路灯控制器
路灯控制器范文第1篇
[关键词]路灯控制器的作用 设计理念 应用分析
中图分类号：V214.19 文献标识码：V 文章编号：1009914X（2013）34054401
引言
路灯照明所消耗的电量在我国电量消耗总额中所占的比例是非常大的，所以，照明领域控制技术的进步对我国经济建设和社会发展来说是十分重要的。国家每年在照明领域方面的投资超过了100亿，这样的巨资消耗加快了照明事业的发展速度，同时也引起了很多照明领域机构和研究体系对路灯照明节能问题的高度关注。设计出亮度高、耗电少的节能体系是当前社会众多研究人员的共同目标，路灯节能控制器就是在这样的社会目标中产生的。
1.路灯节能控制器的作用
路灯控制器利用分时控制体系。例如，将误差控制在较小的范围内把一年分为三个不同的阶段：拥挤期、正常期和低谷期。在拥挤期时，路灯照明对电压的需求较高，将电压调至额定电压的93%，保证路灯可以高标准状态地工作。光源耐用时间的长短取决于它的工作的电压，电压升高就意味着光源寿命的减少，但是，当电路电压为额定电压的93%时，路灯的寿命就会被提升高为平时的二倍，而且对光线亮度的影响也是极小的。既节省了电量，又满足了人们对照明的需求，这就是路灯高标准工作的状态。而在正常期和宽松期路灯的电压只要达到额定电压的88%和80%，就可以保证路灯正常工作。设计中采用了以下方法来避免压力档位的频繁切换：当路灯运行于1～2档时刻之间，需使电压维持在208～236 V之间，这里采用COUNT，COUNT H，COUNT L三个计数器来检测电压。COUNT从0开始，每分钟加1，5 min后清零。COUNT H从0开始，比较每分钟当前电压与电压上限值的大小，大于压力上限值则将COUNTH加1，在每次COUNT清零之前，若COUNT H值等于5，则认为连续5 min电压超出上限运行，相应地将路灯运行档位切换至低一档运行；若COUNT H值小于5，则认为是电网的波动，不进行切换。电压下限监测同理。每5 min将三个计数器同时清零。电压监控实际上就是辅佐分时控制系统正常运行的一种控制体系。路灯控制器还有一个故障自诊断及报警功能。虽然只是简单的报警系统，但也能在发生故障时快速的报警，并在数码管上显示出报警信息和故障发生地，有利于人们快速的找到准确位置进行维修。
2.节能装置控制系统整体设计和硬件设计
结合现代化设计理念，可采用控制晶闸管的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分从而降低了输出电压的平均值，达到控制输出电压斩波调压技术的方法来节约电能。按照电量检测正常进行，时间记录准确，通讯设备良好，有效地降低对电力消耗的思路，制定出一系列节能装置控制系统的整体设计方案，研究制作出符合经济和社会发展要求的路灯节能控制器，并投入到社会中使用，这样为我国大量节省了电力资源的消耗。节能控制装置的整体设计理念是时代进步的体现，是众多照明领域和研究机构共同努力完成的成果，其目标在于加快我国经济建设的步伐。
控制电路的硬件设计是十分重要的。一个控制电路必须由电量检测器、实时时钟显示器、键盘显示器、铁电储存器、数字量输入输出系统和通讯接口等部分组成。每个元件都有属于其自己的作用，每个元件对整个路灯节能控制器的使用都起到十分关键的作用。例如，电量检测就是测量电压、电流和电功在控制器中的有效值，方便人们控制路灯控制器的启动。控制器每时每刻都需要读取一些电工参数进行保存，而且控制器必须知道当时的准确时间，美国DALLAS公司的串行带报警功能的实时时钟芯片DS1305，满足控制器所需的要求，可以准确的对时间进行保存。同时工作人员可以通过128?64LCD显示器修改电压、时间等人为制定的各个参数，有利于人们控制路灯控制器。数字量输入输出系统则可以控制连接器的开启和关闭，检测控制电路工作时的状态，可以用控制器内置的发光二极管来指示接触器的工作状态。路灯控制器不仅仅要控制路灯工作状态，还需要时刻将时间、电压、电流等参数就近传到监控室的计算机中，随时记录随时保存。所以路灯节能控制器必须具备可以与监控室联系的设备。由于控制器和监控室之间有很长的距离，所以采用美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解调芯片LM1893集成芯片实现电力载波通信的技术使控制器与监控室保持正常联系。只有在控制器的各个元件都正常工作的状态下，路灯节能控制器才能发挥其作用，在保证照明的基础上节约能源。
