电力线通信技术在照明控制系统中的应用

电力线通信技术在照明控制系统中的应用

李裕文

身份证号码： 450481198608121***

摘要：近年来随着社会的快速发展，人类对环保、节能观念不断增强，人们对照明也更加关注，照明控制应用日益广泛。智能化照明是随计算机、传感器、通讯、网络与自动控制技术发展起来的综合技术，其应用使照明更加省电、节能、和便捷，给人们带来了更加舒适和低碳的生活，智能照明系统成为我国的发展趋势。

关键词：电力线通信技术；照明控制系统；应用

引言

随着经济的发展,人们的生活水平得到了普遍的提高,由此人们对生活质量的要求也变得越来越高。为了更好的满足人们对生活质量的要求,建筑物也变得越来越多功能性.因此建筑物内部装修标准也就相应的提高了许多同时,人们在生活当中,所使用的电器越来越多,因而用电负荷越来越大,使得建筑物内部存在着很多火灾隐患。这时一旦发生火灾.如果消防工作不能及时的开展就会给国家和人们都带来严重的损失,因止匕基于电力线通信的应急照明控制系统设计具有十分重要的现实意义。

1系统整体结构

基于电力线通信的照明控制器由中心控制器、智能节点、继电器输出端等组成。以学校教室为例，中心控制器显示和控制所有教室的灯具运行的状态，中心控制器装有电力线载波模块，一方面把电力线上传输过来的信号解析成中心控制器（PC、手机等终端）的信号；另一方面将控制器信号转换成电力线载波信号传输到智能节点（智能插座、开关面板等）。如改造教室内的灯具开关面板，加入电力线载波模块。载波模块中存有节点地址，当收到电力线网络的控制信号和节点地址匹配时，接收此帧控制信号。当数据帧的控制信号是高电平时，三极管导通，继电器通电，继电器的常闭触点和灯具电源连接，从而灯具通电；当数据帧的控制信号是低电平时，三极管截止，继电器断电，继电器的常开触点和灯具电源连接，从而灯具断电。在控制系统中，每个智能节点可以控制多个继电器输出端，每个继电器输出端对应一盏灯，智能节点加入网络中，中心控制器为其分配一个地址，中心控制器通过该地址把控制信息发送给网络中的特定智能节点，从而控制指定灯具的通断电。智能节点的功能可以随着继电器输出端的对象的改变而扩展，可以是这个线路上的智能家电、报警探头、燃气表、水表、电表等，控制信号、监测信号通过电力线传给中央控制器，中央控制器运算后发出控制信号，所有部件的信号都通过电力线载波通信模块进行调制和解调。控制器使用STM32F0系列处理器作为网关和节点的核心控制器，完成组网操作、注册节点及组网算法的实现。调制解调器采用东软的电力线载波模块，系统的电源由电力线经变压器供给，系统可以通过扩展节点来扩展控制对象。

2电力线通信技术在照明控制系统中的应用

2.1智能照明控制系统

随着生活水平的不断提高，人们对照明要求也发生了很大变化，照明不再单纯地满足人们视觉上的明暗效果，而更趋于艺术性。21世纪数字控制技术的不断提高、网络化管理的渗透使多样化的照明控制成为可能，实现了建筑物照明艺术性、视觉效果丰富性的艺术效果。智能照明控制方式使照明控制不再依赖楼宇自动管理系统，真正实现了照明控制的独立性，该方式不仅控制灯的开关，而且还能控制光源的调光，是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术为一体的控制系统，它的出现和发展，使照明控制和维护管理变得更简单，并为建筑照明提供了多种艺术效果，被越来越广泛地接受和应用。正确的照明控制方式、照明产品的高效率、长寿命、节电、节能是实现节约能源的有效措施，是照明艺术性和舒适性的有效手段。与传统照明控制相比，智能照明控制系统功能强、范围广、自动化程度高，实现了照明的高层次智能管理，提高了工作效率，节约了能源，延长了灯具寿命和减少了维护费用。

