道路照明控制方式(6篇)
道路照明控制方式篇1
随着经济的发展，人类的活动范围不再受到自然环境的制约，越来越多的穿山高速公路和地铁等隧道工程逐步建立起来。而穿山高速公路以及地铁等工程都涉及到了照明系统，由于这些地方通常地处偏僻，距离总控制室很远，导致人工控制很难达到目的。为了更合理的利用电力资源，减少资源浪费，并方便控制相关的照明设施，本文提出了一种基于电力载波通信的LED隧道照明控制器。控制器主要由LED恒流驱动电路以及相应的主控单元等组成，可以实现对LED隧道照明进行组网控制，且经过测试表明该控制器控制效果非常好，工作稳定并且不需要太多的成本投入，有着广阔的应用前景。
【关键词】电力载波通信LED隧道照明控制器设计
照明系统是隧道机电工程里最根本，最关键的一部分，照明系统直接关系着隧道的安全和人们的出行。对于照明系统的控制，既能做到减少人力消耗，也能减少能源的损耗和浪费。近几年来，随着我国大功率LED技术的广泛发展，照明产业也迎来了新的机遇与挑战，LED技术开始被广泛运用到通用照明领域。目前，我国隧道照明的控制方式分为三种，即人工手动控制、自动实时控制以及分时段时序控制。这些控制方式存在着一定的局限性，大多数无法进行远程控制。如果隧道地处偏僻地区，那么将很难实现对照明系统的实时控制。因此，笔者结合实践设计出一种基于电力载波通信的LED隧道照明控制器，以此来弥补传统控制系统存在的不足。
1低压电力载波通信技术的基本概念
在对新型控制器的设计做介绍之前，笔者先来谈一谈低压电力载波通信技术。所谓低压电力载波通讯技术就是将低压配电线作为信息传输介质，从而进行对数据或者语音等的传输。鉴于供电网是一种低成本且方便可靠的通信媒介，因此，使得电力载波通信也变得成本低且方便易实现。随着低压电力载波通信技术的不断发展，电力载波通信已经被广泛应用到众多远程控制系统中。所以，将低压电力载波技术引入到隧道LED照明控制系统中也具有可行性。
2基于电力载波通信的LED隧道照明控制器构造及工作原理
2.1控制系统及控制器的组成
控制器的系统主要有远程监控系统、现场智能化的LED隧道照明控制器单元以及隧道路段照明集中控制器。远程控制系统和集中控制器间用GPRS网络实现连接，并且集中控制器是通过电力载波通信网来对各个照明控制器终端数据进行采集的。采集处理后再传输到远程上位机上，同时接收并转发上位机的指令信息，最后由控制器终端实现指令信息的接收和执行。控制器主要由主控单元、LED恒流驱动电路以及电力载波模块组成，主要负责对LED恒流输出以及PWM调光等功能进行控制。主要包括环境照度检测电路、电力载波通信电路、人机接口电路以及PWM调光控制电路等。
2.2控制器硬件与软件设计
控制器的硬件部分主要分为：主控单元MCU、低压电力载波通信电路、LED恒流驱动电路以及其它电路。主控单元的芯片采用的是NEC高性能单机片即MCU。以NEC78F0511为控制核心，其具有良好的集成性能，集成自带内部晶振、串行接口、内嵌8通道10位转换器、内置看门狗定时器、PWM定时计数器等多种功能以及丰富的I/O接口。对于低压电力载波通信电路采用的是北京福星晓程电子科技股份公司的PL2102芯片，该芯片是特别针对电力网的特点进行研发。它由单一的+5伏电压供电，以及一个外部的接口电路与电力线耦合，设计非常简单。通常大功率的LED需要采用恒流源进行驱动，以保障LED使用的安全性，并能够达到理想的发光强度。本设计采用带PFC的AC/DC开关以及DC/DC的恒流驱动两级电路结构，更能提高电源的可靠性。设计的控制器LED恒流驱动电路，前级采用带PFC的AC/DC开关，后级采用DC/DC恒流驱动芯片XL6005所组成的驱动电路。对于其他硬件电路，照度检测电路，采用的是光敏电阻经过放大处理后，经过MCU的A/D转化并采集后进行处理。按键采用独立按键形式，车流量监测电路采用的是红外线监测系统，电源采用开关电源组成正五伏稳压输出。对于控制器软件是基于NEC集成开发平台PM+V6.30进行设计的，主要的功能模块采用的是C语言程序行进编写的。
2.3控制器工作原理
控制器需要实时的与隧道路段集中控制器通过电力载波通信单元实现数据交换，并及时反馈有关LED隧道灯具的各种参数信息，接受相应的指令并执行相关动作。控制器可以设定成两种模式，即就地控制和远程控制。如果设定为就地控制，控制器只需负责上传相应的参数信息，并根据实时的环境流度以及车流量的大小就地对LDE调光控制。如果设定成远程控制模式，控制器除了要上传相关参数信息外，还要负责接收集中控制器的指令并进行控制动作。
3结语
综上可见，基于低压电力载波通信的LED照明控制器的设计，具有成本较低、可靠性高且容易实现等的特点，不仅可以实现对每盏LED隧道灯具的远程开关，还可以实时的检测工作状态和故障等，减少了传统远程控制通信在布线上的投入成本，增加了系统的经济性与灵活性，进而提高了自动化水平，为LED照明控制技术发展提供了新的思路和方向。
参考文献
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道路照明控制方式篇2
关键词：嵌入式系统；隧道照明；节能技术；无线传感网络
中图分类号：TN915?34；U453.7文献标识码：A文章编号：1004?373X（2017）02?0090?04
Abstract：Theembeddedtunnelilluminationenergy?savingsystemisstudied.Theterrestrialmagnetismcoilwithstableperformanceandgooduniversalityisusedtodetectthetrafficflowinthetunnelinrealtime.Thelightintensitysensorsareadoptedtodetecttheilluminanceinsideandoutsidethetunnel.Theilluminanceinthetunnelisadjustedinrealtimeaccordingtotrafficflowandilluminanceinsideandoutsidethetunnel，soastoprovideasafedrivingenvironmentforthedrivers.TheLEDsofmoreenergysaving，betterenvironmentalprotectionandlongerlifetimearetakenasthetunnelilluminationsource.Thewirelesssensornetworkwithclustertreetopologystructureisusedtoconnecttheuppercomputermonitoringplatformandtunnelilluminationcontrollerwithvarioussensorstoreducethedifficultyofsystemwiring.Theexperimentalresultsshowthatthetunnelilluminationenergy?savingtechnologycanrealizetheenergy?savingoperationofthetunnelillumination.
