智慧路灯控制系统论文.docx
《智慧路灯控制系统论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智慧路灯控制系统论文.docx（25页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
智慧路灯控制系统论文
智慧路灯控制系统
摘要
随着城市的发展和科技的进步，路灯控制系统已经越来越与人们的生活息息相关。
采用传统的方法控制与维护路灯已经远远不能适应城市现代化发展的要求。
一些老的路灯控制方法有很大的弊端比如道路照明不均、浪费能源、维护起来麻烦等等。
所以，对于路灯的智能控制，越来越显得势在必行。
如今，路灯控制系统采用现代的控制理论，已经向智能化、集成化方向发展。
本文在融合现代检测技术、及一些必要的硬件基础上，设计了基于组态王的智慧路灯控制系统。
使路灯亮度可以根据自然的光照强度进行自动调节。
不但节约了能源也充分做到了让有限的光照最大程度的为人们服务。
关键词：
路灯智能控制组态王智慧路灯
Abstract
Withthedevelopmentofthecityandtheprogressofscienceandtechnology,thestreetlampcontrolsystemhasbeenmoreandmorecloselylinkedwithpeople'slife.Usingthetraditionalmethodofcontrolandmaintenanceofstreetlightshavebeenfarcannotmeettherequirementsofthedevelopmentofcitymodernization.Someoftheoldstreetlampcontrolmethodhasmanydisadvantagessuchasroadunevenlighting,energywaste,maintenance.So,forthestreetlampintelligentcontrol,moreandmoreimperative.Today,streetlightingcontrolsystemusingmoderncontroltheory,hasbeenintegrated,developinthedirectionofintelligence.Inthispaper,thefusionofmoderndetectiontechnology,andthenecessarybasisofhardware,designofwisdomstreetlampcontrolsystembasedonkingview.Thestreetlampbrightnesscanbeaccordingtothenaturallightintensityautomaticadjustment.Notonlysaveenergybutalsofullydonesothatthelimitedlightmaximumserviceforthepeople.
Keywords:
intelligentlightingcontrolKingviewwisdomStreet
第一章组态王介绍
1.1组态王的特点
亚控公司的组态王工控软件，是工业自动化控制系统中国产软件的佼佼者，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统来取代传统的系统。
新的集成系统具有开发周期短、适应性强、易于扩展、开放性好、经济实惠等优点。
通常情况下我们会把此系统划分为：
管理层、控制层、监控层这三个层次的结构。
其中的监控层对下起到的作用是连接控制层，对上起到的作用是连接管理层。
亚控的组态王产品也为用户提供了可视化的监控画面，这更有利于用户实时的对现场进行监控。
并且，此软件充分的利用了Windows的图形编辑功能，很方便用户快速的构成绘制监控画面，并且以动画的方式显示出下位控制设备的状态等。
另外，此软件还具有报警窗口以及实时趋势曲线和历史趋势曲线等，可以方便快捷的生成各种生产报表。
它还具有非常多的设备驱动能力以及灵活的组态方式和数据链接等功能。
当用户使用组态王开发时会有以下两个特点:
1.实验仿真能够完全用软件的方式来实现,而只需要利用已有的计算机就够了，并且可以完成自动化控制系统课程的大部分实验,这就大大的减少了购置硬件仪器的费用，节约了成本。
2.组态王的开发环境是中文界面,这样就具有了人机界面友好以及结果可视化的优点。
对于用户而言,具有操作简单、编程容易、参数设置或修改灵活多样等优点，无疑会成为用户的最爱。
