當(dāng)前巨量的能源消耗和由此引起的能源短缺、價(jià)格上漲等已使得節(jié)約能源成為一項(xiàng)十分迫切的任務(wù)。各國(guó)消耗的能源中很大一部分用于照明，其中城市公共照明（主要是道路照明和景觀照明）在我國(guó)照明耗電中占30%.有資料顯示，每年用于照明的電力在3 000 億度以上，若采用LED 照明，每年就可以節(jié)約1/3 的照明用電，基本上相當(dāng)于總投資規(guī)模超過(guò)2 000 億元的三峽工程的全年發(fā)電量。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，LED光源自然成為城市公共照明的首選，同時(shí)目前國(guó)內(nèi)大部分城市的道路照明管理系統(tǒng)直至現(xiàn)在仍在沿用簡(jiǎn)單的光控、鐘控等傳統(tǒng)控制方式。這些系統(tǒng)普遍存在著難以反饋路燈運(yùn)行狀態(tài)信息、難以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等局限，基本沒(méi)有節(jié)電效果，并且采用傳統(tǒng)的人工巡檢，不僅使路燈管理部門的任務(wù)繁重，也增加了運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用。考慮到這些因素，本文針對(duì)LED 光源開(kāi)發(fā)了智能路燈控制器。結(jié)合LED 光源的特點(diǎn)，并引入了電力線載波通信技術(shù)，PWM 調(diào)光技術(shù)。

　　1 LED 技術(shù)概述

　　1.1 體積小而堅(jiān)固耐用

　　LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不易損壞。

　　1.2 耗電量低

　　一般來(lái)說(shuō)LED 的工作電壓是2~3.6 V.工作電流是0.02~0.03 A.這就是說(shuō)：它消耗的電不超過(guò)0.1 W.

　　1.3 使用壽命長(zhǎng)

　　當(dāng)光通量衰減到80%時(shí)，其壽命達(dá)到了25 000 h.而金屬鹵化物燈的壽命在6 000~12 000 h,高壓鈉燈的壽命是12 000 h.

　　1.4 調(diào)光功能

　　由于LED 的工作范圍較大，其光輸出和工作電流成正比，因此可以通過(guò)減小電流的方法來(lái)調(diào)光。LED 的調(diào)光還可以采用脈沖寬度調(diào)節(jié)的方法來(lái)得到，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓的占空比和工作頻率，有效調(diào)節(jié)LED 的發(fā)光強(qiáng)度。

　　1.5 環(huán)保

　　LED 是由無(wú)毒的材料制成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)LED 也可以回收再利用。

　　1.6 光色、顯色性好

　　在中間視覺(jué)水平下，人眼在高色溫環(huán)境里比低色溫環(huán)境更容易辨別事物。白光LED 的顯色性也比高壓鈉燈好很多，高壓鈉燈的顯色指數(shù)只有20 左右，而白光LED 可以達(dá)到65~80.

　　2 系統(tǒng)的工作原理

　　智能LED 路燈控制器是作為智能路燈控制系統(tǒng)參考的一部分，主要由STC 單片機(jī)、采樣電路、載波收發(fā)模塊等組成。系統(tǒng)上位機(jī)的命令和控制器的反饋都通過(guò)載波模塊利用電力線進(jìn)行收發(fā)；路燈的電壓、電流由采樣電路實(shí)時(shí)采集；單片機(jī)實(shí)時(shí)處理采集的電壓、電流，進(jìn)行判斷處理，同時(shí)判斷執(zhí)行上位機(jī)的指令，及時(shí)反饋路燈的信息。

　　3 硬件電路的設(shè)計(jì)