Keywords：embeddedsystem；tunnelillumination；energy?savingtechnology；wirelesssensornetwork
0引言
自1988年起，我国的高速公路建设总里长不断加大，到2011年底，高速公路总的建设长度突破8万km，到2013年初可进行通车的公路隧道已经超过10万座，隧道总长累计超过8000km。隧道一般会配备灯光照明、隧道口通风设备和机电控制系统等，这些设备一直处于工作状态，需要消耗大量的电能，其中灯光照明占能耗近30%，可见灯光照明占据总隧道能耗的一个很大的比例，采取环保节能的照明方式将会减少很大一部分的隧道用电[1?2]。
国外对隧道照明节电技术的研究比较早，一个典型的隧道节电技术的应用就是横跨意大利和法国的MontBlanc隧道，它采用灯光自动调节的技术，即根据车流量、隧道限速以及隧道外光照强弱来自动实现隧道内灯光亮度。国外对隧道照明控制技术的研究有三种，一是采用手动的方式控制隧道灯光的亮度；二是采用分时段的时序控制方式；三是依据隧道内外灯光亮度的差别进行自动调节。当然随着技术的发展，隧道灯光控制的方法已经不再是简单的逻辑划分，而是智能化的控制，即按照隧道内的最高限速、隧道外的天气变化情况以及隧道的车辆多少进行综合的智能化控制[3?6]。
国内对隧道照明技术的研究也取得了一定的成果，但是技术应用程度还比较低。目前我国的隧道照明也集成了自动化的控制模块，即按照时间段和天气变化自动对灯光进行亮度调节，但是这种自动化控制模块内置的光强检测传感器成本高，而且使用寿命比较短，因此可靠性比较低，另外自动化控制模块的逻辑算法可靠性也比较低，因此我国隧道采用自动控制照明的场合还比较少，大部分仍然是采用人工对灯光进行调节控制，即人为地控制照明灯光的个数和亮度。不过随着技术的发展，人工控制的方式将逐步被取缔，自动化的灯光控制技术将会不断普及。我国应用自动化控制隧道灯光控制中，光源采用高压钠灯，无法进行无极控制，这会给行车道路带来安全隐患[7]。本文针对嵌入式隧道照明节能系统进行研究，使用更加节能环保的LED作为隧道照明光源，并通过实时检测隧道内车流量和隧道内外照度实时调节隧道内照明度，为驾驶者提供安全驾驶环境，并现隧道照明的节能运行。
1隧道照明节能系统组成
隧道照明系统基本组成如图1所示。在隧道的入口、隧道出口以及在隧道内安装传感器，检测车辆行驶状态：车辆驶入隧道，隧道中有车辆，车辆驶出隧道；光强传感器采集隧道内外光的强度大小；灯光控制器根据车辆信息采集传感器和光照强度采集传感器的结果综合控制灯具的开启或者关断。
当有车辆驶入隧道时，隧道照明控制系统中的累加器自动加1；当有车辆驶出隧道时，隧道照明控制系统中的累加器自动减1；当有车辆在隧道中违章掉头时，隧道照明系统中的累加器自动减1，这时累加器的值为0，隧道控制器的逻辑控制部分延迟控制灯光关断，隧道内灯光亮度保持不变。
夜间隧道车流量较少，隧道灯光控制逻辑是：当无线传感器检测不到车辆信息时，隧道灯光控制器关闭隧道内所有灯光；当无线传感器检测到车辆驶入隧道时，隧道灯光控制器打开隧道照明设备；当无线传感器检测到车辆驶出隧道时，隧道灯光控制器经过设定的延迟时间后关断隧道照明设备，以确保晚间车辆行驶安全。白天，对于车流量较大的隧道，灯管控制器控制所有隧道照明设备处于工作状态；对于车流量较小的隧道，当无线传感器没有检测到车辆驶入隧道时，隧道灯光控制器依据隧道内外光照强弱，只开启部分隧道照明设备；当无线传感器检测到车辆驶入隧道时，光照控制器控制增大隧道入口处光照强度，车辆驶入隧道后，控制器减弱车辆后面灯光亮度，增强车辆前面的灯光亮度[8]。
2隧道车辆检测装置
目前普遍采用地感线圈检测法测量行车速度，主要原因是地感线圈检测法测量车速的精度比较高，可靠性也比较好。地感线圈测速系统包括地感线圈、摄像头、车速检测器、收发器和计算机控制模块。当有车辆经过地感线圈时，地感线圈电感量发生变化，车速检测器检测车辆的行驶速度。地感线圈一般是采用导线绕指而成的，线圈匝数为4～6，电感值在50～70μH之间，安装在高速公路下面，依据电磁感应原理，当地感线圈中通有高频电流时，线圈中就会产生电磁场。线圈匝数为N，长度为L的螺型线圈能够产生的自感量大小为：
