工控網首頁
>

應用設計

>

基于IOT的LED智能照明控制系統(tǒng)設計方案

基于IOT的LED智能照明控制系統(tǒng)設計方案

摘要:針對傳統(tǒng)照明的有線、機械的控制方式,文章提出一種基于物聯(lián)網(InternetOfThings,IOT)技術的LED智能照明控制系統(tǒng),將智能控制模塊嵌入LED照明終端,綜合運用嵌入式技術、無線傳感器網絡等技術,實現(xiàn)智能化、數字化、無線化的智能照明控制方式,同時還具有環(huán)境溫濕度、光照度等環(huán)境參數的監(jiān)測功能。

關鍵詞:物聯(lián)網;智能照明;環(huán)境監(jiān)測;ZigBee

1前言

隨著LED照明越來越普及以及移動互聯(lián)網技術的快速發(fā)展,人們對家居生活的網絡化、智能化、節(jié)能化的需求越來越強烈,將家用電器、照明燈具、安防報警等模塊通過無線網絡集成到控制平臺,實現(xiàn)智能控制和智能管理。隨著物聯(lián)網(TheInternetofthings,IOT)產業(yè)的發(fā)展,智能LED照明已成為IOT中重要的一部分。本文為了“綠色智慧照明”的實施而提供智能化的LED照明控制系統(tǒng),利用物聯(lián)網技術、嵌入式技術等,實現(xiàn)對LED燈具多種照明模式的無線遠程控制,并對LED燈具工作范圍內的環(huán)境照度、LED燈具工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測,同時利用傳感器技術實現(xiàn)LED照明的自適應光照調節(jié)以及多種組合的燈光色彩變換,從而創(chuàng)造出一種舒適、節(jié)能、安全的光環(huán)境,系統(tǒng)原理框圖如圖1所示:

2系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)的硬件設計包括LED燈具控制終端和觸控面板兩部分,用于實現(xiàn)LED燈具的智能照明控制;主要包含控制模塊、通信模塊、LED驅動模塊、電源模塊等。

2.1主控單元的硬件設計

LED智能照明控制系統(tǒng)的主控單元主要LED燈具控制終端和數據采集終端兩部分組成。LED燈具控制終端以ARM處理器STM32為控制核心,由電源電路,外圍電路,光照傳感器組成;數據采集終端則由溫濕度傳感器,照度傳感器,PM2.5傳感器組成,其硬件電路原理圖如圖2所示。

2.2觸控面板的硬件設計

觸控面板的硬件電路設計基于新一代ARM處理器STM8S來實現(xiàn),STM8S系列處理器自帶觸摸軟件庫的設計,利用電容本身具有的電荷轉移特性,可以實現(xiàn)電容式的觸摸傳感檢測。在LED智能照明控制系統(tǒng)中,主要實現(xiàn)了LED照明燈具的開關按鍵以及滾動條亮度調節(jié)的設計,其電路原理圖如圖3所示。

2.3ZigBee無線通信模塊的設計

為了實現(xiàn)LED智能照明系統(tǒng)的集中管理以及環(huán)境監(jiān)測功能,本文采用基于物聯(lián)網的ZigBee無線模塊構成通信網絡。本系統(tǒng)的Zigbee無線通信模塊采用CC2530模塊,TICC2530是一個實質的系統(tǒng)芯片(SoC)CMOS解決方案。該解決方案將提高性能和適應基于頻段應用,和它的低成本、低功耗的要求。它結合一個高性能2.4GHzDSSS(直接序列擴頻)射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧并且效能更高的8051控制器。

2.4電源模塊的設計

考慮到本設計應用在家庭場合,而家庭中一般提供的電源主要220V交流電源,因此電源模塊設計時需要采用多個分離元件來實現(xiàn)不同電壓輸出的穩(wěn)壓電路,其中3.3V和5V電源首先經開關電源將220V電源轉換成12V直流電源再得到。

+12V轉+5V使用的是LM2576系列的穩(wěn)壓器,LM2576能夠驅動3A的負載,有優(yōu)異的線性和負載調整能力,其+5V電源原理圖如圖4所示:

+5V轉+3.3V使用的是AMS1117電壓調節(jié)器,AMS1117可以提供1A的輸出電流,min輸入電壓為1V,輸出+1V。通過+5V穩(wěn)壓到+3.3V后供給CPU和其他芯片,其+3.3V電源原理圖如圖5所示。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計主要實現(xiàn)LED智能照明控制與環(huán)境數據的采集和傳輸,通過采用ZigBee無線通信網絡可以實現(xiàn)LED燈具的集中管理以及數據采集功能。

4安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

4.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術,技術成熟可靠,安全穩(wěn)定。開關驅動器具備獨立工作的能力,適用于一些中小型的項目;模塊化設計,可以任意拼接擴展,同時預留I/O口以及Modbus接口,還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網管理云平臺進行數據交換。

4.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店,以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統(tǒng)結構

