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摘要： 针对传统河岸景观照明控制系统控制精准度较低的问题，为此提出基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统设计研究。在系统的硬件设计上采用远程控制器、中央处理器、驱动器的架构形式，完成了系统的硬件设计;通过数据采集模块、能耗模拟计算模块和节能控制策略模块的合理设计，实现对河岸景观照明耗能的模拟和预测，以此完成了基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统设计。经实验证明，此次设计的系统具有较高的控制精准度。
关键词：能耗模拟计算;景观照明控制系统;远程控制器
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
可持續发展已经成为社会发展的重要战略目标，同时也是社会发展的必然趋势，传统的河岸景观照明控制系统由于精准度低，导致照明设备能耗量大，已经无法满足可持续发展的战略要求，所以此次将能耗模拟计算引入到河岸景观照明控制系统中，提高系统控制精准度，推动可持续发展战略目标的实现[1]。
1基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统设计
此次根据基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统需求，提出了系统的整体设计方案，其中包括系统的软件设计和硬件设计，实现整个河岸景观照明能耗的监测和控制。
1.1系统硬件设计
此次系统的硬件设备是由远程控制器、中央处理器、驱动器组成。远程控制器由STM362F103G68单片机构成，通过RS600总线与中央处理器和驱动器进行通信，负责河岸景观照明数据的采集并对其进行控制，远程控制器根据采集到的采集到的照明数据进行能量消耗模拟计算，为系统提供控制依据[2-4]。下表为远程控制器功能描述。
驱动器主要是负责河岸景观照明设备的开关驱动和亮度调整，为了保证驱动器能够良好的实现其功能，此次设计了开关驱动器和调光驱动器两种，开关驱动器负责采集照明设备回路的开关状态并控制河岸景观照明设备的启停，调光驱动器负责调整河岸景观照明设备的亮度。根据系统硬件设计要求，此次采用美国爱特梅尔公司出产的嵌入式驱动器，该驱动器内置ARK920-S内核芯片，带有BBA双外部总线接口，它可以通过软件控制的功能驱动河岸景观照明设备，有选择的启动和关闭照明设备以及设备亮度调整，使系统通过有效控制实现河岸景观照明能耗最小。
中央处理器主要负责执行系统的控制指令，根据系统对中央处理器数据传输率高、数据处理效率快的设计需求，选用IE公司生产的Wssaidl中央处理器，该处理器具有PIC的优点，同时其外部接口具有良好的扩展性，在执行系统控制指令时主要采用单周期，可以快速的将系统指令传达到各个硬件设备上，并且能提供多种电源接口和多个OI口，在对远程控制器和驱动器进行数据通信时能与其串行外围接口进行配合，使系统能够较好的实现对河岸景观照明控制。
1.2系统软件设计
系统的软件设计包括数据采集模块、能耗模拟计算模块和节能控制策略模块三部分构成，实现系统的河岸景观照明回路控制、节能照明控制等功能。
数据采集模块主要包括河岸景观照明回路信息和照明设备能耗数据采集[5-6]。采集景观照明回路信息是将启动驱动器和调光驱动器读取到的照明回路状态进行采集，并根据照明设备的启停状态采集到河岸景观照明回路时间数据，对于照明设备能耗数据的采集是通过读取远程控制器内的照明耗能数据，以此获取到系统所需要的河岸景观照明设备能耗数据，为能耗模拟计算模块提供准确的计算依据。能耗模拟计算模块主要是根据数据采集模块提供的数据资源模拟计算出景观河岸照明的能耗预算，其计算过程如下： 河岸景观照明设备的能耗模拟计算公式如下所示：
（1）
公式（1）中，WT表示景观照明设备总能耗，PR表示照明设备额定功率，RL表示回路电阻，i表示回路照明设备数量，j表示回路编号，U表示线路电压，cosφ表示功率因数，Xi表示照明设备开关状态变量，取值为 ，RT表示公共部分电阻值，tT表示公共部分使用时间。