式中：μr为介质的相对磁导率；μ0为常数，μ0=4×10-7h/m；A是环形线圈的面积[9]。
车辆底盘一般是金属导体，当车辆行驶经过地感线圈时，车辆底盘有产生变化的涡流，该涡流产生磁场，磁场方向和地感线圈中的磁场方向相反，这样车辆底盘产生的磁场将对地感线圈中的磁场进行削弱，地感线圈中的磁场值将减小，根据地感线圈中磁场值的变化就可以通过车辆检测器检测车辆的车速。通过实验分析，通过地感线圈电流的最佳工作频率是28kHz，当有车辆经过时，地感线圈频率减小约2.5%，这样车辆检测器就可以较高精度地分辨车速[10]。
当地感线圈上方有车辆行驶通过时，线圈的电感量会减小2%～3%，调谐电路的LC振荡电路的频率就会变大2%～3%。地感线圈测速装置工作原理如图2所示，线圈1和线圈2均是地感线圈，线圈3和线圈4均是激发线圈，激发线圈中输入频率可调的正弦波信号，信号源向激发线圈4输入某一频率的正弦波信号，个时间周期后，信号源关断，等待行驶车辆的第一个环形线圈脉冲信号产生；一个时间周期后信号源向激发线圈3输入某一频率的信号，个时间周期后信号源关断，等待行驶车辆的第二个环形脉冲信号产生。地感线圈测速仪根据线圈1和线圈3磁场的变化计算行驶车辆的车速。
3隧道照明调光装置
与传统的高压钠灯相比，LED灯的亮度控制方法相对比较简单，灯的亮度可以实现在0～100%之间快速地进行调节，这种频繁快速的调节方式并不会减少LED灯的使用寿命。因此本文研究的隧道照明系统采用可调节灯光亮度的LED灯，将会大大减小隧道的照明能耗。LED灯一般是由矩阵式的LED灯颗粒规则构成，采用直流供电方式，能耗比较小，只有几十W。隧道使用的LED灯控制模块有电磁兼容式滤波器，桥式整流电路、功率因数校正电路、控制电路、CC2430无线通信电路以及脉宽可调节电路[11]。
图3是可调光无线控制LED灯具的结构示意图，该结构整合了LED驱动电路和ZigBee无线通信模块。灯具的输入电压是220V/50Hz的交流电，电磁兼容滤波器滤除220V交流电中的谐波，桥式整流电路将交流电转化成直流电，功率因素校正电路进一步提高直流电源的功率因数，使得LED灯的输入纯正的直流电压。引入的无线通信模块，能够对每个节点的LED灯进行控制，接收到的光强调节控制的指令，经过脉宽调制模块和LED驱动模块，调节输入到LED灯的电压或者电路，进而控制LED灯的亮度。
4无线传感网络
将LED灯具节点组建成一个无线网络，一方面传感器将采集到的数据发送到计算机，另一方面计算机通过无线网络将控制LED灯亮度的指令发送到LED灯节点，控制LED灯的亮度。一般高速公路上的隧道比较长，隧道内的LED灯节点比较多，采用单一的星状结构不能满足系统可靠性的要求，而簇树网拓扑结构的ZigBee无线网络可以满足可靠性的需要[12?14]，其结构图如图4所示。
ZigBee无线通信网络包含三类网络设备，网络协调、网络终端设备和网络路由器。其中网络协调是指构建整个无线通信网络、控制数据的传输以及收集采样的数据，采用串行的数据传输方式将数据输出到计算机，然后计算机再发送指令到各个指定的网络节点，即计算机收集无线传感器节点采集的光照强度和车流量信息，然后计算机对收集的数据进行处理，最后计算机向LED节点发出光强调节指令。网络终端设备是向传感器发送采集环境的指令和接收计算机发来的调光数据。网络路由器的作用体现在可以延长网络的通信距离，路由器可以实现路径查询和数据的转发，另外对于传感器采集的数据可以及时发送，对于计算机发送的光强调节控制指令可以及时执行。
协调器、路由器和终端节点共同构成了簇树型的ZigBee通信网络，该网络中的节点大部分是LED灯具节点，这些节点在接收无线网络发送的灯光强度调节指令，并且及r对灯光强度进行调节。该网络中还有一些无线传感器网络节点，这些节点及时对隧道内外的光照强度以及车流量进行采集，无线传感器网络将无线传感器节点信息发送到计算机。协调器是在节点信息量太大，无线网络负载过重时，临时建立新的子无线网络，这些子无线网络负责传输无线传感器的节点信息和传输计算机的控制指令。隧道照明节能系统的无线传感网络硬件组成如图5所示。
5隧道照明节能系统软件设计
