一种智能型LED路灯控制器的设计

成益盈

摘 要：随着经济的快速稳定发展，我国城镇化建设进入蓬勃发展时期，城镇照明、夜景照明作为城镇建设的重要组成部分，直接关系到人民群众的生产生活和城镇形象。城镇路灯的使用数量大幅增加，但是，当我们把重点放在路灯照明美化城镇的时候，却忽略了现有路灯在实际中存在的严重浪费电能的缺陷。文章从实际情况出发，充分考虑时间和路段人流量情况，设计出智能型LED路灯控制器，实现分时段对路灯亮度自由调节，真正做到从细节杜绝浪费，节约能源，保护环境，为实现“节能减排”的中国梦做努力。

关键词：智能；分时段；节能

1 研究意义

建国以来，我国的路灯经历了人工控制、时控方式、光控方式三个阶段，到现在已经完全实现了路灯的智能控制。智能路灯已经成为城镇建设不可缺少的公共设施，同时智能路灯的严重浪费电能的缺陷也变得日趋明显。浪费电能主要体现在以下两个方面：

（1）整个晚上路灯的亮度不可调，始终保持在100%亮度，没有根据具体时间、地点和人流量情况定义灯的亮度，没有充分利用化整体为部分的思想，即把晚上分成几个阶段，分别设置每个阶段灯的亮度。

（2）高压钠灯功耗大，电源效率低。例如通常标准250w的高压钠灯，其整体功率消耗一般在307w左右，电源效率在66.8%；功率大，铺设成本高。由于功率大，采用的铺设铜的直径较粗，使成本加大；亮度可控性差，对于高压钠灯有专用的升压电源给其供电才能点亮，其亮度不能瞬态快速改变，在夜晚路灯节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会使路面存在阴影区，产生忽明忽亮的现象，人的肉眼对某一种亮度的光线具有相对稳定的适应性，所以忽明忽暗的亮灯模式会产生一定的危险性，而且也不能满足城市道路照明设计标准的要求。

伴随着经济的快速、稳定发展，我国的城镇化建设进入了一个日新月异、蓬勃发展的时期。城镇照明、夜景照明作为城镇建设的重要组成部分，直接关系到人民群众的生产生活和城镇形象，直接反映了一个城镇的建设水平和城镇风貌。近年来，特别是党的“十八大”提出加快“城镇化建设”的政策之后，城镇建设的规模更是空前绝后，城镇路灯的使用数量大幅增加，路灯控制水平的高低更是反映了一个城镇的现代化程度。但是，当我们把重心放在路灯照明美化城镇的时候，却忽略了现有路灯在实际中存在的严重浪费电能的缺陷。是的，我们现在的路灯的确做到了智能控制，的确做到了路灯开、关的准确性和及时性，但是，我们却未能做到节能。而且路灯在我国电能消耗比例中占有相当大的比重，所以节能LED路灯的使用，无疑会对我国的大气环境、雾霾天气等的改善起到重大作用。

2 设计方案与思路

2.1 设计方案

本方案克服现有路灯的非节能等缺点，实现一种新型的智能节能路灯控制，通过单片机与时钟芯片的精准控制，用可调的PWM波分时分段的控制灯的亮度，实现360度无死角的杜绝电能浪费，通过日出日落实现灯的亮灭，达到无人值守的自动控制目的。真正做到无缝控亮，从细节杜绝电能的浪费，实现节能减排、方便实用的目的。具体设计方案见图1。

2.2 基本思路

Stc89c52主控模块通过采集DS1302实时时钟时间，精准的控制各时段的定时，然后通过采集ad转化模块的光感电压来控制灯的开和关，PWM波的值4～9六档均可通过键盘自由调节，数码管显示模块通过与单片机的连接，读出时钟芯片的时间和PWM波四段的各档调节值。把各模块的软件部分综合起来调试完成，最后由驱动电路实现弱电和强电的连接，包装成成品投入实用。

