基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計

胡國剛

摘要： 針對傳統(tǒng)河岸景觀照明控制系統(tǒng)控制精準度較低的問題，為此提出基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計研究。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計上采用遠程控制器、中央處理器、驅(qū)動器的架構(gòu)形式，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計;通過數(shù)據(jù)采集模塊、能耗模擬計算模塊和節(jié)能控制策略模塊的合理設(shè)計，實現(xiàn)對河岸景觀照明耗能的模擬和預(yù)測，以此完成了基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計。經(jīng)實驗證明，此次設(shè)計的系統(tǒng)具有較高的控制精準度。

關(guān)鍵詞：能耗模擬計算;景觀照明控制系統(tǒng);遠程控制器

Design of River Bank Landscape Lighting Control System Based on Energy Consumption Simulation

Abstract： Aiming at the problem of low control accuracy of traditional river bank landscape lighting control system， a design and research of river bank landscape lighting control system based on energy consumption simulation calculation is proposed. In the system hardware design， the remote controller， central processing unit， and driver architecture are adopted to complete the system hardware design. Through the reasonable design of the data acquisition module， energy consumption simulation calculation module， and energy-saving control strategy module， the riverbank landscape is realized The simulation and prediction of lighting energy consumption completed the design of the river bank landscape lighting control system based on the energy consumption simulation calculation. The experiment proves that the designed system has higher control accuracy.

Keywords： energy consumption simulation calculation; landscape lighting control system; remote controller

可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標，同時也是社會發(fā)展的必然趨勢，傳統(tǒng)的河岸景觀照明控制系統(tǒng)由于精準度低，導(dǎo)致照明設(shè)備能耗量大，已經(jīng)無法滿足可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，所以此次將能耗模擬計算引入到河岸景觀照明控制系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)控制精準度，推動可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)[1]。

1基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計

此次根據(jù)基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)需求，提出了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，其中包括系統(tǒng)的軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，實現(xiàn)整個河岸景觀照明能耗的監(jiān)測和控制。

1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

此次系統(tǒng)的硬件設(shè)備是由遠程控制器、中央處理器、驅(qū)動器組成。遠程控制器由STM362F103G68單片機構(gòu)成，通過RS600總線與中央處理器和驅(qū)動器進行通信，負責(zé)河岸景觀照明數(shù)據(jù)的采集并對其進行控制，遠程控制器根據(jù)采集到的采集到的照明數(shù)據(jù)進行能量消耗模擬計算，為系統(tǒng)提供控制依據(jù)[2-4]。下表為遠程控制器功能描述。

驅(qū)動器主要是負責(zé)河岸景觀照明設(shè)備的開關(guān)驅(qū)動和亮度調(diào)整，為了保證驅(qū)動器能夠良好的實現(xiàn)其功能，此次設(shè)計了開關(guān)驅(qū)動器和調(diào)光驅(qū)動器兩種，開關(guān)驅(qū)動器負責(zé)采集照明設(shè)備回路的開關(guān)狀態(tài)并控制河岸景觀照明設(shè)備的啟停，調(diào)光驅(qū)動器負責(zé)調(diào)整河岸景觀照明設(shè)備的亮度。根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)計要求，此次采用美國愛特梅爾公司出產(chǎn)的嵌入式驅(qū)動器，該驅(qū)動器內(nèi)置ARK920-S內(nèi)核芯片，帶有BBA雙外部總線接口，它可以通過軟件控制的功能驅(qū)動河岸景觀照明設(shè)備，有選擇的啟動和關(guān)閉照明設(shè)備以及設(shè)備亮度調(diào)整，使系統(tǒng)通過有效控制實現(xiàn)河岸景觀照明能耗最小。

中央處理器主要負責(zé)執(zhí)行系統(tǒng)的控制指令，根據(jù)系統(tǒng)對中央處理器數(shù)據(jù)傳輸率高、數(shù)據(jù)處理效率快的設(shè)計需求，選用IE公司生產(chǎn)的Wssaidl中央處理器，該處理器具有PIC的優(yōu)點，同時其外部接口具有良好的擴展性，在執(zhí)行系統(tǒng)控制指令時主要采用單周期，可以快速的將系統(tǒng)指令傳達到各個硬件設(shè)備上，并且能提供多種電源接口和多個OI口，在對遠程控制器和驅(qū)動器進行數(shù)據(jù)通信時能與其串行外圍接口進行配合，使系統(tǒng)能夠較好的實現(xiàn)對河岸景觀照明控制。