由此实现了能耗模拟计算模块的模块功能。节能控制策略模块是根据能耗模拟计算模块得出的结果对河岸景观照明设备进行控制。模块将河岸景观照明设备按照实际耗能情况分为三个级别，级别最高的照明设备回路最先关闭，下表为河岸景观照明控制策略。
表2河岸景观照明控制策略
2对比实验
2.1实验设计
为了证明此次设计的基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统的有效性，将其与传统系统进行了一组对比实验，根据两种系统的总体构架，构建了系统实验环境，两种系统选用相同的控制系统，并且对同一河岸景观照明设备进行控制，保证实验结果的有效性。此次实验使用两种系统对河岸景观照明設备共进行8次控制，检验两种系统的控制精准度。
2.2结果分析
下图为两种系统精准度实验结果。
从上图可以看出，此次设计的系统控制精准度平均能达到91%，最高控制精准度值达到95%;而传统系统此次实验中其控制精准度值高低起伏不定，且最高控制精准度仅达到81%，远远低于此次设计系统的控制精准度。实验证明了，此次设计的系统具有较高的控制精准度。
3结束语
由于此次研究时间有限，虽然在基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统设计上取得了一定的研究成果，但是设计的系统还存在一些不足之处，并且系统内具体的控制策略还需要结合实际河岸景观照明的节能需求，以此更好的体现系统的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 陈晓明，项炳泉，杜德平，等. 基于低压电力载波的车站能耗监控系统的研究与应用[J]. 安徽建筑大学学报，2017，25（06）：45-49.
[2] 戴梦云，侯晓蓉，洪俊伟. 绿色视角下的轨道交通照明系统节能研究——以南昌地铁一号线为例[J]. 市场周刊，2018，26（07）：143-146.
[3] 温倩影，杨华，金凤云，等. 双层玻璃幕墙对办公建筑照明能耗及负荷影响的模拟与分析[J]. 建筑节能，2017，45（03）：92-96+106.
[4] 张伟刚，瞿少成，秦天柱，等. 高速公路隧道照明节能模糊控制系统[J]. 电子测量与仪器学报，2017，31（12）：2049-2055.
[5] 阮方，章伟，钱匡亮，等. 基于DeST的夏热冬冷地区居住建筑人行为能耗模拟验证[J]. 建筑节能，2017，45（01）：1-6.
[6] 李大兴，罗玮. 基于先进电力电子技术的新型节能器在城市绿色照明工程中的应用[J]. 电气应用，2017，36（02）：20-24+65.
（作者单位：杭州和顺建设有限公司）
关键词：能耗模拟计算;景观照明控制系统;远程控制器
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
可持續发展已经成为社会发展的重要战略目标，同时也是社会发展的必然趋势，传统的河岸景观照明控制系统由于精准度低，导致照明设备能耗量大，已经无法满足可持续发展的战略要求，所以此次将能耗模拟计算引入到河岸景观照明控制系统中，提高系统控制精准度，推动可持续发展战略目标的实现[1]。
1基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统设计
此次根据基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统需求，提出了系统的整体设计方案，其中包括系统的软件设计和硬件设计，实现整个河岸景观照明能耗的监测和控制。
1.1系统硬件设计
此次系统的硬件设备是由远程控制器、中央处理器、驱动器组成。远程控制器由STM362F103G68单片机构成，通过RS600总线与中央处理器和驱动器进行通信，负责河岸景观照明数据的采集并对其进行控制，远程控制器根据采集到的采集到的照明数据进行能量消耗模拟计算，为系统提供控制依据[2-4]。下表为远程控制器功能描述。
驱动器主要是负责河岸景观照明设备的开关驱动和亮度调整，为了保证驱动器能够良好的实现其功能，此次设计了开关驱动器和调光驱动器两种，开关驱动器负责采集照明设备回路的开关状态并控制河岸景观照明设备的启停，调光驱动器负责调整河岸景观照明设备的亮度。根据系统硬件设计要求，此次采用美国爱特梅尔公司出产的嵌入式驱动器，该驱动器内置ARK920-S内核芯片，带有BBA双外部总线接口，它可以通过软件控制的功能驱动河岸景观照明设备，有选择的启动和关闭照明设备以及设备亮度调整，使系统通过有效控制实现河岸景观照明能耗最小。
