路灯照明智能控制管理系统(单灯控制)

基于单片机控制的智能路灯控制系统设计一、本文概述随着科技的不断进步和城市化进程的加速，城市照明系统作为城市基础设施的重要组成部分，其智能化改造已成为提升城市管理水平和节能减排的重要措施。

智能路灯控制系统作为城市照明系统的核心，其设计和实现对于提高路灯的运行效率、降低能耗、增强城市照明的智能化水平具有重要意义。

本文旨在探讨基于单片机控制的智能路灯控制系统的设计方法和实现策略。

本文将介绍智能路灯控制系统的基本概念和功能需求，阐述其在城市照明中的作用和意义。

将详细分析单片机控制系统的工作原理及其在智能路灯控制中的应用，包括单片机的选型、外围设备的选择、控制算法的设计等关键技术问题。

接着，本文将重点介绍智能路灯控制系统的设计流程，包括硬件设计、软件编程、系统测试等环节，并结合实际案例，展示该系统在实际应用中的效果和优势。

本文将对智能路灯控制系统的发展趋势进行展望，探讨未来可能的技术革新和应用拓展。

通过本文的研究和分析，期望能够为相关领域的工程技术人员和研究人员提供有益的参考和启示，推动智能路灯控制系统的发展，为建设更加智能、节能、环保的城市照明系统贡献力量。

二、智能路灯控制系统总体设计本节将详细介绍基于单片机控制的智能路灯控制系统的总体设计。

该系统设计旨在实现路灯的智能化管理，提高能源利用效率，同时确保道路照明质量。

能效优化：通过精确控制路灯的开关和亮度，减少能源浪费，实现节能减排。

单片机控制单元：作为系统的核心，负责处理传感器数据，控制路灯的开关和亮度。

传感器单元：包括光强传感器和运动传感器，用于检测环境光线强度和行人车辆流动情况。

单片机根据传感器数据，通过预设的控制算法，决定路灯的开关和亮度。

通信协议：采用稳定可靠的通信协议，确保数据传输的实时性和安全性。

三、单片机控制模块设计单片机控制模块是整个智能路灯控制系统的核心部分，负责接收传感器信号、执行控制逻辑、以及驱动路灯的开关。

在本设计中，我们采用了广泛应用的STC89C52单片机作为核心控制器。

也是城市道路规划建设过程中单灯照明装置在其中应用较为广泛的主要原因[1]。

作为常用的照明系统类型，该装置的组成主要包括开关、节能模块以及用于数据或故障判断的部分，具体包括：（1）单灯监控模块。

该模块通常被安装在灯杆或灯具内，由单灯控制单元与用于检测灯的元器件组成[2]。

（2）单灯通信模块。

用于单灯照明监控系统的通信模块，主要作用是通过接受来自上层控制单元的命令使照明系统做出相应的反应。

其集合了监控前端与单灯装置，集成度较高且发挥出的应用效果也较为突出，是系统智能化表现的核心部件。

（3）单灯适配器。

以其中的开关箱体为例，只要在开关箱的管辖与线路覆盖范围内，就能够集抄单灯装置产生的所有数据，便于后续工作的顺利推进。

利用单灯监控系统能够在其他系统单元的共同协助下实现城市照明线路的全覆盖，目前，该功能已随技术的逐渐成熟而逐步落实到城市的各个区域[3]。

例如，其与监控中心处的监控计算机单元以及与其相对应的软件共同构成了覆盖城市的网络系统，并在通信协议的辅助用于电力系统通信工程中，并突显出极佳的技术应用优势。

而且，其也是实现照明系统智能化的前提条件。

图1 一种电力载波通信模块（2）ZIGBEE通信技术。

该通信技术属于双向无线通信技术的一种，在应用时表现出的主要特点是距离短、应用简单、功耗低，且应用成本也符合系统运营要求。

其中囊括的各类电子设备是该技术实现数据传输的关键，其中包含的主要数据类型有间歇性数据、周期性数据以及反应时间较低的数据[5]。

选择应用该种通信技术时，是促进我国节能减排工作顺利开展的重要手段，为我国照明系统的持续发展奠定了基础。

（2）限流。

该手段的应用，简单而言就是在原本路灯供电电路的基础上增加一个电抗器，将其电抗值增大就能够自由控制路灯的工作电流，继而达到节能减排的目的。

将该种方式融入单灯控制系统中，一般需要采用预先设置的方法。

使用该方式，当使用路灯对街道进行照明后的一段时间内，行人较少或通过的车辆数量较少，均能在转换开关的辅助下，利用电抗器减少路灯电流，这样路灯就能够在小电流的状态下持续运行，路灯的亮度也可以在该种手段的配合下实现自由控制。

