基于能耗模擬計(jì)算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、    基于能耗模擬計(jì)算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)    胡國(guó)剛摘要： 針對(duì)傳統(tǒng)河岸景觀照明控制系統(tǒng)控制精準(zhǔn)度較低的問(wèn)題，為此提出基于能耗模擬計(jì)算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上采用遠(yuǎn)程控制器、中央處理器、驅(qū)動(dòng)器的架構(gòu)形式，完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì);通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊、能耗模擬計(jì)算模塊和節(jié)能控制策略模塊的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)河岸景觀照明耗能的模擬和預(yù)測(cè)，以此完成了基于能耗模擬計(jì)算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高的控制精準(zhǔn)度。關(guān)鍵詞：能耗模擬計(jì)算;景觀照明控制系統(tǒng);遠(yuǎn)程控制器design of river bank l

2、andscape lighting control system based on energy consumption simulationabstract： 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 cal

3、culation 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-

4、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 sy

5、stem 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(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，同時(shí)也是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，傳統(tǒng)的河岸景觀照明控制系統(tǒng)由于精準(zhǔn)度低，導(dǎo)致照明設(shè)備能耗量大，已經(jīng)無(wú)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(jì)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(zhǔn)度，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)1。1基于能耗模擬計(jì)算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)此次根據(jù)基

6、于能耗模擬計(jì)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(jì)方案，其中包括系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)河岸景觀照明能耗的監(jiān)測(cè)和控制。1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)此次系統(tǒng)的硬件設(shè)備是由遠(yuǎn)程控制器、中央處理器、驅(qū)動(dòng)器組成。遠(yuǎn)程控制器由stm362f103g68單片機(jī)構(gòu)成，通過(guò)rs600總線與中央處理器和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)河岸景觀照明數(shù)據(jù)的采集并對(duì)其進(jìn)行控制，遠(yuǎn)程控制器根據(jù)采集到的采集到的照明數(shù)據(jù)進(jìn)行能量消耗模擬計(jì)算，為系統(tǒng)提供控制依據(jù)2-4。下表為遠(yuǎn)程控制器功能描述。驅(qū)動(dòng)器主要是負(fù)責(zé)河岸景觀照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)和亮度調(diào)整，為了保證驅(qū)動(dòng)器能夠良好的實(shí)現(xiàn)其功能，此次設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器和調(diào)光驅(qū)動(dòng)器兩種，開(kāi)關(guān)

7、驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)采集照明設(shè)備回路的開(kāi)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(dòng)器負(fù)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(jì)要求，此次采用美國(guó)愛(ài)特梅爾公司出產(chǎn)的嵌入式驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)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(guò)軟件控制的功能驅(qū)動(dòng)河岸景觀照明設(shè)備，有選擇的啟動(dòng)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(guò)有效控制實(shí)現(xiàn)河岸景觀照明能耗最小。中央處理器主要負(fù)責(zé)執(zhí)行系統(tǒng)的控制指令，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)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(jì)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(diǎn)，同時(shí)其外部接口具有良好的擴(kuò)展性，在執(zhí)行系統(tǒng)控制指令時(shí)主要采用

8、單周期，可以快速的將系統(tǒng)指令傳達(dá)到各個(gè)硬件設(shè)備上，并且能提供多種電源接口和多個(gè)oi口，在對(duì)遠(yuǎn)程控制器和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)能與其串行外圍接口進(jìn)行配合，使系統(tǒng)能夠較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)河岸景觀照明控制。1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集模塊、能耗模擬計(jì)算模塊和節(jié)能控制策略模塊三部分構(gòu)成，實(shí)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(dòng)驅(qū)動(dòng)器和調(diào)光驅(qū)動(dòng)器讀取到的照明回路狀態(tài)進(jìn)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(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)于照明設(shè)備能耗數(shù)據(jù)的采集是通過(guò)讀取遠(yuǎn)程控制器內(nèi)的照明耗能數(shù)

9、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(jì)算模塊提供準(zhǔn)確的計(jì)算依據(jù)。能耗模擬計(jì)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(jì)算出景觀河岸照明的能耗預(yù)算，其計(jì)算過(guò)程如下：河岸景觀照明設(shè)備的能耗模擬計(jì)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(hào)，u表示線路電壓，cos表示功率因數(shù)，xi表示照明設(shè)備開(kāi)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(shí)間。由此實(shí)現(xiàn)了能耗模擬計(jì)算模塊

10、的模塊功能。節(jié)能控制策略模塊是根據(jù)能耗模擬計(jì)算模塊得出的結(jié)果對(duì)河岸景觀照明設(shè)備進(jìn)行控制。模塊將河岸景觀照明設(shè)備按照實(shí)際耗能情況分為三個(gè)級(jí)別，級(jí)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(duì)比實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為了證明此次設(shè)計(jì)的基于能耗模擬計(jì)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(jìn)行了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，根據(jù)兩種系統(tǒng)的總體構(gòu)架，構(gòu)建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，兩種系統(tǒng)選用相同的控制系統(tǒng)，并且對(duì)同一河岸景觀照明設(shè)備進(jìn)行控制，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性。此次實(shí)驗(yàn)使用兩種系統(tǒng)對(duì)河岸景觀照明設(shè)備共進(jìn)行8次控制，檢驗(yàn)兩種系統(tǒng)的控制精準(zhǔn)度。2.2結(jié)果分析下圖為兩種系統(tǒng)精準(zhǔn)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

11、。從上圖可以看出，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制精準(zhǔn)度平均能達(dá)到91%，最高控制精準(zhǔn)度值達(dá)到95%;而傳統(tǒng)系統(tǒng)此次實(shí)驗(yàn)中其控制精準(zhǔn)度值高低起伏不定，且最高控制精準(zhǔn)度僅達(dá)到81%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制精準(zhǔn)度。實(shí)驗(yàn)證明了，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有較高的控制精準(zhǔn)度。3結(jié)束語(yǔ)由于此次研究時(shí)間有限，雖然在基于能耗模擬計(jì)算的河岸景觀照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上取得了一定的研究成果，但是設(shè)計(jì)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(shí)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)：1 陳曉明，項(xiàng)炳泉，杜德平，等. 基于低壓電力載波的車站能耗監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用j. 安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，

12、2017，25（06）：45-49.2 戴夢(mèng)云，侯曉蓉，洪俊偉. 綠色視角下的軌道交通照明系統(tǒng)節(jié)能研究以南昌地鐵一號(hào)線為例j. 市場(chǎng)周刊，2018，26（07）：143-146.3 溫倩影，楊華，金鳳云，等. 雙層玻璃幕墻對(duì)辦公建筑照明能耗及負(fù)荷影響的模擬與分析j. 建筑節(jié)能，2017，45（03）：92-96+106.4 張偉剛，瞿少成，秦天柱，等. 高速公路隧道照明節(jié)能模糊控制系統(tǒng)j. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2017，31（12）：2049-2055.5 阮方，章偉，錢匡亮，等. 基于dest的夏熱冬冷地區(qū)居住建筑人行為能耗模擬驗(yàn)證j. 建筑節(jié)能，2017，45（01）：1-6.6 李大興，羅瑋. 基于先進(jìn)電力電子技術(shù)的新型節(jié)能器在城市綠色照明工