本文研究的隧道照明节能装置的照明光强控制系统各个模块工作流程图如图6所示。第一步是对各个子模块进行初始化，即上电；第二步是将隧道中的无线传感器节点和LED灯具节点接入无线通信网络，无线传感器节点采集隧道内外的光照强度以及车流量信息，无线通信网络将传感器的节点信息发送至计算机，计算机根据收集到的数据判断控制器状态，若是手动状态，则手动控制LED灯具节点，对灯光强度进行手动调节，若判断不是手动状态，则进入到下一步，即检测隧道状态，若不正常，则报警，并且发送指令至各个LED的灯具节点，开启所有LED灯，若正常，则继续进入到下一步，即检测计算机的工作状态，若不正常，则开启本地控制器控制隧道光照强度，否则开启远程监控计算机，对采集数据进行综合控制；第三步是ZigBee无线网络将计算机的控制指令发送至指定的LED灯具，根据指令灯具调节灯光强度；第四步在计算机的终端对传感器数据信息和隧道内外的状况予以显示；第五步计算机或者无线网络不正常工作时，LED灯处于自动全开状态。
在网络节点较多以及对节点控制可靠性比较高的应用场合，簇树型网络一般是首选。簇树型网络中的协调器在完成子网络的建立后，无线网络中的多个设备和子网络建立了联系。若无线网络中的设备与协调器相距^远，那么该设备和子网络中间的路由节点将会把该设备节点接入子网络。对于接入子网络的设备节点通常会选择收发信号比较强而且距离最近的路由器节点接入到子网络中，显然可以发现路由器节点和接入子网络的设备节点构成了星状的无线网络，但是路由器节点没有自主建网和向设备节点发送指令的功能，末端设备通过路由器接收协调器控制[15]。簇树型ZigBee通信网络中，一般由协调器或者路由器存储路由节点信息，从而方便在需要时对路由节点继续修复。对于无用的路由信息，可以采用应用层维护的方式对路由信息予以清除。通常ZigBee簇树型网络采用树型结构的网络结构，而并非是路径最佳选择方式的结构，树型结构容易引起一个弊端就是会在子节点存有大量的数据信息，导致节点发生故障，网络组网流程图如图7所示。
6结论
本文针对嵌入式隧道照明节能系统，使用更加节能环保的LED作为隧道照明光源，并通过实时检测隧道内车流量和隧道内外照度实时调节隧道内照明度，为驾驶者提供安全驾驶环境，并实现隧道照明的节能运行。
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道路照明控制方式篇3
关键词：公路隧道；LED照明；智能监控系统
中图分类号：U45文献标识码：A
1目前公路隧道照明现状
我国目前的隧道照明监控系统总体来说技术还比较落后，大多数地区还在使用传统的控制方式，通过时控开关或直接按排人员手动操作来实现灯的开关。传统方式在实际应用中面临以下问题：实现功能比较单一，只有开关灯控制，无法自动调节灯的亮度；亮灯率比较模糊，具体多少盏灯故障、故障率情况及影响交通程度等都无从反应；只能对灯进行集中控制，无法对每盏灯进行节能控制，在白天进行故障检修时，无故障的灯也需同时开启，严重浪费资源。落后的控制方式已远远不能满足现代化管理和节能的需求。作为公路管理部门迫切需要一种现代化的管理系统平台，使其管理效率提高的同时降低运行成本。隧道照明智能监控系统正是基于此而提出的。
2隧道照明远程智能监控系统的定义及意义
2.1隧道照明远程智能监控系统的定义
隧道照明智能监控是一种能控制某一回路灯的开关、调光、数据采集以及故障判断等功能，便于管理单位进行实时管理的系统。
2.2隧道照明远程智能监控系统的意义
提高管理部门形象。监控每路光源的工作状况和输出功率，监测失效光源并报告位置，减少人员的巡查，减少对管理部门的投诉，从而进一步提高管理部门的形象。
增强应急能力。系统具有定时控制和人工控制等多种方式，在特殊的天气情况下能通过人工控制实现应急调度功能。增加照度控制功能，可实现点、线组合式的节能控制，节能效果好。
增加安全防范功能，智能监控系统可以实现快速故障灯具的处理及灯具的预维护，以免灯故障而引发交通事故。
3隧道照明远程智能监控系统
3.1系统组成
3.1.1整体框架
图1为本次隧道照明远程智能监控系统的结构框图。采用这样的系统，能够为公路管理机构带来节能和节省维护成本的效果，同时也能够提高服务质量，并提升公共安全。
3.1.2系统组成
单灯节能监控系统主要包括以下几部分：
（1）隧道照明控制箱：
（2）信号通信控制器：
（3）光控模块：