一、系统简介路灯远程单灯控制系统采用了先进的数字信号处理技术、电源管理技术、无线通信技术、数据库管理技术等，实现城市路灯照明系统的遥测遥控和路灯节能功能，是现代意义的城市路灯综合管理系统。

在通信和软件处理方式上，系统通过4G/3G/GPRS/Wifi 无线通讯技术完成数据采集、传输、处理的功能。

通过对道路照明设备的分布式控制和数字化管理，可以实时监控路灯照明设备实时在线控制，降低管理成本，做到无人值守，以建设智慧城市奠定基础。

二、系统功能监控中心集中数据管理和监控，实现目标锁定、快速查找等操作，支持中心监控分级管理，可设立多个分控中心，网络可分区分片管理，组建大型路灯控制系统；自定义控制策略，分时间段控制道路两侧路灯全亮、全关、隔杆亮灯，用户能够根据当地情况灵活调整时间控制路灯，全亮、全关、隔杆亮灯；采用Internet 技术和4G/3G/GPRS/Wifi 无线网络，实现远程PC、手机终端分布式控制;采用高性能ZigBee 无线自动组网技术，实现同一电力网络下路灯的独立控制，自动中继功能保证通信距离全路段覆盖；路灯故障检测功能，主动上报故障路灯位置；服务器离线状态下，系统可以按照指定时间自动控制路灯开关。

三、系统原理系统构架框如图所示。

各路灯线路控制器系统CHS-DL001 利用ZigBee 无线自动组网技术, 自动中继功能通讯，发送和收集各种线路数据，控制器系统CHS-DLM001 同时通过4G/3G/GPRS/Wifi 无线网络将数据通过GPRS 发送到监控中心服务器上，mServer 负责进行数据集中管理与数椐中转，集中管理平台软件运行于监控中心PC 与手机上，从mServer 定期获取数据，同时PC 与手机也可以进行集中控制四、监控中心软件五、数据查询和设置功能路灯线路控制器系统CHS-DL001是根据路灯系列产品开发的一 款专业型远程控制系统，系统提供了完善的数据传输、远程电脑手 机控制、查询和设置功能。

前言近年来，随着中国国力的逐渐增强，发展的日新月异，我国的电力能源十分紧张，所以，环保节能逐渐成为当今社会的主题。

各种节能设备、节能家电应运而生，在照明领域运用节能方法来节约电能也已经为人们所接受[1]。

目前，路灯照明系统的传统节能方法主要有两种，一是光源节能方法，另一种是控制节能方法。

控制节能方法主要采用人工控制节能、时控控制节能、光控控制节能和节能器控制节能等方法来进行节能。

在控制节能方法中，运用智能控制节能方法能在节省人工的基础上做到节约资源，避免浪费。

对普通路灯进行智能照明改造后，可大幅度降低路灯的电耗，有效提高节能率。

仅以广州中国科学院软件应用技术研究所在南沙逸晖路的改造工程为例，共有十八盏灯，智能路灯在LED灯的基础上进行了改造，增加了来车检测模式和时间控制模式对照明设备进行控制。

通过一年的最终检测结果显示：节能率高达78.73%，年节省费用达到6044.4元，相当于年均节省9.93吨标准煤，年均二氧化碳排放量减少24.75吨。

试想，偌大的中国千千万万的路灯，如果其中半数以上都能运用这项技术，那么可节约的能源将是难以估量的。

为响应节能环保口号的号召，本次所做的课程设计就是一个能根据外部光线强弱通过光敏开关控制路灯点亮或者熄灭的一个电子产品。

目前，有关智能路灯控制的产品已经非常多，自己也深知设计的这个电子产品有许多的不足，但能首次设计自己的产品，并能做到在实现相同功能的基础上节约成本，这是非常有意义的，不仅提高自己的动手能力，还丰富了课余生活。

1.总体设计方案图1 智能路灯控制系统框图智能路灯控制系统由西门子S7-200系列PLC，总开关，光敏电阻及输出系统（也就是路灯）构成。

该节能控制系统根据路灯工作环境的光线强弱通过光敏开关自动控制路灯的开或关，从而对路灯进行节能控制，智能路灯控制系统框图如图1所示。

2.单元模块设计2.1 PLC概述2.1.1 PLC的基本信息PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

