路灯自动控制管理系统

路灯自动控制管理系统（精选12篇）

路灯自动控制管理系统 第1篇

随着社会进步和人们生活水平提高, 城市道路照明和城市夜景照明已成为城市规划、建设和管理中的一项重要工作。但是, 如何实现节能降耗却缺乏统筹的考虑, 各种有针对性的节能技术的研发十分滞后[1]。基于这种现状, 本文设计一个夜间自动控制照明的智能系统, 可自动调节路灯亮度, 满足居民照明需求, 并能迎合社会节能减排主题, 具有重要实用价值[2]。

1 总体设计

智能路灯感应系统总体结构如图1所示, 该系统包括光电传感器发射端、接收端、光强检测电路、单片机及外围电路、驱动电路、路灯。白天光线强度较强时, 光敏电阻较小, 光强检测电路输出的光强信号, 经单片机控制灯管为熄灭状态, 因此白天灯不亮, 节约能源。当夜晚光线强度较弱时, 光敏电阻阻值变大, 光强检测电路输出的光强信号输入单片机, 同时光电传感器在探测范围内感应有无运动物体通过, 当物体到达感应器的探测范围内时, 将接收端的信号经过处理后送入单片机, 单片机输出的信号, 经驱动电路驱动双向晶闸管导通, 使灯管发光;当物体离开感应器的探测范围时, 通过延时电路控制灯管继续发光一段时间后熄灭[3]。此系统在需要时能为道路提供照明, 不需要时停止工作, 可节约能源[4]。

2 电路结构及其原理

系统的结构设计如图2所示, 包括光电传感器发射端、接收端、调理电路、延时调节电路、光强检测电路、单片机及外围电路、显示电路、驱动电路及其外围电路、双向晶闸管、路灯[5]。单片机的输入信号有光电检测信号、光强信号和延时调节信号, 单片机输出延时信号到显示电路对延时的时间进行显示, 同时单片机输出信号到双向晶闸管驱动电路, 实现对双向晶闸管的驱动, 控制路灯发光和熄灭。

智能路灯感应装置的光电检测电路如图3所示, 该电路采用光电传感器实现对光信号的检测, U1-1为光电传感器的发射端, U1-2为光电传感器的接收端, 检测发射端和接收端之间有无物体通过, 得到的电信号输入单片机进行处理[6]。

光强检测电路如图4, 光敏电阻U2的阻值随光照强弱而改变, 电位器RV2调节至一定电阻, 将光敏电阻和电位器通过双电压比较器集成电路进行比较, 得到的光强信号输入单片机进行处理。

双向晶闸管及其驱动电路见图5, 包括控制芯片KC05, 隔离变压器和双向晶闸管, KC05输出驱动信号到隔离变压器缘原边, 经隔离变压器, 驱动双向晶闸管, 实现控制路灯的发光和熄灭[7]。

3 软件流程

主程序软件流程图见图6, 在初始化之后, 首先对光强信号进行判断, 若光强较弱, 且有物体进入探测范围, 则单片机进行编程控制[8,9], 输出经双向晶闸管驱动电路驱动双向晶闸管导通, 控制灯亮, 当检测到物体离开探测范围后, 单片机控制延时一段时间再控制灯灭;若光强较强或光线较弱没有物体通过时, 控制灯灭。

4 结语

毫无疑问, 节能与绿色发展是时下必然趋势。本系统旨在运用所学电路知识设计路灯控制系统, 达到节能的目的。目前国内外相关应用还处于起步阶段, 本系统具有广阔前景及良好社会效益。当然, 本系统在大规模实际应用中还有不少优化空间。例如, 进行激光传感器的测试, 红外传感不失为另一种有效可行的方法。如果将发光二极管替换成蜂鸣器, 完全可以变成一套防盗报警系统。此外, 在单片机中写入计数程序, 又能起到统计车流量的效果。如果本系统方案大规模运用于生产生活中, 必能起到可观的节能效果。

摘要：设计并制作一种智能路灯控制系统。在设定的夜间工作时间段内, 有无车辆经过时, 接收器接收到的光信号强弱发生变化, 交由单片机处理, 自动控制部分路灯的开闭。设计的控制系统在夜间能有效实现路灯作业控制的智能化, 有利于社会的节能减排, 具有重要的实用价值。

关键词：路灯,节能,光信号,单片机

参考文献

[1]张智伟.城市路灯的精细化管理[J].电力需求侧管理, 2005, 7 (2) :40-41.

[2]肖丽仙.基于单片机的网络化路灯控制系统设计[J].国外电子测量技术, 2006, 25 (2) :51-53.

[3]王振寰, 王振明.智能路灯控制器[J].信息空间, 2000 (2) :14-16.

[4]东流.路灯原理与展馆建设[J].中国市场:会展财富, 2005 (08) :20.

[5]定宇.反馈控制系统设计与分析:MATLAB语言应用[M].北京:清华大学出版社, 2000.

[6]胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社, 2006.

[7]张立群, 袁宏伟.单片单板机定时控制器在工厂路灯控制中的应用[J].应用能源技术, 1998 (4) :33-34.

[8]郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2000.

模拟路灯控制系统设计报告 第2篇

院 系：

电子通信工程

团 组：

姓 名：

指导老师：

目录

一、设计任务求„„„„„„„„„„„ 3

二、系统方案论证与选择„„„„„„„ 5

三、系统硬件的设计„„„„„„„„„ 8

四、系统软件的设计„„„„„„„„„10

五、参考文献„„„„„„„„„„„„12

六、结论„„„„„„„„„„„„„„13

附录„„„„„„„„„„„„„„„14

附录 1 程序代码„„„„„„„„„„„„14 附录 2 硬件原理图„„„„„„„„„„„20 附录 3 PCB图（部分）„„„„„„„„„„23

一、设计任务求

1）、任务

设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。

LED灯1输入、显示装置LED灯2单元控制器1单元控制器2支路控制器

图1 路灯控制系统示意图

LED灯240定位点404020MLED灯1S’4040ACBS

图2 路灯布置示意图（单位：cm）

2、要求

1．基本要求

（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。

（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

3（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。

（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。（5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。2．发挥部分

（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。

（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。（3）其它（性价比等）。

3、说明

1．光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。2．自制的LED驱动电源不得使用产品模块。

3．自制的LED驱动电源输出端需留有电流、电压测量点。4．系统中不得采用接触式传感器。

5．基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯状态变换点”（S、B、S’等点）垂线间的距离，要求该距离≤2cm。

二、系统方案论证与选择

根据题目要求，系统主要应包含电源模块、主控模块、实时时钟DS1302模块、1602显示模块、按键123模块、路灯LED 灯1和2模块、环境明暗变化检测光敏模块0、交通路况检测光敏模块1和

2、路灯故障检测激光位置检测传感器及光敏模块1和

2、出现故障蜂鸣器报警等组成，如图2 所示。

图2 1.系统控制模块方案的选择

方案一：采用SPCE061A 单片机进行控制。虽然SPCE061A 凌阳单片机具有强大功能的16 位微控制器，I/O 口资源丰富，存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。但是，它不是最常用的单片机，从而加大了使用和功能实现的难度，成本也较高。

方案二：采用STC89C52 单片机进行控制。该单片机具有IAP 功能，支持在线下载，内部集成了EEPROM，STC89C52 是我们比较熟悉的一种常用单片机，指令系统和AT89C51 兼容，价格便宜，容易购买。鉴于以上优劣分析，本设计采用方案二。2.时钟模块方案的选择

方案一：采用软件设计时钟，程序复杂，精度低，调试困难，占资源多，断电后时钟也停止运行。

方案二：采用时钟芯片DS1302，电路简单，时钟精度高，只要将时钟数据读取送显示即可，占资源少，具有后备电源接口，主电源断电后时钟依然在低功耗状态下运行。鉴于以上分析，本设计采用方案二 3.显示模块方案的选择

方案一：采用数码管显示。由于本系统需要显示的数据比较多，采用LED 数码管需要用动态扫描，占用资源比较多，闪烁感强。方案二：采用1602LCD 液晶显示，显示内容丰富，画面稳定不闪烁，抗干扰能力强，且功耗很低，符合环保节能要求。

鉴于以上分析，本设计采用方案二。4.按键模块方案的选择

方案一：采用矩阵键盘，程序复杂，电路复杂，调试困难，占资源多。方案二：采用独立按键，电路简单，编程方便，占资源少；且独立按键能够满足本系统设计要求。鉴于以上分析，本设计采用方案二。5.判物模块方案的选择 方案一：采用红外对射的方式红外对射又叫“光束遮断式感应器”当光线被遮断时通过电路发出警报。红外线是一种不可见光，为非触性传感器，红外检测的优点是便宜，易制，安全，安装方便，隐蔽性好，缺点是精度低，距离近，方向性差，是工业中比较常用的一种判物传感器。

方案二：快超声波测距的优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，所以倒车雷达多半使用超声波，缺点是精度较低，检测物体位置需要设定阈值，测得数据不稳定，且成本较高。

方案三：激光传感器为非触性传感器，激光检测物体有没有通过某一位置时非常精确而且稳定，硬件电路简单方便，成本低廉适于本方案设计。

鉴于上面分析，本设计采用方案三。6.测光及故障检测模块方案的选择

系统采用廉价的光敏电阻模块可以检测周围环境的亮度和光强，灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节），数字开关量输出（0和1），设有固定螺栓孔，方便安装，作为测光及故障检测的传感器，效果很好。

三、系统硬件的设计

1.按键及显示模块

采用3 个独立按键和1 块1602 夜晶显示器，其中1个按键用于复位，1 个按键用于模式切换及确认，1 个按键用于设置调整开关灯时间，显示器用于显示年月日周几及系统实时时间、开关灯时间、路灯故障信息等。2.硬件设施搭建

LED灯240定位点404020MLED灯1S’4040ACBS

根据上图用泡沫板模拟道路、用led灯模拟路灯并且两路等间距为80cm、在灯杆顶部led灯旁安装光敏传感器模块——用以探测led灯的亮暗情况从而得知路况、定点S、B、S~等三处且在这三处路的正对两边安装激光收发器——用以探测有没有车辆通过、在定点S向A的反方向安装一个光敏传感器模块——用以检测周围环境的明暗变化。3.最小系统版设计

