隨著經濟的快速穩定發展，我國城鎮化建設進入蓬勃發展時期，城鎮照明、夜景照明作為城鎮建設的重要組成部分，直接關系到人民群眾的生產生活和城鎮形象。城鎮路燈的使用數量大幅增加，但是，當我們把重點放在路燈照明美化城鎮的時候，卻忽略了現有路燈在實際中存在的嚴重浪費電能的缺陷。這里從實際情況出發，充分考慮時間和路段人流量情況，設計出智能型 LED 路燈控制器，實現分時段對路燈亮度自由調節，真正做到從細節杜絕浪費，節約能源，保護環境，為實現“節能減排”的中國夢做努力。

 

　　研究意義

 

　　建國以來，我國的路燈經歷了人工控制、時控方式、光控方式三個階段，到現在已經完全實現了路燈的智能控制。智能路燈已經成為城鎮建設不可缺少的公共設施，同時智能路燈的嚴重浪費電能的缺陷也變得日趨明顯。浪費電能主要體現在以下兩個方面：

 

　　(1)整個晚上路燈的亮度不可調，始終保持在 100%亮度，沒有根據具體時間、地點和人流量情況定義燈的亮度，沒有充分利用化整體為部分的思想，即把晚上分成幾個階段，分別設置每個階段燈的亮度。

 

　　(2)高壓鈉燈功耗大，電源效率低。例如通常標準 250w 的高壓鈉燈，其整體功率消耗一般在 307w 左右，電源效率在 66.8%;功率大，鋪設成本高。由于功率大，采用的鋪設銅的直徑較粗，使成本加大;亮度可控性差，對于高壓鈉燈有專用的升壓電源給其供電才能點亮，其亮度不能瞬態快速改變，在夜晚路燈節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會使路面存在陰影區，產生忽明忽亮的現象，人的肉眼對某一種亮度的光線具有相對穩定的適應性，所以忽明忽暗的亮燈模式會產生一定的危險性，而且也不能滿足城市道路照明設計標準的要求。

 

　　伴隨著經濟的快速、穩定發展，我國的城鎮化建設進入了一個日新月異、蓬勃發展的時期。城鎮照明、夜景照明作為城鎮建設的重要組成部分，直接關系到人民群眾的生產生活和城鎮形象，直接反映了一個城鎮的建設水平和城鎮風貌。

 

　　近年來，特別是黨的“十八大”提出加快“城鎮化建設”的政策之后，城鎮建設的規模更是空前絕后，城鎮路燈的使用數量大幅增加，路燈控制水平的高低更是反映了一個城鎮的現代化程度。但是，當我們把重心放在路燈照明美化城鎮的時候，卻忽略了現有路燈在實際中存在的嚴重浪費電能的缺陷。是的，我們現在的路燈的確做到了智能控制，的確做到了路燈開、關的準確性和及時性，但是，我們卻未能做到節能。而且路燈在我國電能消耗比例中占有相當大的比重，所以節能 LED 路燈的使用，無疑會對我國的大氣環境、霧霾天氣等的改善起到重大作用。

 

　　設計方案與思路

 

　　1、設計方案

 

　　本方案克服現有路燈的非節能等缺點，實現一種新型的智能節能路燈控制，通過單片機與時鐘芯片的精準控制，用可調的 PWM 波分時分段的控制燈的亮度，實現 360 度無死角的杜絕電能浪費，通過日出日落實現燈的亮滅，達到無人值守的自動控制目的。真正做到無縫控亮，從細節杜絕電能的浪費，實現節能減排、方便實用的目的。具體設計方案見圖 1。

 

　　2、基本思路

 

　　Stc89c52 主控模塊通過采集 DS1302 實時時鐘時間，精準的控制各時段的定時，然后通過采集 ad 轉化模塊的光感電壓來控制燈的開和關，PWM 波的值 4~9 六檔均可通過鍵盤自由調節，數碼管顯示模塊通過與單片機的連接，讀出時鐘芯片的時間和 PWM 波四段的各檔調節值。把各模塊的軟件部分綜合起來調試完成，最后由驅動電路實現弱電和強電的連接，包裝成成品投入實用。

