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摘 要：路灯照明是城市道路不可缺少的设备。随着LED路灯的普及，要做到城市路灯照明如何智能化的一直是个问题。所以本文笔者就设计LED 路灯智能控制系统。做进一步的分析与探
关键词：监控软件；基站；控制节点
【分类号】TP273.5
前言：社会的快速发展以及汽车普及，城市的交通呈现繁忙趋势，而城市道路的路灯照明也变得越发的重要。如今中国很多城市的路灯照明都基本上是“全夜灯恒照度”的摸式，但是控制方法还是传统的时控与光控，这给城市的用电量带来一定的负担，所以政府机关承受着相对高的财政费用，与此同时，路灯照明设备的使用时间也在缩短。所以引入智能交通系统是改善城市交通管理水平的一个关键点。设计以低功耗单片机MSP430为主控部件，利用热释电红外传感器车辆发出的红外信号与检测人体，并且采用光敏电阻检测背景光的强度，由恒定电流源控制LED灯光的强度。通过季节性的变化天黑的时间点不一样，进行设置各自路灯的开启以及关闭的时间，在特定的时间段对移动物体进行检测，对路灯的实行智能化的控制，这样既可以提升路灯照明的有效性，又节约电力资源。
一、LED路灯智能化控制系统的构成
LED路灯智能控制系统使用的主控器是MSP430单片机，光强度检测器部分采用的是TSL2561芯片；并且采用PWM的方法进行智能控制，通过无线数据传输模块进行无线数据的收发。而系统是由四个模块构成：实时时钟模块、测量光强模块、无线数据传输的模块、PWM模块。
二、 LED路灯智能化控制系统的工作原理
LED路灯智能控制系统以中央控制器为核心；中央控制器控制恒流驱动电路，用PWM方式调节输出电流的大小，调整大功率LED的亮度。与此同时系统可以智能控制LED路灯输入电流的大小，让LED芯片维持在低温状态下，而且低温的芯片也能够延长LED路灯的耐用性；光学探测器、无线通信模块都和中央控制器进行连接，由于存储器的存在，系统会定时记录LED路灯的工作情况，还能及时检测出LED路灯的故障问题。
三、热释电红外传感器与菲涅耳透镜
采用红外线传感器能够检测物体发射出的红外线，并且能检测到不同物体的存在。制造热释电红外传感器的材料，其中，用最多要数压电晶体与陶瓷氧化物，此种材料有强烈的自发极化性能，如果受到热辐射出现温度变化时，介质的极化状态也会随之变化。因为内部电荷的速度是大大高过表面电荷的变化速度，所以晶体两端会出现数量相等，并且极性相反的独立电荷，这是电介质的热释电效应。而热释电红外传感器是采用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行探测的。热释电红外传感器也普遍的使用到电子防盗、工业自动控制与自动控制照明的方面。
由于物体释放的红外线能量非常的微弱，如果用热释电红外传感器直接的接收红外线，灵敏度会低一点，正常情况是比较难满足系统需求的。为提高热释电红外传感器的接收灵敏度，在表面罩上一片菲涅耳透镜，而探测距离能够增加至原来的5～7倍。由于菲涅耳透镜是由聚乙烯材料通过菲涅耳原理制成的塑料薄纹透镜，对红外线的透射率大于65%。通过菲涅耳透镜的工作原理，由此可知如果有移动物体发射的红外线进入到透镜的探测位置之内，菲涅耳透镜就会出现一个交替的高灵敏区以及盲区，热释电红外传感器的两个反向串联的敏感元件会交换检测运动物体，在形成一系列的光脉冲之后会进入传感器。因此热释电红外传感器没办法检测到静止的物体。以至于菲涅耳透镜在安装时和热释电红外传感器之间的距离需要满足和菲涅耳透镜的焦距相等。
四、系统硬件设计
控制系统硬件组成以MSP430为核心控制器，辅以外围电路如AD/DA 数据采集处理系统模块、热释电红外传感器模块、背景光检测模块以及LED驱动模块。
4.1数据采集模块
（1）背景光检测
