一種智能型LED路燈控制器的設計

成益盈

摘 要：隨著經濟的快速穩定發展，我國城鎮化建設進入蓬勃發展時期，城鎮照明、夜景照明作為城鎮建設的重要組成部分，直接關系到人民群眾的生產生活和城鎮形象。城鎮路燈的使用數量大幅增加，但是，當我們把重點放在路燈照明美化城鎮的時候，卻忽略了現有路燈在實際中存在的嚴重浪費電能的缺陷。文章從實際情況出發，充分考慮時間和路段人流量情況，設計出智能型LED路燈控制器，實現分時段對路燈亮度自由調節，真正做到從細節杜絕浪費，節約能源，保護環境，為實現“節能減排”的中國夢做努力。

關鍵詞：智能；分時段；節能

1 研究意義

建國以來，我國的路燈經歷了人工控制、時控方式、光控方式三個階段，到現在已經完全實現了路燈的智能控制。智能路燈已經成為城鎮建設不可缺少的公共設施，同時智能路燈的嚴重浪費電能的缺陷也變得日趨明顯。浪費電能主要體現在以下兩個方面：

（1）整個晚上路燈的亮度不可調，始終保持在100%亮度，沒有根據具體時間、地點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，即把晚上分成幾個階段，分別設置每個階段燈的亮度。

（2）高壓鈉燈功耗大，電源效率低。例如通常標準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，鋪設成本高。由于功率大，采用的鋪設銅的直徑較粗，使成本加大；亮度可控性差，對于高壓鈉燈有專用的升壓電源給其供電才能點亮，其亮度不能瞬態快速改變，在夜晚路燈節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使路面存在陰影區，產生忽明忽亮的現象，人的肉眼對某一種亮度的光線具有相對穩定的適應性，所以忽明忽暗的亮燈模式會產生一定的危險性，而且也不能滿足城市道路照明設計標準的要求。

伴隨著經濟的快速、穩定發展，我國的城鎮化建設進入了一個日新月異、蓬勃發展的時期。城鎮照明、夜景照明作為城鎮建設的重要組成部分，直接關系到人民群眾的生產生活和城鎮形象，直接反映了一個城鎮的建設水平和城鎮風貌。近年來，特別是黨的“十八大”提出加快“城鎮化建設”的政策之后，城鎮建設的規模更是空前絕后，城鎮路燈的使用數量大幅增加，路燈控制水平的高低更是反映了一個城鎮的現代化程度。但是，當我們把重心放在路燈照明美化城鎮的時候，卻忽略了現有路燈在實際中存在的嚴重浪費電能的缺陷。是的，我們現在的路燈的確做到了智能控制，的確做到了路燈開、關的準確性和及時性，但是，我們卻未能做到節能。而且路燈在我國電能消耗比例中占有相當大的比重，所以節能LED路燈的使用，無疑會對我國的大氣環境、霧霾天氣等的改善起到重大作用。

2 設計方案與思路

2.1 設計方案

本方案克服現有路燈的非節能等缺點，實現一種新型的智能節能路燈控制，通過單片機與時鐘芯片的精準控制，用可調的PWM波分時分段的控制燈的亮度，實現360度無死角的杜絕電能浪費，通過日出日落實現燈的亮滅，達到無人值守的自動控制目的。真正做到無縫控亮，從細節杜絕電能的浪費，實現節能減排、方便實用的目的。具體設計方案見圖1。

2.2 基本思路

Stc89c52主控模塊通過采集DS1302實時時鐘時間，精準的控制各時段的定時，然后通過采集ad轉化模塊的光感電壓來控制燈的開和關，PWM波的值4～9六檔均可通過鍵盤自由調節，數碼管顯示模塊通過與單片機的連接，讀出時鐘芯片的時間和PWM波四段的各檔調節值。把各模塊的軟件部分綜合起來調試完成，最后由驅動電路實現弱電和強電的連接，包裝成成品投入實用。