 

　　3、各模塊功能

 

　　(1)Stc89c52：主控模塊，整個控制器的大腦。2)DS1302：實時時鐘芯片，產生時間，由 Stc89c52 讀取并且存儲。 3)按鍵：本模塊和主控模塊連接，調節時間和 PWM 波的值。(4)PWM 模塊：本模塊主要用來調節燈的亮度，PWM 波是通過定時器產生，然后送給主控模塊，主控模塊再送給與其連接的 LED 燈。(5)數碼管：數碼管的目的是用來顯示，以上模塊中的所有進程都是在主控模塊的內部進行，我們人不能夠感知，但是通過數碼管的顯示之后就可以清楚整個控制器的進程，可以說它是控制器的窗口。數碼管顯示的內容是：小時、分鐘，四個階段的 PWM 波的值。只要我們通過按鍵調節其中任意一個內容，其都會在數碼管上顯示，比如時間、PWM波值。(6)光敏：實時采集外部光線，采集的信息通過 AD 模數轉換模塊送給主控芯片。(7)AD 模數轉換(pcf8591p)：把模擬信號轉化成數字信號，送給主控芯片。 8)驅動電路：本模塊作用是把產品從實驗階段變成實用階段，通過接到 220V 來驅動大電流，實現大量的 LED 燈正常工作。

 

　　4、LED 路燈控制器電路原理圖(圖 2)

 

　　5、燈的選用比較本

 

　　本方案采用LED燈，器亮度高、功率低、壽命長、無污染，與傳統高壓鈉燈相比，具體優勢見表1。

 

　　6、經濟分析

 

　　假定我們把晚上分成五個階段：(1)天黑(光感判斷)燈自動亮到20: 00時;(2) 20: 00時到22:00時(2小時);(3) 22:00時到00:00時(2小時);(4) 00: 00時到凌晨05:00時(5小時); (5)凌晨05:00時到天亮(光感判斷)。這五個階段燈的亮度分別為100%, 90% , 80% , 60% , 100%。經濟節約計算如下:

 

　　每盞燈正常工作0.5度/小時，每盞燈每天節約電量(度)W:

 

　　W=1*0.5* C1-90%) +1*0.5* (1-80%)+5*0.5* (1-60%) -1.15(度)

 

　　每年(365天)1萬支路燈共節約電量(度)R:

 

　　R=365*100000*W=41975000(度)

 

　　這樣算下來一個城市每年可以節約近4.2千萬度電，具體見表

 

　　表1

　　表2

 

　　結束語

 

　　1、與現代路燈比較的優勢

 

　　現在的路燈的亮度始終保持在 100%，存在嚴重浪費。其采用的節能方式通常有兩種：1)采用隔二亮一的方式，但是隔二亮一的方式會使路面存在陰影區，產生忽明忽亮的現象，人的肉眼對某一種亮度的光線具有相對穩定的適應性，所以忽明忽暗的亮燈模式會產生一定的危險性，而且也不能滿足道路照明環境比 SR 所提出的要求。(2)選時段關閉，比如在后半夜人流量少的時候關閉 1 到 2 個小時。缺點是不利于本時間段行駛的車輛的安全。

 

　　而本項目所設計的作品恰好填補這一缺點，利用燈的亮度可調節性優勢，充分利用各時段人流量的情況來安排燈的亮度，功能更細化，更人性化，實用性更強，且節約電能明顯。

 

　　2、 主要創新點

 

　　本路燈控制器把夜晚分成 5 個時間段(時間段可以根據實際安裝路燈路段人流量狀況設定)，且每個時間段燈的亮度均可實現40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%七個值的自由設定，這是本方案的最突出特點，也是區別于現代路燈整個晚上都是100%亮度的最顯著特征，并且路燈安裝有紅外感應熱釋器，防止人為設置路燈亮度過低而影響行人正常通行，實現分時段對路燈亮度自由調節，所以本路燈控制器真正做到了從細節杜絕浪費，節能、高效、環保、人性化。