黑龍江墾區小城鎮智能節能路燈系統建設研究

摘 要 該系統應用于墾區街道照明中，與傳統街道照明所采用的高壓鈉燈和手動繼電器開關控制相比，該系統通過使用現代通信技術，遠程對LED路燈開啟時間和工作模式進行設置，實現對路燈的智能化控制，從而大幅降低電能損耗，降低傳統路燈巡檢成本，也實現了國家節能減排的目標，因此有較大的應用前景和推廣空間。

關鍵詞 智能節能 LED 遠程控制

一、設計背景

據統計全球照明用電占全部用電的20%，而其中很大一部分又是用在戶外照明。路燈是城鎮照明工程的重要組成部分，它在起著重要作用的同時，也在消耗著大量的能源。傳統路燈主要是高壓鈉燈，一盞路燈的功率約為100w～400w，一些大型路燈甚至可以達到1000w以上。以一盞路燈200w計算，一個晚上照明12小時，那么一盞路燈就要消耗2.4度電能。假設路燈之間的間距是40米，一條長2公里的街道就有100盞路燈，那么這條街道一晚上消耗的電能就有240度，一年消耗的電能就是9萬度。

在墾區的主干道和很多次干道，夜晚的人流量和車流量都比較小。特別是在半夜1點鐘以后，人流量和車流量一般非常少。但是即使沒有人或車經過，這些路燈也是長期點亮的，這時電能就被白白浪費掉了。很多路段真正有效的照明時間只占到了整個照明時間的30%左右，也就是說大部分電能都被浪費掉了。

如果有效照明時間是30%，那么一條街道浪費的電能就有12萬度。一個墾區這樣的街道肯能有幾十條以上，每年浪費的電呢個就有好幾百萬度。在注重經濟效益和能源日益緊張的今天，這方面的研究無疑是非常有意義的。

二、墾區現有路燈照明

（一）路燈光源

目前，幾乎80%以上的路燈照明都是采用高壓鈉燈。雖然它的發光效率還是很高，但是它的壽命短、耗電大、色溫差，將來遲早要被淘汰。現階段，LED照明是一種較新的技術，它具有效率高、壽命長等優點。一個LED路燈，如果要達到和普通的高壓鈉燈和高壓水銀燈那樣的亮度，大約需要消耗40W以上的功耗，只有傳統路燈的30%左右。隨著技術的發展，LED已經開始逐漸取代白熾燈，廣泛用于各種照明中，目前LED路燈已經在墾區開始試用。目前還有一種太陽能方式LED路燈，它在白天利用太陽能給蓄電池進行充電，晚上利用電池驅動LED照明。這種方式雖然不需要交流供電，但是缺點很多，存在著成本高、功率低/維護量大、電池壽命短、可靠性差等缺點。完全是用太陽能，會造成一些情況下路燈無法使用的問題。所以太陽能路燈目前并沒有得到廣泛應用。

（二）路燈控制系統

路燈控制系統是路燈照明系統必不可少的功能組成部分，但從開始階段就沒有得到應有的重視。歷經百年的發展，路燈控制系統只是從最初人工開關發展到現在的繼電器定時開關，還需要大量的人工故障巡查。近幾年，路燈能耗問題引起相關部門重視，新路燈、新技術不斷涌現；路燈控制系統也有了長足的發展，向智能化、系統化、自動化方向邁進。智能路燈控制系統不僅節約了人工，減輕了維護工作負荷的同時，還可對路燈照明系統進行二次節能調節，為環境保護做出貢獻。

三、系統結構

智能節能路燈系統由控制中心、節電系統網關、路燈控制器和視頻監控模塊構成。模塊之間通過公網或ZIGBEE無線網絡進行數據通信，實現對路燈的智能化控制。

（一）控制中心

控制中心由一臺計算機和配套的軟件系統組成。控制中心通過與因特網相連接，控制節電網關從而控制路燈控制器。管理員通過操作配套軟件，實現對路燈個性化調光方案。該軟件可以設置有如下功能：

（1）照明系統何時開關燈：由日出日落時間而定，各地經緯度差異，時間各不相同。

（2）照明照度調節到什么程度：按實際照明需求設計，一般夜生活豐富的照明亮度要高些，只為行人照明需求低些。

（3）夜深/無人時如何調節：夜深/無人時可采取關燈或降低照度的方式調節，車輛稀少或很少人時，也可以調節燈光至低照度狀態。

（4）節假日采用何種方式照明：節假日或有慶典活動時，照明需求又與平時有所不同。

（二）節電系統網關

節電系統網關就是我們經常說的無線modem，它可以將串口的數據傳輸到至中心服務器，無線DTU（Data Transfer unit，數據傳輸單元）支持GPRS、CDMA以及其他無線通訊網絡。串口通訊速率為1200～115200bps，數據位8/7，停止位1位或2位，流控無或RTS/CTS。

（三）路燈控制器

路燈控制器，它接收并執行系統中心發出的控制指令，內容包括采集路燈狀態數據和控制路燈狀態。路燈控制器可以對金鹵燈和LED燈進行控制和調光。

（四）視頻監控

智能節能控制系統可以通過安裝的攝像設備實時捕捉路燈工作環境的情況，方便控制中心對路燈進行設置和調光。視頻監控可以分為視頻拍照和視頻錄像兩種模式。視頻拍照模式下，視頻數據量極小，數據上傳要求帶寬小，節約大量的網絡流量和客戶成本。視頻錄像模式，相對占用數據量很大，但是方便實現視頻監控和路燈控制的無縫融合。

（作者單位：黑龍江省農墾科學院）

參考文獻：

[1]劉祖明.LED照明技術與燈具設計[M].機械工業出版社.

[2]郗書堂.路燈[M].中國電力出版社.

[3]王小強.ZIGBEE無線傳感器網絡設計與實現[M].化學工業出版社.

[4]韓斌.GSM原理及其網絡優化[M].機械工業出版社.