基于紅綠燈控制系統(tǒng)的LED城市路燈方案

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，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)（30000~50000h）、耐震動(dòng)不易損壞、瞬時(shí)啟動(dòng)、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。白光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。

　　考慮到現(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，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。