路灯控制器

路灯控制器（精选十篇）

路灯控制器 篇1

一、控制原理

1. 全夜灯控制

关灯部分:全夜灯就是昼关夜开的通用型自动控制。在夜晚向白天过渡时, 天空由暗渐亮, 光敏电阻RG2内阻降低, IC2A正输入端电位下降, 当低于负输入端电位时, 由IC2A、IC2B组成的电压比较器输出低电位, 三极管V3由原来导通变为截止。电源通过W4、R12向C8充电。延时开始, 延时的时间可调W4, 约在2~5分钟左右。此时IC6的正输入端电位上升, 待高于负输入端电位时IC6输出高电位, 三极管V2导通, 继电器J3吸合, J3-1切断继电器J1的电源使J1释放, J1-1断开, 关闭路灯。由于自然光由夜晚到白天的变化是很缓慢的, 会经过一个不稳定的过程, 会造成路灯闭动, 延时就是为了避免由暗变渐亮的缓慢而造成临界状态不稳定, 达到关灯迅速而彻底。

开灯部分:白天向夜晚过渡时, 光线渐暗。RG2内阻增大, IC2A由于正输入端电位上升而输出高电位, IC2B输出高电位, 三极管V3由原来截止变为导通, C8经R12和V3放电, IC6正输入端电位迅速下降, 使IC6输出低电平, 三极管V2截止, 继电器J3释放, J3-1接通可控硅VR正向电压。随着光线继续变暗光敏电阻RG1内阻增大。C3充电, IC2C正输入端电位缓慢上升, 当正输入端电位高于负输入端电位时, IC2C输出高电平, IC2D输出高电平, R5、C4微分电路输出的正脉冲将可控硅触发导通, 继电器J1吸合, 触点J1-1接通, 路灯开启。

2. 半夜灯和早晚灯的控制

所谓“半夜灯”就是在午夜行人稀少时关掉全部路灯或一部分路灯。在开灯时, 因继电器J3释放, J3-1接通延时电路的电源。IC5与R8、W2、W3、C7构成时钟振荡, IC5是一个能产生精确定时脉冲的高精度控制器, 其输出的脉冲由R8、W2、W3、C7确定。IC4C、R7、C6构成上电复零电路, 使分频器IC3为全零输出状态。IC4B为封锁电路, 在定时结束后禁止时钟脉冲送入IC3的 (10) 脚 (CL端) 。在J3-1接通时IC5起振, 振荡周期由W2调整为1.75秒, 当计数8192个脉冲时, 完成4小时定时, 若振荡周期为2.63秒, 完成6小时定时。IC3对IC5振荡脉冲进行记数, 在计到8192个脉冲时IC3 (3) 脚 (Q14) 输出高电平控制两支路, 一路使三极管V1导通, 继电器J2吸合, J2-1断开, 关闭一部分路灯或全部路灯。同时另一路经门IC4B封闭IC4A禁止继续计数。这就是“半夜灯”。4小时定时适用于夏天, 6小时定时适用于冬天, K2是冬季与夏季转换开关。

如果断开K1将取消封锁, 变成了循环延时电路, 适当调整延时, 使之半夜关灯, 黎明前黑暗时再开灯, 这就是“早晚灯”。这“早晚灯”解决了黎明前的黑暗阶段照明问题。给早起的人们的以方便。天亮后又自动关灯。

二、元件的选择:

IC1;选三端稳压器7812, IC2:选四电压比较器LM339, IC3:选十四级二进制计数器CD4020, IC4:选四二输入与非门CD4011, IC5:选NE555时基电路, IC6:选LM311电压比较器。W1~W5选用线绕电位器。RG1、RG2选Φ14 CdS光敏电阻。继电器J1、J2选大功率JQX-15F, 触点:AC22V/30A。J3选具有常闭触点的微型继电器。电解电容除C3、C8用胆电解电容外, 其余为普通电解电容。电阻均为1/4W, 二极管为1N4001。

三、调试

天黑开灯天明关灯是基本的控制内容, 第一步:在设置要关灯的环境下, 先调W5使IC2A、IC2B组成的电压比较器输出低电位, 再调W4使延时为5分左右J3释放关闭路灯。第二步:给两个光敏电阻遮住光线 (模拟晚上) 在J3释放后, 在不接C3的情况下, 调W1使IC2D输出高电平, J1吸合, 开启路灯。第三步:在J3释放状态接通K2, 调W2延时4小时左右, 打开K2调W3延时6小时左右即可。反复调试以达最佳状态。

路灯控制器设计报告 篇2

一.设计任务和要求

设计要求：

1、自制电路供电的稳压电源；

2、LED采用恒流供电。

3、该控制器具有环境亮度检测和控制功能，当处于暗（亮）环境下能够自动开（关）灯，为了演示方便，在现场演示时，当调光台灯（模拟自然光）较暗（较亮）时相当于暗环境（亮环境），此时另一个白光LED（模拟路灯）将被点亮（熄灭），以此实现光控功能。

二.方案说明

安装在公共场所或道路两旁的路灯，通常是随环境的亮和暗而自动的关断和开启或者自身亮度，同时可以对消耗的电功率进行测量。实验时用1W白光LED（3.3V@300mA）代替路灯，用调光台灯替代环境光线变化。

三.原理电路设计

1.单元电路设计.本光控路灯包括

(1)光敏采样部分,当光敏三极管处于不同光照强度下,它的阻值变化很大.将光敏三极管串联一个适当的电阻,接入电路中,输出量作为开关值.无光照强度或光照强度很小时,采样值接近VCC.当光照强度增加到一定程度时,采样值为一个较小值,并且随着光照继续增强,采样值也随着减小.(2)电位器调节电压部分.当光照达到一定强度时,通过调节电位器改变它的电压,使之与光敏采样部分的采样值相等即可.(3)集成运放器部分.需要用到集成运放器的开环性能和闭环性能.当集成运放处于开环状态时.它是一个电压比较器,对同相输入端和反相输入端的电压进行比较.若同相输入端的电压高于反相输入端的电压,则输出高电平;若同相输入端的电压低于反相输入端的电压,则输出零(单电源)或低电平(双电源).(4)三极管放大部分.使用三极管对集成运放器的微弱输出电流进行放大,从而使led灯能正常发光.2.元件选择

(1).光敏器件选择

光敏三极管和普通三极管相似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。通常基极不引出，但一些光敏三极管的基极有引出，用于温度补偿和附加控制等作用。光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。当具有光敏特性的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了相当于β倍的信号电流。不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，与光敏二极管相比，具有很大的光电流放大作用，即很高的灵敏度。

本次设计选择的是3DU33型号光敏三极管.在1000lx，V=10v条件下，电流典型值为10 mA.故可推测在1000lx,V=5A条件下，电路大约为5mA。且在有光条件下，电流最小值为2 mA.电路图如下

(2)电位器选择

本次设计电位器选择通用型3296系列103A电位器，阻值为10k.图如下

（3）集成运算放大器选择。本次选择LM358运算放大器。

LM358里面包括有两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运放，适用于电压范围很宽的单电源，而且也适用于双电源工作方式，它的应用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用 电路如下

（4）三极管选择。

本次选用S8050 NPN型三极管。三极管8050是非常常见的NPN型晶体三极管，在各种放大电路中经常看到它，应用范围很广，主要用于功率放大、开关。参数： 耗散功率0.625W（贴片：0.3W）

集电极电流0.5A 集电极--基极电压40V 集电极--发射极击穿电压25V 集电极-发射极饱和电压 0.6V 特征频率fT 最小150MHZ 典型值产家的目录没给出 引脚排列为EBC或ECB 838电子

按三极管后缀号分为 B C D档 贴片为 L H档

放大倍数B85-160 C120-200 D160-300 L100-200 H200-350

3.整体电路

实验原理

光敏采样值输出到前1/2 LM358同相输入端，电位器调节部分电压输出到前1/2 LM358反相输入端。当同相输入端电压值高于反相输入端电压值时，U1A输出高电平，反之输出零。U1B是引入负反馈闭环的运算放大器，可以由理想集成运算放大器虚短，虚端方法来分析电路。当U1A输出为零时，反相输入端电平也为零，U1B输出为0，led灯灭。当U1A输出高电平时，由虚短可判断反相输入端电压也为等值高电平。三极管工作在放大区，放大电流，led灯亮。

