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摘要：笔者主要从智能控制型路灯实现基本理论和优势，以及系统硬件电路的设计；等方面探讨了本文主题，旨在与同行共同探讨学习。
关键词：智能路灯；节能；控制系统；设计
路灯是城市的窗口和标志，是城市最重要的基础设施之一，它直接反映城市的建设水平和城市风貌，体现城市建设的现代化程度。采用人工控制方式实现路灯开关，需要大量人力来实现和维护；整个夜晚将路灯开着，又会浪费大量的电力资源。目前我国广泛采用的是通过光敏电阻或声敏电阻等传感装置感应外部环境光照强度或声音强弱，进而控制路灯的开与关。该控制方式的缺点是路灯的开、关具有随意性，环境中突发强光或弱光、突发强音都会引起路灯的开和关。因此需要开发一种既稳定又节能的智能路灯控制系统。
一、智能控制型路灯实现基本理论和优势
1. 智能控制型路灯实现基本理论
智能控制型路灯是运用先进的通讯手段，计算机网络技术、自动控制技术、新型传感技术与自动检测技术等构成的无线监控系统，快速准确地对道路照明、城市灯饰工程、广场照明、桥梁和隧道照明等系统进行智能监控，实现对远程路灯和电源实施遥控、遥测、摇监、遥视、摇信等功能，便于了解路灯运行状况以及它的维修和保养，能提高路灯运行质量和效率，为能源节约和创造节约型社会打下基础。
路灯智能控制系统一般由控制中心主站、各点测控分站、通讯系统三大部分组成。主站主要由电脑和网络构成，负责管理、控制整个系统的运行，其兼容性和容量大小可灵活配置；通讯一般采用无线或无线与有线相结合的方式，目前无线技术有GSM 短信息网、GPRS 数传电台、CDPD 公共无线数据网，或利用单片机实现路灯控制器的TCP/IP 协议（实现自己数据的高速传输和实时控制)等技术；而各分站点通过安装单片机或新技术装备（如LONWORKS 技术)构成其控制器，从而达到与主站通讯、接受命令、执行开关、控制电压、控制时间、反馈数据信息等功能。智能控制型路灯实现过程可以是多种多样，但无外乎都是：主站电脑控制中心+合适的通讯手段或方式+各分站集中智能控制器+路灯控制系统的模式，其一般实现原理如图1 所示。随着科技和信息产业的发展，图中任一个环节实现起来都可以采用其他方式或方法。
图1 智能控制型路灯实现基本原理
2.优势
（1）节约电力资源和保护路灯
减少了“全夜灯”、“后夜灯”、电灯在后半夜的高电压状态下工作的情况，这样不仅节约了电能资源，而且还保护了电灯，延长了其使用寿命。
（2）可实施远程监控和管理
智能控制路灯系统的采用将可对全部路灯进行实时、全程全天候地监控和管理，集中控制、监视和检查，大大减少了后期人力、物力、财力的投入，同时提高了巡查设备和路灯时的工作效率。
（3）及时反应和采取恰当措施保证低故障率
由于能实时对分站设备和路灯进行远程遥控、遥测和摇视，同时它们也能自己通过报警系统将数据反馈给主站系统，这样能及时发现故障和问题，并联系工人点对点地进行维修，避免逐站逐点巡查和发现问题、反应缓慢的情况。
二、系统硬件电路的设计
1.智能路灯控制系统
该智能路灯节能系统主要由电量检测电路、实时时钟、自耦变压器电路、显示电路及载波通信等电路组成。将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，使其在不同的季节有不同的开关灯时间。而从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段（高峰、正常、低谷)来对路灯进行控制。从实时时钟芯片中将当前的路灯工作状况进行相应的归类，由单片机输出控制接触器的线圈的断合，而其触点的输出分别控制自耦变压器的三个触头，对应着四个档位，每个档位对应着相应的路灯电压。由于电力传输中有谐波干扰造成电力不稳，要时刻检测路灯的电量，以电量芯片 ATT7028 检测出电流或者电压过高或者过低，将得到的信息传给AT89C51单片机，单片机同时与铁电存储器的信息相比较，如果发现电流或者电压过高或者过低，单片机马上做出调整，适当地降低或者升高电压，以实现对路灯过载、过压等各种功能进行控制，用电力载波通信技术将现场情况传送至监控室。
2.电力载波通信
为了实现控制室能够方便及时了解现场路灯运行情况，采用电力线载波通信技术将现场路灯检测运行的状况传送至控制室。以 LM1893集成芯片实现电力载波通信，LM1893是美国国家半导体公司生产的 FSK 制式的调制解调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信，具有发送和接收数据两种工作模式，能够与51单片机相兼容。LM1893调制解调数据输入端 DATAIN 与 AT89C51 单片机的串行输出口 TXD 相连，输出端 DATAOUT 与 AT89C51
的串行输入口RXD相连。LM1893的TX／RX发送接收控制端由单片机的 P1．O 端控制，高电平为发送状态，低电平为接收状态。路灯控制器接收到外部数据信息后，先要对所收数据的报文头和地址进行判断。当报文头正确，地址为本机地址时，它才执行相应的灯控命令，执行完后进入发送状态。
3.电量检测电路的设计