（4）车检模块：
（5）电源节能模块：
（6）监控软件：
3.2工作原理
3.2.1硬件系统
隧道照明控制箱是该系统的核心设备，整个系统要完成的功能全部由这个设备完成。隧道照明控制箱，还可以通过gprs与网络连接，实现远程监控。信号通信控制器是实现只能开关灯和通信调光的设备，设备也分为节点通信模块和状态控制模块。光控模块是采集周围自然光的关照度。车检模块是检测是否有车辆进入隧道。电源节能模块是调光通信中的一个重要模块，保证调光信号的质量。监控软件对于中心所管理的总控制服务器发来的数据进行过滤、汇集并记录到SQL数据库中。可以在软件信息查询栏中查到相应的信息，查询后可导出报表。采集到的数据，为用户提供有意义的、专门针对灯应用的界面，实现了用户对所管理隧道路灯系统的监测和控制。
3.2.2工作原理
隧道照明分晴天、阴天和夜间等多种控制工况，按回路实现分级自动控制（保留手动控制），在隧道外安装自然光照度检测传感器，实时将采集的光照度传送到变电站主控装置，主控装置根据当前隧道外的照度自动调整LED灯调光控制器，使隧道内LED灯具的照度和隧道外自然光照度相匹配。
（1）车辆检测。隧道两端安装有车辆检测装置，实时检测过往隧道的车辆，当系统工作在白昼模式下，当隧道内有车过往时，LED灯照度自动匹配隧道外自然光照度提供照明，当无车时则降功率照明，此手段有效的提高了隧道灯具照明的利用率。
（2）夜间节能模式。当系统时间进入夜间节能时间段时，则停止车辆检测功能，隧道灯具以固定功率降压工作，从而进一步提升节能效果。
（3）无级调控。LED采用可调恒流电源来驱动，可在0～100%范围内调整，因此可实现无极调光功能，在相应的工况下，光源不会满负荷运行，使光源得到了充分的“休息”，不仅能延长灯具的寿命，同时还降低光衰。
（4）回路循环切换。根据系统时间、白昼、黑夜的时间段设定和工作线路设定，系统将自动循环隔日切换照明工作线路，有效的延长灯具使用寿命并降低额外耗电。
4隧道照明远程智能监控系统应用
浙江省文成县位于浙江南部山区，俗称“八山一水一分田”，境内隧道颇多，本次改造的330省道瑞东线的上岙岭座隧道照明设施，原建于2004年，是二级（收费）公路隧道，宽10米，长分别为1105米，采用传统HID高压钠灯照明，自2008年底费改税改革变更为非收费公路以来，由于线路老化等原因导致隧道照明效果差，上述隧道曾多次发生交通事故，为保障行车安全，急需改造。经多年积极争取，在各级公路交通主管部门的大力支持下，上岙岭隧道照明设施列为节能减排项目，安装了智能监控系统并对照明设施进行LED灯节能改造。LED灯属于第四代新型光源，LED与传统光源在发光形态上最大的区别在于LED发出的光线是定向的，光源的光已经得到了“整形”（称光源配光或一次配光），整形后的光通量就是它的出射光通，也就是说，从LED发出的大部分光线就能直接射向被照面，得到充分利用，利用的比例远高于传统的光源。而对于传统光源来说，从发光体发出的光线，都向空间的四面八方发散出去，部分光线可以直接利用，许多光线只能间接利用（通过发射器后才利用），光源光线的利用率自然比较低。
现将两种光源相关数据进行比较（见表1）。
从上表可以看出，高压钠灯与LED灯各有千秋，各有各的特色。但综合考虑其照明效果、节约能源的角度，且国家积极推广LED等节能灯具，因此本次改造采用LED灯。由于目前隧道LED灯照明及监控系统刚改造完成，上述相关数据目前无法正确评价，下步我们将本次改造项目与类似长度且采用高压钠灯照明的隧道进行灯具使用寿命、光衰、可靠性、维护成本、照明效果、节约电费等方面数据对比，全方位综合考评与总结。
但本次隧道改造无疑是成功的，远程智能监控系统做到了分晴天、阴天和夜间等多种控制工况，按回路实现分级自动控制，安装自然光照度检测传感器，实时将采集的光照度通过主控装置自动调整LED灯照度，使隧道内LED灯具的照度和隧道外自然光照度相匹配。通过车辆检测、夜间节能模式、无级调控、回路循环切换功能正常启用，目前单从高压钠灯与LED灯功率上就能达到年节约电能约11.3万度，用电省且照明效果好，行车安全感得到较大提升，得到社会各界好评，盛赞其为“亮丽文成”添砖加瓦。
参考文献
[1]朱磊.公路隧道LED照明节能控制研究[D].西安：长安大学，2011.