四.性能测试与分析

理论数据分析：在有一定光照条件下，光敏三极管的电流为2-5 mA.经计算考量，选取与光敏三极管串联的电阻为800欧。为使调节范围足够大，满足设计要求，选取R3=R6=1k,电位器R4=10k.在同相输入端大于反相输入端的电压值时，集成运算放大器最大输出几mA的电流，理论流过led灯最大电流为300mA。在光照足够强时，同相输入端电压值小于反相输入端，电压比较器输出零，此时三极管be间电压小于开启电压，三极管处于截止状态，流过led灯的电流为零。

仿真数据：无光照条件下，U1A同相输入端输入值即光敏部分采样值为4.993V，反相输入端电压值为2.363V，U1A输出4.023V，输出电流几乎为零。三极管基极电流为0.036A，流过led灯的电流值为0.400A（protues仿真没有S8050三极管和光敏三极管，故分别用TIP41和光敏电阻代替，与理论数据分析有差距）实测数据: 无光时,U1A同相输入端电压为4.91V,反相输入端电压为3.74V,U1A输出端电压为4.01V,电流几乎为零.此时测得led灯两端电压约为3.20V.逐渐增大光照强度,发现某一时刻led灯开始明显变暗,并且随着光强缓慢增加,led灯继续变暗,直至只有微弱灯光.此时测得led灯两端电压为2.43V.整个过程中,U1A同相输入端电压始终小于反相输入端电压值,U1A输出电压为零.U2A同相及反相输入端电压都为零,输出端有0.64V电压.误差分析: 处于临界光照时,运算放大器同相及反相输入端电压差值很小,容易波动.运算放大器均是采用直接耦合的方式，直接耦合式放大电路的各级的Q点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的Q点发生微弱变化 象：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。产生零漂的原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。解决零漂最有效的措施是：采用差动电路

六.实验心得

本次课程实验设计是我们三人组齐心协力,默契的团队配合.从初期方案的确定,到实验室共同焊板子,还有后来共同解决遇到的电路问题,每个人都很积极地去解决困难.通过此次设计，能够一步了解了光敏三极管的原理和特性，把我们所学到的知识应用到了实践，结合模拟电路和数字电路知识，经一步巩固和掌握前面所学的知识，收获很大。

七.参考文献

浅析路灯管理与节能控制 篇3

【关键词】城市照明；控制管理；节能技术

前言

伴随着经济的而不断发展，人们的生活水平也不断提高，人们的审美已经取得了很大的提高，不仅要求身边的事物要实用性强，还要求美观度好，开始注重所居住的城市环境的和谐性和整体性。路灯是基础设施建设的重要组成部分之一，在满足人们夜间出行的需要的同时，也对城市功能的完善和城市形象的提升起到重要的作用，伴随着全国城市亮化工程的开展，城市照明的能耗也在不断加大。为了更好地满足人们对夜间出行的要求，对路灯的建设除了要具备基本的照明功能外，还需要在当今世界资源紧张的背景下，符合现在的绿色照明的要求。对路灯和管理和节能控制，也反映了政府对城市管理能力。随着城镇化水平的提高，城市不断的扩建，路灯的数量也在不断加大，对路灯的管理方面也出线了许多问题，这些问题的出现需要及时的解决，否则将会影响到人们的出行和生活，也会影响到城市环境。

一、路灯管理与节能现状分析

作为城市基础设施的一方面，路灯在承担照明功能的同时，也是城市夜间美丽的一道风景线，美化城市环境。就目前来看，我国的路灯管理还存在一些问题，在节能控制方面还有很大的进步空间。

1.路灯管理缺乏规范

我國的路灯管理不规范方面存在的问题主要的体现是对路灯设施没有统一的管理，而是多头管理。不少城市的路灯管理实行的是景观照明的分类管理，比如说，功能照明的路灯由市路灯处、开发商、道桥处、企业等类型不一的部门进行管理；在同一个布局内的不同种类的路灯管理由多个相关的部门进行管理，比如说某小区内的路灯归属于多个部门，有开放商、市路灯处等，这样的管理方式缺乏规范性。路灯还区分为市路灯处和在建单位这两类管理，因为路灯管理的管理职责很细化，分属不同的领域，当路灯出现问题时，群众无法准确的向相应的部门反应情况，这就导致无法及时的对路灯进行很好的维修，这会对夜间行人行车造成很大的困扰，存在一定的安全隐患。

2.路灯建设和管理的统一性、规划性、统筹性不强

目前我国的城市基础设施建设和管理中，路灯建设和管理缺乏统一的计划和合理的安排，导致路灯的建设和管理比较混乱，由此，我国的路灯设施管理上存在很多不合理的现象，另外，对路灯的外观和着色没有统一的规范和要求，这会给行人和行车带来视觉上的混乱，颜色差异的路灯还会对城市的整体性、美观性、和谐性造成负面影响。面对我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，大众的审美水平有了显著的提升，对所居住的环境的美观度要求也随之提高，还很注重所居住的城市环境的整体性和和谐性。众所周知，城市的基础设施之一是路灯，路灯也代表了城市的风貌，在城市的道路两旁，路灯所起到的不仅是照明的作用，良好的路灯管理和设计能够点缀城市环境，所以需要对路灯进行合理的规划，让它能发挥出美化城市环境的作用。

3.路灯监管的方式不够先进

现阶段虽然我国的城市或乡镇的路灯加强了管理和维护，但还是难免存在一些监管方式不够先进的问题。所采用的仍然是传统的人工巡查和百姓反馈相结合的监管方式。这种方式具有滞后性的特点，尽管采取定期的人工巡查可以发现路灯中一些如：灯泡闪掉，灯柱倾斜的一些问题，但是城市的路灯较多，城市化速度不断加快，这就增加了路灯的管理难度，增加了人工巡查的工作量，如果不能有效的进行循环检查，那么经常出现的人为对路灯的损坏和盗窃的问题就不能得到很好的解决。如果路灯不能及时的维修，那么会给夜间过往的行人和车辆造成不便。

二、城市路灯照明和节能

绿色照明的节能理念指的是在行车功能、道路亮度等方面得到很好的满足的基础上，使道路照明建设得到节约、降低维护成本、实现路灯的良好运行，提高资源的利用效率。就目前来看，现实中采用的比较普遍的节能措施主要有两类：一是采用节能灯具和节能设施。伴随着科学技术的发展和应用，LED光源有着发光效率好、能耗小、安全性强、使用时间久、可靠性好等等显著的优点。二是智能化的路灯管理和节能控制。目前，智能化的路灯节能监督控制系统在不少城市已经起到了显著的作用，这种监督控制系统是由无线数传机、微机和职能执行终端灯有机组成的，各种道路的照明情况将通过数据传输的方式在管理中得到体现，从而起到控制照明情况的作用。在路灯系统的应用上，智能化控制管理在很大程度上降低了对路灯维修和管理上的花费，很好的实现了路灯节能和提高了能源的使用效率。

三、LED节能灯与白炽灯及高压钠灯的比较分析

根据有关调查研究分析，在照明强度保持不变的条件下，用8W的LED节能灯替换一个40W的白炽灯，可以节约照明用电量，而且LED灯使用寿命长，超过十万小时，这对损害度比较高的路灯来说是个不错的选择。一般来说，普通的节能灯和白炽灯的灯管中含有重金属汞元素你，当汞外露，灯管破裂时，难免对环境和人体带来危害，而LED节能灯就不存在这方面的安全隐患。此外，LED节能灯的投光远、亮度好、透光性能佳，使用的电压范围宽泛。具体的比较见图表1所示。

四、提高路灯的管理和节能控制分析

1.对路灯建设和管理进行统一规划

制定统一的路灯建设和管理方面的规划，制定相应的标准，提高路灯建设的合理性、和谐性和美观性，要根据实际的地区情况与当地的经济发展水平、城市规划布局、人民生活水平灯相结合。要将重点放在对路灯的建设和管理的规划和城市具体道路的布局外观相一致，要以城市道路的照明的相关要求来选择合适的建造方法，采用合理的管理方式。

2.对路灯的管理部门进行统一规范

要解决对路灯的多头化管理问题，实现对路灯的有效管理，提高建设的规范化和合理化水平，这样有助于更好的对路灯进行管理和维护，当出现问题时能够及时的解决。就目前的路灯和管理方面存在的问题，要从对路灯的管理和维护中坚持权力、责任和利益相统一。要加强对路灯的管理力度，对路灯的管理责任进行明晰，使相应的管理部门能够主动承担好责任，互相协调好、配合好，这可以从管理的源头上对路灯的建设和维护起到作用。

3.提高路灯的节能技术

路灯照明可以采用定时控制，也就是对路灯的开关灯时间进行控制。由于城市照明受到日照情况、天气状况和季节更替的影响，需要进行光控、时控技术，这样可以降低人工需要调整的工作数量，要考虑到灵活机动对路灯进行管理，采用智能化的控制管理系统，提高路灯照明的效率，有效的对能源进行节约使用，采用智能化的管理技术，这也是未来城市路灯照明的发展趋势之一。

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.