3.应用后节能效果的分析
路灯节能控制器的优点就是极大的减少了我国资源的消耗。例如，1kwh路灯在205V电压时耗电量为0.87kWh；当电压降为193V时，路灯的耗电量也减少为0.77kWh。所以说，在达到人们对照明需求的同时降低路端电压，可以大大减少电量的消耗，可节约将近20%的能源。同时在行人稀少的时间段适当的将电压再次调至170～180V时，对电能的消耗的将会再次减少，节约能源可达40%。将路灯节能控制器这样的节能装置投放到社会中，可降低国家在路灯照明领域的投资，每年可为国家财力消耗节省超过25000元。国家对照明机构的投资量大，能源浪费量多是我国以前照明领域的弊端，现在保证了路灯照明的要求的同时，又能节约电能消耗，节省资源，这就是新型路灯节能控制器的优越之处。通过各个机构的研究和实践得出设计理念从而制作出控制器，再投放到社会中使用，就能让照明领域为国家节能事业贡献出一份薄力。如果路灯节能控制器能广泛应用于社会，会对我国社会经济发展产生十分重要的作用。
4.结语
路灯节能控制器是满足人们在一年四季不同阶段对照明的需求，迎合目前的社会节能理念而设计出来的。它的设计理念和应用都能保证社会对节约能源的需求。它不仅能控制一盏灯的电压，而且还可以根据人们的需要而控制整个一条线路上路灯的电压。路灯控制器的出现，实现了对不同地方，不同线路上路灯的同时监控，是值得广泛应用于社会的一种节能装置。既满足人们需求同时又能节约能源的路灯控制器在未来社会中将会得到更广阔的发展。
参考文献
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[4] 张俊斌.欧盟有关禁用低效家用光源法规的解析（下）.中国照明电器.2009
[5] 刘三梅.程韬波.胡战虎.基于GPRS/WEBGIS路灯节能监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计.2008（1）
路灯控制器范文第2篇
关键词：风光互补；PIC18F6720；充放电保护；
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
风光互补路灯控制系统作为无需与市电并网的独立供电系统，有效的利用了风能以与太阳能在时间上和地域上的互补性。系统通过风力发电机与太阳能电池板向蓄电池充电，在需要时供电给负载。普通路灯不仅消耗市电电能，线路铺设也要消耗大量线材，在这些线材上也要消耗大量电能。普通路灯输电电缆埋在地下，如果照明路线过长则需要设置升压系统。这样就给远离电源点的地区安装照明路灯带来重重阻碍。风光互补供电系统的路灯可以有效解决上述问题。它每一根灯杆都是独立供电不需要输电线路，无需挖开路面做埋管，不消耗市电电能并只需要很小的维护力度。很多发达国家目前正在大规模使用风光互补路灯，尤其在太阳照射强烈以及大风地区效果非常明显。该系统尽管初期投资较大，但具有可观的经济效益并且符合节能减排的理念，我国已经有部分城市开始大规模的推广。
二、风光互补路灯介绍
系统主要由太阳能电池板、风力发电机组、控制器、蓄电池、直流负载、等部分组成。该系统是集太阳能、风能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。
太阳能电池板将太阳能转换为电能，对蓄电池进行充电，也可以直接对直流负载供电。
风力发电机将风能转化为机械能，风机带动发电机再将电能转换为电能。转换的电能通过控制器转换为直流电用蓄电池储存起来，需要时提供给负载或直接为负载供电。
蓄电池作为储能设备，为负载以及控制器供电。太阳能只在白天作用，而风能存在着不稳定性，所以蓄电池是必不可少的。同时蓄电池还具有维持电压稳定的功能。
