LED智能调光路灯设计及其在智慧道路照明系统中的运用探讨

屈鹏

摘 要：结合城市道路照明存在的问题，本文对LED智能调光路灯设计问题展开了分析，对系统的软硬件设计系统进行了介绍。在此基础上，则对LED智能调光路灯在智慧道路照明系统中的运用展开了分析，从通讯层和云控制中心两个层面说明了路灯的运用效果，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：LED智能调光路灯；智慧道路照明系统；云控制中心

中图分类号：TM923.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0032-01

在社会经济取得快速发展的同时，人们也越来越注重低碳、环保等理念。但是在道路建设方面，传统路灯将产生较大的能耗，无法满足智慧城市的建设要求。针对这一问题，LED智能调光路灯得以被设计，可以利用现代智慧照明技术提高道路照明效率，减少资源浪费。因此，还应加强对LED智能调光路灯设计及其在智慧道路照明系统中的运用研究，从而更好的完成城市道路建设。

1 LED智能调光路灯设计分析

1.1 LED智能调光路灯硬件系统设计

从系统硬件设计上来看，系统由核心控制模块、传感器模块、调光光源模块和无线通信模块构成。

（1）核心控制模块主要负责进行包含路灯照明控制终端和监测终端的控制，使用的控制芯片为ARM处理器的STM32系列。采用该种微控制器，可以利用Cortex-M3内核完成高速运算，同时内部存在有高速存储器，工作频率为72MHz，能够满足对芯片性能要求较高的系统控制需求。该控制器外设和I/O端口较为丰富，同时配置有8个16bit定时器和3个12bit的ADC，通信接口标准且先进，不仅有USB、CAN接口，还包含多个12C和USART接口。此外，该种微控制器能耗较低，性价比较高，可以满足路灯设计要求。（2）传感器模块负责进行环境照度和PM2.5等参数的检测，从而为系统实现路灯调光提供数据。系统采用的照度传感器为BH1750FVI，检测范围在0-65535xl之间。可以实现数字输出。针对广泛亮度，该传感器可以实现1勒克斯高精度检测。在PM2.5检测方面，系统采用GP2Y1010AU0F粉尘传感器，无需进行外围电路搭建既能实现输出，拥有标准窗口通信和较高的测量准确率，可以保证窗口输出稳定。利用3根线就能实现装置操作，并利用串口进行电压的直接读取，可以有效节省系统成本[1]。此外，系统还配备有温湿度传感器，以加强环境参数检测。（3）采用调光光源模块，可以在LED驱动电路上进行KHz级脉宽调制，以实现对路灯亮灭的占空比调节，消除路灯频闪现象。该模块中包含LED恒流驱动集成电路AP8801，可以进行脉宽调制的提供，并进行直流输入调光控制选择。其ADJ脚的输入信号为PWM信号，可改变恒流输出电流，实现模块调光功能。采用PWM调节，可以使路面照度得到动态智能化管理，即在环境照度小时使路灯保持高亮度，并在环境照度大时自动调低路灯亮度。（4）LED智能调光路灯利用ZigBee无线通信模块实现数据传输，包含主模块和副模块，可以在统一频率下进行数据通信。通信模块不仅需要实现控制模块、传感模块、调光模块的实时数据通讯，还要对LED智能调光路灯进行实时监控。配合采用电力载波技术和RS485技术，可以构建系统下行通道，利用3G网络和以太网可以进行上行通道构建。因此在系统通信方面，可以结合现场情况进行合适通信技术的采用。

1.2 LED智能调光路灯软件系统设计

从软件设计上来看，LED智能调光路灯采用集中控制管理模式，利用基于LABVIEW虚拟仪器技术进行系统远程控制中心监控软件的设计，以实现路灯调光和监控功能。采用基于LABVIEW的虚拟仪器技术，可以完成低成本、高性能的自动化系统运载测试平台的搭建。该平台对传统仪器硬件功能进行了集成，能够使系统受到的数据采集、显示、处理等硬件限制得到突破。通过硬件软件化，可以利用高效灵活的软件来进行各种系统测试、测量和自动调光功能的实现。采用该软件，也能在监控中心实现自定义用户界面的创建，实现系统的全方位集成，满足路灯调光和监控的定时和同步需求。从软件构成上来看，其包含高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台三部分，可以使虚拟仪器技术的高性能和强扩展性得到充分体现，可以尽快完成系统软件开发。

