传统的路灯采用市电单独供电，现有的路灯控制方法多为人工或定时方式控
制，普遍存在有效照明利用率低、控制不及时、耗资巨大和维护成本高等问题。
本文综合应用传感器、嵌入式系统、智能控制和电力载波通信技术构成区域
组网的道路路灯照明系统。运用微波多普勒传感器与红外人体热释电传感器感知
道路上移动物体信息，按移动物体照明需求实时点亮前方合适区域路灯和关闭后
方路灯，实现对目标的跟踪照明，达到照明充足而又不浪费电能的目的；系统采
用硬件地址编码有效解决了跨区域跟踪通信的难题；通过温湿度传感器、光敏电
阻、电能计量芯片实现路灯的光通量、温湿度、耗电量和运行状态的检测，实现
对路灯的实时监控；运用电力载波通信技术，实现路灯之间的实时通信，并将获
取路灯工作状态与耗电情况传送给上位机，实现对路灯的有效管理。 HM000070
通过参数设计和实际调试，基本达到了设计目标。与传统路灯照明控制方法
相比，可实现对路灯的智能控制，具有效率高、耗资少和节约能源等优势。对于
以后的路灯照明方式的变革和节能减排具有很广阔的实际应用前景。
关键词：路灯照明,传感器,电力载波,通信
1  课题背景
伴随着我国经济的快速发展，我国目前正处于城市化进程加速的阶段，2009
年我国城市化水平为46%，较改革开放前增加了27%，近10年来平均每年的增长
率为1%，到2020年城市化率预计可达58% [18] 。城市照明是城市基础建设的重要
构成部分，而且随着城市市政建设的飞速发展，城市道路照明工程也日趋大型化。
据相关资料 [1-2] 统计，全球照明用电量占用电总量的25%，我国照明用电量占用
电总量的18%，大功率路灯照明用电量占户外用电总量的55%，并逐年递增 [3-5] 。
具体用电情况如图1.1所示：
根据中国2000-2020年电力发展规划和实际发电量的数据，我国电力生产
的近70%是通过燃煤来实现的，每年由此造成的CO 2 的排放量就已经达到7~9×10 8
吨 [6-8] ，还包括大量的SO 2 、粉尘、汞等有害物质，对环境带来的危害已经十分明
显。生存环境正遭受前所未有的破坏，全球大气环境逐渐恶劣，实行具有减排效
果的路灯照明已刻不容缓。采用本系统可有效提高路灯照明设备的照明利用率
将直接导致燃煤发电量的大幅下降，由此将在很大程度上减少温室气体及
有害气体的排放量。
在日益紧迫的能源和环境危机与“节能减排”工程的推动下，绿色照明和发展
低碳经济已经成为当前国际的热门话题，为缓解城市路灯照明对地方财政造成的
压力，路灯节能问题已逐步提到政府的议事日程上来。国家发改委、住房和城乡
建设部(住建部)都明确倡导城市道路照明建设要着力于改善照明质量和节能两
项工作，向“绿色照明”方向发展 [8-9] 。
我国小型城市在 21:00 后，大中城市在 00:00 后，多数道路上行人稀少，有
的几乎空无一人，从这一时段直至 06:00 路灯始终处于点亮状态，对于低交通流
量的道路仍然保持较高照度显然没有必要，电能严重浪费。为具体说明问题，2011
年初物理创新实验室的项目组成员通过在常州、无锡和上海三个城市的部分路段
进行实地调查，得到了路灯照明的光能有效利用情况，调查数据如表 1.1 所示：
(a)全球照明与其他用电量的比例 (b)全国照明与其他用电量的比例 (c)路灯照明与户外用电量的比例
图 1.1 用电情况比例图 查看完整请+Q:351916072获取
表 1.1 不同城市路灯照明利用率调查表
被调查路段
设计车速
(km/h)
调查时间段
路灯间距
(m)
观测时
间 (s)
通过车辆数
( 辆)
率 照明利用率(%)
龙 锦 路(常州)  60  2011.4.12 00:10~00:30  35  1200  16  2.80%