照明灯具选用寿命较长、发光效率高的LED灯或节能灯，以提高系统效率。
系统设计因其应用环境的不同，其配置和设计也不同。系统中各设备的配比选区直接影响到系统的稳定性以及成本。参数参数主要有自然条件日照时间，年平均风速，照明设备功率，亮灯时间，阴雨天时间等。为了使系统能正常工作并在连续阴雨天时也能稳定供电，要做好各设备之间的配比。优化设计工作要同时优化系统的经济性能和技术性能。
图1风光互补路灯系统结构图
三、控制器设计
本风光互补发电系统是不与市电相连接的独立供电系统，需要全天候24小时供电。因此，在实际情况下蓄电池工作状态并不是充放电循环状态。
控制器采用PIC18系列单片机来进行控制。包括数据的采集，比较与处理，对驱动设备的控制，发电设备以及伏在设备的状态检测与控制。控制系统的设计包括硬件设计与软件设计。
控制器的硬件设备组成包括：风力发电机状态采集模块、太阳能电池板状态采集模块、负载状态采集模块、输出驱动模块、电路保险模块、通信模块等。
主电路的设计根据系统稳定性，经济成本以及防护等级等因素，采用MOSFECT驱动电路控制负载的开关，以及风机与太阳能板对蓄电池充电的状态。
检测电路主要功能是通过检测电阻上电压的变化，并将电压信号放大后送至单片机进行数据判断。检测电阻使用大功率的小阻值电阻，被测设备状态发生变化同时会引起该电阻上的电压发生变化。而检测电阻与放大器相连，电压信号通过放大器放大后传至单片机，与单片机设定的电压值进行比较从而检测蓄电池充电电压、蓄电池放电电压、太阳能板输出电压、风机输出电压、负载工作电压等。最终实现蓄电池过冲过放保护、光控、风机过充保护等功能。
图2风机状态采样控制电路
风能的变化很明显，具有很强不确定性，输出电压不稳定。当风力超过限定值的时候，输出功率过大会对电池及整个系统造成损坏。因风机的转速直接反映在输出的电压值上，所以通过检测电阻上的电压来判断风机的状态。检测电阻阻值很小，通过放大电路放大其上电压信号后由单片机采样，再由单片机进行处理后发送开关信号给驱动电路从而控制继电器的闭合来控制风机状态。
采用两块75W太阳能板串联，输出电压可达到40V。与太阳能板连接的二极管防止夜间电池对太阳能板造成反向充电。采样电阻采样太阳能板的电压按比例放大后送至单片机，通过程序判断太阳能板的工作状态以及光照的大小，从而控制太阳能板的充电状态以及灯具在外界光照不足的情况下点亮。
图3太阳能电池板状态采样控制电路
检测电路主要完成信号转换、蓄电池开路电压、充电电压和放电电压、充电电流和放电电流以及环境温度、蓄电池温度的检测等。
根据控制功能的实现和稳定性等方面考虑，系统采用了MICROCHIP公司的PIC18系列的单片机。根据对硬件的控制策略，采用PIC18F6720来实现。该芯片内部集成A/D转换部件并且有多个A/D通道，通过编程进行电压比较并由CCP输出驱动信号控制驱动部件的通断。通过编程还能实现时间控制等功能。
四、系统电路板设计
绘制PCB板的步骤，第一步绘制原理图：在protel中按照预先的设计原则画出系统的原理图。再画原理图的同时吧器件与芯片的封装也画出来。第二部生成PCB图。第三步根据设计原则调整PCB图，将大功率器件的导线加粗，调整器件摆位，式布局模块化，这样在后期调试与维修中可以清晰的判断问题出在哪里以及该调整修改哪里，并根据外壳尺寸形状等参数拜访指示灯开关等器件。需要贴导热片以及涂抹环氧树脂的大功率器件靠近外壳摆放。
路灯控制器范文第3篇
（广东机电职业技术学院，广东 广州 510515）
【摘 要】随着新能源的崛起，风能与太阳能成为了新时代的潮流，风光互补路灯已经广泛应用在市政道路、公园景区、高速公路、工业园区等地方。而风光互补控制器则是路灯系统中最核心的部件，其性能影响到整个系统的寿命和运行稳定性。主要介绍了什么是风光互补控制器，风光互补控制器的工作原理及结构图，风光互补控制器改进应具备哪些的功能及特点。
关键词 控制器；工作原理；功能；特点
0 前言
