一種智能型LED路燈控制器的設(shè)計(jì)

成益盈

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時(shí)期，城鎮(zhèn)照明、夜景照明作為城鎮(zhèn)建設(shè)的重要組成部分，直接關(guān)系到人民群眾的生產(chǎn)生活和城鎮(zhèn)形象。城鎮(zhèn)路燈的使用數(shù)量大幅增加，但是，當(dāng)我們把重點(diǎn)放在路燈照明美化城鎮(zhèn)的時(shí)候，卻忽略了現(xiàn)有路燈在實(shí)際中存在的嚴(yán)重浪費(fèi)電能的缺陷。文章從實(shí)際情況出發(fā)，充分考慮時(shí)間和路段人流量情況，設(shè)計(jì)出智能型LED路燈控制器，實(shí)現(xiàn)分時(shí)段對(duì)路燈亮度自由調(diào)節(jié)，真正做到從細(xì)節(jié)杜絕浪費(fèi)，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”的中國夢(mèng)做努力。

關(guān)鍵詞：智能；分時(shí)段；節(jié)能

1 研究意義

建國以來，我國的路燈經(jīng)歷了人工控制、時(shí)控方式、光控方式三個(gè)階段，到現(xiàn)在已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了路燈的智能控制。智能路燈已經(jīng)成為城鎮(zhèn)建設(shè)不可缺少的公共設(shè)施，同時(shí)智能路燈的嚴(yán)重浪費(fèi)電能的缺陷也變得日趨明顯。浪費(fèi)電能主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）整個(gè)晚上路燈的亮度不可調(diào)，始終保持在100%亮度，沒有根據(jù)具體時(shí)間、地點(diǎn)和人流量情況定義燈的亮度，沒有充分利用化整體為部分的思想，即把晚上分成幾個(gè)階段，分別設(shè)置每個(gè)階段燈的亮度。

（2）高壓鈉燈功耗大，電源效率低。例如通常標(biāo)準(zhǔn)250w的高壓鈉燈，其整體功率消耗一般在307w左右，電源效率在66.8%；功率大，鋪設(shè)成本高。由于功率大，采用的鋪設(shè)銅的直徑較粗，使成本加大；亮度可控性差，對(duì)于高壓鈉燈有專用的升壓電源給其供電才能點(diǎn)亮，其亮度不能瞬態(tài)快速改變，在夜晚路燈節(jié)能一般只能采用隔二亮一的方式降低功率消耗，但是隔二亮一的方式會(huì)使路面存在陰影區(qū)，產(chǎn)生忽明忽亮的現(xiàn)象，人的肉眼對(duì)某一種亮度的光線具有相對(duì)穩(wěn)定的適應(yīng)性，所以忽明忽暗的亮燈模式會(huì)產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)性，而且也不能滿足城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速、穩(wěn)定發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)日新月異、蓬勃發(fā)展的時(shí)期。城鎮(zhèn)照明、夜景照明作為城鎮(zhèn)建設(shè)的重要組成部分，直接關(guān)系到人民群眾的生產(chǎn)生活和城鎮(zhèn)形象，直接反映了一個(gè)城鎮(zhèn)的建設(shè)水平和城鎮(zhèn)風(fēng)貌。近年來，特別是黨的“十八大”提出加快“城鎮(zhèn)化建設(shè)”的政策之后，城鎮(zhèn)建設(shè)的規(guī)模更是空前絕后，城鎮(zhèn)路燈的使用數(shù)量大幅增加，路燈控制水平的高低更是反映了一個(gè)城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化程度。但是，當(dāng)我們把重心放在路燈照明美化城鎮(zhèn)的時(shí)候，卻忽略了現(xiàn)有路燈在實(shí)際中存在的嚴(yán)重浪費(fèi)電能的缺陷。是的，我們現(xiàn)在的路燈的確做到了智能控制，的確做到了路燈開、關(guān)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，但是，我們卻未能做到節(jié)能。而且路燈在我國電能消耗比例中占有相當(dāng)大的比重，所以節(jié)能LED路燈的使用，無疑會(huì)對(duì)我國的大氣環(huán)境、霧霾天氣等的改善起到重大作用。

2 設(shè)計(jì)方案與思路

2.1 設(shè)計(jì)方案

本方案克服現(xiàn)有路燈的非節(jié)能等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一種新型的智能節(jié)能路燈控制，通過單片機(jī)與時(shí)鐘芯片的精準(zhǔn)控制，用可調(diào)的PWM波分時(shí)分段的控制燈的亮度，實(shí)現(xiàn)360度無死角的杜絕電能浪費(fèi)，通過日出日落實(shí)現(xiàn)燈的亮滅，達(dá)到無人值守的自動(dòng)控制目的。真正做到無縫控亮，從細(xì)節(jié)杜絕電能的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、方便實(shí)用的目的。具體設(shè)計(jì)方案見圖1。

2.2 基本思路

Stc89c52主控模塊通過采集DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間，精準(zhǔn)的控制各時(shí)段的定時(shí)，然后通過采集ad轉(zhuǎn)化模塊的光感電壓來控制燈的開和關(guān)，PWM波的值4～9六檔均可通過鍵盤自由調(diào)節(jié)，數(shù)碼管顯示模塊通過與單片機(jī)的連接，讀出時(shí)鐘芯片的時(shí)間和PWM波四段的各檔調(diào)節(jié)值。把各模塊的軟件部分綜合起來調(diào)試完成，最后由驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)弱電和強(qiáng)電的連接，包裝成成品投入實(shí)用。

