城市亮化工程中智能照明控制分析

尤鸿杰

（广东欧曼科技股份有限公司，广东 中山 528425）

0 引言

据交通部相关统计数据显示，超过25%的城市交通事故来源于照明不足、眩光等问题，因此积极推进城市亮化工程建设，提升城市照明系统控制水平是未来城市发展的重要方向。在现阶段的城市照明系统当中，大多采取单一的光敏式的照明系统，相关控制策略不够完善和细致，照明成本不断增加，制约了城市环境下的照明效果。有关从业者以及技术团队应当从实际出发针对城市亮化工程背景下的智能照明技术进行深层次研究，针对控制系统的原理与架构进行不断优化，为满足城市照明体系的可持续发展提供支持。

1 亮化工程下智能照明控制系统的设计需求

1.1 电流监测

城市亮化工程项目当中，大量选用LED 灯具作为光源，而在其控制过程当中，对三相电流矢量的抵消能力较差，大量电流汇聚于零线当中，可能会引发零线过载，造成相应的安全风险以及安全隐患。因此在城市亮化工程项目智能照明控制系统的设计与应用过程当中，应确保其具备零线的电流监测功能，使运维人员能够及时掌握照明系统供电线路的运行状态，降低安全事故以及风险的出现概率，为后续维护管理工作的开展提供重要的支持与参考。

1.2 智能化记录与分析

在城市亮化工程的照明控制过程当中，面临的环境要素存在着较为显著的差异，对照明控制与管理系统提出了一定的挑战[1]。因此在系统设计过程当中，应具备智能化记录与分析功能，由传感器网络针对亮化工程光源运行状态以及线路运行状态进行全方位监控，同时由中枢控制系统针对回传数据信息做出分析和判断，并结合实际情况针对照明系统当中的运行事件进行记录，形成照明系统运行事件数据库，使控制系统能够直观掌握事件起因与影响，强化系统管理水平。

1.3 开关控制

城市亮化工程以及照明系统的管控工作需要同时满足照明场景需求以及节能减排需求等两项关键性内容，因此对于智能控制系统内部的开关控制功能提出了一定的要求。在进行系统设计的同时，有关技术团队应当立足于实际情况，针对照明系统开关控制功能进行进一步拓展，使其能够具备单灯控制、集中控制、预约开关、定时控制以及应急控制等多项功能，同时针对照明系统内部灯具的开关情况进行记录和监测，有效保障开关控制的确定性，进一步强化运维工作安全。

1.4 风险报警

受到环境因素、人为破坏以及系统内部故障等因素的影响，可能会导致城市亮化工程以及照明系统的运行过程遭遇相应风险，对城市环境建设以及交通安全造成一定的影响。因此在针对智能照明控制系统进行功能设计的过程当中，还应引进风险报警功能，由传感器网络针对亮化工程以及照明系统的运行状态进行实时监控，同时借助信息传输体系将上述监测结果及时回传至控制平台，使照明系统运行过程中所面临的风险得到及时反馈，有效控制风险影响范围，使其能够更好地实现城市环境优化与交通照明目标。

2 智能照明控制系统功能设计方案

2.1 整体架构设计

基于上述设计需求以及设计目标，在针对城市亮化工程智能照明控制系统进行规划与设计的过程当中，可构建以ZigBee 通信网络为基础，以监控中心、集中控制器以及单灯控制器为核心的系统架构，使系统设计需求得到针对性满足。首先，由单灯控制器针对城市亮化工程以及照明系统当中的设备进行全面控制，同时还需要结合环境状况以及系统控制要求进行信息数据的实时收发，使其成为亮化工程以及城市照明控制系统内部的关键性信息交换节点[2]。其次，集中控制器负责对一定区域内的单灯控制器运行情况进行管控，同时能够针对系统内部单灯控制器的运行状态进行汇总，并能够实现与外部信息网络的交互。最后，监控中心主要负责对单灯控制器以及集中控制器所回传的相关数据信息进行综合分析与判定，同时能够实现对某一区域照明系统的远程控制。智能照明控制系统整体架构如图1 所示。