道路照明控制方式篇4
【关键词】智慧照明环境监测物联网ZigBee上位机
1引言
随着社会经济的快速发展，城市路灯照明建设飞速发展，道路照明的质量日益改善。近几年，环保、低碳的理念被越来越多的人所重视，节能照明已成为现今社会面临的一个重要问题。但在当前现有的路灯控制体系中存在着资源浪费、管理欠妥、维护效率低、成本高、拓展能力和可持续性差等问题，急需现代化的智慧照明来提高城市道路照明的工作效率和可利用率。
针对上述问题，本文设计了一种集道路照明管理与环境监测于一体的城市道路智慧照明系统，立足于当今节能减排的需求，以节能为核心，改变以往一成不变的照明方式，系统原理框图如图1所示。
整个城市道路智慧照明系统分为两大部分：照明控制系统和辅助系统。照明控制系统主要实现道路照明的控制，通过采集环境亮度实现路灯的自主亮灭控制，同时通过ZigBee无线传感器网络将道路照明系统进行组网，实现单个或多个路灯的控制；辅助系统则主要进行气象环境的监测，利用多个传感器实现实时外部环境参数的监测，如：温湿度、PM2.5、光照度等，最后将数据汇总通过网络传输给远程监控中心。
2系统硬件设计
2.1控制模块
本城市道路智慧照明控制终端和监测终端的核心模块均采用嵌入式ARM处理器STM32系列，STM32系列微控制器采用ARM公司具有突破性的Cortex-M3内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器，具有丰富的增强I/O端口和外设：包含3个12bit的ADC、8个高级16bit定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C和SPI、5个USART、一个USB和一个CAN。专门应用于对性能要求较高、成本要求较低以及低功耗的场合，适合本系统的芯片需求。
2.2传感器模块
传感器模块主要包括用于检测环境照度的光照传感器BH1750FVI以及监测环境参数的温湿度传感器、PM2.5传感器等。
（1）光照传感器BH1750FVI采用数字输出，光照度范围为0-65535lx，可对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定，实现“亮度调节，外界照度强，路灯光照弱；外界照度弱，路灯光照强”的效果；
（2）温湿度传感器模块用于检测周围环境的湿度和温度；
（3）PM2.5传感器选用GP2Y1010AU0F型号的粉尘传感器，它的特点是取消了模拟输出口，不需要搭建电路，节省了成本，标准串口通信，提高了测量准确率，串口输出更稳定，只需要3根线即可操作它，通过串口直接读取电压。
2.3ZigBee无线通信模块
为了实现城市道路照明系统的集中管理以及环境监测功能，本文采用基于物联网的ZigBee无线模块构成通信网络。本系统采用的ZigBee无线通信模块为CC2530模块，包括主ZigBee模块和ZigBee模块两部分，主从模块需要在同一频率之间完成数据之间的通信。
3PC终端监控软件的设计
为了实现城市道路智慧照明系统的集中控制管理以及环境数据的采集监视功能，本系统基于LabView虚拟仪器技术设计了城市道路智慧照明系统的远程控制中心监控软件。
虚拟仪器是一个高性能、低成本的测试和自动化系统运载平台，将传统的仪器硬件功能集成，即将硬件软件化，大大突破了传统仪器在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制，摆脱了传统的以硬件为主的测量，实现了以软件为中心的测量。
4结束语
本文提出一种基于IOT的城市道路智慧照明系统，综合运用嵌入式技术、传感器技术等实现路灯的智能化管理：每套路灯既可单独控制，根据时间和光照度实现通断和亮度调节，也可进行集中式的联网控制，对城市路灯全网监控，掌握路灯的运行状态。同时可采集周围环境的温湿度、光照度和PM2.5数值，将所采集到的信息上传到上位机监护界面，实时显示各种数据图形。
本系统的设计结构合理，充分利用智慧照明技术实现路灯照明应用的需求，拓展能力好，可以有效的节约能源，具有实际推广和应用价值，拥有极大的市场前景。
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道路照明控制方式篇5
Abstract：Thedesignoftunnellightingintelligentcontrolsystemfollowstheprincipleof"safe，economic，environmentalfriendlyandenergy-saving"whichisalsothetargetofhighwayconstruction.Thesafetyandenergy-savingprincipleshouldbebothfollowedandthekeyquestionistosolvethecontradictionofthetwoprinciples.Thekeyproblemofthedesignandapplicationstageistorealizeenergy-savingandhighefficiencyofthetunnellightingintelligentcontrolsystem.
关键词：隧道；照明系统；智能控制
Keywords：tunnel；lightingsystem；intelligentcontrol
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）33-0102-02
0引言