智能路灯控制设计 篇4

关键词：智能控制,路灯亮灭,恒流驱动电源,红外传感器

一、系统组成

系统总体结构由智能控制部分和传感器检测部分构成。

控制部分包括:按键控制模块,显示模块,LED亮度控制模块,报警模块等。

传感器检测部分包括:环境明暗检测模块,物体位置检测模块。

二、硬件电路

1、亮度检测电路设计

该系统需根据周围环境亮度的变化控制路灯的亮灭,此外,还需自动检测故障。采用光敏电阻可实现这些功能。光敏电阻是一种利用半导体的光电效应制成的电阻值随入射光的强弱变化而改变的电阻器;入射光变强,电阻减小,入射光变弱,电阻增大。根据这一原理,光敏电阻可用于光的测量、光的控制和光电转换。如图1所示,亮度变暗时,光敏电阻的阻值增大,流经G1、G2的电流减小,电源端与输出端的电压减小;反之,电压增大。MSP430单片机内部的A/D对此电压信号采样,单片机通过采样值,判断周围环境亮度,然后控制PWM的占空比控制LED点亮或者熄灭。

2、LED灯自动亮灭的实现

物体M在移动的过程中,需经过S、B、S'三个亮灯状态变换点,要求在这三处时,LED灯根据情况亮或者灭,关键在于物体位置的精确判断。前面已经对红外发射管与接收管的排列方式进行了论证,如图2所示,单片机产生脉冲传输给红外发射管电路,发射管立即将脉冲信号发射出去,如果没有障碍物,红外接收管接收到脉冲信号,信号经由稳压电路返回给单片机,说明亮灯状态变换点没有物体;如果单片机没有接收到红外接收管传输的脉冲,说明物体M在亮灯状态变换点处,单片机根据返回的信号控制LED灯点亮或者熄灭。

3、LED驱动恒流源的设计

恒流驱动,是比较理想的LED驱动方式,它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定。当PWM脉冲为高电平时,Q1基极电位降低,则Q3截止,LED灯不亮;当PWM脉冲为低电平时,Q1截止,使Q2导通,从而产生集电极电流,使三极管Q3低饱和导通,使LED发光。当Q3管微饱和,LED近似电流为I=(5-0.3)/R。

4、系统供电方案的实现

整个系统中各个模块所需工作电压不同。对电源带负载能力要求较高。为解决线性稳压电源功耗较大的缺点,采用了开关稳压电源。开关型稳压电源有效率可达90%以上,造价低,体积小,输出电流大。LM2596开关调节器是降压型电源管理单片集成电路,具有很好的线性和负载调节特性。LM2596第5管脚可由单片机控制,当接入高电平时,电源停止工作。此方案又大大降低了系统的功耗。

5、MS P 430单片机的资源分配

本次设计中使用到基于MSP430系列单片机的外围设备如下:

独立式键盘,这次设计使用按键复用的技术,只需3个键就可以控制系统的运行。大大节省了MSP430单片机的I/O口资源,采用P1.5-P1.7口控制。

液晶OCM12864-9,设计使用低功耗低成本的点阵型LCD做系统的显示器。采用并口方式与单片机通信,处理速度快。单片机P4口与液晶数据口相连,P3.0-P3.3分别与液晶的数据/指令端AO、读写控制端W/R、使能端E以及片选端CS1相连。

红外的发射与接收,采用P3.4-P3.7控制红外线的发射与接收。

A/D采样,单片机内部的A/D转换器对环境明亮度进行采样。P2.0-P2.2端口采集信号。

LED恒流驱动电源,PWM控制LED灯的亮度。PWM输出口为P1.2和P1.3。

报警电路,声光报警电路由P1.0控制。

三、软件设计

系统的软件设计采用c语言编程,在MSP430仿真软件IAR Embedded Workbench上完成了单片机系统的开发,实现了设计功能和指标要求。

参考文献

[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007年

[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉:华中科技大学出版社,2006年

路灯照明 节电控制系统设计 篇5

照明是城市基础设施的组成部分，在城市的交通安全、社会治安、人民生活和市容风貌中居于举足轻重的地位，并发挥着不可替代的作用，也标志着城市实力和成熟的程度。现有的城市路灯70％以上使用的都是高压钠灯，其设计寿命为24 000小时(5年)。但是，由于电压波动大，许多地区的波动甚至超过额定电压的15％，特别是在后半夜，由于电负荷减少，使得电网电压有时接近245 V，高电压不但浪费了电能，还缩短了灯泡的使用寿命，事实上，现在城市路灯的实际使用寿命平均不到一年。

目前，在供电电源端节能的方式主要有两种，一是采用半夜灯，二是采用调压方式。并夜灯是通过在下半夜关掉一部分照明灯的方法来达到节能，它具有简单易行的特点，缺点是道路照明不均匀，且无法解决下半夜电压高而影响光源寿命的问题，也不适用于商场、学校这些室内场所。而通过降低供电电压的方法不但可以节能，还可延长光源的寿命，是一种较好的节能方式。

为此本文提供了一种基于C8051F310单片机的节电控制系统的设计方案，该系统能针对电网电压偏高和波动现象，并根据用户现场的实际需求，实时在线调控输出最佳照明工作电压，以将其稳定在允许的范围内，从而提高电力质量，节约照明用电，延长灯泡的使用寿命，十分适用于路灯、学校、商场等室内和室外的照明节电控制。基本设计思路

本文所设计的路灯控制器采用自耦变压器形式调整负载路灯的电压，自耦变压器的一、二次侧线圈不仅有磁的联系，还有电的联系，所以，在输出电压调节范围不大时，它的容量比较小，所以消耗的材料小，造价低，效率高，其最大的优点是克服了可控硅斩波型产品产生谐波的缺陷，实现了电压的正弦波输出，其结构和功能都很简单，可靠性也比较高。

图1所示是一个路灯照明节电系统的基本框图。该路灯节电控制器要实现的基本设计思路是通过闭合在自耦变压器二次边不同变比的四个触点开关，使路灯两端电压在电网电压变化时(主要是夜间电网电压偏高时)能够自动稳定在一预设值。

荧光灯是一种利用汞放电产生紫外辐射来激发荧光粉层而发光的低气压放电灯，是目前工厂、大厦、商场、机关、学校和家庭照明的一种主要电光源。表1给出了荧光灯的照度、寿命与电压的关系(令额定电压下的寿命为1)。

由表1可知，若电网电压为额定电压220 V，采用90％额定电压供电时，灯具寿命可延长一倍，照度衰减7％。从人体视觉学可知，人的眼睛对光强度变化的感觉是按对数关系计算的，照度衰减7％，人的视觉能够感觉到光线变暗1．6％，此时节约电能19％，可以达到最佳能效比。如电网电压超过220 V，则节能率一般在20％以上。所以，90％额定电压为室内照明供电最优运行与节能电压。1．1 触点开关设置方案