随着科技的发展，我们的生活变好了，但是我们周围的环境越来越差，而且自然界中一次性能源也越来越少，这样就被迫我们要去寻找新的能源。智能路灯控制系统和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性。由于风能和太阳能的随机性、间歇性，为满足稳定、持续的给路灯供电的需要，而新的智能路灯控制系统单一化的使用却不能解决我们所面临的问题，能源的合理利用也越来越成为世界各国研究的主题。
1 概述
风光互补路灯控制器是集风能、太阳能控制于一体的智能控制器，专门为高端的小型风光互补系统设计，特别适用于风光互补路灯系统和风光互补监控系统。能同时控制风力发电机和太阳能电池板对蓄电池进行安全高效的智能充电。风光互补路灯智能控制器还提供了太阳能电池防反冲、太阳能电池接反、蓄电池过充电、蓄电池过放电、蓄电池接反、蓄电池开路、风机自动刹车和手动刹车等多种保护。
2 工作原理
风光互补型智能路灯控制系统设计，此系统可将风能与太阳能合理的结合互补，智能路灯控制系统是利用太阳能组件的光生伏特效应，将光能转换为电能，以及风力发电将风能转化为电能，并储存在蓄电池中供负载使用，它是集太阳能光伏技术、风能发电技术、蓄电池技术、照明光源技术于一体的新兴技术。
风光互补路灯控制器包含风电控制单元、光电控制单元和蓄电池充放电控制单元三部分，可根据日照强度、风力大小及负载的变化、蓄电池的充电情况控制发电组、太阳电池阵列的运行方式和开断情况，不断对蓄电池的工作状态进行控制和调节，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。从而保证负载的正常供电及系统各个部分的安全运行和整个系统工作的连续性与稳定性。
下面为风光互补控制器结构：
3 性能及特点
3.1 风机智能升降压
当风机电压低于蓄电池电压时，自动启动升压模块，将风机电压升到能充电电压。
当风机电压高于蓄电池电压时，为了获取最大功率，自动启动降压模块。
3.2 风机最大电流跟踪（MCT)和最大功率跟踪(MPPT)
当风机处于微风情况下，负载将会使风机转速下降，从而降低风机功率输出。通过最大电流跟踪和最大功率跟踪控制，吧风机输出稳定在风能利用的最大平衡点，与升降压电路相结合，进而提高风能利用率。
3.3 风机，负载阻抗匹配自适应
由于风力发电机，蓄电池，负载都存在内阻，根据组抗匹配原理，只有输入阻抗等于输出阻抗，功率利用最大。通过采用阻抗匹配自适应，最大限度提升能源利用率。
3.4 风机开路与卸荷结合控制方式，过转速，过电压，过电流限制
当风机和太阳能电流大限流点，蓄电池电量较高时，减小充电回路的PWM占空比直至完成蓄电池充电。当完成充电后，断开充电回路，使风力发电机空载，为了防止风力发电机飞车，通过提供过转速限制和过压限制，一旦风机超过设定转速或设定电压，控制器自动启动PWM智能卸载。从而避免了风机长期工作在卸荷转台，延长风机和控制器寿命。
3.5 蓄电池最大电流智能限流
可根据实际情况，客户可以设置当前使用蓄电池容量，本控制器可根据客户所设置的参数，智能计算充电最大电流，从而延长蓄电池寿命。
3.6 风机，太阳能智能互补，独立发电
采用双路独立充电，智能互补，当完成充电后，光法电池采用开路保护，风机此阿勇开路过压保护，过转速，过流保护。
3.7 可手动刹车
3.8 可风机充电手动使用
3.9 可光伏充电手动使用
3.10 可负载充电手动使用
3.11 RS232/RS485实时通讯
可通过串口通信，实现计算机对整个系统监控和数据分析。
3.12 可支持串口升级程序
3.13 脉宽调制（PWM）无级卸载
可以分千个阶段进行卸载，边对蓄电池充电，边把多余的能量卸除，延长蓄电池的使用寿命。
3.14 上位机，下位机双向设置
3.15 LFCD多级菜单显示，智能按键设置
支持多级菜单查看，可自行设置多个参数，并伴有按键音，人性化设计。
4 总结
通过改进可以看出，风光互补路灯控制器实现了智能化，模块化设计，结构简单，操作方便，功能强大，显示直观，具有完善的保护功能。具有充电效率高，空载损耗低，系统运行安全、稳定、可靠，使用寿命长，具有较高性价比等优点。
参考文献
［1］杨金焕,于化丛,葛亮.太阳能光伏发电应用技术[M].电子工业出版社,2009,1（1）.