电量采集模块主要完成路灯电流和电压的数据采集。将采集到的信号转换为ADC电路可采集处理的模拟信号，通过电量芯片转换为数字信号送到单片机中，检测电压和电流是否超载，依据此来控制电路负载的电压。设计中采用三相电能专用计量芯片 ATT7028A，适用于三相三线和三相四线应用，能够测量各相以及合相的有功功率、有功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复功率多功能电能表的需求。同时将电量信号存入到铁电存储器AT24C24 里，该存储器数据不易丢失，以便有功电能历史记录的查询。ATT7028A提供一个SPI接口，方便与外部单片机之间进行计量参数以及校表参数的传递。设计中应用ATT7028A 测量电流和电压有效值，采用软件校表，通过 SPI 接口与外部单片机之间进行计量参数的传递，以此来检测路灯电压电流的有效值。另外对检测到的过载、过压等故障进行报警。
三、路灯节能控制系统的软件设计
1.需解决的问题
为了适应低端已经实现的功能，并且方便用户使用，需要建立一个具有足够交互能力的动态网站，使用户通过浏览器能够获得实时的信息，并且应用丰富的故障查询分析功能。为实现这一目标，需要解决以下问题：（1）低碳节能是人类社会永恒不变的主题，城市照明有很大的节能潜力可以挖掘。因此，要求该软件能够提供多种控制方式，可以根据时间、天气、纬度等进行灵活控制，在满足地面光照的情况下实现节能。（2）进行大量的报表统计。如何让浏览用户从大量的数据中方便快捷地找到所需要的数据是本系统成功的关键。（3）系统具有很好的实时性，可以实时显示 GPRS 的通信状态。（4）系统具有很高的可靠性，如果出现故障，轻则浪费资源（白天亮灯），重则造成交通事故（夜晚突然灭灯）。
2.Web 数据库的设计
Web 数据库系统维护费用低廉，软件版本的更新不用涉及用户，只需将服务器端的软件更新，这种方式简化了客户端的管理和使用，使系统的管理和维护集中于服务器上，具有很强的扩展性和可维护性。表 1 为系统的数据表名及其功能。限于篇幅，选取部分罗列。
四、智能路灯节能控制系统功能实现
1.仿真软件proteus简介
proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围件工具，主要由ISIS电路设计与仿真平台、ProSPIC模数混合仿真器、VSM单片机系统协同仿真和ARES PCB设计构成。proteus主要特点是：1)互动的电路仿真，用户可以实时采用诸如RAM、ROM、键盘、马达、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件；（2)仿真处理器及其外围电路，可以是仿真51系列、AVR、PIC、ARM等常用主流单片机，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程。
2.编辑环境KEIL C51
KEIL C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。KEIL的优点：（1）Keil C51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势；（2）与汇编相比，C语言在功能性、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
3.电路仿真
通过在proteus中搭建电路图，然后在KEIL中根据电路图编写相应的代码，然后生成HEX文件，在proteus中的单片机模型中加载生成的HEX文件，就可以看到仿真的效果。
路灯设定的开灯的时间是15：06，在15：05：59秒没有亮灯，效果图如图2（a)所示。但是在15：06：00开始亮灯，效果图如图2（b)所示
图2a 路灯关灯效果仿真图 图2b 路灯开灯效果仿真图
在实际应用中，我们可以任意设计路灯开、关时间，并根据实际需要设计多个开关时间段。基本可达到人多时灯亮，没人或人稀时灯灭，路人也可根据设定时间选择合适的通过时间，工作人员还可以根据天气、季节、节假日等任意设置路灯开关时间，从而最大程度地发挥路灯的利用效率。另外，路灯的开关时间设计精确度高、稳定可靠、可实现节能控制功效，具有较好的应用价值。
结语：
智能化路灯的普及是个大趋势，本文针对目前道路照明系统中存在的问题，从通讯网络和控制模式的角度，分析了智能路灯控制系统的设计，为下一步智能系统的实施和采用打下基础。
参考文献：
[1]陈凤贤.基于多智能体技术的智能路灯节能控制系统[J].自动化与仪表，2012（4)
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[3]周珊.智能路灯控制系统的设计[M].黑龙江科技信息，2012（11）
[4]卢伟华智.能路灯节能控制器的设计与实现[J].现代电子技术，2013（9)
[5]刘进宇.智能路灯控制系统设计与应用研究[J].计算机技术与发展，2015（6)
论文作者:常勇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/8
标签：路灯论文; 单片机论文; 控制系统论文; 智能论文; 电压论文; 系统论文; 节能论文; 《基层建设》2017年第13期论文;