由以上分析可知，90％的额定电压为路灯或室内照明最优运行与节能电压，即200伏。我国电网电压标准为220 V(-15％~+10％)，即电网电压的波动范围为187～242 V。假设电网电压在以上电压范围内波动，并设自耦变压器各路开关变比分别为a0、a1、a2、a3，那么，可以取电网波动的四个电压点来计算设定自耦变压器的变比，以使电网电压在这四个点的时候，变压器输出均为200V，这四个点为200V，210V，220V，230V。

设旁路变比为1，即当电网电压为200 V时，其变比a0=1，则其他各路开关的变比为：a1=0．95，a2=0．90，a3=0．87。以这四个点为中心，我们可以把电压波动的范围分成4个段，如图2所示。设电网电压为X，输出电压为Y，变比为ax。

由图2可知，其输出电压值的精度至少可达到94．3％。

现以冬季为例需要为道路照明的时间为17：00至次日6：00。根据电压观测的结果，电网电压通常应稳定在220 V左右，但在半夜0：00至次日6：00，由于电网负荷小，电网电压会逐渐攀升至230 V。据此可以计算出节电率。其电压调整前的耗电量： 由图2可知，其输出电压值的精度至少可达到94．3％。

通过计算可知，其节电率可达21％。1．2 电压控制方案

设输入电压为X，输出电压为Y；t时刻的电网输入电压为X(t)，触点开关跳变值为P，那么，可以先通过下式判断输入电压X处于上升阶段还是下降阶段：

若某路在t时刻的输入电压大于(t-1)时刻的输入电压，则输入电压处于上升阶段。设定电压跳变值为P，即电压上升到P+2时。触点开关跳变。反之，若某路t时刻的输入电压小于(t-1)时刻的输入电压，则输入电压处于下降阶段，若设定电压跳变值为P，即电压下降到(P-2)时，触点开关跳变。其中，可以设定4 V的回差，以使电压在上升和下降两个阶段有两个不同的阈值。设置该回差是为了保证触点开关在输入电压波动频繁时不会随之出现频繁跳变。1．3 采样方案

针对该系统的电网电压幅值变化不是很快的特点，该路灯控制器的采样速度和采样精度的要求都不需要很高。而微控制器C8051F310自带的10位AD转换器本身的精度就能满足系统要求。信号经过AD转换之后，再由微处理器计算相应电压的有效值，并进一步进行判断即可。该设计结构简单、成本低，且足够满足采样速度和采样精度的要求。

A/D转换器的转换精度，是由其参考电压和输出字段长度共同决定的。所谓转换精度是指一个A/D转换器可以对最小电压变化的监测能力。实际上，转换精度就是A／D转换器的最小步进电压，只需将MD转换器的参考电压与该转换器转换值的数量相除，就可以得到该电压值。

由于C8051F330采用3．3 V作为基准电压，故其转换精度为3．3／1024，即3．22 mV，完全可以满足本系统的精度要求。1．4 远程通讯控制方案

远程通信是指多台路灯控制器与PC机之间的通信，便于用户对分布在各处的路灯控制器的状态进行监控，本系统通过C8051F310自带的UART口和PC机的串口进行通信，以将检测到的各种状态信息传给上位机(如电网的电压，A、B、C各相的电流，以及路灯控制器所处的各个状态等等)，而用户则可根据上位机的软件来选择要监控的路灯控制器，然后根据其状态来发出各种控制命令，如旁路或者选择节能所处的档位。

鉴于采用的是一台PC机对多台路灯控制器的方式，故可采用侦听方式来规定其通信协议，即给每一台控制器分配一个通信地址。通信开始之前，主机先发送通信地址，每一台控制器都接收这个地址，然后与自身的地址相比较，地址匹配的路灯控制器开始与主机通信，其它的保持侦听状态。这样，用户就可方便地对任何一台控制器进行监控。

综合考虑总线的传输距离和抗干扰能力等因素，本设计在控制板上采用RS-485接口，并采用差分方式传输信号，故其抗共模干扰的能力很强。硬件设计

本节电控制系统的硬件部分主要包括微处理机、电压检测电路、电流检测电路、触点开关驱动电路、时钟及通讯接口电路等。当电网电压经整流滤波电路被采集到微控制器后，微控制器将通过自带的AD转换电路进行AD转换，然后通过运算来确定此时需闭合的变压器副边开关位置，同时发出命令使相应继电器驱动与其对应的触点开关闭合，从而实现其基本功能。KEY电路包含外部的一些手动逻辑控制。图3所示是本系统的硬件电路框图。

2．1 电压检测电路

本系统中的电压检测电路框图如图4所示。该电路中包括有各种信号调理电路。其电网电压经220 V／7．5 V变压器之后，再通过运放组成的比例放大器调整其幅值，然后通过全波整流电路将其变成直流，再经过RC滤波电路之后进入微控制器进行AD采样。

电流检测电路的结构与电压检测电路基本相同，只不过电流是通过电流互感器之后，再转换成电压信号，其信号调理过程基本一致。2．2 触点开关驱动电路

图5所示是触点开关驱动电路的示意图。在图5中，微控制器的输出可通过驱动电路接到三极管，以控制其通和断，并由此来控制继电器线圈的通和断，再通过继电器控制自耦变压器触点开关的通和断。

2．3 通信接口电路

本节电器和PC机的通信采取串口通信，使用的是微控制器的UART口，其中RX0为微控制器接收信号，Txo为微控制器发送信号。UART口通过专用的RS485芯片将信号发送到总线或从总线上接收信号。其电路图如图6所示。

图中的光耦起到了隔离作用，用于防止微控制器被其它信号干扰，防雷一般采用的是瞬态二极管。软件设计

智能无线路灯控制系统的研究与实现 篇6

【摘 要】本设计主要研究基于ZigBee的无线路灯控制系统，目的在于利用无线网络技术，构建一个控制路灯的无线网络。整个系统主要有数个ZigBee模块系统构成，每个模块能自动控制一盏路灯，而其中一个模块可以构成主机，能去控制其他子机模块，按照主机的指令要求去控制路灯的开启或关闭。本设计实现了节能、高效、自动化的控制系统有助于灵活控制路灯、系统科学高效的控制和路灯资源优化合理使用，为实时了解整个路灯系统的照明情况提供一种新的方法。

【关键词】无线路灯；ZigBee模块；单片机；无线传输

0.前言

我国部分城市路灯控制具有遥测、遥信、遥控功能运行方式灵活可靠，可以按时段，天气等控制路灯的工作。虽然在技术控制上有相当显著地成效，但是设计成本较高，不能够大面积普及。本设计利用无线网络技术，构建一个控制路灯的无线网络，开发出一个用无线网络控制的路灯系统。

1.无线路灯控制系统的概述

相对于传统的路灯照明系统，本次设计利用无线网络对路灯进行控制，整个过程可以通过无线控制实现，不需人力去对路灯进行开关以及巡逻监测路灯的工作情况，避免在恶劣环境下对路灯进行维护。根据需求对路灯进行开关和亮度的调节，可以对光能的合理有效利用，减少浪费，节能环保。系统根据需求以及周围的环境对路灯进行自动控制，使系统更加智能化。进而利用LED照明和对太阳能的利用，可以进一步减少电能的利用，更加绿色环保。

2.系统方案设计与实现

本次设计主要使用51单片机作为主机，通过串口的配置对zigbee无线传输模块发送和接收的数据进行处理，并通过液晶显示屏显示出来；协调器同样使用zigbee无限传输模块，是整个系统正常运行的枢纽，通过无线模块接收各个子机发送回来的数据并进行处理，再通过串口与主机相连接传输数据主机。各个子机使用的同样是zigbee无线传输模块，各个子机链接路灯组成组网，由主机设置路灯的各种点亮方式，通过串口传送到协调器在通过无线传输通知节点上控制路灯工作。

主控系统模块是整个设计能够实现的关键，在整个设计中起到主导的作用，通过主控模块去控制以下子机模块的功能实现。在日常设计中最长用的主控芯片是单片机，单片机的类型有很多种，其中包括STM32单片机、51单片机和AVR单片机等。STC89C52RC是一种可编程芯片，它的最高工作频率80MHz，具有消耗低、性能高等特点。同时具备有51单片机不具备的功能，而且其指令代码能和传统的51单片机可以完全兼容。