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路灯控制器范文第4篇
关键词: Multisim 10; 交通控制器; EDA; CAD
中图分类号:TP23 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)11-0179-03
Design and Simulation of Traffic Lights Controller at the Crossroads Based on Multisim10
NIE Ru
(Guangzhou Auto College, South China University of Technology, Guangzhou 510800, China)
Abstract:A traffic lights controller at the crossroads was designed based on Multisim10 simulation software, and the traffic signal lights control at the crossroads was realized. It is easy to design the electric circuit by using high efficient Multisim 10 design platform, make the simulation by virtual instrument libraries, and verify the electric circuit whether or not meet the design requirements. It has superiority of time-saving, low-cost and efficient by comparingwith the traditional design method.
Keywords: Multisim 10; traffic controller; EDA; CAD
0 引 言
随着计算机与微电子技术的发展,电子设计自动化EDA领域已成为电子技术发展的主体[1]。EDA(Electronic Design Automation电子设计自动化技术)是在电子CAD 技术基础上发展起来的计算机软件系统,它在教学、科研、产品设计与制造等方面发挥着巨大的作用。Multisim 10是一款知名的EDA仿真软件,由加拿大IIT公司于2007年推出最新版本。在Windows环境下,Multisim 10软件有一个完整的集成化设计环境,它将原理图的创建、电路的测试分析、结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中[2]。在搭建实际电路之前,采用Multisim 10仿真软件进行虚拟测试,可使实验方法和实验手段现代化,扩展实验容量,使实验内容更完备,提高了实验效率,节省大量的实验资源[3]。Multisim 10软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路原理图电路图选项的设置使用仿真仪器设定仿真分析方法启动Multisim 10仿真[4]。
下面介绍以Muitisim10为平台设计一个十字路通控制器系统的过程。
1 系统概述
在城镇街道的十字路口中,为保证交通秩序和行人安全,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。图1是一个典型的十字路口的平面位置示意图:有主干道和支干道两条道路,每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。主干道与支干道上的车辆交替运行,主干道上的车辆比较多,因此主干道的车辆通行时间长,支干道上的车辆少,因此支干道的车辆通行时间短。主干道通行时,主干道绿灯亮,支干道红灯亮,时间为60 s;支干道通行时,主干道绿灯亮,主干道红灯亮,时间为30 s。每次绿灯变红时,黄灯先闪烁3 s(频率为5 Hz)。此时另一路口的红灯不变。基于以上规则设计的交通控制器控制十字路口两组红、黄、绿交通信号灯的状态转换,可以方便地实现指挥各种车辆和行人通行实现十字路通管理的自动化。