光敏电阻采用半导体的光电效应制成的一种电阻值，并且跟随着入射光的强度变化而发生变化的电阻器，如果入射光强时，电阻值就会减小。三极管的集电极输出电压输入到A/D转换器当中。因为单片机中已形成了高精度的12位A/D数模转换器，所以采用其内部A/D转换器，如果模拟量输入控制范围在0-5V，则由单片机的存储与其控制寄存器SREF位确定。如果背景光强度强时，光敏电阻阻值就会减小，三极管处在非工作状态，三极管的集电极输出低电平；当背景光强度较弱的时候光敏电阻阻值增大，三极管处在工作状态，三极管的集电极输出高电平。一旦输出高过设定值时，物体定位检测子系统就会开启。并且为了预防其余问题导致的影响，设置路灯开启判断时间为30S，30S后单片机检测到三极管的集电极输出高于预设值时，单片机发出物体定位检测开启信号。
（2）物体定位检测
信号探测是利用被动式双元热释电红外传感器P2288，而且于其表面罩上一个菲涅耳透镜从而提升探测的灵敏度。以非接触的形式检测出车辆或者人体放射出的微弱红外线能量。进而转变为电信号输出。如果P2288探测出车辆以及人进入到探测范围内，P2288就会出现交变红外辐射的信号，且会输出一个微弱的电压信号。信号通过二级运放之后，输入至双限比较器当中RW3用于调节二级运放的放大倍数，RW4用于设置两个门限电平UREF1以及UREF2，如果探测电压大于UREFI时，U7输出高电平，U8输出低电平，D2就导通而D3停止，热释电OUT为高电平；如果探测电压低于UREF2时U7输出低电平，U8输出高电平，则D2截止而D3导通，热释电OUT为高电平；如果探测电压位于UREF1与UREF2之间时，D2以及D3停止，热释电OUT为低电平。通过放大的信号输入到单片机。设计原理图如图1所示。
4.2 LED恒流源驱动模块与PWM 驱动方法
LED因为耐用性强、环保、节能以及光电效率高等等的优点较多，是照明界关注的对象。通过LED的伏安特性曲线表明，LED正向伏安特性很陡，并且微小的驱动电压波动将会造成LED驱动电流的快速转变，这会影响到LED的耐用性与可靠性、光通量。由于LED特别的电气特性让LED驱动电路也迎接着大的挑战，LED驱动电路与整一个LED照明系统性能的可靠性有关。所以为避免LED的损坏，需要设计的驱动可以精准控制LED的驱动电流。此系统设计的恒流源是在恒压源模式控制基础上增加了一个电流串联负反馈，而且恒流源的输出值也显示出了电压源输出的大小，但能够精确控制LED的驱动电流，因此可以正常控制LED的亮度。电流串联负反馈由Q3与U4组成。环境光检测与恒流源电路图如图2所示。
五、 系统软件设计
通过硬件各个模块的需求以及功能，设计了控制节点的软件。系统上电工作后，节点、基站、上位机开始进行初始化。接着通过需要设置系统的配置参数，主要有：亮度、开灯时间等。而节点定时需要上传数据上传帧，如果到了开灯时间或者环境光强度低于设置的值时，监控软件下发设置命令帧给基站，接着基站下发设置状态帧，节点接收成功之后进行执行，并且打开路灯；进行调光设置时，通过设定的调光等级来改变PWM占空比。软件逻辑流程图如图3所示。
六、测试结果与结论
由LED 路灯测试中能够得知，在上位机参数设置下发之后，LED 路灯是能够根据参数设置执行。一旦到开灯的时间，LED 路灯就会通过环境光强度自动的打开； 在调光命令下发时，路灯就会通过调光等级自动调整亮度； 并且还做到了任何一路或者一盏的LED 路灯的按时开关和调光的功能。
结束语
综上所述，设计智能、可靠的LED 路灯控制系统势在必行，通过试验的检测，设计节能化、智能化的系统，可以很大程度的提高用电效率，给人们的生活带来方便。在目前社会积极推进提倡节能减排的环境下，智能系统的运用前景将会十分普及。
参考文献
（1）周海.智能路灯节能控制系统研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.
