关于路灯控制系统节能最大化的研究

欧庭飞

摘 要：路灯控制系统是城市建设的重要组成部分，对城市居民的出行、生活有着重要作用。同时，路灯控制系统在日常运行期间，大量耗费电能资源，不利于人类的可持续发展。为了贯彻落实国家提出的节能环保发展战略，有必要对路灯控制系统节能最大化进行深入探究，科学完善路灯控制系统，提高系统节能效果，减少电能资源的消耗。

关键词：路灯控制系统 节能 最大化

中图分类号：TM923  文献标识码：A    文章编号：1003-9082（2019）06-0-02

一、前言

路灯作为城市基礎设施之一，为城市居民生活提供了重要便利。随着节能技术的不断发展，路灯控制系统也逐渐向节能减耗方向发展，越来越多的路灯控制系统在绿色节能技术运用下，显著降低了能源消耗。但是目前很多路灯控制系统的节能方法缺乏科学性和完善性，导致路灯控制依旧存在一定弊端，能源消耗不能达到预期目标。基于此，本文对路灯控制系统节能最大化进行系统化研究，探索并设计出一种由路人及行人控制的现代化节能路灯系统，进一步提升路灯控制系统的节能效果。

二、路灯控制系统节能最大化方案

路灯在城市建设中属于重要的景观设施和公共安全设施，同时也是电力能源消耗的重要设施。以往路灯控制系统是按照四季天亮和天黑时间，对路灯开关加以控制，或者以光敏控制实现路灯控制，而在天黑到天亮这期间，不管有无车辆和行人通过，路灯都会保持开启状态，这样会大量浪费电能资源。为了有效实现智能照明，节约电能资源，加强环境保护力度，有必要对路灯控制系统设计节能最大化方案。在路灯控制系统设计中，为了最大化的实现节能目标，本文以车来前方灯亮、车走后方灯灭为设计目标，对路灯控制系统节能最大化方案进行合理设计。此方案当中，以微波传感器为感应装置，将其装在每个路灯杆左下部位置，对路灯下方车与人的存在进行动态监测。所有微波传感器都和51单片机实现顺利连接，在单边机接收到传感器传来的检测信号之后，单边机对内部有关程序进行执行操作。同时，单片机会将控制信号传输到外部驱动电路当中，有驱动电路对路灯状态进行控制。

三、系统所用器件和通讯方法

1.系统所用器件

根据上文的系统总体设计方案，可以发现51单片机还有微波传感器是系统主要应用器件：

1.1 51单片机

此器件具有可靠性好、组织结构简单、体积小、经济性高和控制能力强等特点，目前在多个领域都有广泛应用。51单片机虽然没有430单片机和STM32单片机的运算速度快，但是其模块功能可以充分满足多种路灯系统提出的差异化控制需求。同时，该器件具有良好的可拓展性，能够比较便捷的构成多种规模应用系统。相比其他类型的单片机，51单片机具有突出的价格优势，可以在运用中有效缩减系统造价成本。

1.2微波传感器

此器件是以多普勒效应原理为基础的移动物体探测器，主要包含了微波天线和微波振荡器两个重要组成部分。其在实际应用中，发射天线会有微波发出，在与被测物体相遇的时候会被反射或者被吸收，进而改变功率。微波检测就是通过接收天线对被测物体反射回来或者自行发出的微波进行接收，同时将相关微波向电信号方向转换，最后经测量电路进行处理。

2.系统通讯方法

路灯控制系统节能最大化方案设计中，首先需要通过外部电路将51单片机和微波传感器紧密的连接在一起，之后将所有路灯的驱动和51单片机引脚保持顺畅连接^[1]。驱动电路当中主要包含了220V交流电源还有电压继电器。最后，在驱动电路当中接入路灯，保持整体线路的顺利连接。

然后，可以结合实际需求，适当的调试、修改并整合微波传感器和51单片机当中的程序，促使两功能模块可以实现相互通讯。之后，通过对模拟车辆与行人的速度进行改变调整，动态观察并记录电脑当中的数据，对检测装置所反馈回来的各种数据精确度进行合理判断。所有连接都结束之后，电路可以有效的传输并转化信息，并经过多次试验保证电路始终保持畅通无阻的运行状态。