图1 十字路口的平面位置示意图
2 交通控制器电路设计与仿真
交通控制器电路按功能分成3个单元电路:振荡电路、计数器和译码显示电路、主控制电路和信号灯译码驱动。
2.1 振荡电路
振荡电路输出频率分别为1 Hz和5 Hz、幅度为5 V的时钟脉冲。为提高精度,本设计系统利用555定时器设计一个输出频率为100 Hz的多谐振荡器,再通过100分频(100进制计数器)而得到1 Hz的时钟脉冲,通过20分频得到5 Hz的时钟脉冲。
2.1.1 555 定时器构成的100 Hz多谐振荡器
555定时器是一种多用途的模拟、数字混合集成电路,在波形的产生与变换、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域等许多领域中得到了应用[5]。555定时器功能多样,应用广泛,只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路[6]。
由555定时器构成的100 Hz多谐振荡器电路原理图如图2所示。电路由一个555芯片、两个电阻和两个电容组成,通过电阻给电容C充电、放电的过程来产生振荡,从而输出矩形脉冲[7]。
图2 555 构成的100 Hz 多谐振荡器原理图
2.1.2 74LS192 构成的100分频和20分频的分频器
计数器是一个用以实现计数功能的时序部件,它不仅可用来计脉冲数,而且常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能,在电路设计中应用相当广泛[8]。74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟十进制可逆计数器、异步并行置数功能、保持功能以及清零功能[9]。CLR是清零端,LOAD是置数控制端[10]。用2片74LS192可以构成二级十分频器,将100 Hz矩形波100分频得到1 Hz的时钟脉冲、通过20分频得到5 Hz的时钟脉冲。100分频和20分频电路如图3所示。
右边1片74LS192的输出端QA端是经过20分频得到的5 Hz的时钟脉冲,而输出端QD端是经过100分频后得到的1 Hz的时钟脉冲。
图3 74 LS192 构成的100分频和20分频电路图
2.2 74LS192 构成的计数器和译码显示电路
计数器电路具有60 s倒计时(计数范围为60~1的减数计数器)、30 s倒计时(计数范围为30~1的减数计数器)以及3 s计时功能。此三种计数的实现主要是由2片十进制计数器74LS192芯片组成,然后通过主控制电路实现转换,最终各个方向的倒计时共用一套译码显示数码管显示出来。74LS192构成的计数器电路图如图4所示:左边的1片74LS192芯片为计数器的个位,右边的1片74LS192芯片为计数器的十位,个位和十位计数器的四个输出端都接上数码管显示。其中作为个位数的74LS192芯片的CLK接的是1 Hz时钟脉冲。
图4 74LS192 构成的计数器电路
2.3 主控制电路和信号灯译码驱动
主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和T触发器组成,能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。主控制电路和信号灯译码驱动电路如图5所示。图5中的红灯1,黄灯1,绿灯1是主干道的三个交通信号灯,红灯2,黄灯2,绿灯2则是支干道的三个交通信号灯。图4中的两片74LS192的8个输出端用或门连起来,接到LD置数端,决定倒计时器是置数还是计数。
工作开始时,LD为0,计数器预置数,此时T触发器的初始状态Q=0,因此预置数为30 s。置数完后,LD变为1,计数器开始从30 s倒计时,T触发器状态发生翻转Q=1,主干道的红灯1及支干道的绿灯2亮。 当计数器计数到“03”秒时,由于图4中的十位计数器的QD2,QC2,QB2,QA2与个位计数器的QD1,QC1用一个或非门连起来,使信号灯发生转换,绿灯2灭,黄灯2在这3 s内以5 Hz的频率闪烁,红灯1不变。当倒计时减到数“00”时,LD又变为0,计数器又预置60 s,之后又倒计时,如此循环下去。
图5 主控制电路
2.4 仿真结果
