LED路燈的智能控制技術模式及應用前景研究

蘇航 肖雪

[摘 要]在全球能源日趨緊張的當下，環保、節能成為各個國家發展過程中需要考慮的熱點話題，LED路燈具有保證光照效率、節約能源、無污染等優點，逐漸成為城市路燈的照明方式。為了進一步提升LED路燈的節能效果，人們開始采用智能控制技術進行適時操控，本文則分析了LED路燈智能控制技術的模式及其未來的應用前景。

[關鍵詞]LED路燈；道路照明；智能控制技術；應用前景

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.18.079

[中圖分類號]TU113.666；TP273.5 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）18-0-03

道路照明對行人、行車司機的安全均起著重要的作用，相關資料顯示我國路燈耗電總量占總電量的6%，因此道路照明系統節能具有非常大的潛力。近年來，隨著人們環保意識的增強，節能、環保的LED路燈照明系統逐漸引起人們的關注，而隨著智能控制技術的應用給LED路燈照明系統節能帶來了全新的改革優化，而未來LED路燈在節能環保方面還應該向網絡化、標準化和智能化的方向發展。

1 道路照明和節能的關系

城市道路照明與節能是一個整體，隨著社會的發展以及生態城市加速建設，照明設施的管理難度不斷提高，早期的道路照明管理方式開始與現階段的管理要求脫節，為了滿足節約能源和實現道路照明的人性化要求，催生出道路照明的無線監控管理系統。

國家發改委、建設部在2004年頒發了《關于加強城市照明管理促進節約用電工作的意見》，是我國城市照明工作的首個規范性文件，隨后在“十一五”期間，城市道路照明節能被列為重點節能工程。目前，綠色照明設計是城市照明設計中的核心內容，即在滿足照明質量的基礎上，盡量節約用電量以期獲得環保的效果。2009年，國家科技部開始在大中城市試點推行LED路燈，廣東省政府成為試點的重點，目前該省的LED路燈照明系統已經更新至第3代光源，大幅縮減了電力資源的耗費情況。

2 LED路燈的優缺點

與傳統光源相比，LED路燈具有確保光照效率、節約能源、使用壽命長、維護成本低和無毒無污染等優點，但也有諸多缺點，總體而言，合理設計和智能控制系統的能夠揚長避短。LED路燈優缺點詳見表1。

3 LED路燈照明智能控制技術

隨著計算機技術、測控技術和無線通信技術的應用，城市照明無線監控管理系統的技術壁壘逐一被攻破。在進入新世紀之后，城市道路照明技術已經發展為集照明控制、照明設施管理、后期維修為一體的綜合性城市照明無線監控管理系統。目前，較為常用的智能控制管理技術有電力線載波技術（PLC）、ZigBee技術等。

3.1 PLC技術

PLC技術是使用電力線載波完成信息傳輸的一種通信方式，使用該種技術在電力線上加載各種信號，利用電力線載波的物理特性進行信號傳輸，使用電力線調制解調器將不同信號進行分離處理，再將不同信號傳送到相應的設備中。PLC技術的優點是無須再次架設路燈照明網絡，只要之前鋪設的電線能夠正常運行便可實現數據傳輸。

電力載波LED路燈智能控制系統由主站控制中心、基站控制器、路燈控制器以及完成路燈網絡和基站控制器間通訊過程的協議軟件4個部分組成。圖1是目前較為常用的以PLC為基礎的LED智能控制系統，其特點是結合了碼分多址（CDMA）和PLC方案。

3.2 ZigBee技術

ZigBee技術與PLC系統結構類似，但是該種系統的特點是自組織網，因此只要ZigBee子網絡在整個網絡模塊的通信范圍之中，那么彼此通過自動搜尋便可重新建立一個ZigBee網絡。該控制系統是通過GPRS網絡和ZigBee網絡的連通來進行遠程監控，所以該控制系統由ZigBee子網、監控中心以及GPRS、CDMA網絡網關3個部分組成。見圖2。

ZigBee是低功耗、短距離的無線通信技術，而GPRS是遠距離無線通信技術，因此兩種通信技術相互結合、相互補充，不僅能夠拓寬控制范圍，還能夠讓整個監控系統更加智能化和精確化。ZigBee網絡是由65 000個無線數據傳輸模塊組成的網絡平臺，在該平臺中每個ZigBee網絡數據傳輸模塊都可以進行相互通信，網絡節點間距標準為75 m，但是可依據需求進行無限擴展。在現代路燈照明控制系統中使用ZigBee技術，可以將所需要控制的子網絡借助GPRS網關連成一個大型路燈網絡，而處于整個網絡的任何一個路燈均可以實行無線控制。

3.3 數字可尋址照明接口（DALI）技術

DALI協議技術是專門用于照明控制的協議，但是其也可以作為獨立的系統控制路燈照明?；贒ALI協議的智能照明控制系統是由系統主機、從機、智能終端、協調器和傳感器階段所組成的分布式控制體系。其中，系統主機為控制接收來自總線的數據信號；從機則為執行器，接收和解析信號指令，對燈具進行控制；傳感器是輸入設備，主要職能是采集環境變量，終端功能模塊詳見圖3。