如下电路图所示，根据一下电路图设计出最小系统版及相关扩展电路。

四、系统软件的设计

软件设计的框图如下图所示：系统初始化后进入液晶LCD1602正常显示实时时间及年月日星期几、按按键0复位、按按键1进入相关设置。流程图如下所示

11

五、参考文献

[1] 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社，2005年.[2] 阎 石.数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社，2005年.[3] 刘爱华 满宝元.传感器原理与应用技术.人民邮电出版社，2011年.[4] 马 彪.单片机应用技术.同济大学出版社，2010年.[5] 郭天祥.51单片机C语言教程.北京: 电子工业出版社，2012年.[6] 刘建清.轻松玩转51单片机C语言.北京航空航天大学出版社，2011年.[7] 彭 伟.单片机C语言程序设计实例100例.北京: 电子工业出版社，2011年.六、结论

此方案的系统设计符合2009年全国大学生电子设计竞赛试题（I题）的要求，是一个低成本，高可靠性的解雇方案，经过功率扩大、电网通讯等方面的改良，可以用于实际路灯控制。附录„„„„„„„„„„„„„„„

附录 1 程序代码

*----------------名称：LCD1602.h 论坛：(unsigned char com);void LCD_Write_Data(unsigned char Data);void LCD_Clear(void);void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s);void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data);void LCD_Init(void);#endif

*----------------名称：DS1302.h 论坛：www.doflye.net 编写： 日期：2012.8 修改：

内容：

-----------------*/ #ifndef __DS1302_H__ #define __DS1302_H__

#include #include

sbit SCK=P1^4;

sbit SDA=P1^5;

sbit RST=P1^6;//复位脚

#define RST_CLR RST=0//电平置低 #define RST_SET RST=1//电平置高

//双向数据

#define IO_CLR SDA=0//电平置低 #define IO_SET SDA=1//电平置高 #define IO_R SDA //电平读取

//时钟信号

#define SCK_CLR SCK=0//时钟信号 #define SCK_SET SCK=1//电平置高

#define ds1302_sec_add 0x80 #define ds1302_min_add

0x82 //秒数据地址

//分数据地址 #define ds1302_hr_add

0x84 //时数据地址 #define ds1302_date_add

0x86

//日数据地址

#define ds1302_month_add 0x88 //月数据地址 #define ds1302_day_add

0x8a //星期数据地址 #define ds1302_year_add

0x8c

//年数据地址

#define ds1302_control_add 0x8e //控制数据地址 #define ds1302_charger_add

0x90

#define ds1302_clkburst_add 0xbe

extern unsigned char time_buf1[8];//空年月日时分秒周 extern unsigned char time_buf[8];//空年月日时分秒周 /*-----------------

向DS1302写入一字节数据-----------------*/ void Ds1302_Write_Byte(unsigned char addr, unsigned char d);/*-----------------

从DS1302读出一字节数据-----------------*/ unsigned char Ds1302_Read_Byte(unsigned char addr);/*-----------------

向DS1302写入时钟数据-----------------*/ void Ds1302_Write_Time(void);/*-----------------

从DS1302读出时钟数据-----------------*/ void Ds1302_Read_Time(void);/*-----------------

DS1302初始化-----------------*/ void Ds1302_Init(void);#endif

*----------------名称：DELAY.h 论坛：www.doflye.net 编写： 日期：2012.8 修改：

内容：

-----------------*/ #ifndef __DELAY_H__ #define __DELAY_H__ /*-----------------uS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值

unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是

0~255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编,大致延时

长度如下 T=tx2+5 uS

-----------------*/ void DelayUs2x(unsigned char t);/*-----------------mS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值

unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是

0~255 这里使用晶振12M，精确延时请使用汇编-----------------*/ void DelayMs(unsigned char t);#endif 附录 2 硬件原理图 如下图所示

城镇路灯智能控制系统的研究 第3篇

关键词：路灯；能源损耗；单片机；智能控制

中图分类号：TP273

单片机是一种结构简单，功能丰富，价格相对低廉的一类控制芯片，其可以与其他输入输出设备组成智能监控系统，按照预定监控要求对监控对象进行数据采集和功能控制，还可以非常方便的实现与远程控制终端的连接，组成功能更为强大的智能监控系统，使用计算机对监控系统中的各个路灯的状态、信息等进行实时监控和记录，进而根据环境或其他条件对路灯的工作状态进行控制，提升路灯管控效率。

1 基于单片机的路灯智能控制系统构成

总结现有路灯控制需求可以将路灯智能控制系统分为以下几部分模块：远程控制中心、现场控制模块、光强测量模块、时钟信号模块、通信模块等。上述模块整体构成两个部分：远程监控部分和现场数据采集与功能执行部分。其中远程监控部分由计算机构成，现场单片机控制芯片使用MC68HC908GT16，光强检测芯片使用TSL2561，通信模块使用标准RS232接口。

2 远程监控端工作原理

由上节可知，整个控制系统由远程监控部分和现场数据采集与功能智能两部分构成。远程监控部分利用数据库模块、操作与控制模块、城镇路灯系统线路模块等对路灯进行控制、管理与存储等。其中数据库模块用于对收录的路灯进行编号、数据存储等；操作与控制模块用于向控制现场发送功能指令或接收控制现场采集和反馈的实时信息等；路灯线路模块用于向管理人员图形化显示各路灯状态以及路灯结构图等信息。控制中心通过RS232串行通信端口与单片机进行通信，该通信过程是双向的：计算机可以向单片机发送可控制指令，也可以接收单片机传输来的实时采集信息，便于路灯控制与故障分析等操作。为简化系统结构，可以将计算机与单片机之间的通信设计为广播式通信，计算机通过控制总线向单片机发送指令信息，单片机接收到信息后进行地质分析与识别后确认是否需要执行相关的命令操作。

3 现场控制系统工作原理

现场各功能模块相互协调工作可以实现下述几部分功能：光强测量模块可对当前环境内的光线进行采集与分析，若环境光线不足，则会向单片机发送请求指令，申请单片机驱动点亮路灯；实时时钟模块则是为整个系统提供统一的时钟信号，还可以通过编程等功能控制路灯的定时开关；通信模块用于与上位机，即远程控制计算机进行数据通信，同时在故障时还可以与故障检测设备通信，便于确定和排除故障。除此之外，系统还是用了脉冲宽度调制模块对驱动电路的输出电流进行控制，进而对路灯的明暗程度进行调整。

3.1 光强测量模块功能。本文所选用的光强测量芯片具有高速、低功耗、可编程等特点，可以对1到70000Lx范围内的光照强度进行测量，测量后的数据可以直接转换为数字信号在控制系统中传输。该芯片可以很好的完成相关功能，还能够节约能耗，符合节能控制的发展趋势。

该模块中的光感应器件可以对路灯周围的亮度进行采集，采集到的信号经过A/D转换模块转换为可衡量和处理的数字信号，该数字信号被传送到单片机中进行分析和处理可以获得路灯的工作状态相关参数。当路灯周围环境发生变化时系统可以控制路灯相关参数随之发生变化，实现对环境的自适应。如环境较为明亮时单片机可以控制驱动电路调适当降低路灯的输入电流，环境较为暗淡时单片机可以控制驱动电路适当提高路灯的输入电流，这样可以保证路灯处于工作状态与能源损耗的最佳平衡状态。

3.2 实时时钟模块功能。在选取时钟模块时要综合考虑系统的性能需求和各硬件设备的工作参数。本文选用DS12887芯片为控制系统提供时钟信号。所提供的时钟信号主要用于向单片机、通信模块以及采集部分提供时钟信息，确保各各设备信号周期的一致性和准确性。除此之外，还可以在单片机中根据时钟周期以及实际路灯应用环境设计定时功能，应用该功能可以控制路灯的开关时间，减少操作人员的工作量。

3.3 通信模块功能。远程监控计算机中标配有RS232串口通信端口，但是在现场控制端，单片机及其相关硬件在指令和数据传输中使用的TTL电平，这种信号传输方式与RS232所使用的信号传输方式是不兼容的，故在进行数据通信时需要在两者中添加接口转换模块，该模块实现串口电平与TTL电平之间的相互转换。

在现场监控时，单片机所接收到的数据信息以及控制信息可以通过通信模块以有线或无线的方式传送到远程监控端供其分析和存储；在对路灯进行远程监控时，计算机可以将控制指令通过通信模块传输给单片机供单片机控制某些模块具体执行指令功能。

此外，通信模块还允许故障检测设备接入到控制系统中进行数据检测和功能分析，确定故障具体位置和故障原因，便于及时快速修复故障，使路灯恢复到正常工作状态。这样就极大的缩短了故障检测与维修时间，增强了城镇路灯照明体系的稳定性。

4 城镇路灯控制系统工作流程

在上电完毕后系统进行自检，查看时间是否同步，各部分软硬件是否存在故障，若自检通过则系统进入工作状态。单片机根据预先编写的控制指令控制光强检测设备等对路灯周围环境进行信息采集，采集的信息反馈到单片机中供单片机下发控制指令，与此同时，单片机将所接收到的信息传递给监控中心供监控中心实时记录与监控路灯的工作状态。

需要说明的是，单片机根据时钟信号可以提供定时开关功能，在特定时段，如白天，单片机会控制路灯处于关闭状态，以节约用电；当经过若干个时钟周期后，单片机控制路灯开启，为城市提供照明，此时光强采集模块可用于对路灯照明强度提供数据支持，以降低电能损耗。特殊情况如阴雨天气导致光线度低于某一阈值时，光强采集模块还可以向单片机发送请求信息，单片机控制路灯开启，以确保人们的生活交通环境不受影响。

此外，远程控制端可以在可视化界面中实时显示各路灯的工作状态，同时利用数据库相关功能对各路灯的工作信息进行记录，便于后期的电力调度、照明支持、照明体系改造等。

5 总结

应用智能控制系统对城镇路灯进行监控可以将路灯设备及其工作状态实时显示在监控中心的图形界面中供管理人员制定路灯管理方案，为城镇提供合理适当的照明环境，还可以及时发现故障路灯，便于及时定位与修复。应用该系统可以很大程度上降低人力成本投入，提升能源的利用率，消除或降低人为控制中存在的不稳定因素，提升整个城镇照明体系的现代化、智能化程度。对于推动城镇的可持续发展、提高城镇夜经济具有积极意义。

参考文献：

[1]张语，任蓉.LED路灯智能化控制系统的研究与设计[J].新建设：现代物业上旬刊，2012，3.

[2]韩亚慈.基于PLC的路灯智能控制[J].神华科技，2010，8（5）.

[3]周军.关于城市路灯智能控制系统的研究[J].黑龙江科技信息，2012，28.

