摘要:提出了由路燈監(jiān)控終端、路燈控制終端、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)、ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)和路燈傳感裝置組成的智能化節(jié)能路燈組，將路燈照明過程分為常亮和感應(yīng)照明兩個(gè)階段，構(gòu)建了路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控路燈的工作狀態(tài)，提高了道路照明智能化管理水平。

　　關(guān)鍵詞:智能，節(jié)能，ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)，GPRS通信網(wǎng)絡(luò)

　　0引言

　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國國內(nèi)城市道路照明的總燈數(shù)約400萬只(套)，加上高速公路、工礦企業(yè)、機(jī)場(chǎng)、碼頭等非市政照明燈具約100萬只(套)，總數(shù)超過500多萬只，并且每年以10%以上的速度遞增。其中城市公共照明在我國照明耗電中占30%的比例，約439億kWh，以平均電價(jià)元/kWh計(jì)算，一年開支達(dá)285億元，成為各地財(cái)政部門的一大負(fù)擔(dān)。

　　照明論文范例：建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)的研究

　　本文首先列舉出了國內(nèi)外常見道路照明系統(tǒng)，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，大部分的研究在具有一定優(yōu)越性的同時(shí)也會(huì)顯現(xiàn)出不足之處，針對(duì)這些存在的問題，我們提出了智能化節(jié)能路燈組這一方案，以更加智能和節(jié)能的手段構(gòu)建城市道路照明系統(tǒng)。

　　1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　1.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　大部分研究沒有考慮到道路不同時(shí)段的車流量存在差異而引起的道路照明需要的不同，且大都只是研究單一路燈的明暗變化，沒有涉及到一排路燈根據(jù)車或人的不同而產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)，此外也沒有考慮到路燈突然變亮?xí)�刺激駕駛員，不利于行車安全。

　　其中一種研究是通過攝像頭(計(jì)算機(jī)視覺)[1]來檢測(cè)有無車輛(人)通過來使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，這種技術(shù)十分困難，且本身裝置耗電量很大，節(jié)能效果不好;另外一種研究是利用車聯(lián)網(wǎng)與車進(jìn)行聯(lián)動(dòng)[2]，這個(gè)研究需要在車和路燈上加裝感應(yīng)設(shè)備，十分復(fù)雜，且讓每輛車都加裝感應(yīng)設(shè)備不容易實(shí)現(xiàn)，此研究也沒有考慮到行人通過的情況;還有一種是通過光學(xué)傳感器感應(yīng)來車的燈光進(jìn)而判斷有無車輛通過[3]，因?yàn)檐囕v燈光本身差別不大，光學(xué)傳感器很難判別，所以這一研究不太合理，也沒有考慮到行人通過的情況。

　　1.2國外研究現(xiàn)狀

　　荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研究了一種可自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和診斷路障的智能路燈系統(tǒng)[4]，這套系統(tǒng)不僅比現(xiàn)有系統(tǒng)節(jié)電80%，維護(hù)費(fèi)用也更為低廉，但是該研究只在期刊中大致說明，并無后續(xù)跟進(jìn)內(nèi)容，且該研究并沒有推廣使用。匈牙利通用電氣公司研究出一種基于e+電網(wǎng)系統(tǒng)控制的智能路燈[5]，它采用LED燈具，可以根據(jù)氣象條件調(diào)整開關(guān)時(shí)間，有一定的節(jié)能效果;印度鄉(xiāng)村應(yīng)用的一種智慧路燈[6]利用太陽能運(yùn)行，無配電損耗，壽命長，但是初期費(fèi)用較高，受氣候條件影響較大。

　　1.3ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

　　目前存在一些將ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)作為路燈控制系統(tǒng)的研究和專利，但是數(shù)量較少且側(cè)重點(diǎn)為ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性，并沒有關(guān)于多元控制方式的研究。這些研究驗(yàn)證了我們加裝的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性，但是對(duì)系統(tǒng)控制的研究幫助不大。

　　2基于ZigBee的兩階段照明模式路燈組設(shè)計(jì)

　　針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本設(shè)計(jì)的目的是建設(shè)城市智能化路燈照明系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)路燈智能性差、節(jié)能效果不理想、損壞維修不及時(shí)等問題。本設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)城市路燈智能化控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障自動(dòng)報(bào)警等功能且極大程度地節(jié)約能耗，將城市照明區(qū)域化、網(wǎng)絡(luò)化，使路燈符合未來發(fā)展趨勢(shì)和可持續(xù)發(fā)展理念 。

　　2.1具體裝置及其作用

　　基于ZigBee的兩階段照明模式路燈組，包括單片機(jī)，還包括車輛速度傳感應(yīng)器、光電傳感器、計(jì)數(shù)器、GPRS無線傳輸模塊、ZigBee無線傳輸模塊、LED路燈等裝置。由路燈監(jiān)控終端、路燈控制終端、路燈監(jiān)控終端和路燈控制終端之間的GPRS通信網(wǎng)絡(luò)、路燈控制終端和路燈之間的ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)及路燈傳感裝置組成。

　　其中，路燈傳感裝置的作用是對(duì)相應(yīng)信息進(jìn)行記錄;路燈控制終端的作用是利用相應(yīng)程序和公式對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和比較判斷，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)路燈的有效控制;路燈監(jiān)控終端的作用是將控制終端傳遞來的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和整合，進(jìn)而將整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息傳遞給操控人員，ZigBee通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)路燈控制終端和路燈之間的通信、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)路燈監(jiān)控終端和路燈控制終端之間的通信。