（2）纪玲玲. 路灯控制系统控制方法研究[J]. 广西物理，2009，（3）
（3）张喜成.LED直流驱动电路设计新方法[J].中国照明电路，2009（1）
（4）张喜成.LED直流驱动电路设计新方法[J].中国照明电路，2009（1）
（5）贺一鸣，王崇贵，刘进宇.智能路灯控制系统设计与应用研究[J].现代电子技术，2010（1）
关键词：监控软件；基站；控制节点
【分类号】TP273.5
前言：社会的快速发展以及汽车普及，城市的交通呈现繁忙趋势，而城市道路的路灯照明也变得越发的重要。如今中国很多城市的路灯照明都基本上是“全夜灯恒照度”的摸式，但是控制方法还是传统的时控与光控，这给城市的用电量带来一定的负担，所以政府机关承受着相对高的财政费用，与此同时，路灯照明设备的使用时间也在缩短。所以引入智能交通系统是改善城市交通管理水平的一个关键点。设计以低功耗单片机MSP430为主控部件，利用热释电红外传感器车辆发出的红外信号与检测人体，并且采用光敏电阻检测背景光的强度，由恒定电流源控制LED灯光的强度。通过季节性的变化天黑的时间点不一样，进行设置各自路灯的开启以及关闭的时间，在特定的时间段对移动物体进行检测，对路灯的实行智能化的控制，这样既可以提升路灯照明的有效性，又节约电力资源。
一、LED路灯智能化控制系统的构成
LED路灯智能控制系统使用的主控器是MSP430单片机，光强度检测器部分采用的是TSL2561芯片；并且采用PWM的方法进行智能控制，通过无线数据传输模块进行无线数据的收发。而系统是由四个模块构成：实时时钟模块、测量光强模块、无线数据传输的模块、PWM模块。
二、 LED路灯智能化控制系统的工作原理
LED路灯智能控制系统以中央控制器为核心；中央控制器控制恒流驱动电路，用PWM方式调节输出电流的大小，调整大功率LED的亮度。与此同时系统可以智能控制LED路灯输入电流的大小，让LED芯片维持在低温状态下，而且低温的芯片也能够延长LED路灯的耐用性；光学探测器、无线通信模块都和中央控制器进行连接，由于存储器的存在，系统会定时记录LED路灯的工作情况，还能及时检测出LED路灯的故障问题。
三、热释电红外传感器与菲涅耳透镜
采用红外线传感器能够检测物体发射出的红外线，并且能检测到不同物体的存在。制造热释电红外传感器的材料，其中，用最多要数压电晶体与陶瓷氧化物，此种材料有强烈的自发极化性能，如果受到热辐射出现温度变化时，介质的极化状态也会随之变化。因为内部电荷的速度是大大高过表面电荷的变化速度，所以晶体两端会出现数量相等，并且极性相反的独立电荷，这是电介质的热释电效应。而热释电红外传感器是采用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行探测的。热释电红外传感器也普遍的使用到电子防盗、工业自动控制与自动控制照明的方面。
由于物体释放的红外线能量非常的微弱，如果用热释电红外传感器直接的接收红外线，灵敏度会低一点，正常情况是比较难满足系统需求的。为提高热释电红外传感器的接收灵敏度，在表面罩上一片菲涅耳透镜，而探测距离能够增加至原来的5～7倍。由于菲涅耳透镜是由聚乙烯材料通过菲涅耳原理制成的塑料薄纹透镜，对红外线的透射率大于65%。通过菲涅耳透镜的工作原理，由此可知如果有移动物体发射的红外线进入到透镜的探测位置之内，菲涅耳透镜就会出现一个交替的高灵敏区以及盲区，热释电红外传感器的两个反向串联的敏感元件会交换检测运动物体，在形成一系列的光脉冲之后会进入传感器。因此热释电红外传感器没办法检测到静止的物体。以至于菲涅耳透镜在安装时和热释电红外传感器之间的距离需要满足和菲涅耳透镜的焦距相等。
四、系统硬件设计
控制系统硬件组成以MSP430为核心控制器，辅以外围电路如AD/DA 数据采集处理系统模块、热释电红外传感器模块、背景光检测模块以及LED驱动模块。
4.1数据采集模块
（1）背景光检测
