赵雅婕 陈如清 万勇 鲍胜利

摘  要：结合城市道路照明的实际需求，基于现代测试技术和计算机控制技术，完成了面向智慧城市建设的LED路灯智能调光系统的设计，并自主开发了系统的软硬件实验模型。路灯智能调光系统主要包括车辆检测模块、ZigBee节点电路、光信号采集与处理模块及路灯控制模块。可实现道路车辆实时检测、环境光照度实时检测、LED路灯智能调光和路灯间无线通讯等功能。所设计的路灯智能调光系统可有效解决当前城市道路路灯照明管理方式单一、非智能化、布线复杂及维护困难等问题。

关键词：面向智慧城市建设;车辆信息检测;照度信息检测;智能调光

中图分类号：TP29          文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）28-0037-02

Abstract： By combining with the actual demand of urban road lighting and using the modern test technology and computer control technology， an intelligent LED street lighting dimming system for Smart City construction was designed and the software-hardware experimental model of the system was developed inthis paper. The street lamp intelligent dimming system mainly includes the vehicle detection module， ZigBee node circuit， light signal acquisition and processing module and street lamp control module. It could realize real-time detection of road vehicles， real-time detection of ambient illumination， intelligent dimming of LED street lights and wireless communication between street lights. The intelligent dimming system for LED street lamp designed in this paper can effectively solve the problems of single management mode， non-intelligence， complex wiring and difficult maintenance of street lamp lighting in urban areas.

Keywords： Smart City construction; vehicle information detection; illumination information detection; intelligent dimming

1 概述

随着全球人口数量和经济规模不断快速增长，能源短缺问题的严重性影响了世界各国的经济发展。节能环保理念也开始成为世界各国的共识。路灯照明是城市中的电力能源消耗最大的部分之一，世界各国科研人员都在积极寻找新的节能减排的绿色照明光源，如高效节能灯、LED灯等。城市路灯节能减排计划也是响应国家政策，走低碳经济之路[1]。

随着物联网科技的不断快速发展，智慧城市理念也在不断的出现在大众视野中，路灯作为城市不可或缺的基础部分。国内外许多学者在路灯光源选取，调光电路，路灯通信都进行了不同的尝试和探索。如文献[2]该论文提出了基于ZigBee无线通信技术为核心的控制办法，实现路灯的远程智能控制[2]。文献[3]该论文提出基于CC2530单片机的ZigBee无线路灯智能监控系统设计方案，在每个路灯控制节点实现了可以自组织网络的通信方式，很大程度上解决了路灯无线网络的通信上存在的不稳定问题[3]。文献[4]通过分析ZigBee无线通信技术与其他目前主流的组网技术的特点，提出了将单灯节能技术和ZigBee无线通信技术相结合起来，实现了对城市每一盏路灯的智能控制[4]。文献[5]该论文提出了一种基于远程网络通信的智能照明监控系统，通过云端平台使得路灯控制更加的智能化[5]。文献[6]该论文中在智能灯光控制系统集成了ZigBee与LED灯的低功耗通信协议，具有明显的节能效果[6]。

针对目前的实际情况，本论文设计的智能路灯调光系统，使用ZigBee无线通信、微波雷达检测等多项技术，能够实时的根据道路上行驶车辆的情况控制路灯的亮度，做到对路灯的智能控制，实现节省能源的目的。

2 设计内容

面向智慧城市建设的LED路灯智能调光系统，主要包括以下几个模块的设计，即：单片机控制系统模块、道路车辆信息实时检测模块、路面照度信息实时检测模块、LED路灯智能调光模块、系统显示模块和电源供电模块。具体包括：

（1）路面照度信息实时检测。利用光电传感器（光敏电阻）采集道路环境光照度，采样电路将道路环境光照度信号转换为原始电信号，电信号经调理电路（包括放大电路和滤波电路）预处理后，经过A/D电路转换成数字信号传递至单片机分析處理。

（2）道路车辆信息实时检测。利用运动车辆检测传感器（多普勒雷达）检测当前路灯附近道路车辆的通行情况，得到原始微弱的电信号反映车辆通行情况。电信号经过多级放大电路和滤波电路预处理之后，得到适合单片机分析处理的电信号。

（3）LED路燈智能调光。单片机根据采集到的道路环境光照度信号和车辆实时通行信息，进行分析处理和智能调光，同时将调光信息无线传递给相邻路灯。

3 系统总体实现方案

LED路灯智能调光系统的实现方案如图1所示。

PC管理中心通过无线通信网络可以实现控制所在区域内的路灯，实现对路灯的有效管理。采用多普勒雷达微波放大电路检测道路上的行驶车辆信息。行驶车辆检测过程为：

通过分析HB100传感器发射出的无线电波信号与碰到运动车辆反射回来的无线电波信号之间的频率变化，把得到的微波数据传到单片机中进行分析处理。通过光电传感器（光敏电阻）采集道路环境光照度，采样电路将道路环境光照度信号转换为原始电信号，电信号经调理电路（包括放大电路和滤波电路）预处理后，经过A/D电路转换成数字信号传递至单片机分析处理。

传感器采集的光电信号和微波信号作为系统的输入，LED路灯亮度（输出功率）为系统的输出。光敏电阻采样电路可以得到光强信号，单片机通过分析数据可以得知白天还是夜晚。进而控制路灯的关闭和打开。如果光强值大表示白天，路灯处于关闭状态。当光强值小时则是夜晚，此时，如果微波雷达检测没有行驶车辆通过，通过LED调光电路，使路灯工作35%的亮度，保持路灯处于达到基本照明状态，以节约电能。如果微波雷达检测到行驶的车辆时，通过LED调光电路，使路灯处于100%的亮度，通过这种方法实现节省能源。

4 结束语

本文引入ZigBee通信技术和雷达微波车辆检测技术，设计了一套面向智慧城市建设的LED路灯智能调光系统，具有节能效果好及成本低等优点。通过采用LED路灯智能调光系统，使得所管辖的道路路灯，在白天光照度较强的情况下自动处于关闭状态;夜晚在没有车辆通行的情况下，路灯保持基本照度，调光电路使路灯维持35%的功率输出状态（即总光输出的35%）;夜晚在有车辆通行的情况下，调光电路使路灯维持100%的功率输出状态（即总光输出的100%）。此外通过无线接力跳的传输方式，将调光信号（PWM占空比）无线传递给相邻的路灯。实现路灯调光的自动化、智能化与网络化，有效改善了城市道路照明环境并实现了道路照明的最大化节能。

参考文献：

[1]贺昌军，傅慧英.城市路灯控制与管理中存在的问题与解决方法的探讨[J].城市道桥与防洪，2009（7）：204-207.

[2]杨涛.基于ZigBee的路灯智能控制系统的研究与应用[D].陕西：西安科技大学，2018.

[3]原羿，苏鸿根.基于ZigBee技术的无线网络应用研究[J].计算机应用与软件，2004，21（6）：89-91.

[4]杜益文，郭兴隆.基于ZigBee技术的LED路灯智能照明控制系统研究[J].城市建设理论研究（电子版），2012（11）.

[5]吕祚英，唐涛，李光文， 等.基于电力载波的智能路灯控制系统[J].电子测试，2018（10）：28-29.

[6]Kaleem， Zeeshan Ahmad， IshtiaqChankilLee.Smart and Energy Efficient LED Street Light Control System using ZigBee Network[C].International Conference on Frontiers of Information Technology，2016，361-365.