龙城大道(常州)  70  2011.4.11 23:30~23:40  45  600  70  27.00%
龙江高架(常州)  80  2011.4.11 22:11~22:21  35  600  30  7.88%
运河西路(无锡)  40  2011.4.15 23:04~23:14  35  600  32  16.80%
崧泽高架(上海)  80  2011.4.21 23:00~23:55  35  3300  166  7.92%
金城高架(无锡)  80  2011.4.22 23:10~23:40  35  1800  88  7.70%
若将照明利用率  定义如下：在满足视觉的照明条件下，需要被照明的目标
(汽车)按照不超过道路设定速度 v 行进，每盏路灯所需要的平均工作时间 t 与总工
作时间 T 的比值，即：
3.6 /
100% 100%
t sn v
T T     (1.1)
其中 s (m)为路灯间距， v (km/h)为车辆正常行驶速度， T (s)为路灯总工作时
间(即观测时间)， n 为在观测时间 T 内通过车辆数。通过表 1.1 的相关数据，路
灯有效照明利用率最大为 27%，平均利用率仅为 7.02%。由此可知，现有的路灯
照明电能浪费严重，节能潜力很大。
1.2  研究现状
目前，我国现有的路灯节能控制方法多采用半功率点亮和间隔点亮等方法
[17] ，半功率点亮方式的基本思路是：在道路繁忙的时段控制路灯保持原有的照
度，当道路上车稀人少时，则人为的通过降低电网上的电压来控制路灯保持较低
的照度。这种方法在一定程度上节约了电能，但因其光通量不足，而且降压技术
不够成熟，电压不稳定，影响了灯具的寿命而且对交通的安全构成了威胁。
另一种控制方法为间隔点亮方式，通过在后半夜或道路上车稀人少时间隔点
亮一盏灯和熄灭一盏灯的方法来达到节能的目的，它具有简单易行的特点。然而
这种方式易形成斑马效应，使部分路段存在死区，缩短了行人和驾车司机的视野
和视距，大大增加了安全隐患。查看完整请+Q:351916072获取
摘 摘  要 . I
Abstract  II
第 第 1  章  绪论 . 1
1.1 课题背景 1
1.2 研究现状 2
1.3 本章小结. 3
第 第 2  章  控制系统的关键技术 . 4
2.1 车辆行人探测技术 4
2.2 路灯信息采集技术 7
2.3 通信技术 8
2.4 本章小结 9
第 第 3  章  控制系统的设计与实现 . 10
3.1 控制系统总体功能设计. 10
3.2 目标跟踪设计与实现 10
3.2.1 微波传感器 10
3.2.2 人体热释电传感器 14
3.3 路灯信息采集设计与实现 16
3.3.1 电能计量单元 16
3.3.2 温湿度和光照强度采集 18
3.3.3 时钟单元 21
3.4MCU 核心控制单元  22
3.4.1 MCU 核心控制单元的选定  22
3.4.2 MCU 控制 IO 口资源分配  24
3.4.3 MCU 软件开发平台  25
3.5 通信单元设计与实现 27
3.5.1 电力载波通信单元 27
3.5.2 路灯之间通信协议 29
3.5.3 路灯与上位机之间通信协议 31
3.6 本章小结 32
第 第 4  章  系统集成调试 . 34
4.1 系统的实际测试与数据分析 34
4.2 存在的不足及改进方案. 36
4.3 本章小结 36
第 第 5  章  总结与展望 . 37
参考文献 . 38
致 致  谢 . 40
附录 . 41
附录一 实物图及 PCB . 41
附录二 攻读学士学位期间主要工作与成果 42 查看完整请+Q:351916072获取
原文链接：http://www.jxszl.com/jsj/jsjkxyjs/383.html