节能路灯控制系统设计 第4篇

该系统总体框架包括控制中心、控制中心与电力网接口、路灯。图1列出了节能路灯控制系统的构成, 它主要由6个部分组成:单片机控制模块、可控硅控制模块、稳压电源模块、光敏电阻传感器模块、路灯与键盘、光耦隔离模块。首先利用稳压电源模块将220V、50HZ市电转换为系统工作的直流5V电压。光敏电阻传感器上的数据通过信号转换后, 被采集到单片机自带ADC模块中, 单片机通过数据对可控硅导通角进行控制。同时可以根据用户实际需要通过按键手动进行路灯光强改变。为防止系统跑偏, 单片机与外界控制时需要光电耦合器进行光电隔离。单片机控制可控硅工作根据其编写的控制程序。

2系统硬件电路设计

2.1过零检测电路

过零检测的作用是给主芯片提供一个标准, 这个标准的起点是零电压, 可控硅导通角的大小就是依据这个标准。也就是说每个导通角的导通时间是从零电压开始计算的, 导通时间不一样, 导通角度的大小就不一样。过零检测电路如图2所示。

如图2可以看到经过整流电路后, 输出形成脉动直流波形。当ZERO点电压大于0.7V时, NPN三极管导通, 在三极管集电极形成低电平, 当ZERO点电压低于0.7V时, 三极管截止, 三极管集电极通过上拉电阻形成高电平。这样通过三极管的反复导通、截止, 通过ZERO点连接单片机中断口实现过零检测。波形图如图3所示。

2.2路灯控制模块

该系统的外控制模块主要由光电耦合器和可控硅组成, 光电耦合器用以系统与外界的隔离作用。因为可控硅的A1、A2端是接220V市电, 控制端G与单片机相连。一旦没有光电耦合器做隔离作用系统很容易跑“死机”。外电路控制模块如图4所示。

3节能路灯控制系统的软件处理

软件总体设计:系统监控程序是控制单片机系统按照预定操作方式运转的程序, 是整个系统程序的框架, 在该系统中, 单片机的主要任务是用来控制可控硅运行状态和操作者按下不同的按键后, 执行相应的任务, 各个任务执行的先后顺序取决于键码。根据这样的功能和操作方法, 程序总体结构采用键码分析作业调度型, 即作业调度完全服从操作者的意图, 操作者通过光敏电阻的变化, 单片机对采集数据的分析发出作业调度命令, 监控程序接收到控制命令后, 通过分析启动对应的作业。软件设计流程如图5示。

单片机和PC机之间采用自定义串口协议, 采用半双工通信方式来协调工作。单片机接收到PC机命令并解释命令, 从而控制可控硅和路灯执行操作。

该系统中路灯和可控硅作为命令执行者, 主要根据光敏电阻对外界的感应, 单片机对其做出相应的分析控制路灯开关亮灭。单片机通过ADC采集软件算法控制以达到测控的任务。

4系统检测与结论

在确定光敏电阻正常工作后, 改变光强条件测试电压和光敏电阻的阻值系统测试现场如图6所示。

该系统采用STC12C5A60S2单片机完成全部的数据采集、处理和对路灯的控制, 通过按键在本地进行控制命令输入, 通过STC12C5A60S2单片机指令程序控制可控硅改变路灯的亮灭。同时根据外部自然条件的改变 (自然光强的改变即光控) , 使光敏器件参数变化, 同时单片机做出相应控制以控制可控硅改变路灯照明效果。外部采集数据通过单片机自带的ADC采集光敏器件的参数变化, 通过编写程序使单片机做出相应的判断利用可控硅控制照明设备。实现对路灯节能自动控制。

摘要：针对当前路灯系统为了更好的实现节能环保的母的, 采用单片机实现对路灯控制系统进行自动控制和节能控制。该系统具有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。最关键的研究就是如何利用可控硅进行强弱电之间的转换。

关键词：可控硅,STC12C5A60S2单片机,路灯控制

参考文献

[1]李岩岩.基于AVR单片机的节能路灯控制系统设计[J].巢湖学院学报, 2012, 06.

[2]张江伟, 尹慧.基于无线模块NRF905的节能路灯控制系统设计[J].电子设计工程, 2012, 16.

[3]姚丹丹, 王宜怀, 谭碧云.路灯节能控制系统设计及其软件实现[J].计算机工程, 2012, 03.

路灯自动控制管理系统 第5篇

Research on The Usage of GPRS in The Automatic Monitoring System of City Road

作者：孙泉

摘要：详细介绍了公共路灯远程监控系统的结构原理、工作过程、硬件组成和软件设计，增加了一些措施增加了系统的可靠性。根据系统可以实时掌握路灯的电压高低、电流大小、是否工作、警告等状况,从而实现对公共路灯的实时远程监控。

Abstract: This report writing introduces the remote monitoring system of city road lamps to go into details, talking about the structure and principles of the system, the working process, the composition of hardware and the designation of software, and adds a number of measures to increase the reliability of the system.According to the system, we can have real-time data about the voltage and current of street lamps, the warning of them, and the situations like this, in this way, we can realize the real-time remote monitoring of the city road lamps.关键词：GSM/GPRS；MODEM；远程监控；分控点；监控中心

Keywords: GSM/GPRS, MODEM, Remote Monitoring, Individual Control Points, Monitoring Center 1.前言

城市灯光监控系统纳入监控范围内的有道路照明监控、高层建筑泛光照明监控、广场照明监控、桥梁照明监控等部分，系统的建立是一项复杂的工程，必须全面规划，从全局的观点出发,考虑到目前和将来的需求，设计统一的系统结构，同时还要为今后系统的发展和逐步完善留有充分的余地，避免因需求扩展和提高时不得不全盘推倒另起炉灶的情况出现，以保护前期的投资。建设一个复杂的灯光监控系统，不仅要满足现在的业务管理需求，还要考虑到今后的信息处理增长及其技术升级的适应性。

随着GSM/GPRS技术在中国的成熟，选取GSM/GPRS短消息作为系统的通信方式，具有一次性投入低，安装简便，使用费较低，抗干扰能力较强且具有向GPRS无线分组、2.5G宽带业务平滑过渡等诸多优点。目前，我国几乎所有城市已经开通GSM/GPRS业务，这是今后路灯监控系统所采用的主流传输资源，是路灯监控系统通信方式的必然趋势。

2.监控系统的体系结构

2.1 GSM/GPRS 与GSM/GPRS MODEM GSM/GPRS是中国移动、中国联通推出的一种服务方式，它的出现提供了一个方便、可靠的无线传输资源，能提供短数据传输业务，每次可传输一定长度的数据信息，根据我们的测试结果和实际使用经验，完全可以满足路灯监控的需求，给路灯监控行业注入了新的活力。同时，覆盖范围广泛、收费较低也是GSM/GPRS短消息服务的重要特色。GSM/GPRS MODEM正是基于GSM/GPRS网络所设计的数据传输设备，体积小、重量轻、外形美观、便于安装，也支持通话功能。具有GSM/GPRS标准的AT命令集和标准RS232接口，可方便与路灯监控器配合。

2.2监控系统

GSM/GPRS路灯监控系统是一个分布式、集散型、网络化、全开放的监控系统，包括控制中心和若干个分控点，能对独立分布的各种路灯设备进行集中监控和维护管理。系统采用了GSM/GPRS短消息传输方式，克服了分控点上有线通信线路布线困难的缺点和故障多、难于维护的弊端。根据路灯监控系统总体方案的要求，可设一个监控中心，N个分控点的情况，该系统监控中心设于城市路灯管理部门值班中心。

2.3 监控中心的组成及原理

控制中心有中心通信服务器、收/发GSM/GPRS MODEM、远程告警MODEM、WEB服务器、普通用户工作台、大屏幕模拟屏等组成。在中心安装GSM/GPRS MODEM若干台，可以避免接收与发送之间的冲突（冲突时往往发生发送不成功或收不到数据），大大提高了通信效率。通过通信网络与终端数据通信MODEM进行通信，完成遥测、遥信和遥控。实时监视各分控点工作状态和运行参数，接收故障告警信息，发生报警时通过远程告警MODEM传呼值班人员及时处理故障或者通过GSM/GPRS MODEM向维护人员的手机以短消息方式发送告警信息，实时向上一级监控中心转发紧急告警信息和报送上一级监控中心所要求的数据信息。还可根据需要，查询分控点采集的各种监测数据和告警信息，并在屏幕显示或打印输出。另外可通过数据采集控制器下达测控命令，向分控点发送短消息来设定智能路灯监控器的告警限，并用严格的权限控制确保操作的安全性。

通信服务器是整个系统的心脏，一旦出现问题，整个系统将要瘫痪，因此为了提高系统的可靠性，采用数据库服务器双机备份解决方案，系统软件同时安装在两台主机上,同时运行各自的服务工作,且相互监测对方的情况和本系统的状态，协调两台主机的工作,维护系统的可用性。它能侦测应用级系统软件、硬件发生的故障,及时进行错误隔绝、恢复，当一台主机出现故障时,另一台主机立即接管其工作，以最低成本提供用户几乎不停顿的计算机作业环境，这样就大大地提高了系统的可靠性。同时为保证在公共网络上系统能够安全运行，监控中心采用了多级操作口令，监控中心和分控点之间采用了自动动态密码保护，白天开灯时监控中心对分控点发双重命令才能执行控制命令，保证对分控点遥控操作的绝对安全性。同时，为了在无故障时监控中心维护人员也能够查看分控点信息，系统也支持巡检工作方式，即监控中心可定期查询各个分控点运行信息。

图1 监控中心

2.4分控点的组成及原理

每个分控点都由一个GSM/GPRS MODEM和一个数据采集器组成（图2），二者通过标准串口RS-232串口通讯。现场控制设备[1]，本身具有六路模拟量、2路开关量输入和4路控制量输出，但这些通道的数量有时远远不能满足被监控设备的需求。为了能够扩展更多的测量通道，可通过RS485接口扩展外部智能设备，凡是具有RS485接口且波特率为2400或9600的智能设备，原则上都可以通过定制通信协议实现与现场控制设备通信。

目前，现场控制设备自身可配备四种基本扩展智能设备：模拟量测量单元、开关量及控制量测控单元、智能调压模块、智能变送器，现场控制设备采集来的数据通过GSM/GPRS MODEM 传送给控制中心。在系统分控点上可根据预先设定的告警限判断分控点路灯设备是否发生故障，当分控点路灯设备出现故障时（例如电压过高，白天亮灯，夜晚不亮灯等故障信息），可立即向监控中心上报故障信息，故障上报时间在10秒以内（正常情况下约3秒），且分控点的数量不影响故障上报的时间。支持多点同时告警上报是GSM/GPRS短消息通信方式所特有的强大功能，它大大缩短了故障响应的时间。实时接收和执行来自监控主机的监测和控制命令，按照不同的要求进行相应的动作，存贮各设备历史数据，并对专用设备进行管理。