圖3 DALI協議智能控制終端功能模塊圖

DALI系統具有開放性的特點，因此可以更方便和Lonworks、Luxmate等建筑物管理系統實現無縫連接，通過使用數字控制技術，借助DALI協議所形成的可尋址數字控制體系，在LED路燈照明控制中應用造價低廉、安裝方便、能夠實現主從控制系統的靈活級聯。該系統非常適用于辦公區、住宅等建筑物的智能照明控制，但卻在路燈照明控制方面有明顯的缺陷，相信隨著技術壁壘的突破，DALI協議能夠應用于道路LED照明控制系統中。

4 LED道路照明智能控制系統實例

4.1 項目概況

某市科技園區LED路燈試驗段，共34盞LED路燈，分布于兩條街道，A街道17盞，B街道17盞。

4.2 控制方案

該實驗段所有LED路燈均使用智能控制系統，控制方案包括以下3個方面。①定時開關控制。預設為早上6∶00關燈，晚間19∶00開燈。智能控制系統支持遠程集中調整開關燈時間，可以根據四季日照時間等設定開關燈時間。②間隔開關設置。A街道路燈擬使用分時段間隔開關設置實現節能，即在每日凌晨12∶00間隔開燈。③智能調光控制。B街道的LED路燈采用分時段調光控制方式實現節能，即每日凌晨12∶00—3∶00亮度調整為50%，3∶00—6∶00亮度調整為70%。

4.3 節能效果

結果顯示，A街道采用間隔開關控制，雖然綜合節能率可以達到25%，但是在犧牲照明效果和質量的前提下實現的，間隔照明容易給行人以及行車司機造成視覺盲區，容易引發危險。而B街道的智能調光控制系統雖然綜合節電率為20%，但是在夜間19∶00—次日6∶00均保持照明設施的正常運行，而3個時段的燈光亮度調整也是經色溫測試、人眼視覺測試后得到的最佳處理方式，確保了行人和行車司機的安全。

智能調光控制系統由主站服務器、集中控制器和單個燈具的控制器組成，采用PLC智能控制系統。目前，試驗段投入使用了8個月，PLC控制系統完全正常，無線通信設備、控制功能正常運行，未出現系統誤報或者無故報警情況。

5 城市道路照明智能控制系統的應用前景

隨著智慧城市以及物聯網等概念的提出，未來道路照明控制技術將會整合電子、控制和通信3方面的全新技術更好地服務民眾。目前，隨著智能技術的發展，道路照明控制系統已經打破了以往的觀念，未來將會向智能化、規范化和網絡化的方向進一步延伸。

5.1 智能化

照明控制技術由以往控制開關的機械化，發展至現在的自動化，而隨著智慧城市、智能城市概念的提出，智能化道路照明控制系統將是未來的發展趨勢。智能化照明系統及借助計算機技術、自動控制技術、網絡通信技術和微電子技術等，完成可以用于需求、環境變化以及客觀要求進行照明設置的最佳調控。在智能照明控制系統不斷完善的過程中，控制系統中的設備數量也在逐漸增加，因此整個控制系統必須滿足擴展性的基本需求，能夠容納更多的新模塊和新設備。目前，北京市、上海市、深圳市等城市已經率先在道路照明控制智能化方面進行改革嘗試，其所設計的道路智能控制系統不僅具備變頻控制、功率控制、調光功能，還具有地理信息功能、氣象聯動、工況檢測、故障自動反饋功能和系統自動升級維護功能等。由此可見，智能控制系統可以讓道路照明更加智能化和人性化。

5.2 規范化

照明控制系統中所使用的設備非常多，因此不可能單由某一個供貨商完成供貨，但是各個廠家的產品之間兼容性較差會影響后續使用，所以規范化是實現道路照明智能控制的發展趨勢。政府需要牽頭統一規范道路照明設備廠家使用的端口和協議，讓不同廠家生產的設備能夠互通，加強企業間的合作，減少不必要的浪費。

5.3 網絡化

智能控制系統與通信介質緊密相連，目前最常用的通信介質有GPRS、CDMA、PLC、光纖通信和現場總線等，但是各通信介質又有明顯的優缺點，因此集成各介質的優點構建暢通的通信網絡控制系統成為發展趨勢。物聯網是一種將感知技術、人工智能、網絡技術以及自動化技術集合在一起的全新概念，物聯網技術涉及了信息技術的各個方面，所以被人們稱為第3次信息技術革命。未來的道路智能控制系統將會使用物聯網技術，讓控制構架更加方便，安全性更高，使用壽命更長，兼容性更好，更加方便管理和維修。

6 結 語

道路照明控制技術的發展是城市發展的基本需求，也是建設現代文明城市的需要，LED照明技術則是目前最節能的新光源。采用智能控制系統可以大幅提升節電效率，而隨著智能控制技術的發展和應用，未來可以更好地應對能源危機問題。

主要參考文獻

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