本软件还可以实时的显示出系统变量的变化曲线，还能将各种报警信息显示在画面中等等这些强大的人机交互能力使组态王软件在自动化控制系统中受到了越来越多的人的喜爱。
1.2组态王的主要功能
组态王软件的主要功能有：
1.基本的人机界面交互功能
组态王产品作为一种应用控制软件，具有很好的人机界面功能，这就为用户提供了
能够快速设计、开发或者应用的工具，极大的方便了用户。
2.非常强大的数据通讯功能
组态王软件把与之通讯的每一台设备都看作是外部的设备，组态王产品现在能连接的设备有PLC、板卡、智能仪表、变频器、模块等几百种的外部设备，组态王产品为了实现与外部设备的数据交互，内置了大量的设备驱动程序作为组态王系统与外设的通讯接口。
组态王产品在运行时，可以通过这些驱动接口与外设惊醒数据的交换。
组态王产品的大部分驱动程序采用的都是组件（COM）技术，这样的驱动方式使驱动程序与组态王形成了一个完整的系统体系，即能够让系统高效率运行，也能够使系统具有良好扩展性。
1.3组态王的数据交互形式
组态王与外部设备之间的通讯通常都是采用以下几种方式:
1、人机接口卡方式；2、DDE方式；3、网络节点方式；4、板卡方式；5、串行通讯方式。
1.人机接口卡方式
某些用户的PLC在与计算机通讯时，会要求在计算机主板中安装一个特殊的板卡，此板卡与PLC之间可以采用专门的通讯协议来进行通讯。
计算机通过此人机接口卡来实现与外部设备之间的数据交互。
和人机接口卡连接的电缆一般是由PLC的生产厂家提供的。
一般人机接口卡可以与一个或者多个PLC连接。
2.DDE通讯方式
DDE（动态数据交换）通讯方式是Windows的一个标准的数据传输协议。
通过DDE这种方式任何的I/O设备都能够与运行组态王的计算机进行数据交互。
在DDE方式下，DDE的服务程序与组态王程序采用标准的DDE协议来进行通讯。
3.网络节点的方式
当一个I/0设备作为一个网络节点和运行组态王的计算机进行数据交互时，I/O设备和运行组态王的计算机之间通过TCP/IP协议的网络连接。
采用这种通讯方式的I/O设备大多数都是计算机。
4.板卡的方式
板卡类的设备都是用它直接插在运行组态王的计算机的主板的扩展槽内，
运行组态王的计算机再通过访问板卡上的I/O位置直接与它进行数据的交互。
5.串行通讯方式
这种方式是组态王与外设之间最常用的一种数据交互的方式。
串行通讯方式是使用运行组态王的计算机的串口，外设通过RS-232串口连接的电缆连接到运行组态王的计算机的串口。
这样就能够同时与多个外部设备连接。
组态王最多能与32个串口外部设备连接。
除此之外，组态王产品还为用户提供有驱动程序的开发包，用户可以使用这个驱动程序开发包根据自己系统的需要编制适合自己的驱动程序。
1.4组态王软件的组成
1.工程管理器
工程管理器的作用主要是用管理组态王工程，例如：
1、搜索工程；2、新建工程；；3、工程的恢复；4、工程的备份5、变量的导入与导出；6、工程属性的定义等。
2.工程浏览器
工程浏览器是组态王软件的核心部分，它能将画面整理系统中已经设计好的图形、画面、命令语言、数据报告、配方管理、设备驱动程序的管理等工程资源进行集中管理，并且能在一个操作窗口中进行数形结构管理，这样的功能与Windows操作系统中资源管理器的功能极为相似。
3.组态王画面程序的开发
组态王画面程序的开发是很简便的。
工程设计人员在这个开发环境中完成画面的设计以及动画连接等。
画面开发具有先进的、完善的图形生成的功能。
数据库中也有很多种的数据类型，能够合理的控制对象的特性，还能对过程记录、数据报警、安全防范、趋势曲线等一些重要的功能都有简单的操作方法。
用户利用组态王的丰富图库资源，可以大大的减少设计画面的时间，从而从整体上提高工程控制项目程序的编写的效率。
4.画面运行系统
组态王运行环境是组态王产品另一个环境，它主要用于显示画面以及数据采集，还负责数据库与I/0服务器程序（数据采集组件）的数据交互。
组态王运行系统通过对实时数据库的管理，把采集到的数据做一些简单的工程变换在画面中显示出来
，同时能够完成报警信息的生成与记录、数据采集与记录、历史曲线、实时趋势曲线等并可以自动生成组态王自己独有的历史数据文件。
5.信息窗口
组态王产品的信息窗口是一个独立Windows系统下的应用小程序，主要用来记录和显示组态王开发或者运行环境下的一些状态信息。
在信息窗口中显示出的信息还可以作为一个单独的文件，储存到指定的目录中或者是用打印机将其打印好，以方便用户查阅。
当工程浏览器、TouchVew、I/0设备等启动时，一般都会自动启动组态王的信息窗口，并在此信息窗口中记录下相应的操作。