2.2软件设计

要想保证应急照明控制系统正常的运用,软件设计工作也非常的重要,在进行软件设计时,要保证功能的完整性。首先,在明确系统需求的基础上,将软件所担负的任务分析出来,然后再进行软件的总体设计。在软件的总体设计中,主要完成两个方面的工作:程序总体结构设计、程序模块化设计。根据功能来划分,在系统中存在着许多不同的模块,在设计时首先进行单独的设计、编程及调试,之后再将单个模块进行组合调试,从而有效地保证软件功能的全部实现。实际上,软件的设计要在硬件的基础上进行,以硬件功能为基础,针对硬件的功能来进行相应的软件功能设计。一般来说,在进行软件总体设计时,需要进行四大模块的设计,包括主模块STC5初始化程序、从模块STC2初始化程序、主从模块收发信号程序等,在进行各个模块的设计时,还包括许多小的模块,因此在设计时,一定要保证科学性,保证设计完成的每个模块都具备完善的功能,进而使整个系统的功能都得以顺利实现。在软件设计工作完成之后,还需要对应急照明控制系统进行调试与分析,将系统中存在的不足之处分析出来并加以改正,使整个系统都具备完善的功能。

2.3控制模块设计

在智能照明控制系统中，控制模块是核心模块，一方面可以接收信息采集单元收集到的相关信息，例如光照传感器采集到的室内光照信息和红外传感器采集到的室内人员分布信息。另一方面，控制单元可以把这些采集到的信息进行相应的处理，输出调光控制指令，并传输给驱动模块。驱动模块就可以对各区域照明设备的亮度进行调节了。划分为6个不同的照明区域，因此需要控制器能够同时连接6个驱动模块，并能够输出6路调光信号，分别控制每个区域的照明设备的亮度。本系统采用了STM32F103ZET6作为控制的核心芯片，该芯片能够输出多路PWM信号而且功耗较低。

2.4智能节点程序设计

智能节点处于网络的最底层，主要负责继电器通断控制、PWM调光控制以及串行通信。根据控制系统的功能需求，将智能节点软件划分为命令接收处理任务、命令执行任务等。命令接收处理任务主要负责串行数据的接收及发送，一方面接收电力线上的数据请求和调光、开关命令；另一方面，将自身地址信息及状态信息等发送至电力线。主程序设置100us的定时中断，不间断地进行任务轮询。当接收到数据帧时，首先判断命令长度是否正确，若数据长度不正确，则丢弃数据帧，否则继续解析；判断接收到的数据CRC校验码是否正确，若校验码不正确，则丢弃数据帧，否则继续解析；然后，判断区域地址功能码，如果是广播识别码，则触发发送任务进行相应命令回复；若不是广播识别码，则继续判断地址字节是否为智能节点地址，若不是，则丢弃数据帧；否则继续判断功能码是否正确，若不正确，触发发送任务进行异常回复；否则根据不同功能码触发相应事件。命令执行任务主要功能是通过对继电器线圈的控制，实现触点切换来调节灯具的开关及渐变。开关控制比较简单，直接输出高低电平即可改变常开常闭触点的切换。如果是渐变调节，则为周期性任务，执行周期为20ms。为了避免亮度迅速变化造成的视觉冲击，控制器采用渐变的亮度调节方式，使灯具的PWM值逐渐变至预设的目标值。

结语

对智能节点功能加以扩展，能连接楼宇的防火、防盗、防有毒气体泄漏的安防监控系统，保护了人身安全。对中心控制器的输入扩展，将人机交互界面移植到云平台上，可以在多种终端上查看和控制照明系统的工作状态。试验测试表明，该控制器能够满足中小规模照明的控制需求，能够有效地进行功能扩展，具有较高的应用价值。

参考文献

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[3]高燕,刘红霞.一种基于PID神经网络的农作物土壤湿度控制算法[J].计算机与现代化,2017(06):122-126.