2 LED智能调光路灯在智慧道路照明系统中的运用

2.1 通信层的实践应用

在系统通信方面，已知能够采用多种通信技术。为进一步了解通信层的实践应用情况，还要对几种主要通信技术进行比较。如表1所示，不同技术之间存在较大差异。采用ZigBee技术，可以实现双向无线通讯，同时距离较近、成本低、功耗低，传输的复杂度较低，同时数据速率也较低[2]。利用ZigBee的强联网功能，可以增强系统传输的可靠性，实现路灯无线联网。而ZigBee无线网络结构也较为健壮，并且类型多样，可以采用网状结构、星型结构和树型结构。作为电力系统特有通讯方式，PLC可以利用电力线和载波方式实现数字信号或模拟信号的高速传输。相较于其他通信方式，PLC无需进行网络的重新架设，可以直接利用现有电力资源进行通信。但是，采用PLC需要面临电力线对载波信号的削减租用，并且信号传输将受到配电变压器的阻隔[3]。采用RS483通信技术，可以利用平衡驱动器和差分接收器较好的抵抗共模干扰，所以数据传输过程中具有较强的的抗干扰能力。RS485傳输速率较高，能达到10Mbps，并在1200mm范围内实现传输，总线一般为32个节点提供支持，最大能够为256个节点提供支持。但是采用该技术，需要完成屏蔽双绞线的设置，因此网络的建设和运营较为困难。

2.2 云控制中心的实践应用

在智慧道路照明系统中运用LED智能调光路灯，需要利用云控制中心进行道路照明自动化监控、维护和管理，以加强系统数据信息管理，应对各种突发事件。利用计算机和服务器设备，可以完成计算机局域网构建，并利用3G网和以太网连接，进行路灯现场数据信息的采集和控制，并利用数据报表进行反映。利用.net平台的C/S架构，可实现中心用户操作界面程序的调用，为云控制中心的操作提供便利。采用远程和本地计算机等监控终端，可以进行网络状态的实时监控。从功能上来看，通过云控制中心可以对智慧道路上任意路灯进行开关和调光控制，并对路灯运行的参数进行实时显示。结合数据，云控制中心将完成照明策略的制定，同时进行策略执行和回滚时间设置，实现对路灯的动态智能化管理。结合泸定的经纬度坐标，云控制中心可以在地图上进行路灯状态的动态显示。针对道路监控路灯，可以在云控制中心进行信息录入、修改和删除等操作，并完成系统各模块参数的设置。在路灯出现故障时，云控制中心将进行短信预警或邮件预警，即时提醒管理人员进行故障处理。利用云控制中心，可以进行故障路灯位置信息查询，为路灯维修提供便利。此外，利用云控制中心的用户管理功能，可以进行用户基本信息的新增、删除或修改等操作，并对用户各类操作的日志等信息进行查询。

3 结语

通过研究可以发现，在智慧道路建设的过程中，可以运用LED调光路灯进行道路照明系统的设计。而采用该种路灯，可以使LED节能效率得到提高，在道路车流少的时段通过时序控制等操作实现路灯的智能调光控制，使路灯节能效率达到78%以上。采用PLC等通信技术实现路灯实时状态监控，也能及时了解路灯状态和道路照明情况，并利用系统进行路灯故障自动保修管理，保证路面光照度能够满足行车要求。

参考文献

[1]余博.浅析LED智能调光路灯在道路照明中的应用[J].中国战略新兴产业，2017，（40）：61.

[2]罗江.基于单片机和模糊控制的LED智能调光系统设计[J].四川文理学院学报，2016，（05）：25-29.

[3]申中鸿，杨林，刘群兴等.一种基于多传感器融合的LED 灯具智能调光系统[J].照明工程学报，2014，（02）：32-34+42.