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智能路灯控制器的研究与设计

李烨君  
【摘要】:路灯照明系统是城市的重要公共基础设施。但在国内多数城市中,目前实际仍使用的是传统的路灯照明管理方式,即采用简单的时控或光控;利用人力进行巡检和维护等。这不仅造成电能的浪费,而且增加了路灯系统的运行和维护成本。而现有的智能路灯控制系统受城市照明规划刚性和通信技术自身的缺陷以及成本过高等问题的制约,未能普遍应用,电力载波通信技术和GPRS无线通信技术依旧是我国现有路灯智能控制系统的主要控制方案。因此设计一种节能降耗、高自动化的智能路灯控制器,以智能化的控制方式来解决现有系统存在的弊端,具有良好的社会效益和实际意义。完整的智能路灯控制系统包括单灯控制器、集中控制器和上位机监控中心三部分,本文主要设计应用于智能路灯控制系统的路灯控制器,包括单灯控制器与集中控制器两部分。首先分析了智能路灯控制系统的研究背景和意义,根据国内外研究现状,结合系统功能需求提出整体设计方案。单灯控制器负责实现信息采集、照明控制以及通信等功能;集中控制器通过单灯与监控中心之间的数据传输实现数据交换功能。单灯与集中控制器之间利用ZigBee技术实现通信功能,集中器与监控中心之间利用4G移动通信技术进行数据通信。设计首先通过对比分析几种常用无线通信技术的特点,阐述了本设计选择ZigBee近距离通信技术和4G移动通信技术的原因。然后对比分析各类网络拓扑结构,通过对ZigBee组网特点的分析,根据本文路灯控制器的功能需求选择了适合的组网方案并介绍了组网的具体实现过程。最后根据应用需求,详细阐述了单灯控制器和集中控制器的硬件和软件设计。具体实现过程为:单灯控制器通过HLW8032电能芯片和光敏电阻采集节点运行数据,通过STM32分析和处理采集到的数据,单灯控制器可以根据采集到的运行数据进行自主控制,并将处理结果通过ZigBee通信模块发送到集中控制器,集中控制器对数据进行处理后通过4G模块发送给上位机显示,用户可查看路灯节点的运行实时数据及设备存储量等信息。最后,对设计的路灯控制器的数据采集及Zigbee与4G通信功能进行了测试与分析,测试结果表明智能路灯控制器能够实现预期功能需求。


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