一种新型节能智能公路照明系统的设计实现

于昊辰

摘 要：一种新型节能智能公路照明系统，解决深夜后不能及时关闭路灯造成的电能浪费问题或者因为路灯关闭光线不足造成的不安全问题。采用的技术方案是：应用了激光对射开关，当检测到有车辆或行人通过时，通过小电路控制高压电路，开启路灯。通过延时继电器设置路灯照亮时间，从而保证行人或车辆安全通过。

关键词：激光对射开关；延时继电器；太阳能电池

中图分类号：TP23 文献標识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0012-02

1 研究背景及意义

能源是经济发展的基础，但是随着经济的发展，很多能源将面临紧缺，因此节约能源是保证经济可持续性发展的前提。目前我国电力工业发展速度虽然很快，但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重，因此推行照明节电技术、节约电能是改善电力负荷紧张状况的主要途径之一。

中小型城市公路照明系统一般采取三种方案：一是采用人工控制，当亮度不够时路灯人工控制开启，当天亮后则路灯人工关闭；二是采用光控自动控制，当亮度不够时路灯自动开启，当天亮后则路灯自动关闭；三是定时控制，一般到夜间12点后会关闭路灯。经调查发现从0：00-4：00左右，中小城市人们一般都处于睡眠状态，公路上车辆和行人都相对较少，因而公路照明系统采取的三种方案都存在着明显的缺陷，前两种方案是造成电源浪费，第三种方案虽然省电但是12点后由于路灯关闭，光线太暗，容易给路过的车辆和行人造成不安全因素。为了解决上面的问题，我便萌发了设计让夜间路灯既不常亮又不影响交通的项目。

2 设计方案

2.1 功能描述

本系统设计的新型节能智能照明系统克服了以上的缺点，从而达到节约能源和保障安全的目的。系统的功能如下：

（1）应用激光对射开关，当深夜检测到行人或车辆通过时，路灯开启；通过后，则路灯自动关闭。既避免了浪费电源又保障了深夜通行安全。（2）可自行设置路灯延时照明时间和相邻路灯开启数量，保障行人或车辆安全通过。（3）若有特殊需要可控制路灯常亮。比如在恶劣天气（如大雾，路面滑，大雨，大风，大雪）。

2.2 系统框图

如图1所示，在此系统中，激光对射开关和延时继电器只需要12V直流电源就可以工作，路灯可单独供电，可以通过太阳能电池板发电或接220V交流电。用小电路控制高压电路，独立的系统简洁方便，易于安装，节约成本，更利于节能减排的实现。

2.3 系统硬件功能介绍及原理讲解

本系统包括检测子系统、控制子系统和照明子系统等系统。

2.3.1 检测子系统

如图2所示，检测系统由激光发射器、激光接收器、光敏电阻构成，其主要原理为一个发光二极管与一个光敏三极管，当光敏三极管感应到发光二级管间的光线时，光敏三极管间无电流通过。当物体遮住发光二极管与光敏三极管间的光线时，光敏三极管间通过电流使电路接通。白天光敏电阻控制激光发射装置断路，夜晚使其正常工作。

2.3.2 控制子系统

如图3所示，KM1接通主电源，KM2接通直流控制电源，控制开始，KT断电延时时间继电器，控制切断直流电源时间。

正常控制过程：按起动按钮SB2→KM1通电，主触点KM1闭合，路灯开启，KM1辅助常开触点自锁，KM1辅助常闭触点断开；KT通电，KT常开延时打开触头闭合，KM2断电。

延时控制过程：按下停止按钮SB1→KM1断电，KM1主触点断开，KM1辅助常闭触点恢复闭合，KM2通电，接入直流电源，同时KM1辅助常开触点又恢复断开，则KT线圈呈断电状态，延时开始，待所设延时时间到达后，KT的延时断开常开触点恢复断开，KM2失电，切断直流电源，路灯自动关闭。

2.3.3 照明子系统

如图4所示，照明系统电源独立控制，可接220V交流电或通过太阳能电池板来供电。而且可以设置相邻路灯开启盏数，来很好的满足行人或车辆通行，又减少了电源浪费。

照明子系统详细说明：

（1）有两个总开关控制路灯的亮灭，当S1和S2闭合时，路灯长亮与感应装置无关。（2）当S1闭合，S2断开时，每当物体经过对射光束时，连续三盏灯亮起，物体经过过，灯泡延时10S—20S熄灭。（3）为安全起见，在每个路口四角设四盏常亮大功率路灯。（4）每个感应装置由于耗电较小，所以只需一个小型太阳能电池与一个光敏电阻，便可供装置夜晚的正常使用。（5）此系统只使用中小城市车流量夜间较少路段，对车流量较大的路段并不适用。（6）发射器设于中央栏杆处，接收器设于人行道旁，可适于行人与车辆的共同使用，无人行道路段即可设在路灯旁。（7）一般开启装置（即闭合S1，断开S2）时间为0：00-4：00左右。（8）发射接收装置一般离地0.8-1.2m左右，防止城市内常见动物的影响。（9）在恶劣天气（如大雾，路面滑，大雨，大风，大雪）情况下可控制路灯常亮。

3 研究成果与意义

本系统实现了公路照明系统的智能控制，既保障了行人或车辆通行安全又节约了电能，具有很高的实用性和创新性，符合技术的可持续发展原则，造价低廉，市场前景广阔。