關于路燈控制系統節能最大化的研究

歐庭飛

摘 要：路燈控制系統是城市建設的重要組成部分，對城市居民的出行、生活有著重要作用。同時，路燈控制系統在日常運行期間，大量耗費電能資源，不利于人類的可持續發展。為了貫徹落實國家提出的節能環保發展戰略，有必要對路燈控制系統節能最大化進行深入探究，科學完善路燈控制系統，提高系統節能效果，減少電能資源的消耗。

關鍵詞：路燈控制系統 節能 最大化

中圖分類號：TM923? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1003-9082（2019）06-0-02

一、前言

路燈作為城市基礎設施之一，為城市居民生活提供了重要便利。隨著節能技術的不斷發展，路燈控制系統也逐漸向節能減耗方向發展，越來越多的路燈控制系統在綠色節能技術運用下，顯著降低了能源消耗。但是目前很多路燈控制系統的節能方法缺乏科學性和完善性，導致路燈控制依舊存在一定弊端，能源消耗不能達到預期目標?；诖?，本文對路燈控制系統節能最大化進行系統化研究，探索并設計出一種由路人及行人控制的現代化節能路燈系統，進一步提升路燈控制系統的節能效果。

二、路燈控制系統節能最大化方案

路燈在城市建設中屬于重要的景觀設施和公共安全設施，同時也是電力能源消耗的重要設施。以往路燈控制系統是按照四季天亮和天黑時間，對路燈開關加以控制，或者以光敏控制實現路燈控制，而在天黑到天亮這期間，不管有無車輛和行人通過，路燈都會保持開啟狀態，這樣會大量浪費電能資源。為了有效實現智能照明，節約電能資源，加強環境保護力度，有必要對路燈控制系統設計節能最大化方案。在路燈控制系統設計中，為了最大化的實現節能目標，本文以車來前方燈亮、車走后方燈滅為設計目標，對路燈控制系統節能最大化方案進行合理設計。此方案當中，以微波傳感器為感應裝置，將其裝在每個路燈桿左下部位置，對路燈下方車與人的存在進行動態監測。所有微波傳感器都和51單片機實現順利連接，在單邊機接收到傳感器傳來的檢測信號之后，單邊機對內部有關程序進行執行操作。同時，單片機會將控制信號傳輸到外部驅動電路當中，有驅動電路對路燈狀態進行控制。

三、系統所用器件和通訊方法

1.系統所用器件

根據上文的系統總體設計方案，可以發現51單片機還有微波傳感器是系統主要應用器件：

1.1 51單片機

此器件具有可靠性好、組織結構簡單、體積小、經濟性高和控制能力強等特點，目前在多個領域都有廣泛應用。51單片機雖然沒有430單片機和STM32單片機的運算速度快，但是其模塊功能可以充分滿足多種路燈系統提出的差異化控制需求。同時，該器件具有良好的可拓展性，能夠比較便捷的構成多種規模應用系統。相比其他類型的單片機，51單片機具有突出的價格優勢，可以在運用中有效縮減系統造價成本。

1.2微波傳感器

此器件是以多普勒效應原理為基礎的移動物體探測器，主要包含了微波天線和微波振蕩器兩個重要組成部分。其在實際應用中，發射天線會有微波發出，在與被測物體相遇的時候會被反射或者被吸收，進而改變功率。微波檢測就是通過接收天線對被測物體反射回來或者自行發出的微波進行接收，同時將相關微波向電信號方向轉換，最后經測量電路進行處理。

2.系統通訊方法

路燈控制系統節能最大化方案設計中，首先需要通過外部電路將51單片機和微波傳感器緊密的連接在一起，之后將所有路燈的驅動和51單片機引腳保持順暢連接^[1]。驅動電路當中主要包含了220V交流電源還有電壓繼電器。最后，在驅動電路當中接入路燈，保持整體線路的順利連接。

然后，可以結合實際需求，適當的調試、修改并整合微波傳感器和51單片機當中的程序，促使兩功能模塊可以實現相互通訊。之后，通過對模擬車輛與行人的速度進行改變調整，動態觀察并記錄電腦當中的數據，對檢測裝置所反饋回來的各種數據精確度進行合理判斷。所有連接都結束之后，電路可以有效的傳輸并轉化信息，并經過多次試驗保證電路始終保持暢通無阻的運行狀態。