将上述各单元电路组合起来,可以得到交通控制灯的整体电路,点击Multisim 10软件的“Simulate/Run”按钮或直接按“F5”键,便可以进行交通灯控制电路的仿真。电路的倒计时显示首先为30 s,支干道的绿灯2亮,支干道的车辆可自由通行;主干道的红灯1亮,主干道的车辆禁止通行。时间显示器从预置的30 s,以每秒减1,减到数3时,支干道的绿灯2转换为黄灯2,而且黄灯以0.2 s(5 Hz的频率)闪一次,其他灯不变。减到数1时,1 s后显示器又转换成预置的60 s,支干道的黄灯2转换为红灯2,支干道的车辆禁止通行,主干道的红灯1转换为绿灯1,主干道的车辆可自由通行,如此循环下去。
3 结 语
利用Multisim 10对十字路通灯控制器各个单元电路和整体电路的设计和仿真,只要点击鼠标就能方便、快捷地搭建电路,并且修改电路方便。在电路设计仿真完成之后再构建实际电路,从而降低了成本,大大提高了教学和专业设计的效率。
参考文献
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路灯控制器范文第5篇
关键词：物联网技术；ZigBee；GPRS；路灯监控
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-00-02
0 引 言
路灯照明系统在城市化进程中发挥着重要的作用，它是每个城市发展过程中不可或缺的重要组成部分。传统的路灯系统控制单纯依靠人工现场完成，供电情况、短路跳闸、电流电压等路灯运行过程中的重要参数无法实时获悉，每个路灯定时器无法实现开灯和关灯时间自动控制，在暴雨等极端特殊天气情况下，因控制手段单一，不能满足路灯智能控制需求，造成监控效率低、照明时间更新滞后、维护不及时等现象发生[1]。另外，我国城市路灯照明系统用电量巨大，约占每个城市用电量的十分之一左右。城市后半夜车辆和行人稀少，对路灯照明需求下降，由于缺乏科学有效的亮度调解手段，城市过度照明和电力资源浪费现象比较普遍[2]。
综上所述，针对日益扩大的城市照明需求，借助发展快速的无线监控、物联网应用等技术解决目前城市路灯监控中存在的操作效率低、资源浪费等问题，以实现城市照明系统智能控制和自动调节功能，成为城市道路照明领域一个急需解决的问题。文章提出了一种基于ZigBee技术和GPRS技术的智能路灯监控系统设计方案，构建了对城市路灯实时调整的无线智能监控网络，实现了对每一杆灯的实时定位和控制。
1 系统总体设计方案
基于物联网技术的智能路灯监控系统采用C/S结构，安装在各条道路的路灯集中控制器上作为客户端，路灯的实时控制和运行状况监控由服务器负责，服务器是智能监控系统的核心[3]。服务器和客户端之间的网络传输采用GPRS网络，路灯集中控制器和监控管理中心之间的数据通信通过GPRS模块实现，单灯节点之间的数据通信通过ZigBee无线模块实现。系统搭建了ZigBee技术、GPRS技术和Internet网络之间的沟通桥梁，开发了路灯智能监控硬件和软件系统，实现了路灯运行状态的即时监控和实时控制。系统的整体架构如图1所示。
基于物联网技术的智能路灯监控系统由单灯控制器、路灯集中控制器和监控中心组成。
（1）单灯控制器：该控制器是一个ZigBee的无线接入点，每个节点设置与路灯编号一一对应的唯一的物理地址。单灯控制器接收从路灯集中控制器发送的指令，完成路灯调节、运行状态检测等动作[4]。
（2）路灯集中控制器：该控制器是智能路灯监控系统的枢纽，将STM32F303控制芯片编号后使用ZigBee和GPRS网络与单灯控制器和监控中心实现无线通信。
（3）监控中心：监控中心是整个路灯系统的核心环节，监控中心面向城市管理人员，可保证城市道路的路灯平稳有序的运行[5]。
2 单灯控制器设计
单灯控制器可监控每个路灯的电压、电流以及运行状态等，可及时发现路灯存在的问题，并依据恶劣天气、拥堵时段、季节交替等不同情形对每个路灯进行实时调节，实现照明模式的多元化和智能化，进一步提升城市照明系统的运行效率，降低维护成本。
单灯控制器硬件由数据采集模块、路灯控制模块、无线信号传输模块、指令执行模块和供电模块组成。数据采集模块负责将现场采集的模拟信号通过ADC转换为数字信号，并发送到路灯控制模块；路灯控制模块对传送过来的现场数据进行存储、分析，根据系统设定的控制方案确定路灯操作策略，发送路灯亮度调解、开关等操作指令；无线信号传输模块与其它传感器节点的数据传输和信号交换控制采用ZigBee技术实现；供电模块采用轻型化、大容量电池给其他硬件模块和传感器节点提供电能。
