LEDL路燈與交通燈控制系統(tǒng)結(jié)合方案設(shè)計(jì)

1、LED路燈與交通燈控制系統(tǒng)結(jié)合方案設(shè)計(jì)分享摘要:針對(duì)目前城市路燈照明系統(tǒng)存在的問(wèn)題,如自動(dòng)化管理水平還不很高、系統(tǒng)可靠性不高、能耗高等,提出了一個(gè)較為完善的路燈綜合節(jié)能控制系統(tǒng)。即將LED路燈裝置與交通紅綠燈控制系統(tǒng)結(jié)合在一起,利用每一路段紅綠燈的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)下一路段燈光強(qiáng)弱的控制。將當(dāng)前市場(chǎng)上LED集燈板上的LED燈分為兩組,在滿足不同時(shí)段照明要求前提下,最大可能地降低功率,節(jié)省能耗;同時(shí)又能有效地減少LED燈的產(chǎn)熱,增加其冷卻散熱時(shí)間,從而提高LED路燈的散熱效率,大大延長(zhǎng)LED燈使用壽命。 1 研究背景近年來(lái),我國(guó)的路燈建設(shè)取得了飛速的發(fā)展,道路照明質(zhì)量不斷提高,高強(qiáng)度氣體放電燈被廣泛使用

2、,對(duì)現(xiàn)代化城市的建設(shè)起了很大作用,但是隨之而來(lái)的是能耗的大幅度提高,特別是近年來(lái)能源價(jià)格大幅度提升,使電力耗費(fèi)成為負(fù)擔(dān)。在全球都在提倡綠色照明的時(shí)代,路燈的節(jié)能必然成為一種趨勢(shì)。目前,我國(guó)照明用電量占總用電量的13%左右,其中道路照明占整個(gè)照明用電量的25%30%,因此道路照明節(jié)能具有很大的潛力和空間。目前道路照明使用最多的是高壓鈉燈,這種光源存在顯色性差、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、耗電量高、發(fā)熱量大等缺點(diǎn),需要發(fā)展新的更節(jié)能的道路照明光源。大功率高光效LED是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外快速發(fā)展起來(lái)的新光源,它具有光效高(90lm/W(1WLED、壽命長(zhǎng)(3000050000h、耐震動(dòng)不易損壞、瞬時(shí)啟動(dòng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。白

3、光LED是普通照明和道路照明的理想光源。因此發(fā)展LED路燈具有重要的節(jié)能意義?？紤]到現(xiàn)階段LED城市路燈使用缺陷和現(xiàn)實(shí)條件,筆者提出一種LED城市路燈控制系統(tǒng)綜合方案。2 LED城市路燈與紅綠燈控制系統(tǒng)結(jié)合方案概述在不改變現(xiàn)有的紅綠燈交通系統(tǒng)的前提下,將每一路段的城市路燈控制系統(tǒng)與紅綠燈控制系統(tǒng)綜合起來(lái),達(dá)到紅燈期間,LED路燈小功率工作;綠燈期間, LED路燈大功率工作的目的。本方案主要從以下兩方面進(jìn)行設(shè)計(jì):2.1 LED路燈控制系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)將LED路燈裝置與交通紅綠燈控制系統(tǒng)結(jié)合在一起,利用每一路段紅綠燈的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)該路段燈光強(qiáng)弱的控制。紅燈期間,非機(jī)動(dòng)車和行人的照明需求量較小,綠燈期間,

4、機(jī)動(dòng)車的照明需求量較大,這樣能夠在充分滿足各種照明需求情況下最大限度地節(jié)約電能。2.2 LED集成燈板內(nèi)部設(shè)計(jì)眾所周知,散熱效率低是LED路燈使用的一大瓶頸。筆者提出的LED集成燈板內(nèi)部分組設(shè)計(jì)能夠很好地解決此問(wèn)題。本方案擬將LED集成路燈板分成甲、乙兩組。紅燈時(shí)期,甲組燈組單獨(dú)工作,實(shí)現(xiàn)小功率工作;綠燈時(shí)期,甲乙兩組同時(shí)工作,實(shí)現(xiàn)大功率工作;下一紅燈時(shí)期,乙組燈組單獨(dú)工作,依次循環(huán)輪流工作。這樣能夠讓每組燈組留有較為充足的散熱時(shí)間,延長(zhǎng)LED路燈的使用壽命。3 LED城市路燈與紅綠燈控制系統(tǒng)結(jié)合方案具體實(shí)施為了便于實(shí)施和推廣本設(shè)計(jì)方案,我們本著基本不改變?cè)致房诩t綠燈交通系統(tǒng)的原則,將每段