第二章设计说明
系统设计模拟9个路灯运行情况。
每个路灯的监测数据包括电压及电流，光照强度有监测及输出。
系统设计有两种工作模式即自动和手动工作模式。
当在手动工作模式时，自动模式被禁止；当在自动模式时，手动模式被禁止。
设计系统功能有用户识别功能，不同用户有不同的操作权限，这样防止低操作权限的用户随便操作设备。
用户还可以查看实时曲线，历史曲线和报警信息等。
当系统工作在手动模式时，有操作权限的用户可以通过路灯手动亮度调节按钮来任意调节路灯的亮度，并可以实时的检测到路灯的电压及电流值。
当系统工作在自动模式时，系统可以根据检测到的自然光照强度，自动调节路灯的亮度。
当路灯电压或者电流超过设定的报警限值时，会有报警产生。
报警分为实时报警信息和历史报警信息，实时报警信息可以实时的查看报警情况，历史报警信息可以查看以往的报警信息。
程序主要流程如图2-1所示。
启动程序后，组态王首先加载一些必要的文件，之后开始执行用户程序，比如数据采集、脚本语言、画面控制等等。
本设计中程序运行后，首先读取一些下位设备路灯的工作参数值比如电压、电流等并将这些数据按照程序之前的设定存储数据。
其次显示主检测画面并运行用户脚本程序。
最后再判断是否有一些用户按钮操作，比如用户登录、实时曲线、历史曲线等画面之间的切换操作，如果有这些操作就执行相关操作，如果没有这些操作就继续下一次循环，如此往复循环执行，直到推出系统为止。
按钮操作流程图如图2-2所示。
图2-1程序主要流程图
图2-2按钮操作流程图
第三章设计过程
3.1画面设计
本设计中画面有主画面、实时曲线、报警信息、历史曲线、权限管理五个画面。
主画面中主要包含路灯画面、采集到的各路灯数据信息、手/自动切换、菜单按钮操作、手动操作按钮等信息。
主画面开发环境下的界面如图3-1所示。
图3-1开发环境下的主画面
实时曲线画面如图3-2所示。
在此画面中可以实时的查看各路灯的运行参数如电压、电流。
图3-2开发环境下的实时曲线画面
历史曲线如图3-3-所示。
在历史曲线画面中，可以查看各路灯的电压、电流历史数据，这些历史数据是以曲线的方式显示出来的。
图3-3开发环境下的历史曲线
权限管理画面如图3-4所示。
权限管理画面的功能有操作员登陆、修改密码、配置用户这些操作。
操作员登陆是修改密码、配置用户的基础，只有以比较高的操作员权限登陆后才能有资格执行修改密码或者是配置用户操作。
修改密码功能可以让用户根据自己的需要任意修改方便自己记忆的用户密码。
配置用户功能是分配给系统管理员的，管理员可以通过此功能来配置用户，比如增加或者删除用户，或者帮助用户修改密码等等。
图3-4权限管理画面
报警信息画面如图3-5所示。
报警信息画面分为实时报警和历史报警信息两部分。
实时报警信息可以实时查看报警信息，历史报警信息可以查看系统运行过程中的以往报警信息。
图3-5开发环境下的报警信息画面
3.2设备建立及变量的生成
3.2.1设备的建立
设备建立如图3-6所示。
在左侧的工程树一栏中选择设备后，在右侧的新建中双击，就会弹出如图3-6所指的画面，再根据下位设备设备的通讯协议选择与之对应的通信方式，这里需要注意的是一定要需对通讯必要的参数比如波特率，通讯位置，校验位等等，如果这些参数写错了，是不能通信成功的。
只有设备建立成功了才能在此基础上生成IO变量。
设备是否建立成功可以通过组态王的设备测试功能来查看，利用测试功能，如果能读到数据就说明设备建立成功，否则就说明设备连接失败了，此时就要检查到底是什么原因了。
图3-6建立设备画面
3.2.2变量的生成
新建变量如图3-7所示。
一个变量在组态王里有好多属性，比如图中，新建变量需要首先给变量起个新名字，变量类型一栏根据需要可以选择IO变量或者是内存的变量等等，描述一栏是方便用户对变量所一些说明的。
在状态栏中的保存参数指的是在退出组态王时，保存变量的一些参数比如阈值等等，保存数值是指退出组态王时保存变量的当前值。
连接设备一栏可以选择刚刚在建立的设备，采集频率可以根据需要自己设置。
寄存器一栏是选择变量的类型的，数据类型是定义变量的长度及变量存储方式的。
读写属性一栏可以根据自己的需要设置。
在图3-7中报警定义一栏用来设置变量的报警参数情况的，记录和安全区是用来设置变量保存方式及一些权限的。
图3-7新建变量
3.3脚本程序编写
脚本程序如图3-8所示。
在左侧的命令语言一栏，选择应用程序命令语言会弹出如图3-8所指的画面，在运行时里编写用户脚本程序，执行周期选择每1000毫秒。
图3-8脚本程序
部分脚本如下：
\\本站点\试验=\\本站点\试验+1;
if（\\本站点\试验>180）
\\本站点\试验=0;
