隨著經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展時期，城鎮(zhèn)照明、夜景照明作為城鎮(zhèn)建設(shè)的重要組成部分，直接關(guān)系到人民群眾的生產(chǎn)生活和城鎮(zhèn)形象。城鎮(zhèn)路燈的使用數(shù)量大幅增加，但是，當(dāng)我們把重點放在路燈照明美化城鎮(zhèn)的時候，卻忽略了現(xiàn)有路燈在實際中存在的嚴(yán)重浪費電能的缺陷。這里從實際情況出發(fā)，充分考慮時間和路段人流量情況，設(shè)計出智能型 LED 路燈控制器，實現(xiàn)分時段對路燈亮度自由調(diào)節(jié)，真正做到從細(xì)節(jié)杜絕浪費，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，為實現(xiàn)“節(jié)能減排”的中國夢做努力。
研究意義
建國以來，我國的路燈經(jīng)歷了人工控制、時控方式、光控方式三個階段，到現(xiàn)在已經(jīng)完全實現(xiàn)了路燈的智能控制。智能路燈已經(jīng)成為城鎮(zhèn)建設(shè)不可缺少的公共設(shè)施，同時智能路燈的嚴(yán)重浪費電能的缺陷也變得日趨明顯。浪費電能主要體現(xiàn)在以下兩個方面：
(1)整個晚上路燈的亮度不可調(diào)，始終保持在 100%亮度，沒有根據(jù)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(shè)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(biāo)準(zhǔn) 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(shè)成本高。由于功率大，采用的鋪設(shè)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(tài)快速改變，在夜晚路燈節(jié)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(qū)，產(chǎn)生忽明忽亮的現(xiàn)象，人的肉眼對某一種亮度的光線具有相對穩(wěn)定的適應(yīng)性，所以忽明忽暗的亮燈模式會產(chǎn)生一定的危險性，而且也不能滿足城市道路照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求。
伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速、穩(wěn)定發(fā)展，我國的城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)入了一個日新月異、蓬勃發(fā)展的時期。城鎮(zhèn)照明、夜景照明作為城鎮(zhèn)建設(shè)的重要組成部分，直接關(guān)系到人民群眾的生產(chǎn)生活和城鎮(zhèn)形象，直接反映了一個城鎮(zhèn)的建設(shè)水平和城鎮(zhèn)風(fēng)貌。
近年來，特別是黨的“十八大”提出加快“城鎮(zhèn)化建設(shè)”的政策之后，城鎮(zhèn)建設(shè)的規(guī)模更是空前絕后，城鎮(zhèn)路燈的使用數(shù)量大幅增加，路燈控制水平的高低更是反映了一個城鎮(zhèn)的現(xiàn)代化程度。但是，當(dāng)我們把重心放在路燈照明美化城鎮(zhèn)的時候，卻忽略了現(xiàn)有路燈在實際中存在的嚴(yán)重浪費電能的缺陷。是的，我們現(xiàn)在的路燈的確做到了智能控制，的確做到了路燈開、關(guān)的準(zhǔn)確性和及時性，但是，我們卻未能做到節(jié)能。而且路燈在我國電能消耗比例中占有相當(dāng)大的比重，所以節(jié)能 LED 路燈的使用，無疑會對我國的大氣環(huán)境、霧霾天氣等的改善起到重大作用。
設(shè)計方案與思路
1、設(shè)計方案
本方案克服現(xiàn)有路燈的非節(jié)能等缺點，實現(xiàn)一種新型的智能節(jié)能路燈控制，通過單片機(jī)與時鐘芯片的精準(zhǔn)控制，用可調(diào)的 PWM 波分時分段的控制燈的亮度，實現(xiàn) 360 度無死角的杜絕電能浪費，通過日出日落實現(xiàn)燈的亮滅，達(dá)到無人值守的自動控制目的。真正做到無縫控亮，從細(xì)節(jié)杜絕電能的浪費，實現(xiàn)節(jié)能減排、方便實用的目的。具體設(shè)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(zhǔn)的控制各時段的定時，然后通過采集 ad 轉(zhuǎn)化模塊的光感電壓來控制燈的開和關(guān)，PWM 波的值 4~9 六檔均可通過鍵盤自由調(diào)節(jié)，數(shù)碼管顯示模塊通過與單片機(jī)的連接，讀出時鐘芯片的時間和 PWM 波四段的各檔調(diào)節(jié)值。把各模塊的軟件部分綜合起來調(diào)試完成，最后由驅(qū)動電路實現(xiàn)弱電和強(qiáng)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(chǎn)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(diào)節(jié)時間和 PWM 波的值。(4)PWM 模塊：本模塊主要用來調(diào)節(jié)燈的亮度，PWM 波是通過定時器產(chǎn)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(shù)碼管：數(shù)碼管的目的是用來顯示，以上模塊中的所有進(jìn)程都是在主控模塊的內(nèi)部進(jìn)行，我們?nèi)瞬荒軌蚋兄?，但是通過數(shù)碼管的顯示之后就可以清楚整個控制器的進(jìn)程，可以說它是控制器的窗口。數(shù)碼管顯示的內(nèi)容是：小時、分鐘，四個階段的 PWM 波的值。只要我們通過按鍵調(diào)節(jié)其中任意一個內(nèi)容，其都會在數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換模塊送給主控芯片。(7)AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換(pcf8591p)：把模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，送給主控芯片。 8)驅(qū)動電路：本模塊作用是把產(chǎn)品從實驗階段變成實用階段，通過接到 220V 來驅(qū)動大電流，實現(xiàn)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(tǒng)高壓鈉燈相比，具體優(yōu)勢見表1。
6、經(jīng)濟(jì)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(jīng)濟(jì)節(jié)約計算如下:
每盞燈正常工作0.5度/小時，每盞燈每天節(jié)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(jié)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(jié)約近4.2千萬度電，具體見表
表1
表2
結(jié)束語
1、與現(xiàn)代路燈比較的優(yōu)勢
現(xiàn)在的路燈的亮度始終保持在 100%，存在嚴(yán)重浪費。其采用的節(jié)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(qū)，產(chǎn)生忽明忽亮的現(xiàn)象，人的肉眼對某一種亮度的光線具有相對穩(wěn)定的適應(yīng)性，所以忽明忽暗的亮燈模式會產(chǎn)生一定的危險性，而且也不能滿足道路照明環(huán)境比 SR 所提出的要求。(2)選時段關(guān)閉，比如在后半夜人流量少的時候關(guān)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(shè)計的作品恰好填補(bǔ)這一缺點，利用燈的亮度可調(diào)節(jié)性優(yōu)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(xì)化，更人性化，實用性更強(qiáng)，且節(jié)約電能明顯。
2、 主要創(chuàng)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(jù)實際安裝路燈路段人流量狀況設(shè)定)，且每個時間段燈的亮度均可實現(xiàn)40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%七個值的自由設(shè)定，這是本方案的最突出特點，也是區(qū)別于現(xiàn)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(yīng)熱釋器，防止人為設(shè)置路燈亮度過低而影響行人正常通行，實現(xiàn)分時段對路燈亮度自由調(diào)節(jié)，所以本路燈控制器真正做到了從細(xì)節(jié)杜絕浪費，節(jié)能、高效、環(huán)保、人性化。
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