为了增加分控点的可靠性，采用两种方法：（1）一旦监控中心发生故障，分控点可自行记录运行数据，自行按照预先设定的定时时间来控制设备的正常运转（例如定时开关灯等）；

（2）分控点具有后备电池，掉电后可持续工作一段时间，在此期间可将相关重要信息发送给监控中心，以便监控中心进行信息分析。

图2 系统分控点

3.集中监控软件

集中监控软件是监控系统的核心软件，该软件分为三个软件模块：前置监控工作站通信模块、短消息服务模块、后台监控工作站模块。

前置监控工作站负责收集各个分控点的数据信息，并在数据库服务器上整理形成数据库文件，供后台监控工作站和管理工作站调用，数据库采用的是SQL SERVER大型数据库,稳定可靠。前置监控工作站上安装了两个软件模块，一个软件模块为前置监控工作站通信模块，另一个软件模块为短消息服务模块。

后台监控工作站则作为整个系统面向用户的窗口，肩负着把大量采集数据归整、分析，并以清晰、明了的方式向用户显示的重任。后台监控工作站软件采用WINDOWS NT workstation或WINDOWS2000作为操作系统，以32位版的VC++ 6.0作为开发语言，正是要把WINDOWS2000的友好界面和高速度融为一体，达到既能从海量数据中快速存取数据，又能使用户轻易地进行各种操作的目的。

同时，后台监控工作站上能够支持基于Web浏览器Internet Explorer的网络版操作软件，这样，只要是和监控中心联网的任何一个用户都可以方便地操作使用路灯监控系统（当然，该用户必须具有监控中心赋予的操作权限）。普通工作站仅提供给用户操作和浏览的界面，其必须具有监控中心赋予的操作权限，不具有最高级别的系统设置功能。4.结束语

基于GSM/GPRS数据传输网络实现的路灯远程监控系统，能够可靠地对公共路灯进行有效的远程监控，能避免繁重的布线工作,且具有造价低、数据传输安全可靠、安装使用方便等优点。系统的实现有以下几个关键技术:(1)采用GSM/GPRS网络通讯技术,实现数据的传输;(2)分控点采用先进的数据采集和处理技术。当然本系统还有很多发展的地方，比如与CDMA 系统的兼容性、卫星授时、未来与交通系统的融合等一系列的问题，这需要做进一步的研究开发。

参考文献：

[1] 贾贵玺，郭宝。采用无线寻呼网络的城市路灯控制系统的研究。仪器仪表学报。2002,10:103～105 [2] 华建平。城市路灯自动监控系统。安装。2000,06:31～32 [3] 张威。GSM网络优化—原理与工程。北京：人民邮电出版社,2003 [4] R.J.(Bud)Bates著，贝茨，朱洪波译。通用分组无线业务（GPRS）技术与应用。北京：人民邮电出版社,2004

作者简介：

路灯自动控制管理系统 第6篇

关键词：无线通信技术；ZigBee；GPRS；远程控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）06-0026-05

目前使用的传统路灯的照明管理系统存在不足之处，如浪费电量大、路灯使用寿命短、不能进行远程控制、无法自动识别故障路灯、人工作业量大等。近年来，随着无线通信技术的发展，无线传感器网络应用范围越来越广泛[1-2]。基于ZigBee技术的无线组网通信技术是一种新兴技术，其用无线通信方式对路灯节点进行管理，具有通讯频段多、组网能力强、无通讯费用、硬件成本低、功耗低等优点[3-5]。ZigBee无线传感器网络具有省电、可靠、安全等优点，能够对路灯进行实时监控，降低管理成本，而且系统容易组建、便于扩展[6]。

本课题设计一种基于GPRS+ZigBee的远程路灯监控系统。控制系统采用ZigBee无线自组织网络技术和GPRS技术进行数据传输，各个节点把采集到的信息实时发送回来，通过串口传送到上位机，可以清楚地看到当前光照强度和各个路灯的运行情况，同时可根据实际情况的不同提供灵活的控制策略，从而使照明系统更智能化、更可靠，并能达到节能环保的目的。

1 系统硬件设计

系统采用监控中心通过GPRS公网连接到各条道路的现场控制器（GPRS模块），从而实现对远程数据传输，上位机发送控制指令，通过GPRS网络将控制指令传输到现场控制器，GPRS模块通过RS-232接口与ZigBee协调器连接，将数据传给ZigBee协调器，ZigBee协调器采取广播的方式将控制指令发送给各个ZigBee路由器模块和ZigBee终端节点模块，通过控制与之相连的继电器模块的通断，实现远程控制路灯的功能。同时，ZigBee终端节点定时监测各个设备的工作状态，并且实时上传到ZigBee协调器，协调器将收到的数据通过GPRS模块传到监控中心，上位机软件对收到的数据进行分析，并且实时将各个设备的工作状态显示出来，最终达到远程监控的目的。系统的硬件主要由最小系统、串口接口电路、仿真器接口电路、恒流驱动电路、GPRS模块、路灯工作状态监测电路、光照强度监测电路组成。系统总体框图如图1所示。

1.1 最小系统

最小系统的设计如图2所示。采用以CC2530芯片为主要元件构成的硬件平台，并将Z-Stack协议栈移植到该硬件平台，可以实现无线网络的自组网以及网络节点间的数据传递。

1.2 串口通信接口

串口接口电路如图3所示。协调器和GPRS模块之间采用RS232接口通讯，使用简单方便。

1.3 恒流驱动

恒流驱动是指通过LED的电流为一个合适的恒定值，使用恒流驱动旨在提高LED的发光效率和稳定度，减少LED的光衰度[7]。大功率LED都是采用恒流驱动方式。

LED恒流驱动电源采用的是两级变换器，第一级采用UCC28810转换电路，目的是将AC转换成36 V的DC电源。第二级采用UCC2811模式，目的是将恒压源转换为0.9 A恒流源。此方案电源的转化效率更高，保证了系统的高效率。此方案使用TI公司生产的UCC28810EVM-002评估板。恒流驱动模块如图4所示。

1.4 GPRS模块

GPRS模块的作用是实现远程数据传输，可以与管理者之间进行短信的收发，并与ZigBee协调器之间进行无线通信，当现场出现故障时，以最快的速度将故障信息传输给管理者或用户。GPRS模块内部结构框图如图5所示。

1.5 路灯工作状态监测电路

状态监测电路主要对路灯的状态进行监测，可以让值班人员实时看到路灯系统的工作状态，如果发生故障方便及时处理。系统主要是通过监测路灯的工作电流来进行监控的[8]，采用电流检测技术和精密型霍尔磁敏传感器，当检测到路灯出现故障不能正常工作时，ZigBee网络立即发送报警信号到主控端，通知管理人员采取相应的措施。电流型电压测量电路如图6所示。

2 系统软件设计

系统的软件主要包括：ZigBee协调器，ZigBee路由器，ZigBee终端节点，GPRS模块和上位机。系统软件设计框图如图7所示。

2.1 ZigBee协调器软件设计

协调器负责选择一个信道和一个网络ID（也称为PAN ID，即Personal Area Network ID）来建立整个网络。网络建立完成后开始进行数据的传输，并将现场和监控中心之间的数据进行传递，根据信号类型的不同调用相应的处理函数进行处理。网络建立过程如图8所示。

2.2 ZigBee路由器软件设计

路由器模块的功能为：允许其他终端节点设备加入网络，多跳路由和协助它自己的终端设备的通讯。基本路由算法如图9所示。

2.3 ZigBee终端节点软件设计

终端节点用来发送及接收协调器和路由器发来的消息，它可以在睡眠或者唤醒状态之间进行切换。对于新加入的节点，首先搜索所在区域可用的父节点，当检测到可用的网络之后，查找网络中深度最浅的节点，并发出请求加入网络的信号，该父节点收到信号后，发出网络关联的命令。终端节点加入网络开始工作之后，实时检测现场数据，当检测到设备工作不正常时，把故障设备通过GPRS以短信的形式发送给工作人员的监控设备，以便快速处理，提高工作效率。终端节点工作流程如图10所示。

2.4 GPRS模块初始化

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在对GPRS模块进行初始化时，需要对以下几部分进行相应的设置：接通电源，设置串口的波特率，对短信中心号码的设置，对短信收发格式的设置，设置终端进行编码字符等。初始化流程如图11所示。

2.5 GPRS模块软件设计

GPRS模块通过串口芯片与ZigBee协调器之间进行无线通信，并且实现数据的远程传输，当现场出现异常时，能够将信息及时准确地发送给工作人员或用户。当GPRS模块通电后，串口监视和数据发送两个功能模块分别进入监视和监听状态，对数据缓冲区和串口进行实时检测。当串口监听到有数据时，立即将其数据写到缓冲区当中；当数据发送线程监测到有数据写入缓冲区时，GPRS网络会将缓冲区的数据发送出去。GPRS模块软件流程如图12所示。

2.6 上位机软件设置

本系统可以设置为手动控制方式和自动控制方式，其中自动控制方式只需要配置好相关参数即可，控制方便灵活。同时，可以查看各个区域街道的路灯工作状态，并将系统数据自动保存下来，方便查看。路灯管理控制系统如图13所示。

3 结论

设计一种基于GPRS+ZigBee的远程路灯控制系统，利用GPRS技术和ZigBee无线组网技术实现了对路灯控制系统的实时监控和网络化的管理。系统的网络扩展性好，现场安装简单方便，操作界面显示现场数据，有利于用户的远程操作，具有较好的使用价值。

参考文献

[1] 张宏锋.一个基于ZigBee技术的无线传感器网络平台[D].湖北：武汉理工大学，2006.

[2] 陈鸿飞.基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端设计[D].长沙：中南大学，2009.

[3] 蔡型，张思全.短距离无线通信技术综述[J].现代电子技术，2004，20（3）：38-66.

[4] 田金琴.基于ZigBee和GPRS技术的嵌入式家居报警系统设计与实现[D].成都：西南交通大学，2009.

[5] 董乐.基于无线网络的智能家居系统网络节点和网关的设计与实现[D].天津：天津工业大学，2012.

[6] 闫沫.ZigBee协议栈的分析与设计[D].厦门：厦门大学，2007.