中央处理器主要负责执行系统的控制指令，根据系统对中央处理器数据传输率高、数据处理效率快的设计需求，选用IE公司生产的Wssaidl中央处理器，该处理器具有PIC的优点，同时其外部接口具有良好的扩展性，在执行系统控制指令时主要采用单周期，可以快速的将系统指令传达到各个硬件设备上，并且能提供多种电源接口和多个OI口，在对远程控制器和驱动器进行数据通信时能与其串行外围接口进行配合，使系统能够较好的实现对河岸景观照明控制。
1.2系统软件设计
系统的软件设计包括数据采集模块、能耗模拟计算模块和节能控制策略模块三部分构成，实现系统的河岸景观照明回路控制、节能照明控制等功能。
数据采集模块主要包括河岸景观照明回路信息和照明设备能耗数据采集[5-6]。采集景观照明回路信息是将启动驱动器和调光驱动器读取到的照明回路状态进行采集，并根据照明设备的启停状态采集到河岸景观照明回路时间数据，对于照明设备能耗数据的采集是通过读取远程控制器内的照明耗能数据，以此获取到系统所需要的河岸景观照明设备能耗数据，为能耗模拟计算模块提供准确的计算依据。能耗模拟计算模块主要是根据数据采集模块提供的数据资源模拟计算出景观河岸照明的能耗预算，其计算过程如下： 河岸景观照明设备的能耗模拟计算公式如下所示：
（1）
公式（1）中，WT表示景观照明设备总能耗，PR表示照明设备额定功率，RL表示回路电阻，i表示回路照明设备数量，j表示回路编号，U表示线路电压，cosφ表示功率因数，Xi表示照明设备开关状态变量，取值为 ，RT表示公共部分电阻值，tT表示公共部分使用时间。
由此实现了能耗模拟计算模块的模块功能。节能控制策略模块是根据能耗模拟计算模块得出的结果对河岸景观照明设备进行控制。模块将河岸景观照明设备按照实际耗能情况分为三个级别，级别最高的照明设备回路最先关闭，下表为河岸景观照明控制策略。
表2河岸景观照明控制策略
2对比实验
2.1实验设计
为了证明此次设计的基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统的有效性，将其与传统系统进行了一组对比实验，根据两种系统的总体构架，构建了系统实验环境，两种系统选用相同的控制系统，并且对同一河岸景观照明设备进行控制，保证实验结果的有效性。此次实验使用两种系统对河岸景观照明設备共进行8次控制，检验两种系统的控制精准度。
2.2结果分析
下图为两种系统精准度实验结果。
从上图可以看出，此次设计的系统控制精准度平均能达到91%，最高控制精准度值达到95%;而传统系统此次实验中其控制精准度值高低起伏不定，且最高控制精准度仅达到81%，远远低于此次设计系统的控制精准度。实验证明了，此次设计的系统具有较高的控制精准度。
3结束语
由于此次研究时间有限，虽然在基于能耗模拟计算的河岸景观照明控制系统设计上取得了一定的研究成果，但是设计的系统还存在一些不足之处，并且系统内具体的控制策略还需要结合实际河岸景观照明的节能需求，以此更好的体现系统的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 陈晓明，项炳泉，杜德平，等. 基于低压电力载波的车站能耗监控系统的研究与应用[J]. 安徽建筑大学学报，2017，25（06）：45-49.
[2] 戴梦云，侯晓蓉，洪俊伟. 绿色视角下的轨道交通照明系统节能研究——以南昌地铁一号线为例[J]. 市场周刊，2018，26（07）：143-146.
[3] 温倩影，杨华，金凤云，等. 双层玻璃幕墙对办公建筑照明能耗及负荷影响的模拟与分析[J]. 建筑节能，2017，45（03）：92-96+106.
[4] 张伟刚，瞿少成，秦天柱，等. 高速公路隧道照明节能模糊控制系统[J]. 电子测量与仪器学报，2017，31（12）：2049-2055.
[5] 阮方，章伟，钱匡亮，等. 基于DeST的夏热冬冷地区居住建筑人行为能耗模拟验证[J]. 建筑节能，2017，45（01）：1-6.
[6] 李大兴，罗玮. 基于先进电力电子技术的新型节能器在城市绿色照明工程中的应用[J]. 电气应用，2017，36（02）：20-24+65.
（作者单位：杭州和顺建设有限公司）