智能光控時控戶外燈的節能控制裝置研究

俞臨兵

摘要：隨著城市的發展，戶外燈的作用也愈發突出，在綠色環保理念的影響下，光控時控技術也逐漸應用到戶外燈中，其智能化程度越來越高。智能節能控制其便是在這種條件下研發出來的，能夠解決戶外燈的能源消耗問題，通過光控與時控的方式，實現自動啟停、智能調壓，以提升戶外燈的用電效率。本文便從節能控制裝置的控制器設計、功率變換單元設計以及智能控制策略等三個方面入手，對節能控制裝置進行簡要研究。

關鍵詞：智能戶外燈；光控時控；節能控制

現階段，我國很多城市中戶外燈的照明方式仍然為“全夜燈”，這種方式不僅浪費能源，還會產生光源污染，而且長時間的運行會嚴重浪費材料，提升維護成本。所以，需要對戶外燈設置節能控制裝置，以降低設備電壓、改善用電功率、便于維護管理、節約設備耗能。而智能節能控制裝置，便可以有效解決這一問題。

一、裝置控制器設計

智能節能控制裝置中的硬件主要包括光敏傳感器、聲音傳感器、單片機、轉換器、出發裝置等。聲音信號和光信號在進入到傳感器中以后，會被轉化成電信號，之后經由放大器對信號進行放大，以此作為戶外燈的觸發信號。對于裝置控制器來說，其核心為微處理器，系統中主要包含了單片機、電壓控制裝置以及相關電路，微控制器可以選擇AT89S52，該設備具有很強的兼容性，而且數據可以快速重復編寫與擦除，保護等級較高，另外，該設備在編程過程中可以不依托于外部線路便能夠實現時序與電壓的編寫，可以對一年以內的數據進行查詢[1]。

在AT89S52中，其所包含的RAM一共有256個字節，但在實際使用過程中，只有128個字節能夠真正意義上被用戶所用，其他字節用于服務特殊寄存、在整個芯片中，定時器也是不可或缺的，在本文所述系統中，定時器的個數有三個，其中一個用于計時，一個作為波特率發生器。單片機的使用使得整個系統在運行過程中可以保持比較高的穩定性，可以進行在線編程，有利于后期對裝置的調試。另外，單片機還能夠為控制應用的運行提供條件，使其更加運行更加靈活。

二、功率變換單元設計

智能節能控制裝置中的功率單元依托于晶閘管，主要能夠實現對導通角的控制，進而達到改變戶外燈電壓的最終目的。在本文所述系統中，功率變換單元的主電路為全控整流橋，該裝置內部含有六個晶閘管，通過整流器件該轉換電流，而可控硅觸發角是左右電壓大小的關鍵?，F階段，三相橋式電路是使用比較普遍的一種整流電路，該電路的連接方式分為共陰極組與共陽極組，兩者分別擁有三個晶閘管，且導通順序一般按照從大到小排列。

該整流電路的特點如下：第一，在任何一個時刻中，都需要通過兩個晶閘管一起進行疏導，以組成設備所需的運行回路，兩個晶閘管不能是同一相中的，需要共陰極組與共陽極組各一個。第二，想要觸發脈沖，需要滿足以下要求，首先，晶閘管需要按順序依次脈沖，每個晶閘管之間的脈沖差為60；其次，共陰極組中的三個晶閘管與共陽極組中的三個晶閘管，兩兩之間的脈沖差為120；最后，對于同一相來說，上下橋臂的脈沖差為180[2]。一般情況下，整流電路在輸出電壓的過程中，需要進行六次脈動，而且每一次的波形都保持一致。第三，在合閘啟動時，整流電路中的電流可能會發生一定程度上的斷續，在這種情況，為了保證整流電路的正常運行，一定要確保兩個晶閘管的脈沖能夠同時被觸發。為了確保這一點，可以運用的方法有兩種，其一，寬脈沖，讓脈沖始終保持在60以上；其二，雙脈沖，在觸發晶閘管的過程中，向前一個晶閘管中補發脈沖，使兩者替代寬脈沖。