[7] 金纯，罗祖秋，罗凤，等.ZigBee技术基础及案例分析[M].北京：国防工业出版社，2008.

[8] 郑相全.无线自组网技术使用教程[M].北京：清华大学出版社，2004.

Abstract： A remote street lamp monitoring system was designed based on GPRS+ZigBee in this paper. The system uses ZigBee wireless self-organizing network technology and GPRS technology in data transmission， and each node sends back the information collected in real time， which is shown on the upper machine. It can monitor the current light intensity and the operation situation of the street lamp in real time， and also can regulate the suitable illuminating brightness according to the current illumination intensity.

Key words： wireless communication technique； ZigBee； GPRS； remote control

从路灯控制管理谈城市照明节能 第7篇

城市照明作为基础建设的一个重要组成部分，在完善城市功能，提升城市形象等方面发挥着不可磨灭的作用。随着城市亮化工程在全国的大力开展，城市照明能耗也日趋走高。据统计，1999年全国城市路灯安装量便已达300104盏，而时至今日，城市道路照明安装功率已经高达2 500104 kW，路灯安装量已逾1108盏，且该数量约以每年20%的速度增长，年耗电量约达590108 kWh。在当今全球资源紧张，环境告急的大前提下，“节能减排”工程迫在眉睫。而在城市照明方面倡导“绿色节能”理念大有可为。

1 城市绿色照明与路灯节能

所谓的“绿色照明”节能理念是指在满足行车功能、路面亮度、照度等多方面功能性指标要求的基础上，节约道路照明建设、运行以及维护成本，实现国家资金与社会资源的高效利用。现今比较普遍的节能措施可大致分为2类。

1.1 采用节能型灯具或节能装置

随着科技的发展，LED光源凭借着其耗电量少、发光效率高、使用寿命长、安全可靠性强等突出特点，逐渐在指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等场合发挥着巨大的作用，并有望引进路灯绿化节能领域。但现阶段LED灯由于其辅助技术支持尚未成熟，市场造价较高等缺陷在现今的道路照明节能方面并不具备优势。

现阶段的各种节能装置大都基于以高压钠灯为光源的照明系统。与高压钠灯系统配套的灯具辅助装置都得到了良好的应用，高光效高压钠灯的普及也将在路灯节能方面做出贡献。

1.2 智能化控制管理节能

智能化路灯节能监控系统现今已在多个城市发挥着显著的功效，该种监控系统多由微机、职能执行终端、无线数传机等组成，各道路照明情况通过数据传输在管理中控室得以展现，中控室也可向各个照明系统发出指令，从而控制照明情况[2]。智能化控制管理在路灯系统上的应用极大程度的减少了路灯维护管理方面的费用，并实现了灵活机动的路灯节能运行方式。

2 城市照明控制管理技术的发展

城市照明控制管理技术最先起源于定时控制，即设定定时开关路灯时间对路灯启闭进行控制。而城市对照明的需求不仅取决于日照情况，季节更替、天气状况，行人行车密度等因素也对照明要求起着很大的影响。如此看来，缺乏机动性的定时控制将逐步从现如今崇尚“绿色照明”的城市照明控制管理系统中“隐退”。与此同时，兼顾日照以及季节、天气因素的“光控时控”管理系统在一些城市得以应用。虽然利用光敏控件可以降低人工调整的工作量，但光敏元件对光的敏感度则极大程度上限制了该种控制系统的发展。敏感度过高或过低都将影响城市照明的服务质量。考虑到灵活机动的对城市路灯进行监控管理，智能化的控制管理系统逐步成为全球流行的照明控制管理技术。

智能化控制系统一般由终端系统、通讯系统和控制管理系统组成。单片机系统、电力参数采集模块和开关量输入输出模块构成终端系统，通过单片机系统的控制，电力参数、开关量、报警信息等可通过通讯系统进行远程传输，从而实现实时监控。通讯系统一般采用GPRS技术将数据传输到通信服务器。控制管理系统则一般是通过编程系统形成的Web式控制页面。通过数据库采集的实时数据进行系统分析，并实时调控路灯状况。从而达到节能机动的控制效果。然而，建立全数字化智能照明控制管理系统亦存在着技术上的瓶颈。首先，智能控制路灯照明情况要求掌握城市道路绿色照明所要求的日照、天气状况、车人流量等多方面数据因素，并依此得出照明规律曲线。这便要求数据采集的终端系统能够实现各个时期的特征数据采集，并要求控制管理系统能够基于该照明规律曲线实现智能的控制管理。由此可见数据采集分析工作的庞大以及控制程序开发的艰难。当然，实现城市照明控制管理的全数字智能化不仅能使路灯更加合理有效的实现照明功能，并能从人员维护管理上节约成本，将是未来数字社会城市照明的发展趋势。

3 结语

随着城市道路照明以及城市亮化工程的大力开展，照明管理已不仅仅是为了满足其照明服务功能方面的要求，如何更为有效的兼顾城市亮化以及节能减排要求对城市照明控制管理提出了挑战。然而在当今计算机技术风靡的影响下，智能化路灯控制管理系统将更好的满足这一要求。

摘要：叙述了再路灯管理方面可实现的节能措施和城市照明控制管理技术的发展。

关键词：城市照明,控制管理,智能化,节能技术

参考文献

[1]任军伟.城市绿色照明与路灯节能措施[J].中国高新技术企业,2011(2):96-97.

路灯节能的控制系统设计分析 第8篇

1.1 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。

1.2 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。

1.3 路灯控制电路

路灯控制电路由译码电路、开关电路与变压器控制电路组成。为了使路灯分时控制取得优良的节能效果, 除了要根据时间段来开启不同档位电压外, 还需要实际考虑到电网电压在不同时段的电压波动情况。故将单片机检测到的电量信号与处理的实时时钟芯片DS1302信号作为74LS155二-四译码器译码地址输入端, 译码器的四个端输出经三极管放大后分别驱动四个接触器的线圈, 而其四个触点分别对应自藕变压器的三个触头, 亦即路灯四种档:全压 (220 V) 、高峰期档 (额定电压的93%) 、正常期档 (额定电压的88%) 、低峰期档 (额定电压的83%) 。从而达到既兼顾路灯亮度又达到节能的效果。KM4接在母线上还能关闭路灯, 原理如图1所示。

1.4 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。

2 软件设计

软件主要完成:根据比较所得的结果控制硬件切换档位以达到路灯定时工作的要求;检测实时电网电压以控制是否要改变档位以达到电网实时监控的目的;最后则是配合主控室完成多机通信。整个智能路灯节能控制系统被分为了分时分段模块 (主要通过时钟芯片DS1302和铁电存储芯片AT24C02配合完成) 、电压监控调档模块 (由电工参数测量芯片ATT7028加以软件判断来实现) 、远程通信模块 (由LM1893完成) 以及实时显示模块组成。

将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制, 每个季节段有着不同的开关灯时间。从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段来对路灯进行控制, 分别为交通高峰期、交通正常期和交通低谷期。这三个阶段加上避免电网电压过低的全压运行档, 就构成了全压、高峰、正常、低谷四个工作时间段, 根据本地区的实际情况进行划分。系统通过对日历时钟芯片DS1302读出来的当前与铁电存储器芯片AT24C02中存储的开、关灯时间进行比较, 在各档开启的时刻就切换至相应档位, 在关闭的时段关闭, 其余时段进行监控。在交通高峰时段, 保证路灯有足够的照明度。于是正常情况下, 路灯应投入第1档运行。此时, 当电网电压过低 (低于208V) , 则路灯应全压运行;如果电网电压过高 (高于236V) , 路灯可以跳过第1档, 直接投入第2档运行。在交通正常阶段, 要兼顾照度和节电效果, 正常情况下, 路灯应该投入第2档运行。在电网电压低手205V时, 返回第1档运行;在电网电压高于242V时, 则投入第3档运行。在交通低谷阶段, 重点考虑节电效果。正常情况下投入第3档运行, 只有当电网电压过低 (低于195V) 时, 路灯才会返回第2档运行。但是由于电网的波动或干扰, 可能会出现电压偶尔的不正常, 若一旦检测到电压超限就切换档位, 很容易造成误操作, 从而导致频繁的切换。设计中采用了以下方法来避免档位的频繁切换:当路灯运行于1～2档时刻之间, 需使电压维持在208～236V之间, 这里采用COUNT, COUNT＿H, COUNT＿L三个计数器来监测电压。COUNT从0开始, 每分钟加1, 加到5, 即5min后清零。COUNT＿H从0开始, 每min比较当前电压与电压上限值的大小, 若超过上限则将COUNT＿H加1, 在每次COUNT清零之前, 若COUNTH值等于5, 则认为连续5min电压超出上限运行, 相应地将路灯运行档位切换至低一档运行;若COUNT＿H值小于5, 则认为是电网的波动, 不进行切换。电压下限监测同理。每5min将三个计数器同时清零从SPI总线上获取ATT7028检测的电工参数的计量结果, 再对检测值进行校表, 即可对校表寄存器赋值来进行软件校表。

显示模块主要是在控制室内显示当前时间及检测到的路灯的运行情况。

主程序与各个子模块之间采用定时中断联系, 每隔1min中断一次, 在每次中断时均要完成四大任务, 即读出实时时间发送至主控室, 决定是否换档, 根据电网波动实际情况控制决定是否改变档位, 以及将原边电网电压根据实际情况发送至监控室。软件流程图如图2所示。

3 节能效果分析

以1kw路灯为例, 设当路灯电压为205V时, 单位时间耗电量为0.87kWh;当路灯电压为193V时, 耗电为O.77kWh;在满足行人车辆运行需要的情况下, 适当降低路灯的端电压, 可节能20%左右。在深夜行人稀少时, 可将路灯的端电压降至170～180V, 路灯1h内耗电O.55kWh左右, 除去其他损耗, 可节约电能近40%。

摘要：本文基于城市公共照明的路灯节能理念, 设计可最大化实现节能的路灯控制器。该设计方案在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能, 并采用“全年分三季, 一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的, 在不同的时段投入不同的供电电压运行, 在保证路灯正常照明的前提下, 兼顾到了用电低谷期节能的效果。同时利用电力载波技术实现对路灯运行状况的实时监控。

关键词：智能路灯,节能,控制系统,设计

参考文献

基于PLC的路灯控制系统设计 第9篇

目前,能源节约和环保问题越来越被世人所关注,飞速发展的经济对能源的要求相当迫切,中国面临的问题更加突出。随着城市化进程的推进,城市的路灯照明对电能的消耗与日俱增。据统计,我国城市公共照明占照明耗电量30%左右,约440亿度。如果按市场平均电价0.70/度来计算,一年耗费大约310亿元,给国家的经济发展带来巨大的开支。因此,道路照明节能技术的推广意义重大。