光敏电阻采用半导体的光电效应制成的一种电阻值，并且跟随着入射光的强度变化而发生变化的电阻器，如果入射光强时，电阻值就会减小。三极管的集电极输出电压输入到A/D转换器当中。因为单片机中已形成了高精度的12位A/D数模转换器，所以采用其内部A/D转换器，如果模拟量输入控制范围在0-5V，则由单片机的存储与其控制寄存器SREF位确定。如果背景光强度强时，光敏电阻阻值就会减小，三极管处在非工作状态，三极管的集电极输出低电平；当背景光强度较弱的时候光敏电阻阻值增大，三极管处在工作状态，三极管的集电极输出高电平。一旦输出高过设定值时，物体定位检测子系统就会开启。并且为了预防其余问题导致的影响，设置路灯开启判断时间为30S，30S后单片机检测到三极管的集电极输出高于预设值时，单片机发出物体定位检测开启信号。
（2）物体定位检测
信号探测是利用被动式双元热释电红外传感器P2288，而且于其表面罩上一个菲涅耳透镜从而提升探测的灵敏度。以非接触的形式检测出车辆或者人体放射出的微弱红外线能量。进而转变为电信号输出。如果P2288探测出车辆以及人进入到探测范围内，P2288就会出现交变红外辐射的信号，且会输出一个微弱的电压信号。信号通过二级运放之后，输入至双限比较器当中RW3用于调节二级运放的放大倍数，RW4用于设置两个门限电平UREF1以及UREF2，如果探测电压大于UREFI时，U7输出高电平，U8输出低电平，D2就导通而D3停止，热释电OUT为高电平；如果探测电压低于UREF2时U7输出低电平，U8输出高电平，则D2截止而D3导通，热释电OUT为高电平；如果探测电压位于UREF1与UREF2之间时，D2以及D3停止，热释电OUT为低电平。通过放大的信号输入到单片机。设计原理图如图1所示。
4.2 LED恒流源驱动模块与PWM 驱动方法
LED因为耐用性强、环保、节能以及光电效率高等等的优点较多，是照明界关注的对象。通过LED的伏安特性曲线表明，LED正向伏安特性很陡，并且微小的驱动电压波动将会造成LED驱动电流的快速转变，这会影响到LED的耐用性与可靠性、光通量。由于LED特别的电气特性让LED驱动电路也迎接着大的挑战，LED驱动电路与整一个LED照明系统性能的可靠性有关。所以为避免LED的损坏，需要设计的驱动可以精准控制LED的驱动电流。此系统设计的恒流源是在恒压源模式控制基础上增加了一个电流串联负反馈，而且恒流源的输出值也显示出了电压源输出的大小，但能够精确控制LED的驱动电流，因此可以正常控制LED的亮度。电流串联负反馈由Q3与U4组成。环境光检测与恒流源电路图如图2所示。
五、 系统软件设计
通过硬件各个模块的需求以及功能，设计了控制节点的软件。系统上电工作后，节点、基站、上位机开始进行初始化。接着通过需要设置系统的配置参数，主要有：亮度、开灯时间等。而节点定时需要上传数据上传帧，如果到了开灯时间或者环境光强度低于设置的值时，监控软件下发设置命令帧给基站，接着基站下发设置状态帧，节点接收成功之后进行执行，并且打开路灯；进行调光设置时，通过设定的调光等级来改变PWM占空比。软件逻辑流程图如图3所示。
六、测试结果与结论
由LED 路灯测试中能够得知，在上位机参数设置下发之后，LED 路灯是能够根据参数设置执行。一旦到开灯的时间，LED 路灯就会通过环境光强度自动的打开； 在调光命令下发时，路灯就会通过调光等级自动调整亮度； 并且还做到了任何一路或者一盏的LED 路灯的按时开关和调光的功能。
结束语
综上所述，设计智能、可靠的LED 路灯控制系统势在必行，通过试验的检测，设计节能化、智能化的系统，可以很大程度的提高用电效率，给人们的生活带来方便。在目前社会积极推进提倡节能减排的环境下，智能系统的运用前景将会十分普及。
参考文献
（1）周海.智能路灯节能控制系统研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.
（2）纪玲玲. 路灯控制系统控制方法研究[J]. 广西物理，2009，（3）
（3）张喜成.LED直流驱动电路设计新方法[J].中国照明电路，2009（1）
（4）张喜成.LED直流驱动电路设计新方法[J].中国照明电路，2009（1）
（5）贺一鸣，王崇贵，刘进宇.智能路灯控制系统设计与应用研究[J].现代电子技术，2010（1）