校园路灯节能控制系统设计

封骁　刘和剑

摘要：基于目前校园内路灯照明系统的单一化控制和所造成的能源浪费问题，提出了一个校园路灯照明节能控制系统，将校园路灯分成了两大部分，一部分是照明路灯，另一部分是景观路灯。其中，照明路灯又分为主干道照明路灯部分和夜间行人较少路段的照明路灯部分，通过对这三部分路灯的智能控制，解决了路灯单一控制造成的能源浪费问题。

关键词：校园；路灯；节能控制

中图分类号：TP31152文献标识码：A文章编号：16749944（2014）03028703

1引言

随着国家节能减排政策的落实，对电能的节约会越来越重视，当前正在推广节能灯，节能装置的使用，在路灯照明这一领域同样值得去探索节能方法。路灯作为一项公共设施，对于社会发展起到至关重要的作用，但是在某些环境无需照明的情况下使路灯一直点亮，其造成的电能浪费不容忽视，必定要多管齐下才能真正达到节能环保的目的，另外，越来越多的智能化电气设备出现在日常生活中，为我们的生活提供便利，路灯照明的智能化控制必定是大势所趋。

目前常见的路灯照明系统控制方式比较单一，缺少智能化的节能控制系统。在当前，节能环保越来越被提倡和重视，广大校园夜间行人较少的路段，或者在较晚时间的某一路段，使用此种路灯照明系统可以有效地节约电能，为如今所倡导的节能减排做出贡献，这种装置在所有的路灯照明系统中尚未出现。

要实现校园照明路灯的节能，一方面是使用节能元器件，尤其是灯具的节能化；另一方面是实现控制方法节能，采用智能节能控制技术，比如光控技术，由光敏传感器检测光线强度从而控制路灯的点亮；对于行人较少的路段，可采用跟随照明的控制方式，实现人来灯亮，人走灯灭。

2目前校园路灯概况

每当傍晚时分，是道路上交通流量的高峰期，同时电网负荷也达到了高峰。此时，电网电压偏低，导致光源的光通量偏小，使路面的照度相对较低。此时，路灯变压器输出电压为正常电压或高于额定值的5%，可以确保路灯正常启动，也保证了所需的照明质量。当午夜时分来临，电网用电负荷处于一天中的低谷，电网电压升高，有时甚至会超出额定电压30～40V，电网电压的

升高必然导致路灯的光通量增大，使路面照度明显升高。然而，此时道路上的交通量却降至最低谷，仅需要保持路灯的最低光照度就可以。同时，电压的升高还会缩短光源及其附件的寿命。

校园路灯照明也是同样道理，当傍晚时分，校园内无论是教学楼、实验室。宿舍或者是食堂，大量的用电器开启，电网负荷达到高峰，而到了23：00以后，校园中大部分的用电器都会关闭，此时的电网负荷达到低谷，校园内路灯光照度达到最高，可如此高强度的光照作用却并没有发挥实际效用，所以实行校园路灯分节能控制是有必要的，因为光这部分的费用就占了校园整体用电量费用的很大一部分，而这部分费用是完全可以节省的。

目前，校园路灯的控制方式基本上是人工控制，且照明部分和景观部分的路灯没有明显的区分。照明部分路灯有些是全夜灯或是后夜灯，对于人工劳动强度较大，且繁琐。有时由于值班人员开关路灯不及时，造成行人不方便以及能源浪费现象时有发生。各大高校地域广阔，路灯的分布范围很宽广，校园每条道路上的人流量不均，这给路灯的监控和管理设置了许多困难。因此，利用智能控制就可以很好地解决这一问题，光控传感器能够检测管线强度，人体热释电红外线传感器能够检测行人流量，再加上一块核心控制器，就相当于在校园道路上安置了一个有视觉能力和发达大脑的机器人。

此外，美丽的校园需要景观路灯的妆点才能在夜间依旧保持迷人的景色，景观路灯同时也是校园举办重大活动和众多节日期间增添气氛的催化剂，通过对景观路灯的多样化控制，校园的一年四季都可以拥有不同主题的夜景。因此，在兼顾性价比的基础上，研制出稳定性较高的智能控制器，会是将来校园路灯控制方面的一大趋势。