路灯节能应该从两个方面来考虑,一是使用效率高、寿命长、安全性能稳定的照明灯具。目前国际上在路灯节能领域采用主要的方法是降压和降流两种技术,一般均可实现节约电能20%以上。其中最常使用的是降压控制方式,但降压通常情况是在低于正常电压下工作,甚至电压过低而无法正常点亮,严重影响了灯具寿命,不能达到真正的节能,从而造成了节能不节钱的现象。降流技术是通过降流来降低功率从而达到节能目的的,对灯具寿命没有任何影响,能大幅度降低维护工作量,可延长路灯使用寿命1倍以上,是照明灯具节能发展的主流方向。二是开发节能控制系统,就是通过控制系统来对路灯的起、停、节流时间进行控制,在人流非高峰期时进行节流节能,从而避免不必要的电耗。

二、节流技术原理

在路灯节能上,我们采用上海耐杰科技实业发展有限公司的节流技术。在保持供电电压和光源设备不改变的前提下,理论上,降低照明电流的方法有两个:一是提高交流电供电频率即变频降电流,二是增加镇流器电感量即电感降电流。如果采用变频降电流技术,那么,就要求必须使用配套的符合高频工作要求的照明灯具,如高频镇流器、高频HID光源灯、高频补偿电容等,来更换原50Hz工频的道路照明设备。而目前市场上还没有合理商业价格的高频镇流器和高频HID光源设备可供选择。因此,变频降电流在实际应用上不大可能,这样电感降电流技术就成了目前合适的道路照明节能控制方法。同时,Philips和Os ram公司的研究表明,在功率降低不超过50%的前提下,通过电感降电流的方式进行节能控制,不会影响照明灯具的使用寿命。综上分析,我们决定采用单灯配合双功率镇流器的节能控制方案。通过对继电器J的监测,再对LCU采用集中控制方式,并采用扩频电力载波通讯、GSM通信技术组成分布式无线遥测。遥控路灯控制系统电子开关用来控制路灯起、停和节流功能。降流节能灯工作原理如图1所示。

其工作过程如下:当不在节能时间时,继电器J处于接通状态,外部电压直接加到路灯电路上,使路灯工作在额定功率状态。当节能时间到时,继电器J就断开,控制外部电压只能通过降功率电感加在路灯电路上。此时,路灯电路感性负载增加,路灯工作电流降低,从而使路灯功率下降,耗能降低,达到节能的效果。其中的继电器J我们通过PLC程序来控制。

三、控制系统的设计

据调查,城市道路的人流量和车流量在晚间6～12时是均值较高的时段,而12时过后则会显著降低,与之相随的是对光照要求和实际用电需求也应有所降低。然而,目前绝大多数的路灯照明系统没有功率调节功能,在路灯亮灯期间,消耗的功率十几小时始终如一。而且一些路灯照明系统在夜晚用电低谷时段,由于电网供电电压普遍升高,白白耗费电能更高。这种模式的路灯照明系统每年无谓地消耗了巨额电量,给本来已经很紧张的中国能源问题雪上加霜。随着季节的更迭,路灯的点亮和熄灭时刻也应当不一样,那么就需要一种系统来控制路灯在不同的季节有不同的点亮和熄灭时间。

(一)路灯点控方式

本节能控制系统由控制中心(控制设备、服务器、显示设备),智能控制终端,路灯单灯节能控制器和通讯系统等组成。它基于OMRONCPM2系列的PLC技术对路灯进行集中控制,并采用单灯加装节能控制设备,即在每一盏灯具上加装智能控制器,与节能型镇流器配合实现降功率运行,在深夜车流、人流较少时,降低道路照度,对道路正常通行影响不大。同时,根据对所测数据分析和判断城市路灯有无故障及进行亮灯率的估算和计算,定时存储和打印各有关数据。对系统数据通讯超时、状态出错、灯具故障等进行相应的报警处理,以便故障得到及时的处理。

(二)系统监控方式

系统的监控系统我们采用GPRS (General Packet Radio Service)技术,GPRS是一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。将控制中心与街道集中器进行无线遥测、遥控,集中器再与控制终端连接来对路灯进行监控。而控制中心与控制中心之间则采用INTERNET网络方式。通讯方式如图2所示。

一年四季中,难免有天黑得过早的时候,这时如果没有其他的应急措施,将给交通带来很大的不便。在本控制系统中,并联一个简单的暗控式光电开关就能解决问题,如图3所示。

电阻R1与光敏三极管BG1组成BG2管的偏置电路,继电器J为开关电路负载。当一定波长的光照射到BG1的基极时,便产生光电流,使BG2管基极处低电位而截止,BG2管集电极处高电位,BG3管导通,继电器J得电动作,实现了光电开关的亮控制。

(三)路灯供电方式

为了让系统的供电系统更加稳定,在供电方式上我们采用环行供电方式,在每一个区域对应一个供电集中器,然后将每个区域通过一个开关依次相连,如果出现一个集中器不能供电,这时打开与这个区域相连的另一个开关,让相邻供电集中器同时向两个区域供电,这样就大大减少了某一区域不能正常工作的概率,如图4所示。

四、程序设计

程序的设计关键是时间的划分,在本设计中我们以3月21日、6月21日、9月21日、12月21日把一年分为春、夏、秋、冬四季。一年中的夏至(每年的6月21日),天亮得最早,黑得最晚;一年中的冬至(每年的12月21日),天亮得最晚,黑得最早。这里,我们把春分和秋分时候的点亮和熄灭时刻放在夏至和冬至点亮和熄灭时刻之间。不同的季节点亮和熄灭时间如表1所示。

程序设计思想:通过omron时钟指令movd将月份、日期、小时从时钟里分别读取到数据存储区DM里面,然后用比较指令CMP将存储区里的月份、日期分别与春、夏、秋、冬的分界时间进行比较,当月、日和分界时间相等的时候,输出中间继电器,将程序转向输入该季节要点亮、节流和熄灭时刻到数据存储区中DM,接着进行小时比较,即将数据存储区的小时与该季节的确定路灯点亮、节流和熄灭时刻进行比较,当它们相等时就输出相应的点亮、节流、熄灭继电器。当月、日和下一个分界时间相等时,就再次输出相应的中间继电器。

下面是程序的主干部分,以3月21日为例,简要说明一下:首先将月、日期读入到DM0,小时读入到DM1;然后将DMO与3月21日比较,当它们相等时,输出20000中间继电器,一旦20000导通,19:00点送入DM10,之后将DM1与DM10比较,如果相等,就输出点亮继电器20010并保持该继电器动作,直到下一次时间比较相等时改变。

五、结束语

基于PLC控制的路灯控制系统在灯具节能上把握了节能的新方向,采用节流降功率,克服了隔灯点亮的光照不均匀性和降压节能的灯具寿命缩短、不能点亮等问题。在控制系统的设计中,使用GPRS实行无线故障的监控,对出现故障地点有准确的定位,提高了故障排除效率,节省了大量的人力。供电方式采用环网供电,大大降低了供电系统不能工作的概率。基于PLC控制的路灯控制系统具有运行可靠,可操作性强,可连续扩展,节能效果明显,成本和维护费用低等优点,可通过编程来改变控制方案,适用于有不同时差的地区,是路灯节能的发展趋势。

参考文献

[1]陈结．按需照明时代的到来．2005．

[2]周生法，姚明强．路灯降功率节能控制方式探索(上海市电力公司金山供电分公司)．2006．

太阳能路灯智能控制系统设计 第10篇

自哥本哈根气候峰会召开以来, 环保节能为当今世界热点话题, 节能减排, 已不仅是政府的一个行动目标, 而且还能给企业带来经营上的收入, 让城市居民能获得一个较好的生存环境。节能减排更是一个人类解决环境问题的必经之路。我国节电潜力仍很大。在工业领域, 通过电力电子技术的开发和应用及对风机水泵等电力拖动系统进行优化, 可取得显著的节电效果;在建筑物用电方面, 全面实施建筑物的能效标准, 特别是改进空调制冷和取暖技术和系统的能效, 将有巨大的节电效果。高效照明和提高家庭、办公用电器的能效也有巨大的节电潜力。采取多种措施, 推动节能节电不仅可取得好的经济效果, 还可节约电力建设投资, 减小电力建设风险。如果在产业产品结构调整方面加强引导, 使我国的经济结构尽快向低能源强度方向转变, 同时加强节能, 全面提高能效, 我国可能以低得多的电力消费增长, 达到GDP翻两番的经济增长目标, 同时带来环保、经济效益、能源安全等一系列的效果。电力系统要全面开展以节电和负荷管理为目的的需求侧管理。

太阳能不仅拥有良好的经济前景, 且随其产业化的发展, 将提供越来越多的就业机会。因此太阳能光伏发电市场发展前景相当广阔, 已经引起了世界发达国家的高度重视[1,2]。

与发达国家相比, 中国的光伏发电产业发展缓慢, 各种光伏材料的发展也相对落后。现有的路灯大多都是市电供电, 以太阳能作为能源的路灯应用不够广泛。基于这一背景, 设计了一款太阳能路灯红外控制自动感应照明智能控制系统, 除了用太阳能供电外, 还添加了红外控制和光控这一其他太阳能路灯都没有的智能控制系统。作为一种应用电子类的智能化方案, 期望为高校、政府部门、街市等各个公共场所路灯照明设备的智能化管理和能源节约提供方便或帮助。

1系统原理及电路

太阳能路灯智能控制系统主要由电源、蓄电池过充和过放保护电路、红外控制及光控电路以及灯具组成。

电源分为电池电源和220 V市电经AC-DC转换电路后的稳定电源。AC-DC转换电路主要由变压器及集成稳压管构成。蓄电池过充保护电路是一个简单的由稳压二极管、三极管及电阻构成的电路, 而在太阳能板给电池充电时为防止电池对太阳能板反向充电, 需在太阳能板和电池之间接一个二极管。蓄电池过放保护电路的主要元件为滞回比较器和继电器。由滞回比较器来判断电池是否达到过放状态, 由继电器作为选择开关, 来选择用电池供电还是后备电源供电 (电池在过充状态时和阴雨天气时) 。红外控制和光控电路主要组成部分是红外探头、数字电路及光敏电阻, 而红外控制部分可以集成一块芯片, 即BISS001芯片。灯具有照明灯具及演示时的指示灯。由于设计的是草坪灯, 照明灯具需要足够的亮度, 可以选用由81个发光二极管构成的现成的灯具。指示灯用简单的发光二极管即可。