if（\\本站点\手自动==0）//手动状态时
{
if（\\本站点\打开1==1）//模拟故障路灯
{
\\本站点\亮度调整1=\\本站点\手动亮度调整1;
\\本站点\电压1=\\本站点\亮度调整1*25.1;
\\本站点\电流1=\\本站点\电压1/50;
}
else
{
\\本站点\电流1=0;
\\本站点\电压1=0;
}
if（\\本站点\打开2==1）//模拟故障路灯
{
\\本站点\亮度调整2=\\本站点\手动亮度调整2;
\\本站点\电压2=\\本站点\亮度调整2*24.6;
\\本站点\电流2=\\本站点\电压2/50;
}
else
{
\\本站点\电流2=0;
\\本站点\电压2=0;
}
if（\\本站点\打开3==1）
{
\\本站点\亮度调整3=\\本站点\手动亮度调整3;
\\本站点\电压3=\\本站点\亮度调整3*24.8;
\\本站点\电流3=\\本站点\电压3/50;
}
else
{
\\本站点\电流3=0;
\\本站点\电压3=0;
}
if（\\本站点\打开4==1）
{
\\本站点\亮度调整4=\\本站点\手动亮度调整4;
\\本站点\电压4=\\本站点\亮度调整4*24.7;
\\本站点\电流4=\\本站点\电压4/50;
}
else
{
\\本站点\电流4=0;
\\本站点\电压4=0;
}
if（\\本站点\打开5==1）
{
\\本站点\亮度调整5=\\本站点\手动亮度调整5;
\\本站点\电压5=\\本站点\亮度调整5*24.9;
\\本站点\电流5=\\本站点\电压5/50;
}
else
{
\\本站点\电流5=0;
\\本站点\电压5=0;
}
if（\\本站点\打开6==1）
{
\\本站点\亮度调整6=\\本站点\手动亮度调整6;
\\本站点\电压6=\\本站点\亮度调整6*25.2;
\\本站点\电流6=\\本站点\电压6/50;
}
else
{
\\本站点\电流6=0;
\\本站点\电压6=0;
}
if（\\本站点\打开7==1）
{
\\本站点\亮度调整7=\\本站点\手动亮度调整7;
\\本站点\电压7=\\本站点\亮度调整7*24.4;
\\本站点\电流7=\\本站点\电压7/50;
}
else
{
\\本站点\电流7=0;
\\本站点\电压7=0;
}
if（\\本站点\打开8==1）
{
\\本站点\亮度调整8=\\本站点\手动亮度调整8;
\\本站点\电压8=\\本站点\亮度调整8*24.5;
\\本站点\电流8=\\本站点\电压8/50;
}
else
{
\\本站点\电流8=0;
\\本站点\电压8=0;
}
if（\\本站点\打开9==1）
{
\\本站点\亮度调整9=\\本站点\手动亮度调整9;
\\本站点\电压9=\\本站点\亮度调整9*25.3;
\\本站点\电流9=\\本站点\电压9/50;
}
else
{
\\本站点\电流9=0;
\\本站点\电压9=0;
}
}
else//自动状态
{
if（\\本站点\光照检测<=\\本站点\光照检测.LoLimit）//光线很暗时
{
\\本站点\打开1=1;
\\本站点\打开2=1;
\\本站点\打开3=1;
\\本站点\打开4=1;
\\本站点\打开5=1;
\\本站点\打开6=1;
\\本站点\打开7=1;
\\本站点\打开8=1;
\\本站点\打开9=1;
}
if（\\本站点\光照检测>=\\本站点\光照检测.HiLimit）//光线很亮时
{
\\本站点\打开1=0;
\\本站点\打开2=0;
\\本站点\打开3=0;
\\本站点\打开4=0;
\\本站点\打开5=0;
\\本站点\打开6=0;
\\本站点\打开7=0;
\\本站点\打开8=0;
\\本站点\打开9=0;
}
if（\\本站点\打开1==1）//模拟故障路灯
{
\\本站点\电流1=20*Sin（\\本站点\试验）;
\\本站点\电压1=\\本站点\电流1*50.0;//U=IR
\\本站点\亮度调整1=\\本站点\电压1/24;
}
else
{
\\本站点\电流1=0;
\\本站点\电压1=0;
}
if（\\本站点\打开2==1）//模拟故障路灯
{
\\本站点\电流2=5.5*Sin（\\本站点\试验）;
\\本站点\电压2=\\本站点\电流2*48.5;
\\本站点\亮度调整2=\\本站点\电压2/24;
}
else
{
\\本站点\电流2=0;
\\本站点\电压2=0;
}
if（\\本站点\打开3==1）
{
\\本站点\亮度调整3=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压3=\\本站点\亮度调整3*24;