5、LED路燈控制系統(tǒng)和紅綠燈系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。本方案所設(shè)計(jì)的電路圖分為三部分:紅綠燈信號(hào)激發(fā)裝置、時(shí)序邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、LED路燈智能工作裝置。首先利用紅綠燈信號(hào)激發(fā)裝置將紅綠燈的工作情況轉(zhuǎn)換成高電平(綠燈和黃燈工作期間,低電平(紅燈工作期間,然后運(yùn)用雙向移位寄存器74LS194組成的時(shí)序邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置來(lái)將高低電平矩形脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適的脈沖信號(hào),從而使LED路燈能夠智能工作。工作原理圖如圖1所示。 圖1本方案設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)圖3.1 紅綠燈信號(hào)激發(fā)裝置利用圖2中的信號(hào)激發(fā)裝置,可以將紅綠燈工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成高低電平,將黃燈工作狀態(tài)等效看做綠燈,這樣就能夠使CP形成矩形脈沖信號(hào)。 圖2紅綠燈信號(hào)激發(fā)裝置圖3

6、.2 燈板內(nèi)部甲乙兩組燈組在紅綠燈工作狀態(tài)根據(jù)本方案所闡述的LED城市路燈與紅綠燈控制系統(tǒng)結(jié)合方案的工作原理紅燈時(shí)期,甲組燈組單獨(dú)工作,實(shí)現(xiàn)小功率工作;綠燈時(shí)期,甲乙兩組同時(shí)工作,實(shí)現(xiàn)大功率工作;下一紅燈時(shí)期,乙組燈組單獨(dú)工作,依次循環(huán)輪流工作。甲乙組燈組在紅綠燈循環(huán)狀態(tài)的工作狀態(tài)圖如圖3所示?？梢?jiàn)當(dāng)甲乙兩組燈組都在高電平信號(hào)工作,在低電平信號(hào)不工作的前提條件下,要滿足本方案中兩組燈的工作要求,即要使甲乙兩組燈組接收到的脈沖信號(hào)如表1所示。 圖3燈板內(nèi)部甲乙兩組工作狀態(tài)簡(jiǎn)圖表1紅綠燈工作狀態(tài) 3.3 時(shí)序邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置由表1知要使LED路燈按照本方案中設(shè)計(jì)工作,需要將脈沖信號(hào)010*轉(zhuǎn)換成1

7、101110111和0111011101,分別加給甲組燈組和乙組燈組。我們可以運(yùn)用雙向移位寄存器74LS194組成的時(shí)序邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置來(lái)將高低電平矩形脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成合適的脈沖信號(hào)。裝置如圖4所示。 圖4時(shí)序邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置電路圖3.4 LED集成路燈內(nèi)部工作裝置將LED集成路燈板內(nèi)部分成甲乙兩組,如圖5所示。 圖5LED集成路燈板內(nèi)部分組示意圖注：黑色代表甲組；白色代表乙組。 由圖 2 裝置轉(zhuǎn)換的脈沖信號(hào)分別輸?shù)郊滓覠艚M上，由二極管單向?qū)щ娦灾?只有高電平才能導(dǎo)通，正常工作。這樣能夠達(dá)到預(yù)期工作目的。 4 小結(jié) （1）經(jīng)濟(jì)效益 LED 路燈較傳統(tǒng)高壓鈉燈節(jié)約用電 60%（理論計(jì)算最高可達(dá)

8、75%），政府每 年的電費(fèi)總額為 800 億元人民幣，其中城市路燈照明電費(fèi)約是政府電費(fèi)總額的 30%，約 240 億元，則每年可以節(jié)約 144 億元。 由上所述，紅燈時(shí)期，甲組燈組單獨(dú)工作，實(shí)現(xiàn)小功率工作；綠燈時(shí)期，甲 乙兩組同時(shí)工作，實(shí)現(xiàn)大功率工作；下一紅燈時(shí)期，乙組燈組單獨(dú)工作，依次循 環(huán)輪流工作（即以每?jī)山M紅綠燈為一周期，甲乙工作時(shí)間均為四分之三周期）。 假設(shè)紅綠燈工作時(shí)間均為 t（為計(jì)算簡(jiǎn)便起見(jiàn)，黃燈的時(shí)間算為紅燈時(shí)間），甲 乙兩組燈的功率均為 P，則可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能 25%。如果在此基礎(chǔ)上，在保證燈亮度 的同時(shí)，適當(dāng)降低壓降，又可以進(jìn)一步提高節(jié)能效果。因?yàn)橥ㄟ^(guò)降低供電電壓的 方法不但可以節(jié)能，還可延長(zhǎng)光源的壽命，是一種較好的節(jié)能方式。當(dāng)降低供電 電壓 10%來(lái)運(yùn)行，則光通量減少為額定值的 70%，而此時(shí)消耗功率可減少 50%。 （2）前景展望 采用 LED 路燈雖然成本有所增加，但卻有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?；?于 PLC 控制系統(tǒng)的 LED 路燈照明， 一方面使城市道路交通通行設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理， 緩解了城市交通壓力；另一方面減少了 LED 燈的工作時(shí)間，減少其散熱量，增加 其冷卻時(shí)間， 從而延長(zhǎng)了 LED 路燈的