3关于灯具选择

传统的路灯通常采用高压钠灯，但由于高压钠灯360°发光，光损失大，造成了能源的巨大浪费。在校园里，使用最广泛的还是白炽灯和节能灯。

白炽灯的特点是价格低廉、结构简单，色温柔和、显色性好（Ra=100），开灯即亮、可连续调光，但寿命短、光效低。

节能灯的特点是光效高、光色好、低碳节能，在不需要调光的地方节能灯在节能方而比白炽灯具有明显的优势，但由于性价比低，易造成汞污染等因素，目前在国外被逐渐淘汰。

大功率LED光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于各类道路照明。

目前，基于大功率LED光源开发的LED路灯已发展成熟，其具体优点包括：LED路灯本身的特性——光的单向性，没有光的漫射，保证了光源效率，理论值达250lm/W，目前已达110～130lm/W。LED路灯的光显色性比普通路灯高许多，高压钠灯显色指数只有23左右，而LED路灯显色指数达到75以上，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上，（参照英国道路照明标准）。光衰极小，一年的光衰不到3%，使用10年仍达到道路使用照度要求，而普通路灯光衰大，就高压钠灯而言，使用一年左右已经下降30%以上，因此，LED路灯在使用功率的设计上比高压钠灯低。LED路灯能够通过智能装置控制，满足不同照明要求情况下最大限度的降低功率，节省电能。LED是低压器件，驱动单颗LED的电压为安全电压，系列产品单颗LED功率都为1W，所以它使用的电源是安全的电源，特别适用于公共场所。寿命长，通常能使用10万h以上，且光效高，散热控制出色，夏天温度控制在45℃以下。质量可靠，每颗LED都有单独过流保护，无需担心损坏。光色均匀，不加透镜，不以提高亮度而牺牲均匀光色，从而保证无光圈。LED不含有害金属汞，不像高压钠灯或金属卤化物灯在报废时对环境造成危害。endprint

综上所述，大功率LED路灯以其的独特优点和显著的节能效果，无疑是校园路灯灯具的最佳选择。另外，相对于传统路灯，LED路灯维护成本极低，在生产技术和产能逐渐提高的同时，LED路灯的性价比优势将进一步凸显。

4路灯智能控制模式设计

41系统设计

整个路灯智能控制系统分为两大部分，照明路灯和景观路灯，其中照明灯又分为常规路段照明和偏僻路段照明两部分。两部分分别由两块单片机作为主机，通过RS485总线与各自组内的从机通讯，控制照明路灯和景观路灯两个独立的系统。由于景观路灯部分受校园、地区、文化差异等因素，因此不给出固定结构。如图1所示即为照明路灯系统结构。

42照明路灯控制流程

对于校园中行人较多的路段，或是一些主干道，通常沿线的路灯都会保持点亮，我们假设这些路段称之为A路段，控制这部分路段的从机称之为从机A。而在众多面积广阔的高校校园中，一些运动场周边，生态林周边等夜间行人较少的路段，沿线的路灯不需要一直点亮，可以采用“跟随”模式的智能化控制，假设这些路段称之为B路段，段控制这部分路段的从机称之为从

路灯的布置按照普通路灯的排布方式，每隔40m安装1盏，每盏路灯灯杆距地面2m处安装一个人体热释电红外线传感器，传感器的有效感应距离为10m，感应角度为60°。假设当有行人经过L2时，L2灯杆上的红外线传感器触发，MCU接收到L2上传感器发出的信号后，控制L1、L2、L3同时点亮，为行人提供照明；同样，当行人经过L3时，L2、L3、L4同时点亮，若行人在L2处突然掉头往回走，该方向上的L0、L1同样能按照上述方法动作，因此不管行人往哪个方行进，停止行进或是中途折返，始终有三盏灯点亮伴随着行人共同进退，为行人提供照明，这种动作方式为“跟踪”模式。44景观路灯控制

