基于电力载波的公共场所灯光控制系统设计

2015-01-21姚紫阳胡晨辉贾磊

中小企业管理与科技·中旬刊 2015年1期

姚紫阳胡晨辉贾磊

摘要：将电力载波技术引入到公共场所的灯光控制系统中，实现对公共场所灯光的远程控制，并能对故障灯光电路检测报警。该系统的实现，便于对公共场所灯光进行系统管理及维护，同时有助于降低系统的能耗。

关键词：电力载波远程控制灯光系统

1 概述

随着经济的飞速发展，人们生活水平的快速提高，能源需求也日益增长，如今我国已是世界上第二大能源消费国。但我国的人均能源资源不到世界平均水平的二分之一，同时以煤为主的能源消耗对环境的压力也日益增大。电能的消耗是能源消耗的一个重要组成部分，在我国的城镇，随着商场、办公大厦等一些公共场所的用电需求越来越大，而这些地方目前的管理不到位等因素，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高用电效率就迫在眉睫。

灯光系统，尤其是公共场所的灯光系统的能耗是非常巨大的。而传统的公共场所灯光的控制主要采用人工，控制点大都比较分散，导致管理极为不便，不仅浪费人力管理成本，还会因管理不善导致用电的浪费。本文提出一种基于电路载波及智能控制等物联网技术的，具备远程管理、故障检测、智能控制等功能于一体的公共场所（如教学大楼、实验大楼、宾馆、写字楼等）灯光远程智能监控系统，旨在加强对灯光系统的智能管理，节能降耗，并降低管理成本。

2 系统原理与结构

系统结构为典型的物联网三层结构，有感知层、网络层及应用层组成，结构如图1所示。网络层使用电力载波技术，各节点及网关之间采用载波通信。感知层由各载波传感控制节点组成，各节点设计有继电器控制接口，可对节点所连接的灯光进行开关控制。同时，各节点设计有人体红外节点、光敏传感节点等传感器，可实时测量出周围的环境情况。另外，各节点还设计有电流检测模块，可以通过电流的变化对连接到本节点灯光的故障状态进行检测。应用层主要包含远程监控、故障检测和智能控制三部分功能组成，远程监控功能是通过远程终端实时了解各节点灯光状态并可控制各路灯光的开关;故障检测功能是实时检测各节点有无灯的故障，一旦出现故障便即刻向终端发出报警信号并告知故障灯光所在节点，便于管理人员及时进行维修维护;智能控制功能则是通过终端远程发送命令，使各节点按照一定的控制规则智能地控制本节点连接的各灯光状态。

3 载波传感控制节点硬件设计

①硬件选型。首先是载波模块的选型，本文选用的是HL-PLC V3.0载波通讯模块，其采用FSK 通讯方式，软件采用超级模糊算法，即使传输信号被干扰或丢失达40%，也能准确还原出原载波信号，通讯稳定，抗干扰能力强，且能实现串口透传，使用方便。其次是MCU的选择，考虑到功能、功耗、安全、价格、抗干扰等方面因素，本文选取了宏晶STC单片机STC12C5A60S2，能很好满足使用要求，可升级性也比较好。

②电源模块。有两部分组成，一是交流220V转9V，用来给载波模块供电，使用AC-DC WA5-220S09D3模块来完成转换;另一是9V转5V，用来给单片机电路供电，使用LM1117-5.0搭建稳压电路即可实现，如图2所示。

图2 节点电源电路图

③电流检测模块主要是使用电流检测芯片ACS712再通过LM321放大电路对检测信号进行放大，最后使用A/D转换来得到结果，此电路可得到610mv/A的检测信号，见图3。

④控制执行模块可通过继电器来完成，其电路图如图4。

⑤载波模块接口设计，根据其功能，设计如图5。

4 通信协议设计

要保证无线传感节点之间以及同终端之间的数据交互能正确无误、畅通无阻，需编写一个通信协议来完成此项工作。由于本系统数据交互具有流量不大，内容并不复杂等特点，可编写简单协议来规范系统内部的通信。本通信协议设计为8字节长度，详见表1。

其中类型用来区分是上位机的命令，还是无线节点的返回数据;对象标记用来区分具体的无线节点;值1、值2表示具体的命令及具体的状态。

5 软件设计

5.1 载波传感控制节点软件设计。载波传感控制节点的主要工作是数据信息采集、执行控制命令。为降低网络流量，各节点除上电时收发下地址确认信息等初始化数据，正常状态下只是在命令反馈时或在检测到故障时才进行数据的发送。节点的程序流程图如图6所示。

5.2 上位机软件设计。控制界面主要是控制灯开关，同时还能显示出灯的现有状态。当电路异常的时候界面也会及时地显示出报警信息，程序运行流程图如图7示。

6 总结