风光互补智能照明系统的设计

时间：2024-09-03

□赖程耿丽张亚红

一、基于智能手机蓝牙控制的风光互补照明系统

在我国提出建设资源节约型社会发展的目标下，构建循环经济模式的风光互补智能照明系统，可有效解决城市供电紧张问题，将风能与太阳能作为供电电源，不采用开沟埋线的方式，直接通过获取能源转换成电能，不需从常规电网中获取能源，可便于安装、实现绿色环保、安全无隐患等供电系统开发，在当下城市发展中具有较强的社会效益与经济效益。不过为确保路灯工作正常使用，且处于最优状态，必须要对路灯的实时控制情况进行自动化与智能监控管理，确保供电系统的稳定性。所以，传统的独立式的灯光路灯已经无法满足现代化居民的照明要求，无论是校园、城市照明系统，还是家用照明系统，都朝着智能化、自动化控制的方向实现系统改进。基于Android手机蓝牙的无线模块实现路灯照明系统的智能化控制，可有效通过被控端的HC-05蓝牙接受模块，再在MSP430单片机上实现对继电器模块的通、断控制，从而做到实现智能控制端照明台灯的通电和断电。系统由MSP430单片机、蓝牙模块、风光互补电源电路及继电器模块组成，在实现Android系统和单片机之间的无线蓝牙通信基础上，对开关进行精准、灵敏度高的环境反应，可有效解决监控管理方式落后以及安全性能较低等问题。

本系统分为两个部分，主要结构如图1所示，一是遥控部分Android手机端和功能部分智能控制端。遥控部分是以手机的Android系统所支持的蓝牙功能，通过核心控制MSP430单片机、蓝牙通讯模块、风光互补电源部分电路和继电器开关模块等部分，对功能部分实现智能控制，构建照明智能反应系统。二是软件部分，由上位机Android系统JAVA控制程序和下位机单片机程序构成，通过上位机程序调用Android手机端的蓝牙API接口，对内部蓝牙设备进行远程操控，控制数据传输和处理。然后蓝牙模块收到串口数据，智能控制单片机按照下位机程序执行命令输出，从而实现光耦合可控硅开关的闭合与开启。

在物联网技术的基础上，供电部分是采用风光互补直流的12V蓄电池进行充电，并用降压模块将12V直流电变为3.3V和5V直流电供电给LED灯照明系统，除却风力发电组件，光伏组件，以及蓄电池组以外，还有智能控制器以及网关、单片机、蓝牙和继电器模块。所以，基Android手机端的蓝牙模块构建风光互补路灯照明智能系统的设计，利用智能手机的蓝牙模块实现智能化系统开发，可有效实现对供明系统的优质化、科学性控制，便于系统照明体系的智能化控制。

图1 风光互补照明系统示意图

二、风光互补智能照明控制系统的硬件设计

风光互补智能照明控制系统重要硬件为控制器、网关，在Android手机蓝牙的无线模块的基础构建智能照明系统，先要设计好路灯控制器，确保控制器与智能手机蓝牙模块连接，且控制器受整个智能化照明系统的控制。故而在智能路灯控制器设计中，需要对照明系统的发电装置、蓄电池供放电、路灯照明开闭等进行智能化控制，依据光伏与风力发电的原理，风光互补路灯的控制系统，应选择微处理器模块、发电设备发电以及控制控制管理模块的三大部分，然后依据照明路灯的供电输出与输入功率的调整，实现对负载输出的驱动控制模块监管。

因此在智能照明系统硬件设计中，应该用智能路灯控制器，当外界气象条件满足设备发电要求，以发电设备发电为主，通过整流、恒压或者是升压监测后，对蓄电池组进行监测控制，实现放电保护、过充电保护以及短路保护等；等控制节点自动接入Android手机蓝牙的无线模块，就可以通过蓝牙对路灯供电进行指令输送，从而控制路灯的工作状态以及获取工作状态的数据，实现对路灯照明的远程控制，用LED灯的开灯与关灯调整控制机制，对太阳能电池板的朝向角度进行实时控制。其中蓄电池的剩余电量监测，也是智能正常工作状态的监测目标之一，针对风机与太阳能板进行预期发电效益调整，通过预测发电效率的放点时间、设置好光源亮度，以最长化的照明时间为准，实现对电源供给来源的调整，若是发电设备无法满足LED照明负载需求，就控制蓄电池放点，当光能不足就转变为风力发电，光能与风能气象条件都满足时，则以光能优先，通过充放电机制提高蓄电池的电量。

基于Android手机端的智能照明系统设计中，由上位机程序调用蓝牙API接口，通过内部蓝牙设备和能源应用的操作，对路灯控制的数据进行传输与智能放电控制。智能控制器主要是从采用光控与时控方式，对灯的点亮与熄灭进行实时监控与管理，天亮后关闭路灯电源，在满足气象条件下实现对照明系统的电源转换，在风力较强的地区以风力发电为主，在光能优质的地区以太阳能发电为主，将供电系统连接在两个供电设备中，便于通过控制器进行集中路灯供电控制。