由于交通量大、且隧道路线较长，如果照明系统设置不当，会造成驾驶员的视觉疲劳，影响隧道内行车的安全性和舒适性，这是隧道照明智能系统控制需要解决的首要问题。比如在隧道较多的省份如广西、福建、江西等，隧道照明系统的设置成为了耗资巨大的系统工程，而隧道的智能控制系统的节能设置能节约不少的成本，同时减轻了智能控制系统的安全、维护等费用。所以，以上两个实际问题是本论文着重研究的方向，通过“文献调研、理论分析、实验分析”等手段，结合国内隧道照明技术的发展现状和未来发展趋势，系统地解决照明智能控制系统的问题。并基于现状和存在的问题，提出一些关于隧道照明智能控制系统的整改措施。
1隧道照明电能节能控制低效的主要因素
1.1洞外亮度大范围变化而洞内亮度相对固定隧道的智能控制系统设置时，其亮度往往是按照夏季中午最亮时作为默认计算值，没有考虑维护系数，特别是洞外的亮度随着季节、气候、时间而时刻变化，洞外连续而相对规律的亮度变化没有被考虑在内，仅仅是靠采用简单的分级调光方式照明，这有很大的弊端，主要是系统控制不稳定，以及能源的浪费，而采用晴天分级系统和亮度曲线调节系统能够有效控制电能的浪费，同时通过分析隧道智能控制能耗比值曲线可以求出浪费的电能和实际的电能需求，目前大多数隧道照明控制系统的耗能都是电能需求的两倍以上。当采用四级调光的LED灯时可以节约40%的电能，这是隧道照明智能控制系统节能照明的目标。
1.2灯具功率规格少隧道照明灯具功率规格少是不争的事实，隧道照明的标准值是事先设定的，当大幅超过行业标准水平属于过度照明，通常高压钠灯的功率只有100w、150w、250w、400w几种。而隧道高速公路照明灯往往只采用35w-120w的灯具，灯具功率的配备并不成熟，比如单侧亮度控制不够、双侧出现过度照明屡见不鲜。选用多角度的高压钠灯和多种功率的灯具既保障了隧道内的亮度，也不至于使得出现过度照明的情况。而照明市场上的产品也并不成熟，各个规格的灯具不完善，导致隧道内的亮度不够，往往只是在35w-100w之间，采用智能控制使得调节范围更为精细，可以根据照明亮度的需求自动调节，避免过度照明，节约电能。
2隧道智能照明控制方式
2.1传统型智能照明控制方式智能型照明控制系统的发展已有数十年的历史，传统型智能控制系统作为隧道照明智能控制的开端，包括对照明的开关控制盒自动调光控制方式，打破了传统灯控的手动为主的格局，大大提升了效率和电能使用率，其工作方式是通过安装在照明控制系统配电回路中照明供电调节控制系统对电压、电流和频率实现智能调控的。其次，利用安装在照明控制系统中配电的回路通断实现有规律的智能调控，传统照明智能控制系统的调光控制主要分为不连续的调光和连续调光，按智能调控的原理分为放电光源智能调控和热辐射光源智能调控。其中智能控制的过程是相对复杂的，比如通过外界环境光来控制电流也就是控制照明灯的亮度，通过电压的频率也可以实现同样的效果。早期的传统型智能控制方式控制范围小、所谓的智能控制其实也就是半智能控制，在自动化和安全舒适性上需要更进一步。
2.2分时段照明智能控制方式分时段照明控制方式吸纳了传统照明控制方式，具有节约电能、灵活多变的特点，其简本原理是依靠总台控制中心控制的，通过数字模拟转换器来控制隧道的配电照明。所谓的分时段智能照明控制系统就是实现了照明开关的自主控制、告别了传统照明方式的手动、人工控制。很好地解决了传统照明控制方式对“照明控制相对分散和不利于有效管理”等问题，照明控制的集中高效管理的问题解决了，但始终在照明灯的亮度明暗调节上做得不够，这是分时段市民控制系统的软肋。
目前我国隧道智能照明设计主要是自动控制模式照明和分时段照明控制模式，这两种照明模式的共性是节约成本，设计依据是根据车流量的高峰时段划分的，这可以满足隧道照明的基本需求，操作自动化而且简单，易于集中管理而获得了业内的一致好评。相反，其缺点也是突出的，比如不能较好地控制隧道内的光污染，无法根据外界天气进行亮度的自动调节是其使用的局限性。
2.3全智能自动化控制模式随着社会经济的稳步提高，大型的隧道工程对于照明控制的需要不能简单停留在传统自动照明控制上了，对“照明舒适度、艺术性”有了更高的要求，在追求多样化的照明方式其实也就是在追求全智能自动化照明控制模式，特别是随着自动化技术和照明技术的日新月异，全智能自动化控制模式成为了可能，不仅响应了工程节能的要求，在提倡的环保节能照明系统工程中，照明智能控制是一项非常重要的一个环节，超长隧道的照明系统不仅要满足行车的视觉亮度，更是要给人视觉享受，创造出丰富的视觉空间，而传统的智能照明控制系统无法满足长隧道“安全、多样化、节能、高效”的需求，全智能自动化控制模式方式呼之欲出，其实也就是在传统智能控制模式上效能的提升。
3如何提升隧道智能控制系统的效能
①针对大型隧道复杂的空间照明要求，提升隧道智能照明控制系统需要从“隧道照明控制现状和控制方式”两方面入手，比如对流量的缝隙，通过建立隧道照明环境模型，设计因地制宜的全自动化智能照明控制系统。②把握主流的隧道空间照明控制系统的设计思想和照明控制方式，结合隧道空间特点，打造基于“CAN总线”的隧道照明智能控制系统设计，在对隧道照明控制结构图的研究基础上，测量隧道照明环境光的需求，智能化地进行光源传感器的布置。③通过对隧道内视觉模糊的光环境研究，建立视觉网络分析模型，在实验室中通过视觉仿真工具设计出与隧道现状相符的光源亮度控制系统，参数的来源非常重要，不要一味照搬其他隧道智能控制系统的参数。采用模糊控制技术对隧道照明人工光环境进行分析研究，得出的实验结果才能真正实现全智能照明控制系统兼顾对行车视觉各个波段、亮度的照明需求。
综上所述，全智能照明控制方式结合了现代照明控制设计的思想，结合了隧道节能照明技术，特别是基于CAN总线隧道照明控制的创新性设计，通过对智能节点布置的详细结构图，以及在设计中给出了这种隧道照明控制系统结构图，采集各个关节的光源点再做精确分析，比如各个节点对亮度的需求以及随着环境变化针对性的精确布置，其次，再布置出CAN总线接口节点电路的节电详图，通过相关模拟软件，实现隧道的全智能照明控制。
4结束语
