摘要：随着社会经济的快速发展，人们的夜间出行越来越频繁，夜晚的路灯照明也成为了城市建设的重中之重。路灯是城市作为亮化工程的重要组成部分，越来越被政府所重视，大量的资金投入使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩。但问题也随之而来，大量的路灯照明不仅造成能耗的节节攀升，电费支出过多等问题也越来越突出，由此产生的维护量也相应增大，特别是现在社会要求环保节能更是给我们的路灯照明带来更严峻的技术挑战。因此，我们本着节能减排，保护环境的目的，开发设计出了智能路灯。本研究与设计是通过软件控制，利用自动控制系统来实现太阳能收集光能并转换为电能存储在蓄电池中，进而给路灯输送电能；利用环境亮度采集模块控制路灯的夜间开启时间，利用PWM脉宽调制技术实现路灯分级调光，最后利用超声波传感器和红外热释和声音传感器检测是否有路人或者车辆经过路灯，如果有路人或者车辆经过路灯时，路灯能进行相应的调光。由此减少路灯的电能损耗，达到节能减排的目的。
关键词：智能路灯；控制器；设计
引言
路灯是城市的窗口和标志，是城市重要的公共设施，它直接反映了城市的建设水平和城市风貌，更加显示了城市的现代化程度。因此，让路灯保持良好的运行和工作状态，对城市的美化和建设都是十分重要的。建国以来特别是改革开放之后，城市路灯已从单纯的照明发展成为美化城市环境改善投资形象的重要组成部分。在现代化的大中城市，政府管理部门以及富裕起来的市民对城市亮丽风景线的道路照明及发展水平，提出了越来越高的要求。
1路灯控制系统及通讯方式简介
路灯控制系统一般由控制室、集中器和路灯控制器构成。其中控制室由数据库、服务器软件、操作客户端软件等构成，实现路灯数据的存储、与集中器的通讯、用户的操作等功能；集中器一般安装在使用现场，用于实现服务器和路灯控制器的数据中转、指令转发、本地控制策略执行、路由管理等；路灯控制器安装在路灯或灯杆上，实现路灯的控制、运行参数采集和报警等功能。其中路灯控制器分为单灯控制器、双灯控制器等，是路灯控制系统中数量最多，使用环境要求最苛刻的设备。
路灯控制系统的主要特点有：1）节点数量多。一个城市或区域的路灯数量最多可达几万盏，甚至数十万盏；2）分布区域广。一般随公路呈链状或双链状分布，分布面积可多达几十平方公里；3）使用环境要求高。供电系统的电力质量，包括电网布线、谐波、电压波动等参差不齐。现场设备，如路灯控制器、集中器等，对防水防尘等级、抗震能力、防雷等要求较高。因此，基于通讯速率、通讯距离、布线成本和布线难度等方面考虑，目前路灯控制系统的通讯网络一般为双层混合网络。
2智能控制路灯的前景
据统计全球照明用电占全部用电的20%，而其中的很大一部分又是用在户外照明。而中国已经安装的路灯大约有2亿盏之多。路灯的平均功率大约是200瓦，假定每天开启时间为10小时，那么，2亿盏一年就是1460亿度电；而中国最大的水电站长江三峡水电站的26台机组完全投产以后每年的发电量才847亿度电。现在的路灯还在以每年2000万盏的速度增加。路灯智能控制的时代早已到来，它将改进传统路灯人为的机械化操作，以路灯智能控制的照明方案将达到更加节能、环保的智能操控。
同时，现行大部分路灯监控系统存在一系列问题，如下：（1）功能单一，扩展性差。只提供路灯的开关功能，不具备日常自动工作功能，路灯系统的故障、数据报表统计等功能需要人工来完成。（2）控制方式落后。当前路灯控制还停留在手动控制阶段，受季节、天气和人为因素影响很大，无法及时修改开关灯时间，极易造成能源浪费。（3）日常维护困难。现有路灯照明设施的管理工作主要采用人工巡查模式，工作量大。故障不能实时、准确、全面地监控整个照明系统的运行状况，缺乏有效的故障预警机制。有时因维修不及时还会诱发安全事故，危及大众的生命和财产安全。