2.3 各模块功能

（1）Stc89c52：主控模块，整个控制器的大脑。（2）DS1302：实时时钟芯片，产生时间，由Stc89c52读取并且存储。（3）按键：本模块和主控模块连接，调节时间和PWM波的值。（4）PWM模块：本模块主要用来调节灯的亮度，PWM波是通过定时器产生，然后送给主控模块，主控模块再送给与其连接的LED灯。（5）数码管：数码管的目的是用来显示，以上模块中的所有进程都是在主控模块的内部进行，我们人不能够感知，但是通过数码管的显示之后就可以清楚整个控制器的进程，可以说它是控制器的窗口。数码管显示的内容是：小时、分钟，四个阶段的PWM波的值。只要我们通过按键调节其中任意一个内容，其都会在数码管上显示，比如时间、PWM波值。（6）光敏：实时采集外部光线，采集的信息通过AD模数转换模块送给主控芯片。（7）AD模数转换（pcf8591p）：把模拟信号转化成数字信号，送给主控芯片。（8）驱动电路：本模块作用是把产品从实验阶段变成实用阶段，通过接到220V来驱动大电流，实现大量的LED灯正常工作。

2.4 LED路灯控制器电路原理图（图2）

2.5 灯的选用比较

本方案采用LED灯，其亮度高、功率低、寿命长、无污染，与传统高压钠灯相比，具体优势见表1。

2.6 经济分析

假定我们把晚上分成五个阶段：

（1）天黑（光感判断）灯自动亮到20：00时；（2）20：00时到22：00时（2小时）；（3）22：00时到00：00时（2小时）；（4）00：00时到凌晨05：00时（5小时）；（5）凌晨05：00时到天亮（光感判断）。这五个阶段灯的亮度分别为100%，90%，80%，60%，100%。经济节约计算如下：

每盏灯正常工作0.5度/小时，每盏灯每天节约电量（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）1万支路灯共节约电量（度）R：

R=365*100000*W=41975000（度）

这样算下来一个城市每年可以节约近4.2千万度电，具体见表2：

3 结束语

3.1 与现代路灯比较的优势

现在的路灯的亮度始终保持在100%，存在严重浪费。其采用的节能方式通常有两种：（1）采用隔二亮一的方式，但是隔二亮一的方式会使路面存在阴影区，产生忽明忽亮的现象，人的肉眼对某一种亮度的光线具有相对稳定的适应性，所以忽明忽暗的亮灯模式会产生一定的危险性，而且也不能满足道路照明环境比SR所提出的要求。（2）选时段关闭，比如在后半夜人流量少的时候关闭1到2个小时。缺点是不利于本时间段行驶的车辆的安全。

而本项目所设计的作品恰好填补这一缺点，利用灯的亮度可调节性优势，充分利用各时段人流量的情况来安排灯的亮度，功能更细化，更人性化，实用性更强，且节约电能明显。

3.2 主要创新点

本路灯控制器把夜晚分成5个时间段（时间段可以根据实际安装路灯路段人流量状况设定），且每个时间段灯的亮度均可实现40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%七个值的自由设定，这是本方案的最突出特点，也是区别于现代路灯整个晚上都是100%亮度的最显著特征，并且路灯安装有红外感应热释器，防止人为设置路灯亮度过低而影响行人正常通行，实现分时段对路灯亮度自由调节，所以本路灯控制器真正做到了从细节杜绝浪费，节能、高效、环保、人性化。

参考文献

[1]缪一苇，杨善水，芦叶暄，等.智能路灯控制系统[J].能源与节能，2014，9.

[2]陈运军.城市LED路灯无线智能控制系统设计[J].信息技术，2014，5.

[3]国建岭.基于GPRS的智能路灯控制设备的设计[J].中国照明电器，2014，2.

[4]童诗白，华成.模拟电子技术基础[M].北京：清华大学电子学教研组，2006.

[5]何利民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[6]李中华.控制电路及应用[M].北京：清华大学出版社，2006.