图1 智能照明控制系统整体架构

2.2 硬件设计

2.2.1 中枢芯片

在本研究当中，为了使智能照明控制系统的中枢芯片能够更好地适应预期设计要求以及设计目标，现分别选用TI 公司推出的CC2530 以及CC2591 两款主要产品作为核心。其中，CC2530 芯片内置8051CPU，配备256kB 闪存与8kB RAM，同时针对射频收发设备以及A/D 转换器等设备进行了集成，其兼容性与扩展性较好，能够适应不同环境下的自动化控制要求，具体操作流程较为简便，对能源的消耗量较为有限，因此，在照明控制系统相关领域当中具备较为广泛的应用与发展前景。而CC2591 芯片主要属于前端功率放大芯片，依托该芯片，能够针对单灯控制器以及集中控制器回传的数据信息进行针对性地降噪处理，有效减少环境噪声导致的信息失真现象，同时还能加强信号的辨识度，在自动化控制系统内部具有重要的应用作用[3]。由于CC2530 芯片与CC2591 芯片具有一致的工作频率，因此能够在照明控制系统内部形成相互配合，进一步强化控制器信号，保障系统控制成效。中枢芯片与信号模块如图2 所示。

图2 中枢芯片与信号模块

2.2.2 无线传输

在城市亮化工程智能照明控制系统内部，无线传输设备同样扮演着至关重要的角色，通过对现阶段常见的各类无线传输协议的基础性能与运行特性进行比对与分析过后，选用ZigBee 与GPRS 技术相互配合，实现系统内部信息数据传输互动的目标要求。

相较于其他类别的信息无线传输协议而言，ZigBee传输技术的运行支出能够得到有效控制，其传输过程当中各个节点的数据容量较高，节点之间传输的延迟较小，因此能够满足亮化工程智能照明控制系统的信息传输水平。另外，受到城区亮化工程配置环境以及布设状态等相关因素的影响，使不同控制设备以及控制节点之间的距离能够进一步契合ZigBee 传输技术的优势区间，保障照明系统信息数据传输过程当中的稳定可靠，提升信息传输速率与传输质量。

与此同时，GPRS 无线传输模块能够针对TCP/IP协议进行封装，使用户能够基于不同接口实现数据信息的实时传输与交互，从而基于简便低成本的方式实现对照明系统运行数据的传输。

2.2.3 传感器

传统的光敏式照明控制方案控制效果较差，系统运行过程当中的耗能较高，不利于城市亮化工程的智能化控制。因此，在本次研究过程当中，选用了光敏式传感器以及声音传感器组成传感器网络，针对亮化工程以及照明系统运行过程当中周边环境状态的相关信息进行较为细致全面地捕获，使控制方案更加完善。为适应智能照明控制系统设计目标与要求，分别选用了TSL2561 光敏传感器以及RB-025074 声音传感器对系统周边环境变化信息进行全面整合，并能够将数据信息传输至系统中枢，使数据信息能够及时得到分析和处理，提升亮化工程以及照明系统的控制成效。

2.2.4 电源

作为驱动城市亮化工程以及照明系统的关键性内容，系统电源的设计对实现智能控制系统的建设目标具有关键性的影响作用。为了尽可能保障控制系统的运行可靠性，应遵循层次化的电源设计原则，分别采用太阳能以及市电实现对智能控制系统的驱动，避免电源故障以及环境因素影响导致的控制系统失效。

2.3 软件设计

除了硬件层面的设计与规划工作之外，在针对城市亮化工程智能照明控制系统进行应用的同时，有关设计人员以及技术团队还应当基于软件层面推进设计工作，优化控制系统对于城市亮化工程以及照明系统的控制质量。