1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括數(shù)據(jù)采集模塊、能耗模擬計算模塊和節(jié)能控制策略模塊三部分構(gòu)成，實現(xiàn)系統(tǒng)的河岸景觀照明回路控制、節(jié)能照明控制等功能。

數(shù)據(jù)采集模塊主要包括河岸景觀照明回路信息和照明設(shè)備能耗數(shù)據(jù)采集[5-6]。采集景觀照明回路信息是將啟動驅(qū)動器和調(diào)光驅(qū)動器讀取到的照明回路狀態(tài)進行采集，并根據(jù)照明設(shè)備的啟停狀態(tài)采集到河岸景觀照明回路時間數(shù)據(jù)，對于照明設(shè)備能耗數(shù)據(jù)的采集是通過讀取遠程控制器內(nèi)的照明耗能數(shù)據(jù)，以此獲取到系統(tǒng)所需要的河岸景觀照明設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，為能耗模擬計算模塊提供準確的計算依據(jù)。能耗模擬計算模塊主要是根據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊提供的數(shù)據(jù)資源模擬計算出景觀河岸照明的能耗預(yù)算，其計算過程如下：

河岸景觀照明設(shè)備的能耗模擬計算公式如下所示：

（1）

公式（1）中，WT表示景觀照明設(shè)備總能耗，PR表示照明設(shè)備額定功率，RL表示回路電阻，i表示回路照明設(shè)備數(shù)量，j表示回路編號，U表示線路電壓，cosφ表示功率因數(shù)，Xi表示照明設(shè)備開關(guān)狀態(tài)變量，取值為? ? ? ? ? ?，RT表示公共部分電阻值，tT表示公共部分使用時間。

由此實現(xiàn)了能耗模擬計算模塊的模塊功能。節(jié)能控制策略模塊是根據(jù)能耗模擬計算模塊得出的結(jié)果對河岸景觀照明設(shè)備進行控制。模塊將河岸景觀照明設(shè)備按照實際耗能情況分為三個級別，級別最高的照明設(shè)備回路最先關(guān)閉，下表為河岸景觀照明控制策略。

表2河岸景觀照明控制策略

2對比實驗

2.1實驗設(shè)計

為了證明此次設(shè)計的基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)的有效性，將其與傳統(tǒng)系統(tǒng)進行了一組對比實驗，根據(jù)兩種系統(tǒng)的總體構(gòu)架，構(gòu)建了系統(tǒng)實驗環(huán)境，兩種系統(tǒng)選用相同的控制系統(tǒng)，并且對同一河岸景觀照明設(shè)備進行控制，保證實驗結(jié)果的有效性。此次實驗使用兩種系統(tǒng)對河岸景觀照明設(shè)備共進行8次控制，檢驗兩種系統(tǒng)的控制精準度。

2.2結(jié)果分析

下圖為兩種系統(tǒng)精準度實驗結(jié)果。

從上圖可以看出，此次設(shè)計的系統(tǒng)控制精準度平均能達到91%，最高控制精準度值達到95%;而傳統(tǒng)系統(tǒng)此次實驗中其控制精準度值高低起伏不定，且最高控制精準度僅達到81%，遠遠低于此次設(shè)計系統(tǒng)的控制精準度。實驗證明了，此次設(shè)計的系統(tǒng)具有較高的控制精準度。

3結(jié)束語

由于此次研究時間有限，雖然在基于能耗模擬計算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計上取得了一定的研究成果，但是設(shè)計的系統(tǒng)還存在一些不足之處，并且系統(tǒng)內(nèi)具體的控制策略還需要結(jié)合實際河岸景觀照明的節(jié)能需求，以此更好的體現(xiàn)系統(tǒng)的社會效益和經(jīng)濟效益。

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（作者單位：杭州和順建設(shè)有限公司）