL3120还集成了电源管理功能，如果在传输过程中电源电压下降到不足以确保可靠的信号传输时，收发器停止工作直到电源电压上升到可接受为止。为了通过PLC模块控制路灯，每个设备的开关被集成到PLC收发器中，由PL3120提供的IO口控制，因此只需要添加少量的电阻和电容即可实现路灯的开关电路。
2.2单灯控制节点
单灯控制节点为现场控制单元，采用单片机作为控制器，配合其他外围模块提供各种接口与路灯、载波模块、传感器等相连。MCU负责信息的采集和处理，载波模块负责数据在电力线传输，传感器负责采集光照强度和电量等信息，调光电路负责通过PWM信号调节路灯的亮度，节点可根据上层的命令，通过传感器实现路灯环境信息的采集、开闭路灯、调节路灯照度等工作。如果工作在自动照明模式下，系统可以根据照度自动调节路灯的光照强度，配置自身的时钟系统进行自动控制，实现真正智能化照明。单灯控制节点的结构如图2所示。
图2单灯控制节点框图
2.3光控电路
系统通过光敏传感器采集外界环境光线的强弱，经过光电转化，把变化的光信号转变为电信号，再通过调节PWM的占空比来实现灯光的调节。此方案可以弥补传统方式在阴雨雾霾等恶劣天气不能及时开灯的不足，在单灯控制器上添加感光元件，可实现光控开关功能。光照度检测电路主要由光敏电阻、带串行控制的10位模数转换器TLC1549、二极管和电阻构成。光敏电阻根据外界光的强度阻值发送变化，通过转换器转换，可以将模拟信号转化为数字信号，从而通过改变输出PWM占空比控制器端口输出对应的脉冲控制信号实现智能调光。
3系统软件设计
3.1系统软件结构
系统的软件设计以前节的硬件设计为基础，上位机主控软件采用PHP＋MySQL技术开发，下位机采用C语言模块化的设计思想编程。下位机软件的主要模块由主控程序、数据通信模块、传感器数据采集模块组成。上位机的主控程序与服务器程序通过Socket套接字连接，主控程序负责采集节点数据、发布控制命令信息及提供报警联动信息。服务器程序主要进行后台计算和维护MySQL数据库。主控软件的结构如图3所示。
图3主控软件结构
3.2载波通信子程序
集中器与单灯控制节点之间通过载波通信协议通信，要实现可靠地数据传输必须依靠设计合理的通信协议，载波通信采用自定义的命令格式如图4所示。每个指令均由命令头和可变区域组成。命令头包含12个Byte，分别为4个Byte的目的地址，4个Byte的源地址，以及命令、参数和长度。集中器向载波通信设备发送指令并获取数据，将获取的数据回传给服务器，服务器拥有较强的分析和处理能力，能够按照单灯的MAC地址和标识信息对各节点进行控制和采集，并将数据存储在网络数据库中，方便统一管理和维护。数据通信时，各载波通信节点采用应答方式，发出信息后等待应答信号，如果超时没有应答就自动重发，重发次数可以自由设定。载波芯片PL3120通过串口与MCU连接，载波发送和接收子程序的执行步骤如5所示。
图4载波协议命令格式
4结语
随着城市现代化建设水平的不断提高，路灯照明系统承担的作用和功能随之增加，需求范围不断扩大，给路灯照明控制系统提出了更高的要求。智能路灯控制系统以其优越的控制性能和安全性能、高水平的工作质量以及在节能降耗方面的突出表现，对于环保压力不断加剧的现代社会有着极高的适用性。市政管理单位和相关企业要充分认识到智能路灯控制系统的优越性，加大力度，不断开发智能路灯控制系统潜能，以适应我国现代化建设发展的需要。
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论文作者:林中进
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/22
标签：路灯论文; 载波论文; 调光论文; 控制系统论文; 系统论文; 节点论文; 模块论文; 《基层建设》2017年第35期论文;