根据传感器节点和单灯控制器的功能要求，路灯控制模块选用具有现场数据存储量大、支持各种复杂控制技术以及实时控制技术等优点的可编程逻辑器件FPGA，其语言支持以及高速并行运行特性为路灯控制模块的实现提供了重要支撑。ZigBee无线通信模块选用Chipcon As公司2.4 GHz射频芯片CC2420，满足了低成本通信要求。
由于ZigBee网络中节点数量较大，为了便于操作，协调器、路由和终端节点的识别全部交由监控中心软件实现。硬件方面除了协调器具有通用异步收发接口UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART）外，其他都是相同的。各节点微控制器MCU（Microcontroller Uint，MCU）均采用TI公司的2.4 G射频芯片CC2530，该芯片支持专有802.15.4市场及ZigBee标准。路端单灯测控器的硬件结构如图2所示。
3 路灯集中控制器设计
路灯集中控制器处在单灯控制器和监控中心之间，是城市照明系统的运行状况获取、状态监测和实时控制的枢纽，是城市路灯监控系统功能实现的关键环节。路灯集中控制器负责将获取的电流、电压等路灯运行状态信息传送到监控中心，接收监控中心发送来的参数信息、路灯调节命令，结合现场状态对城市路灯进行参数设定或实时调整，保证监控中心对智能路灯系统的监控和管理。
路灯集中控制器将GPRS无线通信模块、电参数监测模块、调试电路以及单灯通信的ZigBee无线通信模块等集成到嵌入式微控制器STM32F303中。路灯集中控制器的模块框图如图3所示，GPRS无线通信模块、ZigBee无线通信模块与STM32F303之间的数据交换通过串行口电路实现，电参数测量模块采用三相电能芯片通过SPI总线与STM32F303进行数据通信。
4 监控中心软件的实现
监控中心软件对道路两旁的路灯进行实时监测，数据传输采用ZigBee无线网络和GPRS/Internet网络，一方面接收来自路灯集中控制器发送的电参数、运行状况等数据信息，完成对状态运行数据的保存或显示等操作；另一方面向路灯控制器发送即时的状态调整和路灯控制命令。监控中心和路灯集中控制器之间通过GPRS无线通信网络相连，路灯数据采集、开关、事故报警等功能通过监控中心软件对路灯集中控制器参数的设定来实现。
监控中心是智能监控系统和城市路灯管理人员交互的接口，是监控系统管理的核心。监控系统软件设计界面简洁，操作方便，管理人员使用简单的按键即可实现对整个路灯系统的管理和维护。监控中心主要的功能如下：
（1）保存城市路灯监控系统中路灯状态配置信息，构建保存路灯集中控制器和单灯控制器的位置信息、路灯调整措施等数据的数据库。
（2）使用GPRS无线通信模块和ZigBee无线传输模块实现对城市路灯运行状态的监控，有效统计安装在路灯上的各类控制器的运行状况，并自动生成汇总数据。
（3）根据不同条件完成对范围内每个或者每组路灯的亮度调节和开关控制。
数据处理模块后台采用SQL Server 2014数据库，主要存储从路灯集中控制器获取的电参数、开关策略、错误信息等数据，方便路灯管理人员把握路灯系统的运行状态，快速获取故障信息。网络通信模块通过查询和控制命令的收发实现运行数据的收集和路灯遥控功能。监控中心软件系统结构图如图4所示。
5 结 语
随着我国城市的扩容和改造，城市照明实时控制和节能等问题受到了越来越多的关注，将物联网技术运用到城市照明监控系统中可以实时检测并控制城市照明设施状态，使得照明设施便于维修和管理，维护照明设施所需的人力和物力成本大幅减少。随着物联网技术以及传感网络的发展，智能控制在环境保护、交通运输、食品安全以及数字家居等领域的应用将越来越普遍，智慧城市将变成现实。
参考文献
[1]张立新，杨程.一种基于物联网技术的智能路灯监控系统设计[J].宁夏工程技术，2014，13（3）：234-237.
[2]马玉波，张培剑.基于物联网的智能城市（照明）管理系统[J].信息技术与信息化，2014（1）：49-52，58.
[3]左才松，邹旭晃，邓太平.基于物联网技术的智能照明控制系统设计[J].湖南城市学院学报，2013，22（4）：54-58.