根据以上方案, 总体框图如图1所示。

此系统有两点节能之处:第一, 使用太阳能电池板发电作为能源, 实现路灯照明的零损耗;第二, 后续电路中使用光控及红外控制节能系统, 实现人到灯亮, 人走灯灭的效果, 同时在连续阴雨天气下, 使用后备电源220 V供电, 保证电路正常工作。

白天, 光控开关电路处于打开状态, 后续控制电路不工作, 路灯不亮;晚上, 光控开关电路自动闭合, 当行人路过, 被红外探测器检测到, 红外控制开关闭合, 路灯亮起, 同时时延电路启动, 数十秒后路灯自动熄灭。当遇到连续阴雨天气, 太阳能蓄电池电压过低, 达到低压控制开关开起阈值时, 开关自动闭合, 电路切换到220 V市电供电, 经过AC-DC转换电路, 将稳定的直流电源输送至光控开关电路, 以实现取代蓄电池供电的目的, 同时也实现了节能的效果。

1.1 过充保护电路

为防止电池过充电, 影响电池的使用寿命, 设计了一个简单的电池过放保护电路。

原理如图2所示, 图中的Q1、D2、D1组成保护电路, 其中D1 (1N4743) 为稳压管二极管 (+13.5 V) , D1和D2共同组成三极管Q1的偏置电路。R1是Q1管的限流电阻。电路外接充电器充电时, 如电池的最高阈值电压在14.4 V左右, 在充电初期蓄电池按常规的欠压状态慢慢上升, 当电池电压达到稳压管D1的击穿电压时, D1管开始导通, 此时Q1管也导通, 促使A、B端电压下降, 设置合适的参数使电池两端电压最高值不会大于14.4 V。在蓄电池已充满时保护电路会使蓄电池处于涓流充电状态, 这就使电池具有充电保护功能。

当电池两端电压高于太阳能板两端电压时, 可能会产生电池给太阳能板反向充电现象。一旦发生这种现象, 太阳能板很有可能被烧坏, 造成损失。因而, 过充保护电路还应该包括防反充电路, 即在太阳能板和电池之间连接一个二极管来防止电池对太阳能板反向充电, 如图3所示。

1.2 过放保护电路

该电路原理如图4所示。图中Q2使比较器起滞回作用, 使比较电路有两个门限电压:VTHH和VTHL (VTHH>VTHL) , 一个滞回区。当电池电压从低升高至VTHH时, 比较器输出高电平;当电池电压降低至VTHL时, 比较器输出低电平。这个时候电池端电压虽然会迅速升高至VTHL以上, 但由于达不到VTHH, 所以, 比较器仍然输出低电平, 直到电池被充电后电压升高至VTHH以上才能再次输出高电平。这样就避免了电路的振荡, 保护了负载和电池。

比较器正端反映的是电池的采样电压U3, 比较器负端反映的是电池的参考电压U2。当U3>U2时, 比较器输出高电平, Q1导通, Q1的C极为低电平, Q3截止, 负载不工作;当U3

1.3 后备电源

在阴雨天太阳能电池板无法将电池充到可工作的状态时, 就要用到后备电源给电路供电, 后备电源采用的是交直流转换, 将交流电转换到额定的直流电压值以确保电路正常工作。

1.4 红外光控控制电路

该系统采用了BISS0001芯片, 它是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路, 它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关, 具有独立的高输入阻抗运算放大器。该组成部分采用硬件来实现, 可以选用集成芯片BISS0001、三极管8050、光敏电阻和红外感应器来设计。红外感应器把传感器传送的红外信号处理后反馈到控制端, 经过内部线性放大, 双向鉴幅, 信号处理, 延迟定时, 封锁定时等处理。其脚2输出高电平使三极管8050导通, 驱动继电器K吸合, 再由继电器触点控制相应的被控对象。此处继电器可换成双向可控硅[3,4]。

图5中, 运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大, 然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大, 再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后, 检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器, 输出信号Vo经晶体管T1放大驱动继电器去接通负载。其中, R3为光敏电阻, 用来检测环境照度。当作为照明控制时, 若环境较明亮, R3的电阻值会降低, 使9脚的输入保持为低电平, 从而封锁触发信号Vs。SW1是工作方式选择开关, 当SW1与1端连通时, 芯片处于可重复触发工作方式;当SW1与2端连通时, 芯片则处于不可重复触发工作方式。图中R6可以调节放大器增益的大小, 原图选10 k, 实际使用时可以用3 k, 可以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整, 触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整, R9/R10可以用470 Ω, C6/C7可以选0.1 V。

2 创新点

(1) 电池过放保护系统的电路简单, 使用灵活。只需选择供电电压较高的比较器, 就可以应用到任何电压等级的电路中;只需改变电阻值就可以设置任意的导通和关断门限, 从而可以具有一个较宽的安全范围。

(2) 在控制系统中照明电源与芯片工作电源分开, 将蓄电池的电源分路进行分别稳压处理, 在使用微小功率继电器自动选择合适电压, 小电压供给芯片工作, 大电压供给灯具照明, 避免了使用同样的大电压供给所产生的功耗的损失。同时在照明回路中, 避免使用功耗较大的三极管做开关, 而是使用可控硅。

(3) 设计有备用电源, 在连续的极端恶劣天气下, 蓄电池电量用完, 得不到及时充电, 可以自动开启后备电源, 保证路灯正常工作。

3 结束语

本太阳能路灯智能控制系统的设计, 对城市环保、照明节能、缓解常规能源紧张的情况有积极意义。整个系统运行均为自动控制, 工作原理简单, 安装方便, 技术可靠。适用范围:一方面, 在道路、景观照明以及今后可能推广的太阳能系统区域网内集中采供电应用等方面, 其技术和市场很有发展前景。另一方面, 在一些特定场合 (海岛、景区山顶、偏远地点等) 的应用优势明显, 包括示范应用也有积极意义, 所以研究很有意义。

参考文献

[1]孙志甫.用功率型LED制作人体红外控制灯[J].无线电, 2008 (550) :39-40.

[2]张娅.一种太阳能草坪灯系统部件优化设计方案[J].光源与照明, 2009 (1) :27-36.

[3]鞠振河.太阳能路灯系统的优化设计[J].可再生能源, 2007, 25 (5) :79-83.

[4]张宏希.被动式红外开关电路及其应用[J].电器开关, 2001 (2) :33-39.

浅谈路灯系统节能措施 第11篇

关键词：LPD 电容补偿 关闭部分光源 智能降压节电器 附加变功率镇流器

随着我国经济持续高速的发展，人们生活质量的提高，我国全社会的总用电量也在逐年递增：2002年约为16386亿千瓦时，2006年约为28248亿千瓦时，2012年约为49591亿千瓦时。由以上简单的数据可看出我国近十年用电量增长是十分迅速的。因此，节能降耗将越来越受到政府及各界的广泛重视。

作为一个现代化城市建设不可或缺的路灯，其节能措施必然成为节能降耗中的一个课题。国家发改委已于2004年11月，发布了《关于加强城市照明管理促进节约用电工作的意见》（建城【2004】204号），文件中对目前国内城市照明亮灯率的现状及今后建设城市路灯系统的工作任务做了明确的规定。文中指出“大力推广节能技术，提高系统电能利用率。严格按照照明设计标准规范进行路灯系统的建设，不得超规范建设；新建和改建项目必须采用科学的设计方法，同时推广采用高效节能的照明电器产品。”以上指导思想在对城市路灯系统设计中有着重要的意义。针对发改委的文件，各级地方政府及主管部门也制定了相应的节能标准规范，在实施强制节能措施外，更需要提高大家的节能意识，得到全社会民众的积极配合。作为一名电气工程师，在参与设计每一条道路的路灯时，都应首先考虑的是在照度满足本专业标准规范而不增加额外建设成本的前提下做到节能，同时从长期运行考虑也应该节省后期使用维护费用，做到真正意义上的既节能又节省。一个工程的路灯设计是否节能可依据《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）中表7.1.2的照明功率密度（LPD）作为照明节能的直观数据评价标准。

个人认为城市路灯供电系统可分为由人工发电供电系统和采用太阳能为其供电的系统。由此可见是太阳能路灯系统比较节能，但是到目前为止尚未得到大面积推广，原因是：其一技术相对于传统供电系统有缺陷，是否值得大范围使用还需要经过一番经济技术比较，其二在高楼林立的城市中采集太阳光有一定的局限性。所以本文仅对目前应用广泛的传统路灯供电系统进行探讨。

首先考虑采用高效节能型光源，也就是使用发光效率高的光源，如：高效节能高压钠灯、LED灯。采用节能型光源适用于新建路灯、刚好需更换灯头的已建路灯工程。但是对于投入使用时间比较短的路灯来说更换成节能型光源，不仅需重新投入大量资金和人力。同时淘汰下来使用过的光源也毫无利用价值，这样就造成建设单位出现重复投资、浪费资源的不正常现象。这样只能对需要新建、刚好更换灯头的路灯系统加以改造使其达到节能的目的。

1、从路灯光源自身的特性入手，若采用的光源是高压钠灯，即使采用高效节能光源其功率因数也很难达到标准中要求的不小于0.85，这样就会使配电回路电流增大，导致在配电回路电缆上产生的损耗也相应增大，不符合节能标准。所以要求高压钠灯应加电容补偿。但标准中并没有明文规定是在路灯专用箱变中做集中补偿，还是在每基路灯处做分散补偿。个人认为，由于路灯的配电回路较长并是布设道路两侧或一侧的，若采用集中补偿方式，并不能改变高压钠灯的功率因数，回路电流仍很大，配电回路的大量损耗依然存在。而在每基路灯分别作电容补偿，显然从根本上解决了发生损耗的原因；若采用的光源是LED灯，自身功率因数可达到0.95，无需做电容补偿。LED灯的优点是在满足对路面照度要求的条件下采用的光源功率约是高压钠灯的0.5倍，即LPD值小。可缺点是成本也比高压钠灯要高出2-3倍，且透雾性差。