2.3 各模塊功能

（1）Stc89c52：主控模塊，整個控制器的大腦。（2）DS1302：實時時鐘芯片，產生時間，由Stc89c52讀取并且存儲。（3）按鍵：本模塊和主控模塊連接，調節時間和PWM波的值。（4）PWM模塊：本模塊主要用來調節燈的亮度，PWM波是通過定時器產生，然后送給主控模塊，主控模塊再送給與其連接的LED燈。（5）數碼管：數碼管的目的是用來顯示，以上模塊中的所有進程都是在主控模塊的內部進行，我們人不能夠感知，但是通過數碼管的顯示之后就可以清楚整個控制器的進程，可以說它是控制器的窗口。數碼管顯示的內容是：小時、分鐘，四個階段的PWM波的值。只要我們通過按鍵調節其中任意一個內容，其都會在數碼管上顯示，比如時間、PWM波值。（6）光敏：實時采集外部光線，采集的信息通過AD模數轉換模塊送給主控芯片。（7）AD模數轉換（pcf8591p）：把模擬信號轉化成數字信號，送給主控芯片。（8）驅動電路：本模塊作用是把產品從實驗階段變成實用階段，通過接到220V來驅動大電流，實現大量的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、無污染，與傳統高壓鈉燈相比，具體優勢見表1。

2.6 經濟分析

假定我們把晚上分成五個階段：

（1）天黑（光感判斷）燈自動亮到20：00時；（2）20：00時到22：00時（2小時）；（3）22：00時到00：00時（2小時）；（4）00：00時到凌晨05：00時（5小時）；（5）凌晨05：00時到天亮（光感判斷）。這五個階段燈的亮度分別為100%，90%，80%，60%，100%。經濟節約計算如下：

每盞燈正常工作0.5度/小時，每盞燈每天節約電量（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）1萬支路燈共節約電量（度）R：

R=365*100000*W=41975000（度）

這樣算下來一個城市每年可以節約近4.2千萬度電，具體見表2：

3 結束語

3.1 與現代路燈比較的優勢

現在的路燈的亮度始終保持在100%，存在嚴重浪費。其采用的節能方式通常有兩種：（1）采用隔二亮一的方式，但是隔二亮一的方式會使路面存在陰影區，產生忽明忽亮的現象，人的肉眼對某一種亮度的光線具有相對穩定的適應性，所以忽明忽暗的亮燈模式會產生一定的危險性，而且也不能滿足道路照明環境比SR所提出的要求。（2）選時段關閉，比如在后半夜人流量少的時候關閉1到2個小時。缺點是不利于本時間段行駛的車輛的安全。

而本項目所設計的作品恰好填補這一缺點，利用燈的亮度可調節性優勢，充分利用各時段人流量的情況來安排燈的亮度，功能更細化，更人性化，實用性更強，且節約電能明顯。

3.2 主要創新點

本路燈控制器把夜晚分成5個時間段（時間段可以根據實際安裝路燈路段人流量狀況設定），且每個時間段燈的亮度均可實現40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%七個值的自由設定，這是本方案的最突出特點，也是區別于現代路燈整個晚上都是100%亮度的最顯著特征，并且路燈安裝有紅外感應熱釋器，防止人為設置路燈亮度過低而影響行人正常通行，實現分時段對路燈亮度自由調節，所以本路燈控制器真正做到了從細節杜絕浪費，節能、高效、環保、人性化。

參考文獻

[1]繆一葦，楊善水，蘆葉暄，等.智能路燈控制系統[J].能源與節能，2014，9.

[2]陳運軍.城市LED路燈無線智能控制系統設計[J].信息技術，2014，5.

[3]國建嶺.基于GPRS的智能路燈控制設備的設計[J].中國照明電器，2014，2.

[4]童詩白，華成.模擬電子技術基礎[M].北京：清華大學電子學教研組，2006.

[5]何利民.單片機應用技術選編[M].北京：北京航空航天大學出版社，1994.

[6]李中華.控制電路及應用[M].北京：清華大學出版社，2006.