\\本站点\电流3=\\本站点\电压3/46.8;
}
else
{
\\本站点\电流3=0;
\\本站点\电压3=0;
}
if（\\本站点\打开4==1）
{
\\本站点\亮度调整4=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压4=\\本站点\亮度调整4*24;
\\本站点\电流4=\\本站点\电压4/43.2;
}
else
{
\\本站点\电流4=0;
\\本站点\电压4=0;
}
if（\\本站点\打开5==1）
{
\\本站点\亮度调整5=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压5=\\本站点\亮度调整5*24;
\\本站点\电流5=\\本站点\电压5/51.2;
}
else
{
\\本站点\电流5=0;
\\本站点\电压5=0;
}
if（\\本站点\打开6==1）
{
\\本站点\亮度调整6=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压6=\\本站点\亮度调整6*24;
\\本站点\电流6=\\本站点\电压6/45.6;
}
else
{
\\本站点\电流6=0;
\\本站点\电压6=0;
}
if（\\本站点\打开7==1）
{
\\本站点\亮度调整7=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压7=\\本站点\亮度调整7*24;
\\本站点\电流7=\\本站点\电压7/8.6;
}
else
{
\\本站点\电流7=0;
\\本站点\电压7=0;
}
if（\\本站点\打开8==1）
{
\\本站点\亮度调整8=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压8=\\本站点\亮度调整8*24;
\\本站点\电流8=\\本站点\电压8/50.1;
}
else
{
\\本站点\电流8=0;
\\本站点\电压8=0;
}
if（\\本站点\打开9==1）
{
\\本站点\亮度调整9=10-\\本站点\光照检测/9;
\\本站点\电压9=\\本站点\亮度调整9*24;
\\本站点\电流9=\\本站点\电压9/44.9;
}
else
{
\\本站点\电流9=0;
\\本站点\电压9=0;
}
}
第四章运行调试
系统运行画面如图4-1所示。
系统启动后首先要进行用户登录操作，只有登陆成功后才能获得相应的高权限继续进行后面的操作，否则是智能查看一些参数数据的，是不能对系统发出任何命令的。
图4-1系统运行图
用户登陆成功后，右下端会显示登陆的用户名。
如果获取了足够的权限，那么就开始调试系统了。
系统默认是工作在手动模式的，当在手动模式时，可以操作右下侧浅绿色部分的路灯号上、下的打开/关闭，加或者减号，来手动控制路灯的打开/关闭和明亮程度。
经过程序调试及多次修改，每个路灯都可以实现手动控制路灯的明亮程度。
以上功能只在手动模式下才能用，在自动模式下是不起作用的。
单击手动或者自动按钮来切换自动/手动模式。
当在自动模式下，只需要调节设定的光照强度阈值就可以了，系统会根据设定好的参数自动控制路灯的明亮程度的。
调节设定的光照强度的阈值可以直接单击光照强度上下限下面一栏的数据，就会弹出对话框让用户来设置此值。
调试时，为了仿真光照强度的检测值可以由手动随意设置光照强度的检测值。
光照强度的检测值可以通过直接单击检测值数据来修改，也可以通过单击画面中的颜色渐变条两端的按钮来调节。
通过调节此值可以看到路灯的明亮程度的变化。
用户通过菜单一栏的一些按钮可以方便的查看实时曲线、历史曲线、报警信息等功能。
报警信息的运行画面如图4-2所示。
可以看到画面中的红色信息条代表报警产生的情况。
绿色信息代表曾经产生的报警信息已经恢复。
可以查看到报警的日期、报警时间、变量名、报警类型、报警值、界限值、时间类型等等信息。
图4-2运行环境下的报警信息画面
结束语
本设计经过仿真调试符合设计的基本要求，本系统对于路灯控制的一般情况足可以应对，但如果有特殊需要，人工操作也是不可缺少。
本系统的利用对于全国的总耗电量而言，道路照明只占一个小小的百分数，也正因如此，智慧路灯的调光控制技术才有可能成为推动节能运动的一个突破口。
节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。
从道路照明着手，花两三年时间摸索出一套符合中国国情的商业化运作模式，然后在
升级会员 