无线传输模块是整个设计的枢纽，目前常用无线模块有ZigBee无线传输系统、nRF24L01等。Zigbee是一种基于IEEE802.15.4标准的无线组网，以CC2530作为核心板在通讯技术里面集成了一片增强型的51单片机。适合用于在路灯的设计上，本次设计就是基于Zigbee的无线传输及控制系统，所以在无线传送模块自然就选择Zigbee了。

显示器是本次设计中必不可少的器件，在操作和合适的过程中起到实时监控的作用，其实显示器有很多种， LCD1602是显示内容为两行的液晶显示模块，在使用过程中功耗较小，体积微小轻便，而且价格不高，能够显示字符和数字，显示内容丰富便于观看和数据读取。在显示上可以背光调节，适合在不同亮度的环境下显示清晰的效果，其性能安全可靠。

本次设计针对路灯的控制主要以输入信号为关键，而键盘也是单片机不可或缺的输入设备，是无线模块与路灯之间的纽带。考虑到本次设计的实用性，设计时选择硬件的方式产生键码。而单通常片机中使用非编码键盘，其中的独立式键盘根据I/O线数来确定键盘接口的，键盘的接口使用了几根I/O口线，就有几个按键。

2.1硬件设计

硬件设计部分主要由STC89C52RC单片机模块、键盘模块、显示模块和由ZigBee无线模块构成的中心节点，其作为发送接收的枢纽控制以下所有子机路灯的工作。单片机模块通过在得到键盘键入信号后，将信号通过串口发送的方式将信号发送至中心节点的ZigBee无线接收模块。在信号接收后中心节点将信号通过无线传输的模式将信号传送去子机控制路灯的工作。路灯同样以无线传输的形式将其现时的工作情况反馈回中心节点模块，再将信号反馈回单片机，而显示模块的作用就是时时显示路灯的工作情况，以便于及时处理可能发生的状况。

2.1.1无线控制路灯组网模块

在单片机上对按键模块进行设置，并通过串口将指令传送到ZigBee模块上，再通过协调器上的无线组网将信号传送至各节点，以此来控制路灯的工作。同时接收节点返回的信号，对数据进行处理并显示出来。

2.1.2路灯节点模块

路灯节点模块接收接收到主机发来的数据，并分析数据进行处理对路灯进行控制。各节点同时对周围环境进行检测，根据环境情况，并充分考虑到季节，地域性，天气的不同状况。春夏秋冬季节天亮与日落的时间并不相同，控制路灯工作的持续时间和路灯亮度以达到节能的目的，并将数据发回给主机。

2.2软件设计

程序主流程主要通过主控系统开始，初始化，接收键盘模块指令，串口发出数据，通过数据分析显示模块显示相应数据，ZigBee模块接收和反馈数据这一循环过程。

在本次设计中主要是以单片机模块作为主控，其主要的作用是通过串口向中心节点无线模块发送相应的数据。以按键作为控制路灯的开关，通过串口发送和接收相关的数据。

无线模块在用ZigBee模块的协议栈。协议就是一种通信的标准，通信双方会按照同一个标准对这些数据进行正常的发射与接收。ZigBee的协议栈分为物理層和介质访问层，将各层的协议集合在一起，通过函数的方式实现，在设计的过程中可以直接调用。其设计过程就是通过对协议栈组网函数的调用，加入网络函数，从而实现网络的建立和节点的加入。发射和接收节点通过调用协议栈的无线数据发射、接收函数，进而实现对无线数据的发射和接收。在程序设计时，调用basicRfInit（）函数对协议进行初始化。调用函数basicRfSendPacket（）和basicRfReceive（）对相应的数据进行发射和接收，同时对数据进行处理。

3.系统调试

在编译和调试过程中，遵循的是先大后小的原则。先根据流程图将程序的各个模块的框架定好，然后进行编译并进行下载调试，如编译不通过，分块进行检查。如编译通过，就可以进行模块的编程，每编好一段完整的程序就要进行一次编译，在完成整个模块的编程下载调试后，在对另外的模块进行编程，同时要注意没编完一条程序之后要检查程序之后的符号是否写上。向单片机下载编写好的程序，检测各模块功能是否完好，然后各模块连接进行调试。编写简单的测试程序，测试各传感器模块、节点模块以及单片机的协调工作，若出现问题，应该首先考虑程序问题。

4.总结

本次设计实现了设计任务的基本功能，使用无线传输模块对无线路灯进行控制，采用层层递进的方式点亮路灯，这种方法便于在后续使用中添加路灯的盏数。由于设计与实际操作之间的存在偏差，设计结果没能做到完美。 虽然本次设计只是在实验室小范围进行是要使用，相信在今后进一步改善给技术添加之后，能够大范围使用到我们的日常生活中，节能减排做出一定贡献。 [科]

【参考文献】

[1]康华光.电子技术基础—数字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006，1.

[2]林小茶.C语言程序设计（第三版）.北京：中国铁道出版社，2010，12.

太阳能路灯模糊控制器的研究 篇7

1 路灯智能控制器构成元件

1.1 太阳能路灯中包含的硬件部分。在太阳能路灯中, 所包含的部分有太阳能光电池构件、蓄电池、控制器以及照明设备等, 其系统连接情况主要为天阳能电池连接在模糊控制器上, 而模糊控制器则连接在LED灯具上, 同时模糊控制器与蓄电池之间相互连接。

1.2 模糊控制器构成。从上述的分析中就可以看出, 在路灯智能控制器中, 核心元件就是模糊控制器, 在对路灯智能控制器进行设计的过程中, 需要合理的针对模糊控制器进行设计, 这样才能够使得路灯智能控制器发挥出其实际的效用。而模糊控制器属于模糊控制单元中的重要构件, 其起到的主要作用就是能够有效的针对蓄电池的充放电过程进行掌控。在充电的时候, 可以针对太阳能电池板具有的电能进行合理的检测, 同时采取相应的策略有效的实现对蓄电池的模糊控制, 从而达到高效充电的目的。另外, 模糊控制单元还可以有效的针对蓄电池的充电情况进行精确的监测, 直到顺利的完成蓄电池的充电作业。在完成对蓄电池的充电后, 需要针对太阳能电板上的电能进行有效的释放, 简称为放电。在进行放电处理的时候, 需要将蓄电池中剩余的电能均完全的释放, 然后将释放的电能传送给LED灯具, 从而辅助路灯发光, 进而满足照明的需求。

2 建构蓄电池充电模糊控制的手段

2.1 双标三阶段浮充法。所谓的双标三阶段浮充法主要指代的就是依据太阳能这种可再生资源所具有的特性, 来进行的蓄电池充电过程的一种模型构建方法。在双标三阶段浮充法中, 三阶段主要指代的就是浮充电压的准确值, 应用Vf来表示, 同时也指代的是过标准的开路电压, 利用Voc来表示。根据这一方法, 可以将充电的过程划分为以下几个阶段:

第一阶段:当蓄电池两端电压小于过标准开路电压Voc时, 系统将用能够获得的最大的电流值为蓄电池允电, 直至其电压值达到Voc。此阶段的允电程度能够达到70%-90%。

第二阶段:在这个阶段中, 必须将蓄电池的允电电压值恒定在Voc, 并且要一直持续到允电率为Ioct时, 才能进行第三阶段的允电。完成第二个阶段过程后, 蓄电池的充电程度接近100%。

第三阶段:蓄电池的允电电压值恒定为Vf, 口的是维持蓄电池的电压状态。此阶段的Vf必须精确, 否则会大大降低蓄电池使用寿命。

2.2 太阳能路灯充电模糊规则建立

2.2.1蓄电池电压模糊化处理。确定电压值的范围为[0, Vmax] (其中Vmax在归一化之后的值为1) , 在此范围内定义模糊集Aj1 (j=12, ..., 15) 。为四边形隶属度函数。

2.2.2充电电流模糊化处理。确定电流值的范围为[0, Imax] (其中Imax在归一化之后的值为1) , 在此范围内定义模糊集为高斯隶属度函数。

2.3 蓄电池放电Fuzzy/PID控制算法建立。简化模糊系统的输入输出变量为:输入压差VE, 输入电压变化率Rate, 输出电压、电流的模糊闽控量Valve。

2.3.1 输入变量。2.3.1.1 将LED灯组负载的实时电压值与整个系统标定电压值之差作为输入压差VE, 其隶属函数的模糊子集是:{low, okay, high}, 选用高斯隶属度函数。2.3.1.2 LED灯组负载输入电压值的实时变化率Rate, 其隶属函数模糊子集是:{negative, nonepositive}, 选用高斯隶属度函数。