　　2.2技術(shù)方案

　　基于ZigBee的兩階段照明模式路燈組采用兩階段式照明模式，將道路需要照明的時(shí)段分為兩個(gè)階段，根據(jù)不同階段的實(shí)時(shí)情況調(diào)節(jié)路燈系統(tǒng)的照明方式與亮度。第一階段為常亮階段，當(dāng)環(huán)境亮度低于設(shè)定值時(shí)，路燈組以相同亮度亮起提供照明，此階段以光電傳感器為核心，根據(jù)環(huán)境亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈照明亮度，此時(shí)第一個(gè)速度傳感器和計(jì)數(shù)器起統(tǒng)計(jì)車流量的作用;第二階段為感應(yīng)照明階段，當(dāng)?shù)谝浑A段的計(jì)數(shù)器和第一個(gè)速度傳感器收集的車流量數(shù)據(jù)低于預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入第二階段，路燈不再常亮，而是根據(jù)情況自行調(diào)節(jié)。此階段的核心為速度傳感器，速度傳感器通過采集速度來區(qū)分車輛與行人，考慮到車輛與行人速度的差異，當(dāng)車通過時(shí)，路燈系統(tǒng)成組亮起，一段時(shí)間后再熄滅;當(dāng)行人通過時(shí)，路燈逐個(gè)亮起，行人走后逐個(gè)熄滅，路燈變化速度由速度傳感器采集的速度經(jīng)公式計(jì)算得到。最后當(dāng)環(huán)境亮度高于光學(xué)傳感器設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)全部關(guān)閉，由此循環(huán)。

　　3具體實(shí)施方式

　　3.1裝置布置

　　路燈組以一組5個(gè)路燈為基礎(chǔ)單位，每兩個(gè)路燈的間距為70m，在第1個(gè)路燈前280m處加裝第一個(gè)速度傳感器和計(jì)數(shù)器，在第一組路燈的第2個(gè)路燈處加裝第二個(gè)速度傳感器(控制第二組路燈)，在第二組路燈的第2個(gè)路燈上加裝第三個(gè)速度傳感器(控制第三組路燈)，以此類推，在每組路燈的第2個(gè)路燈上加裝速度傳感器。將光電傳感器加裝到不受路燈燈光影響的位置，路燈控制終端(單片機(jī)+ZigBee接收模塊+GPRS發(fā)射模塊)安裝在路燈組的中心位置(圖2中安裝在⑤號(hào)路燈上)，路燈監(jiān)控終端(計(jì)算機(jī)+GPRS接收模塊)根據(jù)操控人員的需要安裝在合適位置，再在每個(gè)路燈上都加裝ZigBee發(fā)射模塊，光電傳感器根據(jù)道路實(shí)際情況安裝在不受路燈燈光影響的位置。

　　3.2舉例說明

　　以10個(gè)路燈為例，將10個(gè)路燈從①～⑩依次標(biāo)號(hào)，等間距排成一列，前5個(gè)為一組，后5個(gè)一組，在①號(hào)路燈前280m處加裝第一個(gè)速度傳感器和計(jì)數(shù)器，在②號(hào)路燈上加裝第二個(gè)速度傳感器，在每個(gè)路燈上都加裝ZigBee通信模塊，再將光電傳感器加裝到不受路燈燈光影響的位置;將路燈控制終端安裝在⑤號(hào)路燈上，編寫單片機(jī)程序，通過基于ZigBee通訊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸線路，將單片機(jī)和路燈連接起來，再通過基于GPRS通訊系統(tǒng)將路燈控制終端和路燈監(jiān)控終端連接起來。

　　4基于ZigBee的兩階段照明模式路燈組的特色

　　1)考慮到不同時(shí)段道路照明需要的不同，將系統(tǒng)分為兩個(gè)主要階段。2)在第一階段使路燈的亮度隨環(huán)境亮度的逐漸變暗而逐漸變亮，且考慮到此時(shí)的車流量較大，將系統(tǒng)設(shè)置為常亮。3)在第二階段考慮到此時(shí)的車流量較小，將系統(tǒng)設(shè)置為感應(yīng)照明，且考慮到車輛和行人速度的差異，將系統(tǒng)分為兩種情況:成組或逐個(gè)變亮。4)考慮到路燈突然變亮?xí)��?duì)駕駛員產(chǎn)生刺激，不利于行車安全，使路燈提前亮起且給路燈照明的持續(xù)時(shí)間加設(shè)容錯(cuò)值，保障行車安全。5)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全自動(dòng)控制和實(shí)時(shí)反饋信息及故障報(bào)警功能。

　　5結(jié)語

　　在城市道路照明耗電量十分巨大的今天，城市路燈的節(jié)能化研究已是大勢(shì)所驅(qū)，且隨著5G時(shí)代的到來，智能化控制也是時(shí)代潮流，所以本設(shè)計(jì)從智能化和節(jié)能兩大主題出發(fā)，研制出智能化節(jié)能路燈組以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市路燈照明的智能化精確控制以節(jié)約人力，且保證充足照明的情況下極大程度地減少了路燈照明時(shí)間，減少了能源消耗。后續(xù)對(duì)于智能化節(jié)能路燈組進(jìn)行深入探索，希望能增加更多使用價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]高峰，吳青.基于視頻的城市道路智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].交通信息與安全，2009(6):107-110.

　　[2]米文輝，劉倩，于海霞.基于“車聯(lián)網(wǎng)”的V2R智能路燈控制系統(tǒng)[J].中國新通信，2020(5):69-71.

　　[3]唐燕妮.基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)智能LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科教文匯(上旬刊)，2015(2):217-219.

　　作者：孫垂科王博傲曹琴雯沈迪李火妙張文會(huì)