景观路灯作为点缀校园夜景和烘托节日气氛的重要工具，它体现了一个高校的校园文化，以及校园环境氛围，是校园美丽夜景必不可少的一部分。同时每当节假日和校园重大活动时，景观照明无疑是增添节日气氛的最佳催化剂。

市面上景观路灯种类繁多，大多数景观路灯以新颖奇特的造型和绚烂夺目的色彩取得了很好的景观效果。但是，很少有景观路灯可以通过编程控制其显示效果，这方面的欠缺使得景观路灯往往使用寿命不常，很多场合为了配合不同的节日、不同的季节或者不同的主题，不得不经常更换景观照明设施。这种方法在校园景观照明设施部分显然是不可取的，一般高校很少会因为要配合主题活动或者季节去更换景观照明设施，这也是校园景观路灯照明领域的一大欠缺。

有没有一种景观照明设施是可以通过编程控制，不用更换设施就可以根据不同的需要变换照明效果呢？基于这个问题，我的设计了一个多样化景观照明系统，光源部分采用七彩LED灯（即通过一块驱动IC控制红、绿、蓝三基色光源相互搭配出七彩颜色，类似于LED彩色显示屏的一个像素点），将若干个七彩LED灯按形状或规律排列，就形成了一个独立的系统，对控制该系统的MCU编程后，就可以变幻出不同的效果。当然，这只是一个设想，考虑到景观照明所处环境的不同，这种景观照明设施必须按照所处的环境进行设计，因此本项目中未进行详细设计。

2014年3月绿色科技第3期5结语

此设计是我们参与江苏省大学生创新实践训练计划的省级立项项目，由于时间的限制，最初设想的完整系统还有部分功能未能实现，其中包括完整的多样化景观照明系统、设施故障自动检测功能、室内外一体化节能照明系统等，将在今后的日子里，视情况交由下一届同学继续完成，相信这套完整的系统必定会给将来实现智能化校园照明控制提供理论基础和部分技术支持。

参考文献：

[1] 郭天祥新概念 51单片机C语言教程[M]北京：电子工业出版社，2001

[2] 徐建华校园路灯智能控制系统设计[D]赣州：江西理工大学，2011

Abstract：In order tosolve the problemsofsingle control system ofcampusroad lightsandthe its energywaste，thisarticleconstructs a energy-saving control system of campusroad lights，which isdividedinto two parts the part of street lighting，the other part of landscape streetlightsThe part of street lighting can be divided into the street lighting section of the main road and the sectionwith fewerpedestrianat nightThrough the intelligent control of the three parts of streetlights，the energy waste problem of the lightscaused by a single control systemcan be solved

Key words：campus；road Lights；energy-savingcontrolendprint

综上所述，大功率LED路灯以其的独特优点和显著的节能效果，无疑是校园路灯灯具的最佳选择。另外，相对于传统路灯，LED路灯维护成本极低，在生产技术和产能逐渐提高的同时，LED路灯的性价比优势将进一步凸显。

4路灯智能控制模式设计

41系统设计

整个路灯智能控制系统分为两大部分，照明路灯和景观路灯，其中照明灯又分为常规路段照明和偏僻路段照明两部分。两部分分别由两块单片机作为主机，通过RS485总线与各自组内的从机通讯，控制照明路灯和景观路灯两个独立的系统。由于景观路灯部分受校园、地区、文化差异等因素，因此不给出固定结构。如图1所示即为照明路灯系统结构。

42照明路灯控制流程

对于校园中行人较多的路段，或是一些主干道，通常沿线的路灯都会保持点亮，我们假设这些路段称之为A路段，控制这部分路段的从机称之为从机A。而在众多面积广阔的高校校园中，一些运动场周边，生态林周边等夜间行人较少的路段，沿线的路灯不需要一直点亮，可以采用“跟随”模式的智能化控制，假设这些路段称之为B路段，段控制这部分路段的从机称之为从