2.3.2 输出变量。Valve控制着nc/nc转换电路的占空比与MOSFET开关电路, 其隶属函数的模糊子集是:{decrease-fast, decrease-s1ow, no-change, in-crease-slow, increase-fast, 选用三角形隶属度函数。

3 仿真实验控制策略探究

3.1 仿真实验中控制系统隶属度函数的实验结果。从图1 和图2 中可以明显的总结出仿真实验的结果。

在上图中, 图1 主要反映出了输入的模糊变量的具体隶属度函数仿真实验结果数据。而图2 则主要反映出了输出模糊变量的具体隶属度函数仿真实验结果数据。

3.2 系统阶跃响应分析。根据上述的仿真实验结果就可以了解到, Fuzzy/PID控制系统属于闭环控制系统, 其有效的融合了各个方面的优势, 尤其是既定的PID控制以及模糊控制等, 其有效的表现出了两者所具备的阶跃响应的优点。相较于既定的PID控制来说, 新型的Fuzzy/PID控制在响应上的超调量相对更小, 而在反应速度上则相对较为敏捷, 有效的确保了蓄电池可以应用恒流进行控制。

结束语

在目前的LED控制灯具的电能输出中, 模糊控制有效的与既有的PID控制联结在一起, 从而衍生出新型的Fuzzy/PID控制系统。根据本文的仿真实验的结果可以判定得出, 在充电隶属度函数确保精确, 并且综合阶跃相应较强的情况下, 则Fuzzy/PID控制系统则响应的超调量将相对较少, 而且在反应时间上也会较快, 从而可以以恒流来对LED灯具进行控制, 在很大程度上满足了太阳能路灯控制系统的需求, 因此, 适宜应用到太阳能路灯控制系统中。

摘要：本文就主要针对路灯智能控制器的主要构成元件来展开探究, 同时采用相应的手段来对蓄电池的充电模糊控制进行构建, 最终利用仿真实验的方式来总结得出相关的控制策略, 希望通过本文的探究, 能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。

关键词：太阳能路灯,模糊控制器,控制策略

参考文献

[1]朱德海, 胡西多, 陈少文, 曾志峰, 彭晓兰, 卢柱荣, 陈自发, 胡晓斌, 祝炳忠.太阳能路灯充放电控制器的设计[J].数字技术与应用, 2010 (3) .

[2]张金广, 曹静, 张宪东.风光互补路灯[J].可再生能源, 2014 (2) .

路灯控制器 篇8

关键词：照明系统,智能化,监控,运行

1 城市路灯控制系统发展方向

1.1 引入节能控制

路灯控制系统从最初路灯开关控制功能, 逐渐演化到监控节能控制功能。各种节能技术融合到路灯监控系统中, 路灯监控系统的功能从原来单一监控功能, 发展到集体监控功能和节能控制于一体的新型路灯监控系统。

1.2 控制更细化

在传统的路灯监控系统中, 一个远程控制单元RTU所监控的是数十盏甚至数百盏路灯。随着低压 (220V) 电力线载波技术的日益成熟, 很多城市的路灯监控引用了所谓的单灯控制器LCU (Lamp Control Unit) 。LCU安装在每盏路灯灯头处, 可以对每盏路灯进行监控。

1.3 远程化

新型的路灯监控系统中, 中央控制室与RTU直接采用公共基础通信设施GPRS/CDMA交换信息。由于GPRS/CDMA采用标准的TCP/IP协议, 这使路灯监控系统与Internet无缝衔接在一起, 允许监控人员在任何时候 (any time) 、从任何地方 (any where) 获取路灯现场的工作状况并对其实施控制。

2 系统总体设计以及主要功能

本系统由以下几部分组成:中央控制室、集中控制器和路灯控制器。系统采用三级结构形式, 本文主要针对系统中的集中控制器的设计进行了分析和研究。

该系统主要有以下功能:

2.1 遥控功能

将根据经纬度计算或人工定义的开关灯时间表存储于微机内, 并下载到各集中控制器中作为该部分 (或区段) 的主时间表, 若无特殊情况, 路灯控制器按设定的时间表, 自动执行路灯的开关, 并将执行结果报告给集中控制器, 然后再上传给中央控制室。中央控制室同时接入光照度测量装置, 根据天气变化在设定的开关时间前十五分钟, 设定照度门限, 当照度达到设定照度门限, 即自动控制开关灯, 这样, 以时间为主、光控为辅, 可使路灯控制更趋于合理。此外还可以通过微机键盘或鼠标可随时对各集中控制器进行手动控制, 遥控开、关灯。

2.2 遥测功能

该功能有自动巡测和手动巡测二种:

自动巡测:系统每隔十分钟 (时间可随意设定) 对各个集中控制器进行数据采集, 采集的项目是各个集中控制器在该时刻的电压、电流等数据, 并把该数据存储到中央控制室的计算机中, 然后存储在服务器中。手动巡测:通过微机键盘或鼠标操作可随时检测各集中控制器下路灯的运行情况, 并在显示器的屏幕上显示出运行数据, 也可将其在该城市地图上的位置及其运行正常与否的情况在显示屏上显示出来。

2.3 报警功能

通过分析所采集到的数据, 给操作人员反馈设备运行状况, 提高处理事故效率。设备在出现故障或系统异常 (如亮灯率低于限定值、变压器失电、大片灭灯、单灯故障等) 时立即向中央控制室报警, 报警以声音提醒值班人员注意, 同时在主界面上显示相应报警区域。作为可选功能, 报警信息可以通过短信 (SMS) 方式自动转发给负责该报警区域的维修人员手机上, 提高工作效率。

2.4 查询功能

中央控制室可以查询实时数据、某日数据、亮灯率、用电量、报警数据、即时照度、照度数据等, 这些数据可用曲线显示出来, 并可以打印。

3 集中控制器的硬件设计

集中控制器是系统的主要组成部分, 它关系到中央控制室与路灯控制器的信息交互, 是系统信息交换的枢纽, 也是设计重点。集中控制器既可以起到上传下达的作用, 也可以单独对路灯控制器进行控制。它与上级的中央控制室是采用无线通信, 与下级的路灯控制器是采用电力线载波通信。这样既可以实现远程通信, 也可以节约线路成本, 控制更为精细。

3.1 主要器件选型

3.1.1 CPU选型。

集中控制器的CPU选型, 是其工作的主要保障, 关系到系统的可靠性、稳定性以及成本问题。选取的CPU要与其它模块兼容、具有抗干扰能力以及满足系统所要求的处理能力等是重点考虑的问题。根据电力系统信号复杂, 干扰较多的特点, 可以选择TI公司的MSP430F149作为控制器的CPU。MSP430F149是一款性价比极高的工业级芯片, 只要进行适当的电路设计, 就能在恶劣的电磁干扰环境下可靠地工作。

3.1.2 GPRS模块选型。

在该系统中, 集中控制器与中央控制室的通讯是基于GPRS无线数据传输技术的, 而GPRS模块则是实现GPRS通讯的关键部分, 该系统中的GPRS模块选用的MOTORO-LA公司的G20模块。

3.2 电源设计

电源是该集中控制器工作的能量提供者。该系统中主要包括两类电源设计:

3.2.1+3.6V电源的设计。3.6V的电源是一个单独给GPRS模块供电的电源, 由于GPRS模块在射频传输期间有很大的峰值电流, 所以要求给它供电的电源必须具有较大的电流驱动能力。设计中采LM2576T-ADJ开关电源芯片来完成+12V直流电到+3.6V的转换。LM2576系列的稳压器是单片集成电路, 能提供降压开关稳压器的各种功能, 这些器件的固定输出电压有3.3V, 5V, 12V, 15V, 还有可调整输出的型号。