2.3.1 单灯控制

在单灯控制的软件设计过程中，相关设计团队应当按照信道扫描、网络连接、接受指令、数据采集、信息传送等相关流程针对软件当中的预设逻辑进行设计，使单灯控制设备能够在集中控制的引导和支持下针对照明系统终端实现针对性控制，同时使其能够在复杂网络环境下实现高质量的照明服务。

2.3.2 集中控制

集中控制软件主要基于ZigBee 网络以及GPRS 无线传输模块针对一定区域内的单灯控制设备进行协调，使照明终端以及灯具的运行状态能够得到及时调整，实现对亮化工程以及城市照明系统的远程控制。在集中控制软件的预设逻辑当中，需要经过建立网络、网络状态判断、无线信号监测、节点申请、地址分配、数据接收与传输等几个环节与流程，借助ZigBee 网络以及GPRS 无线传输模块，能更加准确地针对控制指令以及运行数据进行传输，有效提升控制精度以及控制效果。

2.3.3 监控中心

在城市亮化工程智能照明控制系统内部，监控中心主要负责对照明系统的运行数据以及运行信息进行接收、整合与存储管控，在控制系统内部发挥着关键性作用。同时也是运维人员掌握城市亮化工程与照明工程运行情况的关键性渠道与途径。在针对监控中心软件进行设计的过程中，应具备网络拨号、IP 地址访问、服务器请求连接、IP 地址分配、数据包封装等相关逻辑流程，进而实现在智能照明控制系统当中的传达功能目标[4]。

2.3.4 数据库设计

智能照明控制系统的设计与建设过程中面临的环境状态各不相同，因此为了较为直观准确地掌握系统的运行情况，需要针对亮化工程运行数据库进行设计，使其能够成为系统控制以及故障分析的重要参考依据，现阶段工业领域当中常见的数据库主要涵盖了Oracle、Access 以及SQL Server 等几种不同类型，其适应范围同样也各具差异，在智能照明控制系统的建设与规划过程中，选用了安全性能较好，容量较大，稳定性较强的SQL Server 数据库作为其主要管控平台。

3 智能照明控制系统应用过程中的注意事项

3.1 性能检测

在城市亮化工程智能照明控制系统设计完成过后，相关从业者以及技术团队应当立足于实际需求针对系统的运行性能以及控制成效进行检验，分析单灯控制器、集中控制器、传感器网络以及无线传输模块在控制过程当中的运行状态，同时针对相关运行数据以及运行信息进行采集与整合，使智能照明控制系统能够更好地实现预期控制要求。

3.2 安装流程控制

智能照明控制系统需要结合现场环境状态进行配置与安装，因此技术团队也应当充分考虑到城市内部环境因素对于亮化工程智能照明控制系统运行状态可能造成的影响和挑战，与此同时针对系统现场安装流程进行更加深入地控制与管理，有效减少安装配置过程当中所面临的各项风险与问题，使智能照明控制系统能够更好地为城市环境下的亮化工程控制提供服务与支持，推动城市环境以及城市内部交通运输安全性的不断进步[5]。

3.3 数据接口预留

基于上文可知，在城市亮化工程智能照明控制系统内部，主要涵盖了单灯控制器、集中控制器、无线传输模块、中枢芯片、监控中心以及数据库等几项组成部分，因此对于系统架构的设计与优化提出了一定挑战。此外，随着城市化建设规模以及建设水平的不断进步，相关技术团队以及设计人员还应进一步强化亮化工程智能照明控制系统的兼容性与可拓展性，在内部预留相应的数据接口以及接入空间，使其能够更好地服务于城市环境，实现对亮化工程电能资源的合理调配与控制。

4 结语

综上所述，在城市建设发展过程当中，加强亮化工程建设对实现高质量城市的建设目标，提升城市交通安全综合水平具有重要意义。有关技术团队应当明确亮化工程智能照明控制系统的设计与规划要求，使相关设计方案与配置能够进一步契合系统运行状态，促进城市亮化水平的不断提升。