2、从路灯系统的基本特性来分析，可关闭部分光源这样直接而有效地达到节能的效果。在机动车道较宽的快速路、主干路上，对照度要求较高，在布设路灯时会采用每基路灯双光源的方案（此双光源可等功率或不等功率），此时在每隔一灯杆内安装一组中间继电器、时间继电器的控制器（中间继电器起到断开电流的作用，时间继电器起到延时断电的作用。根据各地经纬度不同，可调整延时时间长短）。前半夜开始路灯全部点亮，后半夜安装有中间继电器、时间继电器的控制器的路灯则持续到天亮后由微电脑时控开关关闭光源。这样在对照度均匀度没有过大影响的前提下实现了降低LPD值。但是此方法不完全的适用于所有路灯系统。若对于机动车道较窄的次干路、支路来说，照度要求较低，通常在布设路灯时都是每基路灯单光源照明，若前半夜路灯全部点亮，后半夜采用“间隔亮灯”，则严重影响了照度均匀度。这样对行人、交通安全带来了隐患，对维护社会治安也增加了不稳定因素。所以关闭部分光源在此情况下不适用。

另外，业内有一种节能方式是同一电缆沟敷设两根路灯电缆，借此实现关闭部分光源。此方法表面上看是实现了“间隔亮灯”，但也增加了一回路电缆，相应地增加了建设成本。比较加装中间继电器、时间继电器的控制器的方法不节约，不提倡采用。

3、还有一种业内普遍采用的节能方式，通过外加专用节电器实现节能。

智能降压节电器，是将节电器安装在路灯配电回路的输入端，前半夜配电回路为正常电压，而后半夜因用户少负荷低，则电网电压会高于220V。电压过高将影响光源使用寿命，并额外消耗电能，采用该节电器使输出电压维持在低于正常电压的10%，采用这种装置在不影响照度均匀度的前提下既节能，又能够延长路灯使用寿命。但也有不足之处，这种方式是配电回路的光源都在低于正常工作电压下运行，因为路灯配电回路较长，回路末端压降较大，就有可能出现末端电压不能满足光源所需正常工作电压。另外，灯杆上会外接广告牌，而这些光源一般采用节能灯，会因电压不足导致其不能正常工作。鉴于这些缺点，本人认为可采用另一种技术：附加变功率镇流器。

附加变功率镇流器可改变光源功率，达到路灯系统节能的目的。对于已建路灯工程，可采用此方法进行改造，其特点是对原光源配套的镇流器无需更换，方便快捷、低成本的对系统进行了改造。

例如：一基路灯每天照明12小时，前6小时处于正常工作状态，后6小时处于节能状态，光源功率由初态400W调至250W。（镇流器损耗暂不计），这样LPD值明显降低，照度均匀度受影响不大。

節电效率={6*（400-250）/（12*400）}*100%=18.75%

可见附加变功率镇流器方式，具有智能降压节电器的优点，也避免了它的缺点，值得采纳推广。

结论：以上是我的一些粗浅认识，从设计的角度对路灯系统的节能方式进行了考虑，希望有助于路灯系统的改进，使其既能满足功能性要求，又能够实现最大限度的节能。

参考文献

【1】《城市道路照明设计标准》 CJJ 45-2006

【2】 照明技术与设计 中国照明学会

【3】《室外照明工程设计手册》 中国电力出版社

智能模拟路灯控制系统设计与制作 第12篇

关键词：路灯控制,环境检测,声光报警

1 引言

照明工程迅猛发展, 其路灯数量的增大, 而且功耗和性能大不提高, 因而对路灯定时器控制的要求比较精确。目前, 路灯开关灯控制方法多为“钟控”和“光控”。“钟控”不适应天气突变与季节变化等自然情况;“光控”容易受外部环境干扰, 灵敏度低且可靠性较差, 二者均不能实现控制开关灯的合理化、科学化。本文介绍了一种很好地将“钟控”与“光控”相结合, 具有故障报警功能, 性价比高的智能模拟路灯控制系统。

2 硬件设计

智能模拟路灯控制系统主要由单片机控制电路、环境检测电路、传感器电路、声光报警电路等模块组成。系统结构框图如图1所示:

2.1 单片机的选择

方案一:采用AVR单片机作为系统的控制核心。AVR单片机具有运行速度快, 存储容量大, I/O口驱动能力强, 内部资源丰富等优点, 对提高测量误差精度有利。方案二:采用传统的51单片机作为系统的控制核心。51单片机具有可靠性高、价格低廉、使用简便等特点, 但运行速度一般, 存储容量较小。经分析比较, 两种方案均可实现题目基本要求, 考虑到路灯实际情况及性价比, 选择方案二。

2.2 环境检测模块

方案一:采用全分离元件制作的环境检测电路, 元器件参数调节要求高, 对亮暗检测灵敏度一般。方案二:采用555集成电路制作的环境检测电路, 调节简单, 故障率小, 对亮暗检测灵敏度高。经分析比较, 方案二优于方案一, 可靠性高, 故选择方案二。

采用555芯片实现环境检测电路, 使用光敏电阻的特性改变555芯片的输入电压, 从而改变电位器J的常开触点的状态, 控制发光二极管的状态。电路图如图2所示, 光敏电阻R1当受到强烈的光照时内阻减小, 555芯片的2和6端的电位大于2/3Ucc, 555内部电压比较器U1、U2分别输出0和1, 基本RS触发器输出低电平, 555芯片3端输出低电平, 继电器J失电释放, 送低电平给单片机;当光敏电阻受光照减少时, 内阻增大, 使555的2和6脚的电位处于1/3Ucc与2/3Ucc之间, 电路的状态不变, 当光敏电阻不受光照时, 内阻进一步增大, 使555电路的3端输出高电平, 继电器J得电, 常开触电闭合, 送高电平给单片机。调节滑动变阻器Rp可以改变调节电路对光线的灵敏度。Rp增大, 要求暗度要高灯才能亮;Rp减小, 要求暗度不高灯就可以亮。

2.3 传感器检测模块

方案一:采用光纤传感器, 聚光性强, 精确度高, 检测距离远, 但价格昂贵。方案二:采用超声波发射接收管对, 超性能可靠, 可实现实时监测, 但需编写专门的驱动程序, 并需单片机等MCU进行控制, 性价比不高。方案三:采用红外线光电开关E18-20, 具有体积小、精度高、检测距离远、性价比高等特点, 常用于自动流水线产品检测。经分析比较, 红外线光电开关最适合题目的要求, 只要安装准确, 能较好地达到题目的检测误差要求, 且性价比高, 故选择方案三。

系统采用E18-20漫反射性红外线光电开关, 工作电压为6~30V, 检测距离达30cm, 通过加12V工作电压, 使传感器检测距离达25cm。传感器信号线与继电器线圈相连, 继电器常开触点与单片机相连。

2.4 声光报警模块

方案一:利用继电器可检测LED灯回路有无电流, 从而判断路灯是否发生故障, 但继电器线圈通电后会储能, 对整个系统正常可靠运行有影响。方案二:利用光电耦合器TLP521, 输入端与输出端完全实现了电气隔离, 抗干扰能力强, 工作稳定, 传输效率高。经分析比较, 方案二优于方案一, 更利于检测电路故障, 故选择方案二。

系统采用LED驱动声光报警模块电路如图3所示, 主要利用了TLP521单路光耦和继电器实现了传感器和单片机的电气隔离, 确保模块电路正常工作。

2.5 信息显示模块

方案一:采用单片机I/O端口实现键盘显示功能, 需加驱动电路, 软硬件工作量大。方案二:采用HD7279A键盘显示驱动芯片, 无需外围元件直接驱动LED, 方便可靠, 可使软件工作简化。经分析比较, 方案二优于方案一, 可靠性更高, 故选择方案二。

系统采用含有HD7279键盘显示驱动芯片的51单片机最小系统, 用来实现定时开关灯、根据明暗条件自动调节、时钟显示、报警信息显示等功能。

3 软件设计

系统软件设计采用C语言进行编程, 主要完成各模块的信号处理和控制。系统软件流程如图4所示。

当开机时, 系统复位, 单片机自动运行时钟程序, 通过不同的按键设置, 实现各种控制。各个控制互相独立, 单片机最小系统按键设置如表1所示。

4 系统测试

4.1 整条支路灯按时开灯和关灯功能测试如表2所示。

路灯亮灭完全按设定时间控制, 测试过程中路灯亮灭情况测试准确率100%。

4.2 测试支路控制器能根据环境明暗变化, 自动开灯和关灯。

采用手动遮光和晚上关灯两种测试方法, 环境监测电路反映灵敏, 能很好的实现明暗自动调节开关灯功能, 测试正确率100%。

4.3 测试根据交通情况自动开灯和关灯。

路灯布置示意图如图5所示, 经多次测量, 当可移动物体M由左至右到达S点时, 灯1亮, 平均误差1cm;当物体M到达B点时, 灯1灭, 灯2亮, 平均误差0.5cm;当物体M从B点到达S', 灯2亮, 平均误差0.5cm;若物体M由右至左移动时, 则亮灯次序与上相反, 误差情况也相似。对S点传感器安装位置进行调整, 误差情况不变。由上述分析可知, 导致S点误差较大的原因可能是该点传感器聚光质量不良造成。

4.4 各个支路灯按时开灯和关灯功能测试如表3所示。

各支路路灯亮灭完全按设定时间控制, 测试过程中路灯亮灭情况测试准确率100%。

4.5 测试路灯出现故障时 (灯不亮) , 发出声光报警信号, 并显示有故障路灯的地址编号。

通过杜邦线接线头人为设置LED1、LED2短路故障, 红色报警灯会亮, 扬声器会响, 同时数码管上显示产生故障的路灯地址编号, 测试准确率100%。

5 结束语

系统通过E18-20红外线光电开关来检测路面物体移动情况, TLP521单路光电耦合来实现故障报警功能, 通过软件编程来简化硬件电路, 具有较高的性价比。经测试, 达到了预期制作目标, 为路灯开关灯控制设计提供了一定的参考作用。

参考文献

[1]刘坤, 宋戈, 赵洪波, 张宪栋.51单片机C语言应用开发技术大全.北京:人民邮电出版社, 2008.[1]刘坤, 宋戈, 赵洪波, 张宪栋.51单片机C语言应用开发技术大全.北京:人民邮电出版社, 2008.

[2]李健, 蒋全胜, 任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机, 2010, 23 (6) :110-112.[2]李健, 蒋全胜, 任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机, 2010, 23 (6) :110-112.

[3]康华光, 陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2003:197-198.[3]康华光, 陈大钦.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2003:197-198.

[4]王玉巧, 胡玉玺.基于单片机的路灯智能控制系统[J].山东轻工业学院学报, 2010, 24 (4) :70-72.[4]王玉巧, 胡玉玺.基于单片机的路灯智能控制系统[J].山东轻工业学院学报, 2010, 24 (4) :70-72.