基于物聯網的廠區(qū)路燈模擬控制系統(tǒng)

廠區(qū)路燈控制系統(tǒng)設計的目的，一是能夠滿足正常使用的需要，在夜間車輛、行人通過廠區(qū)道路時提供必需的照度，確保安全； 二是節(jié)約電能，安裝、使用可靠方便，能夠延長用電設備及燈具的使用壽命，減少維護費用。

　　傳統(tǒng)的廠區(qū)照明路燈控制系統(tǒng)一般采用時間控制、光照控制等方式，存在路燈使用壽命短、管理開銷大、無法遠程監(jiān)控以及故障維修反應效率低等現象。本文基于物聯網技術，并結合微控制器技術，設計了一種無線路燈控制模塊，使每一盞路燈都能遙控、遙測和遙信，實現了網絡化的路燈智能控制。同時在設計系統(tǒng)時簡化了對城市照明路燈的多樣化、多色彩等復合功能要求，既能滿足廠區(qū)夜間照明安全和降低運行費用的要求，又考慮了節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)成本、現場易于安裝。

　　1.系統(tǒng)結構及工作原理

　　系統(tǒng)由集中控制器和單元控制器兩部分組成，其結構如圖1 所示。集中控制器安裝于廠區(qū)路燈控制室，包括無線通信模塊、MCU 模塊、時鐘模塊、聲光報警模塊、顯示模塊及鍵盤等部分。

　　單元控制器安裝在每個路燈的燈柱上，分為信號檢測模塊、MCU 模塊、遠程通信模塊和故障檢測模塊四個部分。

　　圖1 系統(tǒng)總體結構框圖

　　集中控制器向單元控制器發(fā)送時鐘控制的開/關燈信號、自動/手動控制信號等信息，并能收到來自單元控制器的路燈開關狀態(tài)、消耗功率及故障診斷等信息。單元控制器作為控制終端接收集中控制器通過無線網絡發(fā)送的控制路燈開關時間段設定的指令，也可以采集廠區(qū)是否有人或車輛通過、環(huán)境光亮度以及路燈故障等信息，以此作出路燈打開/關閉、路燈點亮的程度以及路燈故障報警等指令，實現按需而控。

　　2.通信網絡及MCU 模塊的選擇

　　2.1. 通信網絡

　　無線網絡組網方便、布局容易并且維護簡單，已逐步應用于各種生產領域。可以采用自己組建無線專網的通信方式，也可以選擇利用已有無線網絡的通信方式。

　　對于廠區(qū)路燈控制而言，自己組網建設費用過高。移動無線網絡信號覆蓋范圍廣、數據傳輸可靠，利用其現有網絡基礎的閑置能力就可以滿足廠區(qū)路燈控制系統(tǒng)信息傳輸的要求。

　　GSM 和GPRS 是無線通信的兩種方式。GSM 短信通信實時性差、信息量受限； GPRS 是基于GSM 系統(tǒng)的無線分組交換技術，具有傳輸速率高、實時性好及永遠在線的特點，而且GPRS 通信按流量計費，廠區(qū)路燈與城市路燈不同，照明燈具節(jié)點數量不多，結合經濟效益考慮以及物聯網的發(fā)展趨勢，選用GPRS通信方式。

　　2.2. MCU 模塊

　　微處理器（ Micro Controller Unit，MCU） 實現對數據進行運算、處理、存儲及通信等功能，是系統(tǒng)的大腦。選擇芯片時主要是從微處理器的基本性能參數、增強功能、存儲介質和適用環(huán)境等方面進行考慮。本次設計中選擇ATMEL 公司的ATmega64 作為集中控制器和單元控制器中的MCU 模塊。

　　ATmega64 是一款高性能低功耗的8 位微處理器，數據吞吐率高達1 MIPS /MHz，具有64 KB 的Flash、2 KB 的E2PROM，擦寫次數可達10 萬次，可用來存儲路燈的各種設定參數和狀態(tài)信息，直接驅動液晶顯示模塊，并帶有多路輸入輸出口，方便與鍵盤、報警器等輸入輸出裝置連接，且編程簡單。