城市路灯照明智能控制系统的应用摘要：随着经济的发展，城市化的不断推进，城市规模随之不断扩大，基础设施的建设也逐渐兴起。

作为城市系统的重要部分，路灯照明系统的作用渐渐凸显出来。

如何实现城市路灯系统的智能化控制与管理已经成为城市道路规划与控制研究的一个重要方向。

利用智能化控制系统能够准确的掌控城市路灯运行状况，使路灯能够更好的在道路照明等方面发挥作用。

本文就城市路灯智能化控制系统的应用进行探讨，并对其中的问题进行分析和提出优化措施，仅供参考。

关键词:城市路灯；照明智能控制系统；应用；优势前言：城市路灯作为城市基础建设工作的重要一环，有助于城市发展建设。

而应用城市路灯照明智能控制系统是提高路灯照明效率、节约电能的有效方法。

在城市路灯照明设施、设备采购、安装及运行过程中，不断加强路灯照明智能控制系统的应用，并且不断完善该项技术的缺陷，已经成为城市道路照明研究的重要方向。

1.智能控制系统的相关概述智能系统控制是由主控系统和本地系统组成的，主控系统是有多台计算机组成，本地控制系统是包括配电柜、子站和通讯模块等独立个体。

通过主控基站将控制的范围分成多个区域，利用互联网将主机上的数据进行统一收集和处理，对整个城市路灯照明智能控制系统化。

主控系统由监控中心、路灯智能监控终端、城市景观灯亮化智能监控终端、无线通信网络、城市路灯监控管理软件组成，其中监控中心、监控终端以及无线通讯设备是核心硬件部分；核心业务是以城市路灯为主的道路照明遥控检测以及城市亮化夜景等为主的控制检测。

用单灯控制系统对灯具进行调光，实现对路灯亮度的控制。

利用电路内部的继电器等设备检测路灯运行状态，当路灯出现故障时，会导致路灯两侧电压升高，通过智能系统感应到故障，反馈回主控系统后，发出警报并自主判断对该电路进行切断或其他应急处理。

2.城市路灯照明智能控制系统的应用意义近年来，为顺应时代发展潮流，响应国家号召，多地对城市路灯照明智能控制系统的建设加大了工作力度，这对城市化发展和城市化建设起了推动作用，城市路灯照明智能控制系统的应用意义主要有以下几点：2.1 有助于推动城市路灯照明节能化城市用电是城市规划中的重要组成部分，且城市用电有一定的周期性，早、晚为用电高峰期，所以城市路灯也应具有时间特性。

智能路灯照明系统建设方案一、方案概述智能路灯又叫智能化路灯，或者智慧路灯、智慧照明，是采用物联网和云计算技术，对城市公共照明管理系统进行全面升级，实现路灯集中管控、运维信息化、照明智能化。

二、现状分析当前，中国城市化建设的不断深入与城市经济的持续高速发展使得人们的生活水平不断提高。

随着人们生活水平的不断提高城市化建设水平同步提升。

在推进城市亮化工程的进程中，城市道路照明、灯饰工程等逐渐受到重视，照明光源和调控设备得到了空前的发展。

然而，当前传统城市照明建设方案，存在突出的节能问题、监控问题和管理问题。

系统架构图三、传统城市照明方案存在的问题四、需求说明五、功能简介暲璨NB-IoT物联网智慧城市照明方案采用NB-loT无线通信技术，无需布线，通过在现有路灯设备上增加单灯、双灯控制器，对每盏路灯进行远程监控和智能化管理，适用于城市道路照明控制、隧道照明控制、太阳能照明控制等，能实现远程单灯控制、节能和智慧管理功能，延长灯具寿命。

方案系统组网方式物联网智慧城市照明管理系统主要由监控中心（包括控制设备、服务器、显示设备、监控软件等)、路灯集中器、单灯控制器或邓灯控制器及通信网络等构成。

通过NB-IoT物联网无线通信技术实现每盏灯的远程监控和智能化管理。

√单灯控制器或双灯控制器与路灯直接连接，监控软件通过NB-loT物联网传输技术向单灯或双灯控制器下发控制命名实现路灯远程管理√路灯集中器与监控中心之间通过以太网、 NB-loT等无线通信方式进行远程通信实现路灯电费计量和总电源的管理方案系统结构NB-loT物联网智慧城市照明管理系统采用NB-loT无线通信、物联网、移动互联网等创新技术成果，支持公共照明LED灯具的遥控遥测、遥信、遥调，具备远程控制、主动告警和智能调控等功能。

系统实现了公共照明的信息化和智能化管理，达到降低运维成本和节能减排的效果，是智慧城市建设的典型应用。

功能点：方案系统远程监控管理平台:六、方案特色1、方案优势2、方案效益3、实施步骤。

城市路灯照明智能控制系统设计摘要：随着科技的进步，人类社会正朝向更加环保和可持续的未来迈进。

为了推进环保，政府应当大力推广智能、环保、节能和绿色交通的技术，并将这些技术应用到城市的路灯上。

然而，由于中国的经济和社会发展相对滞后，许多城市的路灯依然采用了传统的技术，这些技术的缺陷也日益突显，尤其是路灯的亮度精确性和可靠性问题。

因此，政府应当加强对路灯的监控和改造，以保证公共安全和环境友好。

由于传统的维护管理存在着诸多困难，如无法轻松操作、无法有效监测、无法及时发出警报，为了解决这些问题，我们需要将最新的信息、技术、资源融入城市路灯的管理体系之中，从而推动现代城市的智慧管理。

