歐庭飛

摘 要：路燈控制系統(tǒng)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(tǒng)在日常運行期間，大量耗費電能資源，不利于人類的可持續(xù)發(fā)展。為了貫徹落實國家提出的節(jié)能環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略，有必要對路燈控制系統(tǒng)節(jié)能最大化進行深入探究，科學完善路燈控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)節(jié)能效果，減少電能資源的消耗。

關鍵詞：路燈控制系統(tǒng) 節(jié)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(jié)能技術的不斷發(fā)展，路燈控制系統(tǒng)也逐漸向節(jié)能減耗方向發(fā)展，越來越多的路燈控制系統(tǒng)在綠色節(jié)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(tǒng)的節(jié)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?；诖耍疚膶β窡艨刂葡到y(tǒng)節(jié)能最大化進行系統(tǒng)化研究，探索并設計出一種由路人及行人控制的現(xiàn)代化節(jié)能路燈系統(tǒng)，進一步提升路燈控制系統(tǒng)的節(jié)能效果。

二、路燈控制系統(tǒng)節(jié)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(tǒng)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(xiàn)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(tài)，這樣會大量浪費電能資源。為了有效實現(xiàn)智能照明，節(jié)約電能資源，加強環(huán)境保護力度，有必要對路燈控制系統(tǒng)設計節(jié)能最大化方案。在路燈控制系統(tǒng)設計中，為了最大化的實現(xiàn)節(jié)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(tǒng)節(jié)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(tài)監(jiān)測。所有微波傳感器都和51單片機實現(xiàn)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(nèi)部有關程序進行執(zhí)行操作。同時，單片機會將控制信號傳輸?shù)酵獠框?qū)動電路當中，有驅(qū)動電路對路燈狀態(tài)進行控制。

三、系統(tǒng)所用器件和通訊方法

1.系統(tǒng)所用器件

根據(jù)上文的系統(tǒng)總體設計方案，可以發(fā)現(xiàn)51單片機還有微波傳感器是系統(tǒng)主要應用器件：

1.1 51單片機

此器件具有可靠性好、組織結(jié)構(gòu)簡單、體積小、經(jīng)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(tǒng)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(gòu)成多種規(guī)模應用系統(tǒng)。相比其他類型的單片機，51單片機具有突出的價格優(yōu)勢，可以在運用中有效縮減系統(tǒng)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(fā)射天線會有微波發(fā)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(fā)出的微波進行接收，同時將相關微波向電信號方向轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)測量電路進行處理。

2.系統(tǒng)通訊方法

路燈控制系統(tǒng)節(jié)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(qū)動和51單片機引腳保持順暢連接^[1]。驅(qū)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(qū)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(jié)合實際需求，適當?shù)恼{(diào)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(xiàn)相互通訊。之后，通過對模擬車輛與行人的速度進行改變調(diào)整，動態(tài)觀察并記錄電腦當中的數(shù)據(jù)，對檢測裝置所反饋回來的各種數(shù)據(jù)精確度進行合理判斷。所有連接都結(jié)束之后，電路可以有效的傳輸并轉(zhuǎn)化信息，并經(jīng)過多次試驗保證電路始終保持暢通無阻的運行狀態(tài)。

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(tài)進行控制，不同地區(qū)的道路管理有不同的規(guī)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(qū)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?cè)艘曇?、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(tǒng)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(xiàn)實時監(jiān)測，此時1至4號路燈都會自動開啟，車輛或者行人繼續(xù)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(jīng)過3號路燈對應感應區(qū)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(qū)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(huán)，也就是行人或者車輛達到n號路燈對應感應區(qū)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(huán)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(tài)，以滿足其在道路中的照明需求。因為不同地區(qū)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(tǒng)實際應用中，需要結(jié)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(shù)量^[2]。

五、硬件和軟件設計

1.硬件設計

此系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)射到單片機對應IO口當中。此控制系統(tǒng)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(fā)送給外部驅(qū)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(xiàn)，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(tài)，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(zhì)。主函數(shù)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(huán)掃描狀態(tài)。檢測裝置對道路車輛或者行人實現(xiàn)檢測之后，會將低電平信號發(fā)送到單片機當中，經(jīng)由主程序掃描，把相應IO口設置成高電平^[4]。單片機在向驅(qū)動電路輸入高電平之后，驅(qū)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(jié)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(tài)進行詳盡觀察，并做好數(shù)據(jù)記錄^[5]。

2.測試結(jié)果分析

通過上述測試，可以發(fā)現(xiàn)行人或者車輛進入到1號模擬感應區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)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(jié)果都證明此系統(tǒng)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(xiàn)。

七、結(jié)束語

為了實現(xiàn)路燈控制系統(tǒng)的節(jié)能最大化，本文將道路參與者設計為路燈系統(tǒng)控制者，并且在系統(tǒng)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(tài)檢測，能夠?qū)β窡粝到y(tǒng)運行電能實現(xiàn)最大程度的節(jié)約。將此控制系統(tǒng)與光敏控制、時鐘控制等多種節(jié)能措施相結(jié)合，可以進一步提升路燈節(jié)能效果。

參考文獻

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