3.2.2+3.3V电源的设计。由于该集中控制器中的依靠+3.3V电压供电的主要有触发器74HC123、时钟芯PCF8563, MSP430F149以及它的一些外围器件对电流的要求并不是很大, 为了简化电路设计, 利用+5V的电源来转变为+3.3V:把+5V电压加在一个二极管1N4148和一个20欧姆的电阻上, 再利用一个稳压二极管来稳压之后, 就可以得到一个比较稳定的+3.3V的输出电压了。

3.3 GPRS模块接口设计

3.3.1 电源部分。

G20模块的供电在前面的电源设计中已经专门做了设计, 由开关电源LM2576将+12V的直流电降压为+3.6V的直流电为G20的供电, 电流的驱动能力可达3A, 满足了G20在进行数据传输时的要求, 所以在应用中将这四个脚短接, 然后将产生的3.6V直流电送到这四个脚上。为了减少在信号线上的损失, 在设计中使LM2576输出的3.6V信号与G20的用户接口之间的连线尽可能的短, 为了减小在数据传输阶段的电压下降的幅度, 在靠近G20的电源线和地线上还跨接了一个1000PF电容, 在平时作为储能元件, 当处于数据传输阶段时释放能量, 从而减小电压的下降值。

3.3.2 DART部分。

G20和MSP430之间的通讯是通过各自的UART接口来完成的, G20的DART接口一共包括8个信号, 除了RXD和TXD是负责真正的数据传输工作之外, 其他的信号均是用来完成硬件握手的信号, 文中决定不采用硬件流控制, 而是构建一个精简的串口通讯, 所以只利用RXD和TXD两个信号来和MSP430实现通信, 而其他的六个信号均不用, 将它们空置。前面己经论述了G20中DART的电平标准接近TTL电平, 而M8P430的UART也是采用TTL电平标准, 且它们的供电电压也非常接近, 所以它们都能互相识别对方发送的高低电平, 不需要进行电平转换。这样以来, 就可以直接将G20的RXD和TXD信号脚与MSP430的TXD和RXD引脚相连来完成串口通讯。

3.4 外围电路设计

3.4.1 人机接口电路。

为了提高系统的可操作性和可.维护性, 方便工作人员在现场对集中控制器的测试和维护, 特设计了这部分人机接口电路。它具有将相关信息输出到LCD进行显示, 以及利用键盘输入来设定和修改存储在MSP430F149中的运行参数等功能。选用带有FLASH存储器的单片机MSP430F149作为集中控制器的主控制器, 可以将系统运行参数设置其中、也可方便地进行修改其参数。这部分电路主要供操作人员利用键盘和LCD在现场对一个区段的路灯工作参数进行即时设定和修改。

3.4.2 时钟模块。

考虑到系统运行过程中如果出现了通讯故障, 集中控制器将在没有中央控制室调度的情况下独立工作, 如果在集中控制器中配置时钟模块的话, 就可以在系统运行过程中提供准确的时钟, 从而使得系统能够准确和可靠的自主工作, 完成信号测量和开关灯等操作。所以, 在硬件设计中用到了时钟模块, 这样的设计大大提高了系统运行的可靠性和抗干扰能力。设计选用了PI-I-ILIPS公司的PCF8563实时时钟芯片作为集中控制器的时钟。PCF8563是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟日历芯片, 符合该系统低功耗的设计原则。

参考文献

[1]温耐, 电力载波在校园路灯控制器中的应用, 平顶山师专学报, 2004

模拟路灯控制系统(2) 篇9

项目主要任务：

(1)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关灯。

(2)控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

(3)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1)，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)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。

(6)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%。

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、键盘模块、显示模块、DA转换模块、恒流源模块、判物模块、测光模块、故障检测、时钟模块、LED灯等组成，如图2所示。

1. 电源模块选择方案

方案一：采用电池做电源直接输出直流电后，由多个稳压器稳压得到理想的不同伏值直流电源。这一电源输出电流能力大、移动方便。缺点是：直流电流放电受自身影响大，放电时间受限不便长时间作业，而且价格昂贵，不符合电路的特征要求。

方案二：采用三端稳压集成电路

采用变压器降压后经桥式整流滤波，再经三端稳压器稳压得到直流电源。这一电路实现简单灵活、成熟，输出能满足电路要求。

鉴于以上分析，本设计采用方案二。

2. 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。

3. 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

4. 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。

5. 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。

6. 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，为非接触性传感器，具有安装方便，隐蔽性好，是工业中比较常用的一种判物传感器。

方案二：采用干簧管方式

干簧管是一种无源电子开关元件。当有磁性物质靠近(非接触)玻璃管时，在磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，使所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了，但安装不太便，局限性大，不太适合本系统的要求。

鉴于上面分析，本设计采用方案一。

7. 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和运放比较器作为测光及故障检测的传感器，效果很好。

8. 恒流源模块方案选择

方案一：由晶体管构成镜像恒流源

该电路的缺点之一在于电流的精度受到两个晶体管的匹配程度影响，其中涉及到比

较复杂的工艺参数。因此由晶体管构成的恒流源不适用。

方案二：由运算放大器和大功率三极管构成的恒流电路，能将电流转换成电压参数进行控制，具有控制方便，线性好的特点，使用的元件也都是很普遍的，易于实现，经实验，效果非常好，这是本系统的一大特点。

鉴于上面分析，本设计采用方案二。

9. DA转换模块方案选择

选用TLC5618双路串行DA转换芯片，能满足独立控制两个LED灯的要求。

三、系统硬件的设计

1. 电源电路设计

如图3所示，220V交流电源经变压器降压、桥式整流、滤波、三端稳压后，输出+12V，-12V和+5V，-5V稳压供给系统电路。

2. 恒流源电路设计

电路由三个部分组成：集成运算放大器、缓冲电路和取样电路，如图4所示。此恒流源电路带负载能力非常强，且线性很好。由TLC5618D/A转换器输出的电压信号经过电阻R1、R2分压后再输入到集成运算放大器的3号脚，由集成运放特性可知，VI=VO，流过电阻R3的电流I=VO/R3，即流过LED的电流I=VI/R3。此恒流源电路结构简单，但性能却非常优秀。

3. TLC5618 D/A转换电路设计

TLC5618是带有缓冲基准输入的可编程双路12位串行输入数/模转换器。DAC输出电压范围为基准电压的两倍，即VO=2×VREF×(D/4096)。通过CMOS兼容的3线串行总线可对TLC5618实现控制。在本系统中，需要独立对两个LED灯进行功率调节，此芯片有两路D/A输出，且为电压型输出信号，可以直接驱动两路恒流源模块，从而简化了电路。芯片在电路中的连接如图5所示。

4. 时钟电路设计

时钟电路采用是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片DS1302，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟/日历电路提供秒分时日期月年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作，与单片机的连接很简单。

如图6所示：DS1302的2、3号脚需要外部加一个32.768kHz的独立晶振，5、6、7号脚分别与单片机的三个管脚相连，由于DS1302具有3.6V的备用电源，即使关闭主电源，仍然能保证时钟的正常运行，符合实际需要。

5. 按键及显示模块

采用5个独立按键和1块1602夜晶显示器，其中4个按键用于时间的设置，1个按键用于模式切换及确认，显示器用于显示开关灯时间、系统时间、路灯故障信息及路灯功率信息。

四、系统软件设计

软件设计的框图如图7所示：系统初始化后进入时间设置，设置时间过后就有以下几种模式：交通情况变化模式、调光调功率模式、环境明暗模式、定时模式。

当进入交通情况变化模式如图8所示：物体M到达S点时，灯1亮，灯2灭，到B点时，灯1灭，灯2亮，到达S’时，灯1和灯2均灭，物体反方向移动时，依此类推。

当进入调光模式如图9所示：键盘加1时，D/A输出增加，灯变亮;键盘减1时，D/A输出减小，灯变暗。

当进入环境模式如图10所示：当环境变暗时，打开路灯;环境变亮时关灭路灯。

当进入定时开关模式如图11所示：当定时开灯时间到时，打开相应的路灯;定时关灯时间到时，关灭相应路灯。

五、问题及解决方法

比赛过程中，参赛选手遇到了一些问题，但经过大家共同努力最终排除了障碍，使大家吸取了教训和积累了宝贵的经验。

1.我们用仿真器调试DS1302时钟程序时，时钟数据的读写都很正常，但将程序烧录到单片机时，用单片机取代仿真器来运行程序，发现不能正常工作，读取的时钟数据为乱码。再换回仿真器调试又能正常工作，我们百思不得其解，浪费了较多的时间，后来经过反复的思考认为是仿真器和单片机给DS1302带来的分布参数不同导致的，最后在32.768KHz的晶振两端接上适当的补偿电容才使问题得以解决。