四、控制模式设计

由于此方案是通过道路参与者对路灯状态进行控制，不同地区的道路管理有不同的规定，并且两个相邻路灯之间的差距也有所不同，但是大部分地区路灯之间的间隔距离是50m，所以需要在此基础上综合考虑车辆驾驶人视野、行驶速度等因素，对路灯工作模式进行多元化设置。例如某道路在装上此路灯控制系统之后，行人或者车辆在进入道路首段，1号路灯当中分布的传感器对行人以及车辆实现实时监测，此时1至4号路灯都会自动开启，车辆或者行人继续向前走到2号路灯位置后，对应传感器检测到行人路线，此时5号路灯会自动亮起，在经过3号路灯对应感应区域之后，1号路灯自动灭掉的同时，6号路灯亮起。走到4好路灯对应感应区域之后，2好路灯自动灭掉且7好路灯自动亮起。按照这个次序逐步循环，也就是行人或者车辆达到n号路灯对应感应区的时候，（n-2）号路灯会自动灭掉，（n+3）号路灯会自动亮起，依次循环过程中，道路上行人或者车辆前方始终有3盏灯、后方始终有1盏灯保持照明状态，以满足其在道路中的照明需求。因为不同地区在道路建设中，路灯间距以及道路限速会有所差异，所以在此系统实际应用中，需要结合实际状况并进行反复实验之后，确定车辆前方亮灯具体数量^[2]。

五、硬件和软件设计

1.硬件设计

此系统当中的硬件设计，主要包含了220V交流电源、电压继电器、51单片机以及微波传感器。系统当中的微波传感器是检测装置，在检测到道路中车辆或者人的时候，检测装置会将低电平信号发射到单片机对应IO口当中。此控制系统中，核心部件是单片机，此部件可以全面识别低电平信号，并同时将高电平控制信号发送给外部驱动电路。由于高电平信号和电压继电器的线圈保持直接连接关系，所以线圈在获得电能之后，继电器就会常开触点闭合，此时交流电源和灯具之间会有回路出现，并且灯泡会亮起^[3]。

2.软件设计

单片机上电之后，其会先进入初始化状态，并且在初始化过程中定义所有控制端口和检测端口的地质。主函数设置中，需要先把单片机每一个IO扣设置为0，进而进入到循环扫描状态。检测装置对道路车辆或者行人实现检测之后，会将低电平信号发送到单片机当中，經由主程序扫描，把相应IO口设置成高电平^[4]。单片机在向驱动电路输入高电平之后，驱动电路会相应的做出处理。程序流程图可见图1。

六、测试方案与结果分析

1.测试方案

由于在实际道路中具有较大的检测难度，所以对设计方案进行测试的时候，选择一块木板来代表马路，并逐个设置上直流灯泡代替道路路灯。在木板下方装上单片机，并按照真实路灯像是组装各部分装置。以玩具汽车代替道路行驶车辆，并将其行驶在模拟道路当中，对模拟道路当中每个路灯状态进行详尽观察，并做好数据记录^[5]。

2.测试结果分析

通过上述测试，可以发现行人或者车辆进入到1号模拟感应区之后，1号、2号、3号、4号路灯亮起;行人或者车辆进入到2号模拟路灯感应区之后，1号、2号、3号、4号、5号灯全部亮起;在行人或者车辆进入到3号模拟路灯感应区之后，2号、3号、4号、5号、6号路灯全部亮起，同时1号路灯熄灭;在行人或者车辆进入到4号模拟路灯感应区之后，3号、4号、5号、6号、7号路灯全部亮起，同时2号路灯熄灭;在行人或者车辆进入到5号模拟路灯感应区之后，4号、5号、6号、7号、8号路灯全部亮起，同时3号路灯熄灭，以此类推。同时，在堵车、车速不定等因素综合考虑之下，反复进行测试，所有结果都证明此系统可以满足道路照明的多样化需求，设计方案当中的各种功能都可以实现。

七、结束语

为了实现路灯控制系统的节能最大化，本文将道路参与者设计为路灯系统控制者，并且在系统中合理运用51单片机以及微波传感器对道路参与者进行动态检测，能够对路灯系统运行电能实现最大程度的节约。将此控制系统与光敏控制、时钟控制等多种节能措施相结合，可以进一步提升路灯节能效果。

参考文献

[1]鹿岩松，曲哲，吕珂玮.路灯节能控制系统设计及其软件实现[J].中国新技术新产品，2017（10）：140-140.

[2]李刚.路灯节能智能控制系统设计[J].教育现代化，2018（13）：174-174.

[3]董珺慧，张静，陆佩怡等.节能路灯控制系统设计[J].信息与电脑（理论版），2017（2）：169-169.