关键词：城市路灯照明；智能控制系统；应用随着科学技术的不断进步，智慧型的城市道路照明控制系统已成为当今社会的重要组成部分，它不仅满足了城市建设的必要要素，而且还反映出信息科学的迅猛发展。

采用这种先进的自动化控制系统，不仅有效地改善了道路照明的效率，而且还大大减少了电力的消耗。

通过实施节约型路灯，不仅使得道路的光线变得更加柔和，也为居民的晚间休闲带来更多的便捷性，从而极大地改善了民众的日常生活质量。

此外，随着中央政府推广的绿色发展理念，节约型路灯的使用也得到了有效的实施，从而实现可持续的发展。

对于城市发展而言，它不仅能够减轻负担，还能促进发展。

1城市路灯照明智能控制系统的组成部分及运行模式1.1主控系统这个系统由一个监控室、一个用于探索周围环境的传感器、一个用于探索光源的传感器、一个用于探索周围光源的传感器。

它的基本功能是对城市的道路进行远程监控，并对城市的建筑物进行光源的探测。

它还提供了一个用于维护公共安全的应用程序，可用于维护公共场所的卫生状况。

RTU与路灯监控管理软件构成了这套系统的基础，它们可以实现全面、有效的路灯及其周边环境的控制与检查，从而为社会带来更加安全可靠的服务。

1.2组成结构及运行模式路灯照明设施的现场控制系统即远程信息监控终端（RTU)，配备计算机网络通信模块、灯光监测模组及相应组件，使用感应器收集各类信息，再经过网络协调器产生信息，进而组成通信网络；采用TD-LTE、FDD-LTE等4G网络构建无线通信接口，通信网络服务器与外界开通互联网连通，并在主机上创建操作系统信息库，完成信息的保存。

SZ10-NEMA单灯控制器产品说明书说明SZ10-NEMA控制器是上海顺舟专业照明控制系统中的一个组件，是路灯控制系统中的一个重要组成部分，其核心芯片采用自主研发的ZIGBEE无线通信模块，配合专业的硬件和软件设计，使产品具有功能强大，易实施，免布线，工作可靠，易于维护等优点，是专门为智能路灯照明而研发出来的高性能路灯节能产品。

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目录一、产品介绍 (4)二、产品外观 (5)三、技术参数 (6)四、安装要求 (6)五、接线方式 (7)六、非责任承担 (8)七、技术支持 (8)一、产品介绍SZ10-NEMA控制器符合ZIGBEE通信标准的IEEE802.15.4协议，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点，可实现一点对多点及多点对多点之间的设备间数据的透明传，可组成星型网、网状网等MESH网络结构。

接口采用TE Connectivity的ANSI C136.41-2013标准，采用可调光插座和弹片触头能在光控单元和灯具之间提供机械、电气互连。

并利用坚固的扭锁触头实现可靠的电源互连，是户外商业和公共照明的理想之选SZ10-NEMA单灯控制器内部包含一个电流与电压计量电路，它可以实时采集单灯控制器的负载工作及用电情况，大大减少路灯管理部门的工作压力，提高工作效率，从而显著提高社会节能效益。

SZ10-NEMA单灯控制器的主要性能特点：●输入电源：AC85～265V50/60Hz●输出电源：AC85～265V50/60Hz●具有电流、电压、温度、有功功率、无功功率检测功能●1路开关和0～10V调光信号输出的功能●具有过流保护、灯具状况检测、缺省亮灯等功能●适用于LED灯、高压钠灯、金卤灯等灯具的开关和调光使用●基于安全的过载保护设计●无线频点：2.4G ISM全球免费频段●无线信道：16个●单网容量：65535个节点●完善的ZIGBEE无线组网通讯协议●工业级工作温度范围：－40℃～＋70℃●安装简单方便，能在几秒钟内完成安装二、产品外观三、技术参数参数参数值备注1外形尺寸85Dia.×65（mm）2防护等级IP653输出额定电流2A Max4无线频率 2.4G5调光控制类型0-10V6传输距离300米（在常规道路环境条件下的节点之间）7网络距离5000米（每个产品具有中继功能）8产品输出单相交流9采集数据U,I,P.Q.COSΦ10天线频段 2.4G11天线增益3DB12天线驻波《2.013天线类型内置四、安装要求安装和放置单灯控制器时应避免阳光直射，防潮，不能受雨淋。