2.进行恒流源模块制作时，我们先用仿真软件验证恒流源方案的可行性，证明此方案的恒流效果十分的理想，实际测试时，发现在LED灯上串联10Ω以下的功率电阻，能实现恒流效果，但电阻值再加大些，就不能恒流，与此同时发现变压器有些热，且电流稍大时变压器输出电压有下降趋势，我们考虑是变压器功率不够导致恒流不稳定，于是更换功率大一些的变压器，即使串上25Ω的电阻，也能完美地实现恒流，问题解决。

3.我们发现主控制板在同时关两盏LED灯时程序易出错，总结其原因，是因为每盏LED功率为1W，同时关两盏LED时，产生较大的浪涌电流，至使主控制板受到严重冲击，后来将主控制板和恒流源独立供电就再也没出现此问题了。

4.调试发现有个按键不管怎么按就是不响应，开始怀疑是程序编写的问题，结果检查了一遍程序，没发现什么问题，那到底是什么原因呢，最后借助万用表才把问题找出来，原来是线路和焊盘的连接处有个很细的裂缝，一般不易察觉出来。给我们的启示就是：焊接体积大的元器件，如果用力过大，易使焊盘和线路的连接处断裂。

路灯智能控制系统初探 篇10

国家发布的《关于进一步加强城市照明节电工作的通知》明确规定：在城市照明建设与改造中，要保证以道路照明为主的功能照明;严格限制装饰性景观照明，大力推广节电新技术新产品，努力降低城市照明电耗;积极开展城市绿色照明及节电改造示范工程;加快建立健全城市照明标准体系，加大城市照明节电宣传。

然而，在现实生活中，照明效率低的问题依然非常突出。例如，即使是在繁华的大城市，午夜过后，道路上的行人车辆也较稀少，在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。

这除了思想认识上的原因外，缺乏科学合理的技术手段来解决道路照明节能的问题也是一个很重要的原因。路灯智能控制系统的出现为我们解决这一问题提供了一种较好的途径。

1 路灯智能控制系统

1.1 路灯智能控制系统的概念

路灯智能控制系统是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途把多个调整照明结果的手段整合在一起，并使它们之间相互协凋工作来自动控制照明。其中最重要的一点就是可进行预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能。这些设置也称为场景，可由调光器系统或中央控制系统自动调用。

1.2 路灯智能控制系统的优点

1.2.1 节约电能效果明显

采用路灯智能控制系统的主要目的是节约电能，智能照明控制系统可借助各种不同的“预设置”控制方式和控制组件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。

1.2.2 延长光源寿命

灯具损坏的一个主要原因是电网的电压，过高的电网电压会使灯具的寿命大大降低。因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的寿命，智能照明控制系统可以成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因上述原因损坏。

1.2.3 管理维护方便

路灯智能控制系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，照明预置场景的参数以数字式存储在EPROM中，这些信息的设置和交换十分方便，使对路灯的照明管理和设备维护变得更加简单。大大节约了劳动力成本，同时，对路灯的管理和控制更加灵活。

1.2.4 经济回报率较高

经研究发现，仅从节电和节省灯具这两项指标来看，用三至五年的时间，就可基本收回智能照明控制系统所增加的全部费用。而智能照明控制系统还可提高员工工作效率以及减少维修和管理费用等，这些也都是一笔可观的费用。

2 智能路灯节能控制系统方案设计实例

2.1 方案设计实例

该方案设计的路灯节能控制系统所遵循的基本原则有：

1)稳压控制。任何功率电器在使用过程中都应处于其稳定的电压范围内，作为与我们日常生活密切相关的路灯照明设备就更应该稳压工作，保持路灯电压平稳从节能和功效两方面来说都具有十分重要的意义。所以无论在用电的高峰还是低谷始终将供电电压稳定在规定范围内是路灯控制首要解决的问题。

2)软起动功能。由于路灯并联后属于大功率电器，而现在所使用的启动方式均为直接启动，这种启动方式会造成启动电流过大，对灯具的耐用性有一定的损害，而且该起动电流还会引起电网电压急剧下降，电压频率也会发生变化，这会破坏同电网其它设备的正常运行，因此使用软启动功能来点亮路灯可以防止起动时大电流对照明设备的不良影响。

3)自动启停。路灯作为城市的基础公共设施，它的启停跟道路上行人与车辆的需求有着直接的关系，只要是环境需要无论是在在乌云密布能见度不高的白天还是日常状况下的夜幕降临，它都会根据外部环境的明暗程度来自动判断系统是需要开启还是关闭。

4)具有较高的使用效率。现代大功率器件的控制理论中所遵循的一条基本原则是使大功率器件在运行使用过程中尽量不受电网中谐波的影响，使其电压调节平稳，这样就可以大大提高负载的使用寿命。因一条或多条街道上的路灯数量从几十盏到数百盏不等，并联后可视为大功率电器，所以使之具有较高的使用效率也是我们要考虑到重要因素之一。

2.2 关键技术

2.2.1 智能控制器的运用

智能控制器通过对采集信号的处理，输出实时需要的控制信号。与控制器相连的传感器有光学传感器和声学传感器两种，光线的明暗经过光学传感器转变成模拟信号，智能控制器通过对该信号的处理输出对路灯是否开启或关断的控制决策;而现场的声音情况通过声学传感器的采集和处理也得到相应的模拟信号，将此信号输入至智能控制器中，由智能控制器依据控制算法来调整路灯的输入电压，将路灯的照度与实时街道上人车流量相对应，使其亮度效果达到最佳。

2.2.2 光源检测技术的运用

光源检测主要是利用光电式传感器来实现。所谓光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应，而光电效应是指物体内部的导电电子因吸收辐射而发生运动状态的改变，从而导致电学特性改变的现象。

在本系统的设计过程中，光源检测用于整套系统的开启和关闭，因此只需要具有内光电效应的光敏器件即可。光敏器件包括光敏电阻、光敏二极管及光敏三极管等。光敏电阻的工作原理是用光电导体制成的光电器件又称光导管，它是基于半导体光电效应工作的。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时可加直流偏压，也可以加交流电压。当无光时，光敏电阻值 (暗电阻) 很大，电路中电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值 (亮阻值) 急剧减少，因此电路中电流迅速增加。

2.2.3 声学检测技术的运用

本系统选用传声器作为路面声音信号的采集装置。传声器是将声源通过空气振动产尘的声波转换成电信号的换能设备，是一种重要的电声器件。传声器作为音频系统的第一环节，应具备结构坚固、性能稳定的品质，能满足在特定使用条件下的基本要求。

由于本系统采集的声音信号为道路上行人与车辆所发出，则需要灵敏度高、非线性失真小、频响范围宽的传声器。故选用电容式传声器作为路面声音信息的采集装置。优质电容式传声器的频响可达到声频的范围是20Hz-20KHz，适合于高质量的拾音。

3 结语

随着城市路灯数量的不断增多，道路照明中能耗大、浪费严重等问题非常突出。路灯智能控制系统可有效提高路灯的用电效率，方便管理、节约电力及人力成本。在提倡建设节能型社会的今天，处处讲究节约环保，该系统有着十分广阔的社会和商业前景。

摘要：道路照明是公共事业建设的重要组成部分, 是城市化发展中的重要基础设施, 也是美化城市环境的重要景观, 许多城市的道路照明都成为城市夜晚一道靓丽的风景线。但随着建设节约型社会理念的不断深化, 我们不得不正视道路照明中所存在的能耗过高、浪费过大等问题。

关键词：道路照明,智能控制,节能

参考文献

[1]吴家州, 杨叔子.公共路灯远程监控系统研究[J].机电一体化, 2002.

[2]高永胜.路灯行业管理信息系统的开发与应用[J].山西科技, 2003.