路灯的布置按照普通路灯的排布方式，每隔40m安装1盏，每盏路灯灯杆距地面2m处安装一个人体热释电红外线传感器，传感器的有效感应距离为10m，感应角度为60°。假设当有行人经过L2时，L2灯杆上的红外线传感器触发，MCU接收到L2上传感器发出的信号后，控制L1、L2、L3同时点亮，为行人提供照明；同样，当行人经过L3时，L2、L3、L4同时点亮，若行人在L2处突然掉头往回走，该方向上的L0、L1同样能按照上述方法动作，因此不管行人往哪个方行进，停止行进或是中途折返，始终有三盏灯点亮伴随着行人共同进退，为行人提供照明，这种动作方式为“跟踪”模式。44景观路灯控制

景观路灯作为点缀校园夜景和烘托节日气氛的重要工具，它体现了一个高校的校园文化，以及校园环境氛围，是校园美丽夜景必不可少的一部分。同时每当节假日和校园重大活动时，景观照明无疑是增添节日气氛的最佳催化剂。

市面上景观路灯种类繁多，大多数景观路灯以新颖奇特的造型和绚烂夺目的色彩取得了很好的景观效果。但是，很少有景观路灯可以通过编程控制其显示效果，这方面的欠缺使得景观路灯往往使用寿命不常，很多场合为了配合不同的节日、不同的季节或者不同的主题，不得不经常更换景观照明设施。这种方法在校园景观照明设施部分显然是不可取的，一般高校很少会因为要配合主题活动或者季节去更换景观照明设施，这也是校园景观路灯照明领域的一大欠缺。

有没有一种景观照明设施是可以通过编程控制，不用更换设施就可以根据不同的需要变换照明效果呢？基于这个问题，我的设计了一个多样化景观照明系统，光源部分采用七彩LED灯（即通过一块驱动IC控制红、绿、蓝三基色光源相互搭配出七彩颜色，类似于LED彩色显示屏的一个像素点），将若干个七彩LED灯按形状或规律排列，就形成了一个独立的系统，对控制该系统的MCU编程后，就可以变幻出不同的效果。当然，这只是一个设想，考虑到景观照明所处环境的不同，这种景观照明设施必须按照所处的环境进行设计，因此本项目中未进行详细设计。

2014年3月绿色科技第3期5结语

此设计是我们参与江苏省大学生创新实践训练计划的省级立项项目，由于时间的限制，最初设想的完整系统还有部分功能未能实现，其中包括完整的多样化景观照明系统、设施故障自动检测功能、室内外一体化节能照明系统等，将在今后的日子里，视情况交由下一届同学继续完成，相信这套完整的系统必定会给将来实现智能化校园照明控制提供理论基础和部分技术支持。

参考文献：

[1] 郭天祥新概念 51单片机C语言教程[M]北京：电子工业出版社，2001

[2] 徐建华校园路灯智能控制系统设计[D]赣州：江西理工大学，2011

Abstract：In order tosolve the problemsofsingle control system ofcampusroad lightsandthe its energywaste，thisarticleconstructs a energy-saving control system of campusroad lights，which isdividedinto two parts the part of street lighting，the other part of landscape streetlightsThe part of street lighting can be divided into the street lighting section of the main road and the sectionwith fewerpedestrianat nightThrough the intelligent control of the three parts of streetlights，the energy waste problem of the lightscaused by a single control systemcan be solved

Key words：campus；road Lights；energy-savingcontrolendprint

综上所述，大功率LED路灯以其的独特优点和显著的节能效果，无疑是校园路灯灯具的最佳选择。另外，相对于传统路灯，LED路灯维护成本极低，在生产技术和产能逐渐提高的同时，LED路灯的性价比优势将进一步凸显。

4路灯智能控制模式设计

41系统设计

整个路灯智能控制系统分为两大部分，照明路灯和景观路灯，其中照明灯又分为常规路段照明和偏僻路段照明两部分。两部分分别由两块单片机作为主机，通过RS485总线与各自组内的从机通讯，控制照明路灯和景观路灯两个独立的系统。由于景观路灯部分受校园、地区、文化差异等因素，因此不给出固定结构。如图1所示即为照明路灯系统结构。