2.3 各模塊功能

（1）Stc89c52：主控模塊，整個(gè)控制器的大腦。（2）DS1302：實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，產(chǎn)生時(shí)間，由Stc89c52讀取并且存儲(chǔ)。（3）按鍵：本模塊和主控模塊連接，調(diào)節(jié)時(shí)間和PWM波的值。（4）PWM模塊：本模塊主要用來調(diào)節(jié)燈的亮度，PWM波是通過定時(shí)器產(chǎn)生，然后送給主控模塊，主控模塊再送給與其連接的LED燈。（5）數(shù)碼管：數(shù)碼管的目的是用來顯示，以上模塊中的所有進(jìn)程都是在主控模塊的內(nèi)部進(jìn)行，我們?nèi)瞬荒軌蚋兄?，但是通過數(shù)碼管的顯示之后就可以清楚整個(gè)控制器的進(jìn)程，可以說它是控制器的窗口。數(shù)碼管顯示的內(nèi)容是：小時(shí)、分鐘，四個(gè)階段的PWM波的值。只要我們通過按鍵調(diào)節(jié)其中任意一個(gè)內(nèi)容，其都會(huì)在數(shù)碼管上顯示，比如時(shí)間、PWM波值。（6）光敏：實(shí)時(shí)采集外部光線，采集的信息通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊送給主控芯片。（7）AD模數(shù)轉(zhuǎn)換（pcf8591p）：把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，送給主控芯片。（8）驅(qū)動(dòng)電路：本模塊作用是把產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)階段變成實(shí)用階段，通過接到220V來驅(qū)動(dòng)大電流，實(shí)現(xiàn)大量的LED燈正常工作。

2.4 LED路燈控制器電路原理圖（圖2）

2.5 燈的選用比較

本方案采用LED燈，其亮度高、功率低、壽命長(zhǎng)、無污染，與傳統(tǒng)高壓鈉燈相比，具體優(yōu)勢(shì)見表1。

2.6 經(jīng)濟(jì)分析

假定我們把晚上分成五個(gè)階段：

（1）天黑（光感判斷）燈自動(dòng)亮到20：00時(shí)；（2）20：00時(shí)到22：00時(shí)（2小時(shí)）；（3）22：00時(shí)到00：00時(shí)（2小時(shí)）；（4）00：00時(shí)到凌晨05：00時(shí)（5小時(shí)）；（5）凌晨05：00時(shí)到天亮（光感判斷）。這五個(gè)階段燈的亮度分別為100%，90%，80%，60%，100%。經(jīng)濟(jì)節(jié)約計(jì)算如下：

每盞燈正常工作0.5度/小時(shí)，每盞燈每天節(jié)約電量（度）W：

W=1*0.5*（1-90%）+1*0.5*（1-80%）+5*0.5*（1-60%）=1.15（度）

每年（365天）1萬支路燈共節(jié)約電量（度）R：

R=365*100000*W=41975000（度）

這樣算下來一個(gè)城市每年可以節(jié)約近4.2千萬度電，具體見表2：

3 結(jié)束語

3.1 與現(xiàn)代路燈比較的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)在的路燈的亮度始終保持在100%，存在嚴(yán)重浪費(fèi)。其采用的節(jié)能方式通常有兩種：（1）采用隔二亮一的方式，但是隔二亮一的方式會(huì)使路面存在陰影區(qū)，產(chǎn)生忽明忽亮的現(xiàn)象，人的肉眼對(duì)某一種亮度的光線具有相對(duì)穩(wěn)定的適應(yīng)性，所以忽明忽暗的亮燈模式會(huì)產(chǎn)生一定的危險(xiǎn)性，而且也不能滿足道路照明環(huán)境比SR所提出的要求。（2）選時(shí)段關(guān)閉，比如在后半夜人流量少的時(shí)候關(guān)閉1到2個(gè)小時(shí)。缺點(diǎn)是不利于本時(shí)間段行駛的車輛的安全。

而本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的作品恰好填補(bǔ)這一缺點(diǎn)，利用燈的亮度可調(diào)節(jié)性優(yōu)勢(shì)，充分利用各時(shí)段人流量的情況來安排燈的亮度，功能更細(xì)化，更人性化，實(shí)用性更強(qiáng)，且節(jié)約電能明顯。

3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

本路燈控制器把夜晚分成5個(gè)時(shí)間段（時(shí)間段可以根據(jù)實(shí)際安裝路燈路段人流量狀況設(shè)定），且每個(gè)時(shí)間段燈的亮度均可實(shí)現(xiàn)40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%七個(gè)值的自由設(shè)定，這是本方案的最突出特點(diǎn)，也是區(qū)別于現(xiàn)代路燈整個(gè)晚上都是100%亮度的最顯著特征，并且路燈安裝有紅外感應(yīng)熱釋器，防止人為設(shè)置路燈亮度過低而影響行人正常通行，實(shí)現(xiàn)分時(shí)段對(duì)路燈亮度自由調(diào)節(jié)，所以本路燈控制器真正做到了從細(xì)節(jié)杜絕浪費(fèi)，節(jié)能、高效、環(huán)保、人性化。

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