4.4系統(tǒng)功能

1)實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài),反饋現(xiàn)場受控回路的開關狀態(tài),監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2)當發(fā)生模塊離線、網關設備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警,并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3)可以對單個照明回路實現(xiàn)開關控制;每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關,也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關控制。

4)開關驅動器支持過零觸發(fā)功能,負載(燈具)的分合操作僅在交流電過零時進行;可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊,延長燈具與控制裝置的壽命。

5)對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài),當照明電源掉電時,開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài);確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。

6)拖動調光控件,照明設備從0%到100%進行調光,可以對單個照明回路實現(xiàn)調光控制,調光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調光控制,也可以對多個照明回路實現(xiàn)調光控制,通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關的狀態(tài)。

7)點擊場景控件,打開或者關閉對應場景設置,軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能,通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。

8)設置定時時間,確認時間點后,對該事件點執(zhí)行的動作進行設置,設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9)系統(tǒng)可以通過預設的當地經緯度信息,自動計算每天的日升日落時間;根據天文時鐘控制照明開關,實現(xiàn)日落開燈、日出關燈的功能。

10)所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅動模塊;當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時,驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行,不影響日常的照明控制效果。

11)系統(tǒng)結構是分布式總線結構;系統(tǒng)內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作;系統(tǒng)內各元件可以通過程序的設定實現(xiàn)功能的多樣性。

12)預留BA或第三方集成平臺接口,采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

名稱

型號

功能

備注

安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

ALIBUS

可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能化控制

名稱

型號

上行

下行

外形尺寸

備注

智能通信管理機

Anet-1E1S1

1路以太網

1路RS485

140*90*50

智能通信管理機

Anet-1E2S1

1路以太網

1路RS485

140*90*50

智能通信管理機

Anet-2E4S1

2路以太網

4路RS485

168*113*54

智能通信管理機

Anet-2E8S1

2路以太網

8路RS485

168*113*54

名稱

型號

負載電流

安裝方式

外形尺寸

備注

4路開關驅動器

ASL220Z-S4/16

16A

導軌式

144*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

8路開關驅動器

AS220Z-S8/16

16A

導軌式

216*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

12路開關驅動器

ASL220Z-S12/16

16A

導軌式

288*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

16路開關驅動器

ASL220Z-S16/16

16A

導軌式

360*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

8路調光驅動器

ASL220Z-SD8/16

16A

導軌式

360*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.0-10V調光

名稱

型號

性能

安裝方式

外形尺寸

備注

紅外感應傳感器

ASL220-PM/T

3-5m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

微波感應傳感器

ASL220-RM/T

5-7m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

微動感應傳感器

ASL220-PR/T

5-7m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

IP網關

ASL200-485-IP

ALIBUSnet/IP

導軌式

14*28*39

系統(tǒng)組網元件

監(jiān)控軟件接口設備

1聯(lián)2鍵智能面板

ASL220-F1/2

2組控制指令

86盒

86*24*86

開關

調光

場景

2聯(lián)4鍵智能面板

ASL220-F2/4

4組控制指令

86盒

86*24*86

3聯(lián)6鍵智能面板

ASL220-F3/6

6組控制指令

86盒

86*24*86

4聯(lián)8鍵智能面板

ASL220-F4/8

8組控制指令

86盒

86*24*86

5結束語

本文通過對相關理論知識的學習,針對LED的特性,對LED燈具的亮度、色彩方面進行了調節(jié),加入亮度傳感器、人體檢測傳感器實現(xiàn)LED照明系統(tǒng)的智能化、數字化、網絡化。

本系統(tǒng)的設計結構合理,充分利用智慧照明技術實現(xiàn)LED照明應用的需求,拓展能力好,可以有效的節(jié)約能源,具有實際推廣和應用價值,擁有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]俞建.基于ZigBee無線傳感網絡的LED智能照明控制系統(tǒng)的研究[D].浙江:浙江工業(yè)大學,2012.

[2]張虹.室內照明監(jiān)控系統(tǒng)的智能控制算法研究[D].華南理工大學,2012:28-29.

[3]麻朋威.基于PT4115的LED照明燈系統(tǒng)設計[J].科技視界,2015,16:69-70.

[4]殷駿,王巍.基于Zigbee的LED智能照明系統(tǒng)設計[J].照明工程學報,2011,22(4):75-78.

[5]榮學娟.基于ZigBee協(xié)議室內情景照明控制系統(tǒng)開發(fā)[D].天津:天津工業(yè)大學,2010.

[6]熊少義,鐘洪聲.ZigBee無線自組網的LED節(jié)能燈控制系統(tǒng)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用,2011,7:46-48.

[7]關蓓蓓,田立國,李猛,劉雨.基于IOT的LED智能照明控制系統(tǒng)的設計,2017,17:35-36

[8]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022年05版

審核編輯(
王靜
)
投訴建議

提交

查看更多評論
其他資訊

查看更多

淺談安科瑞有源濾波器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用

淺析選煤廠電能質量的改善方案

中心機房精密配電解決方案

安科瑞微電網保護及安全自動裝置在北京高碑店

安科瑞智慧型動態(tài)無功補償的工業(yè)應用