四、控制模式設計

由于此方案是通過道路參與者對路燈狀態進行控制，不同地區的道路管理有不同的規定，并且兩個相鄰路燈之間的差距也有所不同，但是大部分地區路燈之間的間隔距離是50m，所以需要在此基礎上綜合考慮車輛駕駛人視野、行駛速度等因素，對路燈工作模式進行多元化設置。例如某道路在裝上此路燈控制系統之后，行人或者車輛在進入道路首段，1號路燈當中分布的傳感器對行人以及車輛實現實時監測，此時1至4號路燈都會自動開啟，車輛或者行人繼續向前走到2號路燈位置后，對應傳感器檢測到行人路線，此時5號路燈會自動亮起，在經過3號路燈對應感應區域之后，1號路燈自動滅掉的同時，6號路燈亮起。走到4好路燈對應感應區域之后，2好路燈自動滅掉且7好路燈自動亮起。按照這個次序逐步循環，也就是行人或者車輛達到n號路燈對應感應區的時候，（n-2）號路燈會自動滅掉，（n+3）號路燈會自動亮起，依次循環過程中，道路上行人或者車輛前方始終有3盞燈、后方始終有1盞燈保持照明狀態，以滿足其在道路中的照明需求。因為不同地區在道路建設中，路燈間距以及道路限速會有所差異，所以在此系統實際應用中，需要結合實際狀況并進行反復實驗之后，確定車輛前方亮燈具體數量^[2]。

五、硬件和軟件設計

1.硬件設計

此系統當中的硬件設計，主要包含了220V交流電源、電壓繼電器、51單片機以及微波傳感器。系統當中的微波傳感器是檢測裝置，在檢測到道路中車輛或者人的時候，檢測裝置會將低電平信號發射到單片機對應IO口當中。此控制系統中，核心部件是單片機，此部件可以全面識別低電平信號，并同時將高電平控制信號發送給外部驅動電路。由于高電平信號和電壓繼電器的線圈保持直接連接關系，所以線圈在獲得電能之后，繼電器就會常開觸點閉合，此時交流電源和燈具之間會有回路出現，并且燈泡會亮起^[3]。

2.軟件設計

單片機上電之后，其會先進入初始化狀態，并且在初始化過程中定義所有控制端口和檢測端口的地質。主函數設置中，需要先把單片機每一個IO扣設置為0，進而進入到循環掃描狀態。檢測裝置對道路車輛或者行人實現檢測之后，會將低電平信號發送到單片機當中，經由主程序掃描，把相應IO口設置成高電平^[4]。單片機在向驅動電路輸入高電平之后，驅動電路會相應的做出處理。程序流程圖可見圖1。

六、測試方案與結果分析

1.測試方案

由于在實際道路中具有較大的檢測難度，所以對設計方案進行測試的時候，選擇一塊木板來代表馬路，并逐個設置上直流燈泡代替道路路燈。在木板下方裝上單片機，并按照真實路燈像是組裝各部分裝置。以玩具汽車代替道路行駛車輛，并將其行駛在模擬道路當中，對模擬道路當中每個路燈狀態進行詳盡觀察，并做好數據記錄^[5]。

2.測試結果分析

通過上述測試，可以發現行人或者車輛進入到1號模擬感應區之后，1號、2號、3號、4號路燈亮起;行人或者車輛進入到2號模擬路燈感應區之后，1號、2號、3號、4號、5號燈全部亮起;在行人或者車輛進入到3號模擬路燈感應區之后，2號、3號、4號、5號、6號路燈全部亮起，同時1號路燈熄滅;在行人或者車輛進入到4號模擬路燈感應區之后，3號、4號、5號、6號、7號路燈全部亮起，同時2號路燈熄滅;在行人或者車輛進入到5號模擬路燈感應區之后，4號、5號、6號、7號、8號路燈全部亮起，同時3號路燈熄滅，以此類推。同時，在堵車、車速不定等因素綜合考慮之下，反復進行測試，所有結果都證明此系統可以滿足道路照明的多樣化需求，設計方案當中的各種功能都可以實現。

七、結束語

為了實現路燈控制系統的節能最大化，本文將道路參與者設計為路燈系統控制者，并且在系統中合理運用51單片機以及微波傳感器對道路參與者進行動態檢測，能夠對路燈系統運行電能實現最大程度的節約。將此控制系統與光敏控制、時鐘控制等多種節能措施相結合，可以進一步提升路燈節能效果。

參考文獻

[1]鹿巖松，曲哲，呂珂瑋.路燈節能控制系統設計及其軟件實現[J].中國新技術新產品，2017（10）：140-140.

[2]李剛.路燈節能智能控制系統設計[J].教育現代化，2018（13）：174-174.

[3]董珺慧，張靜，陸佩怡等.節能路燈控制系統設計[J].信息與電腦（理論版），2017（2）：169-169.