智能光控时控户外灯的节能控制装置研究

俞临兵

摘要：随着城市的发展，户外灯的作用也愈发突出，在绿色环保理念的影响下，光控时控技术也逐渐应用到户外灯中，其智能化程度越来越高。智能节能控制其便是在这种条件下研发出来的，能够解决户外灯的能源消耗问题，通过光控与时控的方式，实现自动启停、智能调压，以提升户外灯的用电效率。本文便从节能控制装置的控制器设计、功率变换单元设计以及智能控制策略等三个方面入手，对节能控制装置进行简要研究。

关键词：智能户外灯；光控时控；节能控制

现阶段，我国很多城市中户外灯的照明方式仍然为“全夜灯”，这种方式不仅浪费能源，还会产生光源污染，而且长时间的运行会严重浪费材料，提升维护成本。所以，需要对户外灯设置节能控制装置，以降低设备电压、改善用电功率、便于维护管理、节约设备耗能。而智能节能控制装置，便可以有效解决这一问题。

一、装置控制器设计

智能节能控制装置中的硬件主要包括光敏传感器、声音传感器、单片机、转换器、出发装置等。声音信号和光信号在进入到传感器中以后，会被转化成电信号，之后经由放大器对信号进行放大，以此作为户外灯的触发信号。对于装置控制器来说，其核心为微处理器，系统中主要包含了单片机、电压控制装置以及相关电路，微控制器可以选择AT89S52，该设备具有很强的兼容性，而且数据可以快速重复编写与擦除，保护等级较高，另外，该设备在编程过程中可以不依托于外部线路便能够实现时序与电压的编写，可以对一年以内的数据进行查询[1]。

在AT89S52中，其所包含的RAM一共有256个字节，但在实际使用过程中，只有128个字节能够真正意义上被用户所用，其他字节用于服务特殊寄存、在整个芯片中，定时器也是不可或缺的，在本文所述系统中，定时器的个数有三个，其中一个用于计时，一个作为波特率发生器。单片机的使用使得整个系统在运行过程中可以保持比较高的稳定性，可以进行在线编程，有利于后期对装置的调试。另外，单片机还能够为控制应用的运行提供条件，使其更加运行更加灵活。

二、功率变换单元设计

智能节能控制装置中的功率单元依托于晶闸管，主要能够实现对导通角的控制，进而达到改变户外灯电压的最终目的。在本文所述系统中，功率变换单元的主电路为全控整流桥，该装置内部含有六个晶闸管，通过整流器件该转换电流，而可控硅触发角是左右电压大小的关键。现阶段，三相桥式电路是使用比较普遍的一种整流电路，该电路的连接方式分为共阴极组与共阳极组，两者分别拥有三个晶闸管，且导通顺序一般按照从大到小排列。

该整流电路的特点如下：第一，在任何一个时刻中，都需要通过两个晶闸管一起进行疏导，以组成设备所需的运行回路，两个晶闸管不能是同一相中的，需要共阴极组与共阳极组各一个。第二，想要触发脉冲，需要满足以下要求，首先，晶闸管需要按顺序依次脉冲，每个晶闸管之间的脉冲差为60；其次，共阴极组中的三个晶闸管与共阳极组中的三个晶闸管，两两之间的脉冲差为120；最后，对于同一相来说，上下桥臂的脉冲差为180[2]。一般情况下，整流电路在输出电压的过程中，需要进行六次脉动，而且每一次的波形都保持一致。第三，在合闸启动时，整流电路中的电流可能会发生一定程度上的断续，在这种情况，为了保证整流电路的正常运行，一定要确保两个晶闸管的脉冲能够同时被触发。为了确保这一点，可以运用的方法有两种，其一，宽脉冲，让脉冲始终保持在60以上；其二，双脉冲，在触发晶闸管的过程中，向前一个晶闸管中补发脉冲，使两者替代宽脉冲。

三、智能控制策略

在节能控制装置中，不存在管理中心，所以，照明控制装置需要以控制策略为依托，自动对现场进行照明。在本文所述系统中，控制策略主要选用的是手动控制、时间控制、环境控制三者相结合的方式，三者的优先级如下：手动控制最高，在进行手动控制的过程中，其他两者都会被屏蔽；时间控制次之，在时控有限期内，环境控制被屏蔽；环境控制最低，在时控有效期外，运用环境控制。

（一）时间控制策略

在本文所述系统中，时间控制策略主要包括两方面，分别为开关灯控制与夜间分段调光控制。通过这两种控制方式，不仅可以取得很好的节能效果，还能够改善照明质量。前者主要通过对日照曲线的模拟来确定，任何一个城市都有其自身独特的日照曲线，因此，需要根据当地的实际情况，对日照曲线进行准确计算，从而确定出更加精准的开关灯时间[3]。后者主要依托于夜间道路的交通流量进行确定，对于一条城市道路来说，夜间的交通流量会发生变化，但一般情况下，一段时间内的流量变化并不大，所以，可以根据季节来划分照明周期，并在每个照明周期中设置若干个照明场景，分别设置调光与开关灯时间。如前半夜道路上的行人较多，则场景亮度较高；后半夜道路上的行人减少，则需要切换到亮度较低的场景，在保证照明的基础上，达到节能目的。

（二）组群控制策略

以载波通信为基础，领域中已经可以实现对单灯低成本检测，与此同时，对户外灯的控制方式也更加多样。即便在同一路段中，户外灯所处的位置也会改变其照明控制要求，而所谓组群控制，就是对于比较特殊的户外灯，要根据其实际情况，对照明场景进行有针对性的控制，从而保证在节能的基础上降低光污染。从根本上讲，组群控制需要依托于通信协议，其数据帧格式包括数据报头、控制类型、起止地址以及作用范围等，单灯智能控制器的不同组合，可以让组群控制更加丰富。

（三）环境控制策略

环境控制指的是智能照明系统可以以天气、交通等情况为基础，智能选择相应的照明控制措施，从而提升节能效果。如果天气变化异常，户外灯周围的环境亮度也会发生变化，而照度辅助控制便能够改变户外灯的开关灯时间，为了确保系统能够正常运行，在采集户外灯周围环境照度的过程中，需要通过软件滤波来过滤掉如闪电之类的照度干扰[4]。另外，为了使照明控制更加的人性化，交通流量变化也是需要考虑的重要因素，特别是在节假日、上下班高峰等时段，交通流量的变化会相对明显，需要根据实际流量，进行有针对性的对采集周期进行控制与调整。

综上所述，智能户外灯节能控制装置的智能化程度较高，能够通过光控与时控来选择相应的控制方式，具有很强的可靠性，单片机芯片选用的是AT89S52，可以实现对照明系统调光与照度的有效控制，功率变换单元所选用的是整流电路，由六个晶闸管组成，通过宽脉冲与双脉冲的方式，能够避免电流断续。智能节能装置还具有成本较低、维护便捷、操作简单等多方面优势，无论从经济方面看，还是从技术方面看，其未来的发展与应用前景都非常广阔。

参考文献：

[1]甘本鑫，徐少明，苏红艳等.基于单片机的LED路灯模拟控制系统的设计与实现[J].现代电子技术，2011，03：205—207.

[2]安双利，钱锐，陆翔宇等.基于单片机智能控制的路灯节能系统的研制[J].上海第二工业大学学报，2011，01：49—53.

[3]高丽.有载调压路灯节能控制装置的研制及应用[J].煤炭技术，2011，09：70—71.

[4]陈凤贤，胥布工，汤玉峰等.基于多智能体技术的智能路灯节能控制系统[J].自动化与仪表，2012，12：30—33.