三、智能控制策略

在節能控制裝置中，不存在管理中心，所以，照明控制裝置需要以控制策略為依托，自動對現場進行照明。在本文所述系統中，控制策略主要選用的是手動控制、時間控制、環境控制三者相結合的方式，三者的優先級如下：手動控制最高，在進行手動控制的過程中，其他兩者都會被屏蔽；時間控制次之，在時控有限期內，環境控制被屏蔽；環境控制最低，在時控有效期外，運用環境控制。

（一）時間控制策略

在本文所述系統中，時間控制策略主要包括兩方面，分別為開關燈控制與夜間分段調光控制。通過這兩種控制方式，不僅可以取得很好的節能效果，還能夠改善照明質量。前者主要通過對日照曲線的模擬來確定，任何一個城市都有其自身獨特的日照曲線，因此，需要根據當地的實際情況，對日照曲線進行準確計算，從而確定出更加精準的開關燈時間[3]。后者主要依托于夜間道路的交通流量進行確定，對于一條城市道路來說，夜間的交通流量會發生變化，但一般情況下，一段時間內的流量變化并不大，所以，可以根據季節來劃分照明周期，并在每個照明周期中設置若干個照明場景，分別設置調光與開關燈時間。如前半夜道路上的行人較多，則場景亮度較高；后半夜道路上的行人減少，則需要切換到亮度較低的場景，在保證照明的基礎上，達到節能目的。

（二）組群控制策略

以載波通信為基礎，領域中已經可以實現對單燈低成本檢測，與此同時，對戶外燈的控制方式也更加多樣。即便在同一路段中，戶外燈所處的位置也會改變其照明控制要求，而所謂組群控制，就是對于比較特殊的戶外燈，要根據其實際情況，對照明場景進行有針對性的控制，從而保證在節能的基礎上降低光污染。從根本上講，組群控制需要依托于通信協議，其數據幀格式包括數據報頭、控制類型、起止地址以及作用范圍等，單燈智能控制器的不同組合，可以讓組群控制更加豐富。

（三）環境控制策略

環境控制指的是智能照明系統可以以天氣、交通等情況為基礎，智能選擇相應的照明控制措施，從而提升節能效果。如果天氣變化異常，戶外燈周圍的環境亮度也會發生變化，而照度輔助控制便能夠改變戶外燈的開關燈時間，為了確保系統能夠正常運行，在采集戶外燈周圍環境照度的過程中，需要通過軟件濾波來過濾掉如閃電之類的照度干擾[4]。另外，為了使照明控制更加的人性化，交通流量變化也是需要考慮的重要因素，特別是在節假日、上下班高峰等時段，交通流量的變化會相對明顯，需要根據實際流量，進行有針對性的對采集周期進行控制與調整。

綜上所述，智能戶外燈節能控制裝置的智能化程度較高，能夠通過光控與時控來選擇相應的控制方式，具有很強的可靠性，單片機芯片選用的是AT89S52，可以實現對照明系統調光與照度的有效控制，功率變換單元所選用的是整流電路，由六個晶閘管組成，通過寬脈沖與雙脈沖的方式，能夠避免電流斷續。智能節能裝置還具有成本較低、維護便捷、操作簡單等多方面優勢，無論從經濟方面看，還是從技術方面看，其未來的發展與應用前景都非常廣闊。

參考文獻：

[1]甘本鑫，徐少明，蘇紅艷等.基于單片機的LED路燈模擬控制系統的設計與實現[J].現代電子技術，2011，03：205—207.

[2]安雙利，錢銳，陸翔宇等.基于單片機智能控制的路燈節能系統的研制[J].上海第二工業大學學報，2011，01：49—53.

[3]高麗.有載調壓路燈節能控制裝置的研制及應用[J].煤炭技術，2011，09：70—71.

[4]陳鳳賢，胥布工，湯玉峰等.基于多智能體技術的智能路燈節能控制系統[J].自動化與儀表，2012，12：30—33.