LED路燈節能設計及實現研討

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摘要：隨著城市的發展，城市道路照明至關重要，但如何節能和易于控制成為路燈控制的核心問題。為提高led路燈系統的能源利用率，并實現智能控制，設計和實現了以AT89S51單片機為控制核心的智能LED路燈模擬控制系統。

關鍵詞：LED智能控制恒流源檢測

1系統整體設計

1.1整體設計方框圖系統整體設計方框圖如圖1所示。該本文以51單片機作為中心模塊、電源供電模塊、監測環境模塊、恒流源驅動模塊、參數設定與顯示模塊等5大模塊構成。

1.2電源供電模塊采用三端穩壓集成電路。采用變壓器降壓后經橋式整流濾波，再經三端穩壓器得到直流電源。

1.3LED監測環境模塊

1.3.1環境明暗變化傳感器環境明暗變化傳感器主要檢測光線的強度是否應該開關路燈，系統采用光敏二極管和運放比較器作為測光及故障檢測的傳感器。光敏檢測傳感器電路如圖2所示，當白天光線射入光敏二極管的玻璃窗口時，PN結的載流子被激發，產生電子-空穴，即光電載流子。在電場的作用下，光電載流子參與導電，形成比暗電流大得多的反向電流，稱為光電流。此時+5V電壓流過光敏二極管，輸入端電壓降低至反相器74HC04的門檻電壓時，反相器發生翻轉，單片機P2.1端口讀入高電平，單片機控制關閉LED路燈。當弱光或無光照時(晚上)，由于光敏二極管的暗電阻很大，反向器的輸入端電壓比較高，使其輸出為低電平，單片機控制開啟LED路燈。

1.3.2交通狀況檢測傳感器采用紅外傳感器自動調節路燈的亮滅狀態，即車輛到達紅外傳感器接收范圍內時LED路燈亮，超出范圍后LED路燈滅，整條系統控制線路都是如此，從而提高能源利用率并節省電能。

1.3.3聲光報警聲光報警裝置是蜂鳴器和發光二極管發出聲光報警的基本裝置。當系統某支路中LED路燈不亮，此時判斷為路燈出現故障，系統中采用以光敏傳感器檢測的方法來檢測LED路燈是否點亮或者滅，從而判別是否有故障。當有故障時，單片機驅動蜂鳴器報警同時使對應的二極管發光，通過LED數碼管顯示當前故障路燈的地址編號，以便及時做出調整。

1.4恒功率驅動的LED電路第一為避免驅動電流超出最大額定值，影響其可靠性；第二要獲得預期的亮度要求，并保證各個LED亮度、色度的一致性。對此采用LED恒流源驅動模塊，保證其節能運行。

本文選擇性價比高、性能改進的恒流驅動LED照明。由于LED的發光穩定度和效率與它的溫度、不間斷運行時間、自身參數密切相關，隨著溫度的升高，它的發光效率會下降。如果采用“恒溫”電路保障LED自身性能，致使硬件成本高、穩定性下降。本文采用恒流驅動電路(如圖3)，此電路優點保持LED輸出的光強度(光功率)為恒定，從而消除了光源的波動，提高了能源的利用率。

圖3中由A1、R1、R2、Rf、R4和C1組成I-V變換電路，其輸出電壓與LED的光強輸出成正比，并反饋給運算放大器。A2和NPN晶體管構成V-I變換器，完成給定信號UG與UP的差運算，其差信號驅動LED，從而保持LED輸出的光強保持恒定，從而提高了能源利用率。

1.5參數設定與顯示模塊當前日期和時間的修改和設定；路燈工作模式的設定；路燈故障的檢測及對應單元故障的顯示，故障路燈的地址編號，實現故障報警顯示功能。

2系統軟件設計

系統程序流程為：系統初始化后進入路燈默認工作模式。系統默認的工作模式為檢測環境明暗開關模式，根據環境光線強度判斷是否開啟LED路燈。當進入設定模式進行設置時，設定的模式包括：輸出功率的設定、日期與時間的設定、工作模式的設定、對應單元故障的報警及顯示。設定完成后等待外界檢測信號的輸入，判斷接收為正常開關路燈信號、環境監測信號、交通狀況信號，單片機處理相應信號，然后控制開關路燈，并累計路燈開關時間，通過LED數碼管顯示。當有故障時，單片機驅動蜂鳴器報警同時使對應的二極管發光，通過LED數碼管顯示當前故障路燈的地址編號，以便及時做出調整。

3功能測試

該系統能根據環境的明暗變化自動開燈和關燈，當白天天亮時燈滅，當環境漸漸變暗，黑夜降臨時燈亮。且能根據交通情況自動調節路燈的亮滅狀態，即行人車輛來時燈亮，過后燈滅，每個路燈都是如此，這就大大節省電能。該系統具有時鐘功能，能設定顯示開關燈的時間，并能控制整條支路或每只路燈按時開燈和關燈。當路燈出現故障時能及時發出聲光報警，并在LCD上顯示故障燈的地址編號。

測試結果表明，路燈驅動電源輸出功率能在規定時間按設定要求自動減小，該功率能在10％～100％范圍內設定并調節，調節誤差小于2％，實現了路燈的智能化控制，節省了電力能源和人力資源。

4結束語

為解決城市路燈照明系統存在的燈光控制方法和管理手段落后，所用燈具科技含量低等問題，本文采用節能環保的LED燈作為光源，采用科學有效的檢測與控制技術，實現了運行時間計時顯示、恒流源驅動LED路燈、根據交通情況開關路燈、故障檢測與報警顯示等功能，節省了能源資源，降低了系統運行成本，性價比較高，具有現實意義。