42照明路灯控制流程

对于校园中行人较多的路段，或是一些主干道，通常沿线的路灯都会保持点亮，我们假设这些路段称之为A路段，控制这部分路段的从机称之为从机A。而在众多面积广阔的高校校园中，一些运动场周边，生态林周边等夜间行人较少的路段，沿线的路灯不需要一直点亮，可以采用“跟随”模式的智能化控制，假设这些路段称之为B路段，段控制这部分路段的从机称之为从

路灯的布置按照普通路灯的排布方式，每隔40m安装1盏，每盏路灯灯杆距地面2m处安装一个人体热释电红外线传感器，传感器的有效感应距离为10m，感应角度为60°。假设当有行人经过L2时，L2灯杆上的红外线传感器触发，MCU接收到L2上传感器发出的信号后，控制L1、L2、L3同时点亮，为行人提供照明；同样，当行人经过L3时，L2、L3、L4同时点亮，若行人在L2处突然掉头往回走，该方向上的L0、L1同样能按照上述方法动作，因此不管行人往哪个方行进，停止行进或是中途折返，始终有三盏灯点亮伴随着行人共同进退，为行人提供照明，这种动作方式为“跟踪”模式。44景观路灯控制

景观路灯作为点缀校园夜景和烘托节日气氛的重要工具，它体现了一个高校的校园文化，以及校园环境氛围，是校园美丽夜景必不可少的一部分。同时每当节假日和校园重大活动时，景观照明无疑是增添节日气氛的最佳催化剂。

市面上景观路灯种类繁多，大多数景观路灯以新颖奇特的造型和绚烂夺目的色彩取得了很好的景观效果。但是，很少有景观路灯可以通过编程控制其显示效果，这方面的欠缺使得景观路灯往往使用寿命不常，很多场合为了配合不同的节日、不同的季节或者不同的主题，不得不经常更换景观照明设施。这种方法在校园景观照明设施部分显然是不可取的，一般高校很少会因为要配合主题活动或者季节去更换景观照明设施，这也是校园景观路灯照明领域的一大欠缺。

有没有一种景观照明设施是可以通过编程控制，不用更换设施就可以根据不同的需要变换照明效果呢？基于这个问题，我的设计了一个多样化景观照明系统，光源部分采用七彩LED灯（即通过一块驱动IC控制红、绿、蓝三基色光源相互搭配出七彩颜色，类似于LED彩色显示屏的一个像素点），将若干个七彩LED灯按形状或规律排列，就形成了一个独立的系统，对控制该系统的MCU编程后，就可以变幻出不同的效果。当然，这只是一个设想，考虑到景观照明所处环境的不同，这种景观照明设施必须按照所处的环境进行设计，因此本项目中未进行详细设计。

2014年3月绿色科技第3期5结语

此设计是我们参与江苏省大学生创新实践训练计划的省级立项项目，由于时间的限制，最初设想的完整系统还有部分功能未能实现，其中包括完整的多样化景观照明系统、设施故障自动检测功能、室内外一体化节能照明系统等，将在今后的日子里，视情况交由下一届同学继续完成，相信这套完整的系统必定会给将来实现智能化校园照明控制提供理论基础和部分技术支持。

参考文献：

[1] 郭天祥新概念 51单片机C语言教程[M]北京：电子工业出版社，2001

[2] 徐建华校园路灯智能控制系统设计[D]赣州：江西理工大学，2011

Abstract：In order tosolve the problemsofsingle control system ofcampusroad lightsandthe its energywaste，thisarticleconstructs a energy-saving control system of campusroad lights，which isdividedinto two parts the part of street lighting，the other part of landscape streetlightsThe part of street lighting can be divided into the street lighting section of the main road and the sectionwith fewerpedestrianat nightThrough the intelligent control of the three parts of streetlights，the energy waste problem of the lightscaused by a single control systemcan be solved

Key words：campus；road Lights；energy-savingcontrolendprint