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路灯智能控制系统结合实际需要，能够进行定时控制，通过设定单次模式、每天模式、节约模式、经纬度和日出日落模式，实现对能源的高效、科学地管理。能够对整个系统的路灯智能控制管控，分别控制单灯、群灯和线路，同时具备远程实时监控功能，能够非常便利地对路灯进行管理。系统拥有超强的拓展性和可靠性，数据库对数据的检测管理能力强大。简洁、人性化的操作界面设计符合管理人员的操作需求。
3智能控制路灯的基本原理
智能LED路灯对比一般的路灯，它主要的优势就是节能、环保、自动控制。本路灯采用的是PWM调光技术，可以调节的亮度是额定亮度的40%-100%，能实现8个亮度等级的调节。当在夜晚的规定时间或者在雨雾阴暗天气里，光敏电阻检测到环境亮度低于设定值时，控制继电器吸合，单片机控制模块使路灯点亮，并由低亮度状态调节到额定亮度的100%。并且路灯采取了太阳能电池供电系统，利用了全自动太阳能跟踪电源系统令太阳能电池板随太阳的运动而运动，使其始终与太阳光保持垂直，确保太阳光的最大利用率，当太阳光亮度减弱到一定程度后，太阳能系统将停止运作，此时能够自动运行路灯模块，直到太阳光亮度增强超过设定值后，路灯模块关闭，太阳能模块开启。通过太阳能发电系统能减少市电需求，进一步降低路灯运行成本。
4路灯控制器硬件及软件设计
4.1路灯控制器电源输入部分和输出部分
路灯控制器的电源输入部分主要包括4个环节，即市电输入、蓄电池输入、太阳能电池输入、充放电及供电切换电路。通过正确的操作，就可以实现太阳能电池对蓄电池的充电控制和放电控制，还可以向一些电路提供电源。而路灯控制器的输出部分包括短路保护电路和软开关等主要构成部分，在处理器的控制下，实现短路保护、稳压输出及特殊的通断服务等活动。
4.2路灯控制器数据采集显示控制部分
数据采集显示控制部分主要由控制按键、LED显示电路、温度采集和均衡电路等构成。控制按键可以使控制器进入测试状态，菜单选择键可以选择特定的工作模式，参数选择键可以设置特定模式下的运行参数。
4.3处理器部分
处理器在整个系统中相当于电脑的应用软件，需要对已收集的数据进行正确的分析整理，进而作出正确的判断，实现对照明系统多种活动的控制，最终实现对蓄电池的充放电控制、对控制器的保护控制等。例如，当太阳能电池无法正常供电时，市电可以通过特定的切换措施，自动、单独地给负载供电，由此减少市电对蓄电池等部件的损害。
4.4路灯控制器软件设计
控制器在完成基本操作后，识别特定的参数，进而进入白天、黑夜的辨别程序，再根据判断结果进行程序处理。值得注意的是，在这个过程中，可以实现白天和黑夜智能判断，参与这个环节的重要因素是太阳能电池的相关参数。除此之外，还可以通过预留的光敏传感器的信号来判断。控制器还具有测试功能，当按下测试按键后，就会进入测试状态，中断服务程序。
结语
太阳能技术的应用，为解决世界能源危机带来了新的希望，而LED灯与太阳能的完美结合为人们的照明及节能减排行动打开了新的探索之门，这将是一个潜力无穷的发展方向。本文设计的LED路灯控制器具有多种功能，弥补了之前设计中的诸多不足，可用于路灯改造，而这将节省一大笔投资，节能效果极其显著。
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论文作者:田军1,谢晶2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
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