LED路燈與交通燈控制系統(tǒng)結合方案設計分享

　　1 研究背景

　　近年來，我國的路燈建設取得了飛速的發(fā)展，道路照明質(zhì)量不斷提高，高強度氣體放電燈被廣泛使用，對現(xiàn)代化城市的建設起了很大作用，但是隨之而來的是能耗的大幅度提高，特別是近年來能源價格大幅度提升，使電力耗費成為負擔。在全球都在提倡綠色照明的時代，路燈的節(jié)能必然成為一種趨勢。

　　目前，我國照明用電量占總用電量的13%左右，其中道路照明占整個照明用電量的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、啟動時間長、耗電量高、發(fā)熱量大等缺點，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是近年來國內(nèi)外快速發(fā)展起來的新光源，它具有光效高（≥90lm/W（1WLED））、壽命長（30000~50000h）、耐震動不易損壞、瞬時啟動、無污染等優(yōu)點。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，達到紅燈期間，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行設計：

　　2.1 LED路燈控制系統(tǒng)智能設計

　　將LED路燈裝置與交通紅綠燈控制系統(tǒng)結合在一起，利用每一路段紅綠燈的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對該路段燈光強弱的控制。紅燈期間，非機動車和行人的照明需求量較小，綠燈期間，機動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)部設計

　　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)部分組設計能夠很好地解決此問題。本方案擬將LED集成路燈板分成甲、乙兩組。紅燈時期，甲組燈組單獨工作，實現(xiàn)小功率工作；綠燈時期，甲乙兩組同時工作，實現(xiàn)大功率工作；下一紅燈時期，乙組燈組單獨工作，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間，延長LED路燈的使用壽命。

　　3 LED城市路燈與紅綠燈控制系統(tǒng)結合方案具體實施

　　為了便于實施和推廣本設計方案，我們本著基本不改變原十字路口紅綠燈交通系統(tǒng)的原則，將每段LED路燈控制系統(tǒng)和紅綠燈系統(tǒng)結合起來。

　　本方案所設計的電路圖分為三部分：紅綠燈信號激發(fā)裝置、時序邏輯信號轉(zhuǎn)換裝置、LED路燈智能工作裝置。

　　首先利用紅綠燈信號激發(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），然后運用雙向移位寄存器74LS194組成的時序邏輯信號轉(zhuǎn)換裝置來將高低電平矩形脈沖信號轉(zhuǎn)換成合適的脈沖信號，從而使LED路燈能夠智能工作。

　　工作原理圖如圖1所示。

　　圖1本方案設計工作簡圖

　　3.1 紅綠燈信號激發(fā)裝置

　　利用圖2中的信號激發(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。

　　圖2紅綠燈信號激發(fā)裝置圖

　　3.2 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)結合方案的工作原理——紅燈時期，甲組燈組單獨工作，實現(xiàn)小功率工作；綠燈時期，甲乙兩組同時工作，實現(xiàn)大功率工作；下一紅燈時期，乙組燈組單獨工作，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。

　　可見當甲乙兩組燈組都在高電平信號工作，在低電平信號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如表1所示。

　　圖3燈板內(nèi)部甲乙兩組工作狀態(tài)簡圖

　　表1紅綠燈工作狀態(tài)

　　3.3 時序邏輯信號轉(zhuǎn)換裝置

　　由表1知要使LED路燈按照本方案中設計工作，需要將脈沖信號0101010101轉(zhuǎn)換成1101110111和0111011101，分別加給甲組燈組和乙組燈組。

　　我們可以運用雙向移位寄存器74LS194組成的時序邏輯信號轉(zhuǎn)換裝置來將高低電平矩形脈沖信號轉(zhuǎn)換成合適的脈沖信號。裝置如圖4所示。

　　圖4時序邏輯信號轉(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?，只有高電平才能導通，正常工作。這樣能夠達到預期工作目的。

　　4 小結

　?。?）經(jīng)濟效益

　　LED路燈較傳統(tǒng)高壓鈉燈節(jié)約用電60%（理論計算最高可達75%），政府每年的電費總額為800億元人民幣，其中城市路燈照明電費約是政府電費總額的30%，約240億元，則每年可以節(jié)約144億元。

　　由上所述，紅燈時期，甲組燈組單獨工作，實現(xiàn)小功率工作；綠燈時期，甲乙兩組同時工作，實現(xiàn)大功率工作；下一紅燈時期，乙組燈組單獨工作，依次循環(huán)輪流工作（即以每兩組紅綠燈為一周期，甲乙工作時間均為四分之三周期）。假設紅綠燈工作時間均為t（為計算簡便起見，黃燈的時間算為紅燈時間），甲乙兩組燈的功率均為P，則可以實現(xiàn)節(jié)能25%。如果在此基礎上，在保證燈亮度的同時，適當降低壓降，又可以進一步提高節(jié)能效果。因為通過降低供電電壓的方法不但可以節(jié)能，還可延長光源的壽命，是一種較好的節(jié)能方式。當降低供電電壓10%來運行，則光通量減少為額定值的70%，而此時消耗功率可減少50%。

　?。?）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)濟效益和社會效益。