Разработка прототипа автономного приёма-исполнительного узла для системы управления утилитарным освещением, основанной на методе амплитудной модуляции питающего напряжения.

Целью НИОКР являлось создание прототипа автономного приёма-исполнительного узла для системы управления утилитарным освещением, основанной на методе амплитудной модуляции питающего напряжения. Для достижения данной цели необходимо было произвести выбор схемотехнических решений и аналитические расчёты характеристик прототипа автономного приёма-исполнительного узла, разработать соответствующую эскизную конструкторскую документацию, изготовить прототип, написать программное обеспечение прототипа, произвести его испытание, и подготовить методические рекомендации по его применению. Результаты работы, основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: были проработаны различные варианты и выбраны лучшие схемотехнические решения, обеспечивающие питание схемы, анализ входящего сетевого напряжения 220 В 50 Гц на предмет наличия информационных маркеров, гальваническую развязку, вывод необходимых управляющих сигналов, защиту схем от помех и статики, подобран оптимальный микроконтроллер. Разработанный прототип конструктивно представляя из себя печатную плату, помещенную в термоусадочную трубку с клеевым слоем защищающую его от внешних атмосферных воздействий, имеет внешние проводные выводы для подключения входного напряжения, и нагрузки, и обладает следующими габаритами 160x38x8.5 мм, масса в 90 грамм. Прототип имеет два гальванически-развязанных выхода – выход 0-10 В постоянного напряжения, подаваемый на управляемый вход диммируемого драйвера светодиодного светильника, выход обеспечивающий сигнал ШИМ-открытый коллектор для задания спектра осветительного прибора, как соотношения мощностей между двумя каналами светодиодов. Написано программное обеспечение прототипа, обеспечивающее прием электросетевых команд, а также соответствующие этим командам функции прототипа, такие как диммирование на заданный уровень, переключение между линейной и логарифмической шкалой диммирования, управление плавностью диммирования, изменение адресации как групповой, так и индивидуальной, и т.д. Время передачи управляющих команд составляет не более двух секунд, протокол поддерживает адресацию 1000 индивидуальных адресов, 24 группы. Реализована функциональность работы прототипа по автономному профилю, с возможностью его перепрограммирования через электросетевой интерфейс. Автономный профиль может быть, как жестко заданным, с фиксированными интервалами времени, так и подстраиваться под разное время года, в двух вариантах адаптивных режимов. Профиль представляет из себя зависимость время-выходной сигнал, и может содержать до 6 переходов на сутки, переходы могут быть как мгновенными, так и плавными. Проведены испытания прототипа и написаны рекомендации по его применению. Областью применения разработанной технологии являются уличное освещение, освещение дорожных сетей, промышленное и складское помещение, освещение теплиц. Целевыми потребителями создаваемого продукта являются администрации населённых пунктов, муниципалитетов, региональных и федеральных структур. Экономическая эффективность или значимость работы. Работа направлена на повышение экономической и энергетической эффективности муниципального и промышленного освещения. В настоящее время энергоэффективность светодиодов постепенно подходит к физическому пределу. Если в предыдущие годы для увеличения энергоэффективности достаточно было заменить классические газоразрядные светильники на светодиодные или произвести замену установленных светодиодных ламп предыдущего поколения на более новые и эффективные аналоги, то в настоящий момент выход новых поколений светодиодных ламп значительно замедлился. Дальнейшее увеличение энергоэффективности требует применения интеллектуальных систем управления, которые позволяют добиться улучшения данного показателя от 10 до 50% в зависимости от требований и условий эксплуатации. Разработанный оригинальный протокол электросетевой коммуникации, основанный на амплитудной модуляции питающего напряжения является специально оптимизированным для использования в системах управления освещением, где нет необходимости в высокой скорости передачи данных, но длина линии может быть значительной. В результате данной оптимизации наиболее массовый компонент системы – приёма-исполнительный – узел состоит из небольшого максимально дешевых компонентов. Возможность же управления по сети питания позволяет легко встраивать систему управления в уже существующую осветительную инфраструктуру, без необходимости прокладки дополнительных управляющих линий. Интеллектуальные системы освещения устанавливаются не только ради одной лишь экономии энергии - муниципалитеты учитывают тот факт, что они также помогают добиться сокращения расходов, улучшить контроль и повысить общественную безопасность. Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: планируется разработка и внедрение остальных компонентов системы управления – линейного шкафа управления, серверной части централизованной системы.