　　3.1 主要器件的選擇和相關(guān)的性能

　　STC12C5404AD 單片機(jī)是一款高速、寬電壓、低功耗的增強(qiáng)型8051 內(nèi)核單片機(jī)，最高16 k 字節(jié)片內(nèi)Flash 程序存儲(chǔ)器，512 字節(jié)片內(nèi)RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。STC12C5404AD 有10 位ADC 通道捕獲/ 比較單元，6 個(gè)16 位定時(shí)器，硬件看門狗，高速SPI 通信端口，全雙工異步串行口，每個(gè)通用I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20 mA.在線可編程，無(wú)需編程器，無(wú)需仿真器，可遠(yuǎn)程升級(jí)，有效節(jié)約成本，方便客戶的各種應(yīng)用。

　　PL2102 是特別針對(duì)中國(guó)電力網(wǎng)惡劣的環(huán)境所研制開(kāi)發(fā)的低壓電力線載波通信芯片。它僅由單一的+5 V 電源供電，以及一個(gè)外部的接口電路與電力線耦合。PL2102 除具備基本的通訊控制功能外，還內(nèi)置了五種常用的功能電路：可數(shù)字頻率校正的實(shí)時(shí)鐘電路、32 Bytes SRAM、電壓監(jiān)測(cè)、看門狗定時(shí)器及復(fù)位電路。它們通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的I2C 接口與外部的微處理器相聯(lián)，其中實(shí)時(shí)鐘與32 Bytes SRAM 在主電源掉電的情況下可由3 V 備用電池供電繼續(xù)保持工作。由于采用大規(guī)模數(shù)字/ 模擬混合0.35 μm CMOS 工藝制作，所以在抗干擾、抗衰落性能以及國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品性能價(jià)格比等方面有著出眾的表現(xiàn)。

　　3.2 通信技術(shù)特點(diǎn)

　　本控制器采用了主流的擴(kuò)頻通信技術(shù)，有效提高了通信的可靠性，同時(shí)創(chuàng)造性的采用動(dòng)態(tài)路由算法，可靠的延長(zhǎng)了控制范圍。

　　（1）擴(kuò)頻通信技術(shù)其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必須的最小帶寬。頻帶的展寬是通過(guò)編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)。接收端使用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔?。根?jù)香農(nóng)關(guān)于信道容量的理論：

　　C=WLog2（1 十P/N）。

　　式中：C 稱為信道容量；W 是頻帶寬度；P/N 是信號(hào)與噪聲的功率比。此式說(shuō)明：在保持信息容量C 不變的條件下，可以有不同的W 和P/N,亦即，如果頻帶寬度變寬，信道的信噪可以比較低，而可以達(dá)到同樣的信道容量（有效的信息傳輸速率）。甚至，在信號(hào)被噪聲淹沒(méi)的情況下，只要相應(yīng)地增加信號(hào)傳輸帶寬，也能夠達(dá)到可靠傳輸?shù)哪康?。擴(kuò)頻通信就是基于這一原理。

　?。?）動(dòng)態(tài)路由方法需要在集中器建立中心路由表和信息素表，各終端建立子路由表，集中器和所有終端都要建立各自的電氣距離表， 用來(lái)記錄與其能夠直接通信的其他終端的電氣距離。算法主要包含路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)兩部分，下面分別進(jìn)行描述。

　　路由發(fā)現(xiàn)，是指按一定的規(guī)則來(lái)尋找并發(fā)現(xiàn)路由，即路由邏輯樹(shù)的建立過(guò)程。集中器根據(jù)目的終端的回應(yīng)信號(hào)建立中心路由表，其他終端通過(guò)接收或監(jiān)聽(tīng)電力線上的信號(hào)，根據(jù)計(jì)算出的電氣距離值不斷地更新其電氣距離表，從而調(diào)整其可直達(dá)節(jié)點(diǎn)路由表。

　　載波信號(hào)從集中器出發(fā)，根據(jù)約束集的約束、信息素濃度τi,j以及問(wèn)題的啟發(fā)信息，按一定策略選擇下一終端，直至到達(dá)目標(biāo)終端。同時(shí)載波信號(hào)按原路徑返回，回到集中器之后，對(duì)路徑質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估， 采用全局更新規(guī)則對(duì)迭代或全局最優(yōu)路徑上的信息素濃度進(jìn)行更新。