隧道照明智能控制技术必将向“更高级、更高效、更安全”的方向发展，技术的发展完善，需要综合考虑到隧道的照明节能系统的设计和隧道流动性的空间特点，综合考虑隧道照明的车流量、天气状况、行车速度等影响因素，设计出一个安全、舒适的隧道照明空间。
参考文献：
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道路照明控制方式篇6
【关键词】城市道路；照明设计；节能措施
1、引言
城市照明是城市基础设施建设的一个重要组成部分，不仅为交通安全、社会治安提供了有力保障，还为亮化城市、美化环境发挥积极作用，在提高城市整体形象方面发挥了不可替代的作用。
然而，随着我国经济建设的高速发展，城市化建设突飞猛进，能耗大幅度提高在所难免。尤其是近年来能源价格的大幅度提升，城市照明用电的耗费确实给财政经费带来了相当大的负担。面对各种能源危机，各国都在努力寻找“节能减排”的途径，城市照明的节能也成为了一种必然趋势。
而道路照明设计作为城市照明节能的源头，应在保证照明效果、达到城市道路照明的目的前提下，严格遵循道路照明相应的照度和能耗密度标准，采用科学的照明设计方法，做到最大限度的节能和节省投资，并降低运行维护费用。
2、城市道路照明的节能设计措施
2.1道路照明光源的选择
目前，道路照明采用的主要光源类型有高压钠灯、金属卤化物灯、紧凑性荧光灯等。由于高压钠灯的光通量比相同功率的金卤灯高40%左右，而且透雾性能较好，因此在城市道路照明工程中使用非常广泛。
随着太阳能应用和LED光源等技术的逐渐成熟，绿色节能照明已经逐渐在许多大中城市得到了推广和应用。其中，LED光源具有绿色环保、安全可靠、质量稳定、安装维护简便、使用寿命长等特点，已经应用在了道路照明、城市造型景观照明、绿地照明、广告灯箱照明及家居照明等地方。LED光源基本可以达到与高压钠灯同等的效果，而且耗电量比高压钠灯大大降低了。虽然LED灯具一次性投入较高是其发展的瓶颈，但高压钠灯的更换成本和后期维护费用却是LED灯具的五倍。由此可见，LED灯具不但能比高压钠灯节能，且更换成本和维护费用节省的多。所以，LED光源在城市道路照明方面的广泛应用必将是大势所趋。
2.2合理的布灯方式
根据建设部行业标准《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006，应严格遵循照度标准和功率密度值，并按照设计标准的要求对路灯布置方式、路灯间距、高度、光源等进行合理的选择，避免或减少道路照明设计的盲目性，从而达到节能的目的。
例如，采用单侧布置方式，按间距30米安装，每公里33套灯，采用250W，每天亮灯10小时，每公里耗电量为33*250*365*10/1000=30112.5kwh（不考虑镇流器损耗）；若间距按40米，每公里25套灯，耗电量为25*250*365*10/1000=22812.5kwh，每公里就可以节约7300度电。假设全国以每年新增城市道路3万公里计算，则节省了电能2.19亿度，相当的可观。可以看出，在满足标准的前提下，布灯方式对节能有着非常大的意义。
2.3配电路线设计
城市道路照明的配电线路较长，供电半径一般最长可达800米。随着灯具与供电端之间距离的增加，供电电压逐渐下降，有可能出现远端电压不能满足光源正常工作所需的维持电压的情况。线路损耗、压降都在一定程度影响了路灯的照度，浪费了电能。因此，照明线路设计时应选用合适的供电电缆截面，既能满足线路的负载能力，也能保证压降与线路损耗在合理的范围内，降低线缆的温升，同时还能延长整个线路系统的寿命，减少了维护维修率。
2.4电容补偿节能
目前国内城市道路照明工程中同时采用两种电容补偿方式，一是在路灯电源处集中补偿，二是在灯具处分散补偿。
路灯采用的光源，基本是气体放电灯，其功率因数相当低，一般在0.40～0.6，配电回路电流较大，相应产生的损耗也较为明显。通过电容分散补偿后，每个灯具的功率因数不小于0.80；对道路的照明配电系统进行电容器无功补偿后，线路的功率因数则会提高至0.90以上。相对电容补偿之前，灯具的工作电流降了大约一半，这表明照明配电系统通过电容补偿为供电电源系统腾出了一半的容量空间，使电源设备能够发挥更多的供电能力。
2.5智能稳压降压节能装置
在道路照明工程中，照度会受电网电压的影响，电网电压和用电负荷则有着直接的关系，用电负荷低谷时电压偏高，用电负荷高峰时电压偏低。上半夜和后半夜的电网用电负荷则是差别比较大的。这种现象，既影响交通安全，又严重浪费能源和资金。将智能稳压降压节能装置安装在路灯的控制端，可通过内置的智能控制器或可编程控制器、时间继电器、光敏控制器等，对节电系统的工作曲线进行自动控制。人流量较小的后半夜，在保证合适照度的前提下，采用该装置降低较高的电压，从而调控整条线路上的负载，节电率可高达40%。
2.6无线监控路灯控制系统
多年来，我国路灯的管理控制和故障巡检主要是依靠人工巡查的方式。随着城市发展，路灯数量的迅速增长，这种控制方式在故障实时监控处理、按需控制、节能等方面已越来越不能适应城市化建设的需求。随着“三遥”监控等新技术的应用，道路照明在节能领域又上了一个新的台阶。
无线监控路灯控制系统具有无线遥控、遥测、遥讯和数据信息处理等功能。通过无线电方式，管理人员可以在总控制室对各道路的分控制站进行监视、测量和控制，动态的对路灯远距离实施监控和智能化管理，合理的遥控开关灯，并能准确的报出故障，十分有效的达到路灯节能管理的目的。
3、结束语
在城市道路照明节能设计中，我们需要严格按照照明设计标准规范进行照明设施的建设，做到不超标准建设；同时运用科学的照明设计方法，大力推广高效照明科技产品和采用节能控制措施，这样才能有效的减少不必要的能源浪费，达到节能的目的。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.《城市道路照明设计标准》.CJJ45-2006
[2]莫远屏.城市道路的照明与节能.中国科技信息.2006-03
