路灯控制系统设计及其软件实现

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摘要：路灯节能控制系统一般指对城市路灯的开关与照明亮度通过控制器、功率变换、阻抗变换器等器件进行智能控制，以达到节能的效果的电路系统。本文将通过对路灯节能控制系统详细的功能介绍，以及对路灯节能控制的设计研究，包括硬件与软件的设计，然后分析路灯节能控制系统的节能效果，以此为城市路灯节能控制系统的优化提供参考。

关键词：路灯；节能；控制系统；软件实现

一直以来，人类对能源的需求就没有停止过，除了部分可循环利用的能源外，我们目前运用的大多数能源均属于一次性能源，随着社会的发展，特别是进入二十一世纪以来人们对生活质量的要求大大的提升，对能源的需求也就越来越大，而我们的可利用的一次性能源却也越来越少，随着可持续性发展的观点的提出，人们对能源的认识也越来越清晰。据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250~2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。面对即将到来的能源危机，全世界认识到必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。面对如此严峻的能源问题，而我们的城市路灯系统却存在着严重的能源浪费，在城市供电中路灯消耗电量占了30%左右。大多城市的供电系统还处于通宵同等供电的模式，而对于深夜已经不再需要大量的持续照明，如果能将其进行改进将会大大地节省城市照明供电。

1.路灯节能控制系统的功能

1.1分时控制

在城市路灯供电系统中，大多是通宵统一标准供电，虽然控制简单，但是系统线路单一，无法对路灯不同时段，不同地区根据不同的照明需求改变照明亮度。而一年四季中，每个季节的日出日落的时间段都会有所不同，不同时间段的自然光照明度都会有所变化，且城市路灯照明不仅仅应考虑四季的时节变化，还需要考虑每天不同时段人们对照明量的需求，比如在人流量与车流量的高峰期的傍晚，需要让路灯进入最佳照明模式以保障人们的出现安全，在交通正常期的深夜和交通低谷期的凌晨，照明量应在保证基本出行安全的前提下相应降低照明量以节约用电。那么如何控制路灯的照明度呢，根据“一年分三季，一季分时段”的分时控制思想，在不同的时间段输入相对应的的电压，随着电压的变化，照明度相应也发生变化。在交通量较大的时间段根据人眼的感光——光线照明度减少10%，人的视觉感觉只减少了不到1%，而当电压减少到额定电压的93%时路灯的照明度会降低5%，而使用寿命将提升两倍，所以将此电压设为正常照明电压最为适合，既可以保证行人的照明需求与舒适度，还能大大提升路灯工作寿命与效率。相应的方法可以设计出正常期与低谷期相应的照明电压分别为额定电压的88%和80%。采取分时控制将大大地减少因交通照明需求的不同而造成的不必要的浪费。可以根据表1中的不同时间段的电压值来实现路灯照明的分时控制。

1.2电压监控

分时控制的基本理论是建立在路灯供电电压基本保持在稳定值的前提下的，但是在面对现实情况时往往没有那么理想。大多数地区电网电压都存在着安全正常范围内的电压波动，而，其电压值可能高于也可能低于额定电压。这时候使用路灯分时控制时间表中的比值来调整电压虽然也能达到节能效果，但是明显没有正常情况下那样显得那么理想。所以这时就需要在控制系统中加入电压监控系统，对供电电压提供实时的电压数据并传到分时控制系统中分析处理得出应控制输出的电压值。将电压监控系统与分时控制系统结合将会使得节能电压更加准确，节能效果更佳明显。

1.3旁路模式

在城市路灯供电系统中，还可以加入旁路模式，使得供电系统在接触器线路故障时可以自动切换到旁路供电模式。很多城市路灯供电系统没有安装旁路系统，在出现故障时不能够保障交通安全。而旁路供电模式可以使得交流电直接绕过控制器与变压器直接对路灯进行供电，此系统模式看似对节能没有起到直接的作用，但是保证道路交通的及时安全供电在某种程度上起到了保障人民生命安全，也间接起到了节电的作用。

1.4通信功能

加入了电压监控的分时控制电压的路灯节能系统已经在保障基本照明需求时很大程度地节约了用电量，但是在阴雨天时的傍晚，天黑的通常比正常情况要早很多，这就需要提前开启路灯照明系统，在下大雨的深夜，为了保障行车交通安全也需要路灯能保证充足的照明量。为了能保证分时控制供电系统和电压监控系统更加灵活地运用在城市路灯节能控制系统中，在控制系统中还需加入通信功能，使得供电电压与实时天气照明情况（阴雨天等特殊情况）及时反馈到中央监控系统，计算实时需求电压值，实时反馈到控制系统中以灵活运用节能系统。

1.5多种电工参数的检测

在多种控制系统的共同工作下，节能效果将会更加显著。但是更多的系统意味着更复杂的线路和电器元件。所以还需要设计可以显示各个器件故障的显示屏，不管是控制器，变压器或者是某个二极管出问题都可以实时清晰的明了的发现并及时地解决问题。

2.路灯节能控制的设计

2.1硬件设计

节能硬件设计主要包括单片机设计、时钟电路、电工参数测量通道、键盘显示电路和通信电路。

2.2软件设计

软件的设计主要集中在通过程序的设计来完成对硬件的控制，比如档位的高低设置，通过分析电压监控系统数据分析是否需要根据实时电压而采取相应的降压或者升压效果。整个系统被分为分时分段模块、电压监控调档模块和实时显示模块。

3.节能效果分析

通过运用电压监控，分时控制等节能控制系统，使得电能控制系统更加高效，也使得节能效果更加明显。以1000W路灯为例，在满足正常的交通照明情况下，适当降低路灯的端电压，可节能20%左右。在深夜交通流量降低时，可将路灯的端电压降至170V~180V，路灯1h内耗电0.55kWh左右，除去其他损耗，可节约电能近40%。在使用了路灯节能系统情况下，在不影响行车照明的情况下能达到如此高额的节电量将会使得人们更加地了解到节能系统的优势。

4.结语

通过加入分时控制和电压监控等系统，以及路灯节能控制的设计，使得路灯节能系统更加完善。城市路灯的节能高效节能不仅仅可以更加高效地利用电能达到节约能源的效果，还可以向市民们传递节能的理念，让全民参与到节能中来，更加坚实地贯彻可持续发展思想。

参考文献

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[2]罗冀.PIC单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社，2006.

[3]江雪山.新颖智能路灯控制仪[J].家庭电子，2005，10（1）：38-39.

作者:苍如意 单位:天津市电力公司路灯处