具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，一种基于声、光、压、红外传感-单片机控制-可控硅调光的智慧路灯系统，智慧路灯系统包括传感器、单片机和可控硅调光电路，传感器、单片机和可控硅调光电路依次连接。

具体的，本发明从“降压-稳压-调光”通过调节路灯照度进而节能的思路出发，以现有控制手段的弊端为切入点，提出了用力敏电阻作为测量元件、单片机为控制器、可控硅调光电路为执行元件、路灯实际照度为被控对象的新型路灯控制系统。在本实施例中，该系统分为三部分——铺设于路端入口或各减速带内的力敏电阻、置于路段配电箱的单片机、可控硅控制系统和路灯本身。

系统工作时路灯处于低照度状态(出于交通安全和治安角度考虑，路灯不能完全关闭，低照度状态应符合国家标准，如《城市道路照明设计标准CJJ45-2015》1中规定，深夜流量较小的机动车道平均照度维持值可由0.7Lux降至0.5Lux以下；对于人行道，深夜流量减少时，居民区平均照度维持值可由3Lux最多降至1Lux)，当力敏电阻受压时，单片机控制可控硅电路完成换挡，将路灯调节至高照度。

需要注意的是，本系统作用的时间段并不是整个晚上——即使是三四级公路，在前半夜车流量与人流量也很多。所以系统应该在前一天黄昏照度下降时开启，但在前半夜处于“启而不发”的状态，此时路灯照度正常；在后半夜，系统激活，力敏电阻部分通过电流开始工作，至第二天清晨，系统正常关闭。

由于实际路灯内部已经具有如经纬开关控制清晨系统的开闭，所以本项目不需要进行此方面的设计。为了实现控制手段的多样化，项目组在力敏控制的主要手段之外还采用了声敏和光敏传感器对功能进行了丰富。

进一步的，

传感器，用于感应人或车经过，进而生成电信号发送至单片机；

单片机，用于捕捉传感器的电信号，进而控制可控硅调光电路；

可控硅调光电路，用于受单片机控制调整路灯的亮灭及照度。

具体的，参照图1所示，可控硅(SCR)是一种大功率电器元件，体积很小、价格低廉，但可以实现几万倍甚至几十万倍的功率放大作用，且反应迅速，可实现微秒级开通关断，故能很好地完成路灯电路实际应用的要求。

可控硅具有三个管脚——阳极A、阴极B和控制极G。当控制极G达到正向触发电压时，可控硅导通，此时工作状态类似三极管；当AK间的阳极电流低于维持电流时，可控硅关断，相当于无触点开关。根据可控硅的这种特性，项目组设计电路如图所示。

可控硅的一开一关，对应路灯的一亮一灭。而调光的整个过程发生在极短的时间内， 可控硅开开关关，路灯就亮亮灭灭，由于人眼有视觉残留，所以不会感知到这个极快的变 化过程，故最终呈现出的效果就是大小两个挡位电流下的路灯照度有了差别。

如图2所示的模型实物图，所用灯泡为具有广泛应用场景的LED灯，此种灯泡需要通过直流电，所以在电源出口接整流电路将交流电整流为脉动直流，相应地选用了单向可控硅；由于电路中经过的是脉动直流而不是恒流，所以电容部分并不相当于开路而发挥了充、放电的作用——电容持续充电，控制极G电压逐渐上升，当上升至正向触发电压时可控硅导通，电容储存的电场能排放掉，开始新的充电过程；电路中电流具有和电压同样的变化趋势，当电流衰减至维持电流以下后，可控硅关断。

当电路工作在两个不同的挡位时，路灯两端的电压与电流大致变化趋势如图。由图可得，正是不同挡位下路灯由开至关和由关至开时间的长短不同，为调光提供了可能。

进一步的，传感器包括力敏电阻、光敏电阻、声敏电阻和红外传感器，其中，

力敏电阻，用于感应是否有人或车踩踏路面；

光敏电阻，用于感应当前路段的照度；

声敏电阻，用于感应当前路段的响度；

红外传感器，用于感应当前路段是否有人或车经过。

进一步的，力敏电阻铺设在路口和路尾。

进一步的，对于单片机，

当光敏电阻感应到照度足够时，单片机不会接收到来自力敏电阻、声敏电阻和红外传感器的电信号，即不会开启可控硅调光电路；

当力敏电阻没有感应到有车经过时，力敏电阻处于“待机状态”，单片机控制可控硅调光电路维持路灯在低照度；当力敏电阻感应到有车经过时，单片机控制可控硅调光电路将路灯调整到高照度；

声敏电阻作为力敏电阻的补充，当声敏电阻没有感应到有车经过时，声敏电阻处于“待机状态”，单片机控制可控硅调光电路维持路灯在低照度；当声敏电阻感应到有车经过时，单片机控制可控硅调光电路将路灯调整到高照度。

进一步的，单片机设置有高照度开启时长，若在路灯维持高照度期间，传感器没有产生新的电信号，则在路灯维持高照度至预设的高照度开启时长后，单片机通过控制可控硅调光电路调整路灯至低照度。

进一步的，当单片机接收到来自人行道中的力敏电阻的电信号时，控制路灯维持高照度的时间较接收到来自机动车道中的力敏电阻的电信号时长。

具体的，本实施例的单片机采用了功能成熟可靠且相对廉价的开源式单片机Arduino 来实现主控部分的需求。单片机的各功能及实现手段如下：

光敏电阻控制系统开关：实际路灯电路中具有经纬开关完成整个系统的开启，在本发明中，通过光敏电阻来实现这一功能——当光敏电阻接收的照度足够时，整个电路系统都不会开启；当遮盖住光敏电阻后，电路完成开启。

力敏电阻控制路灯照度：力敏电阻与单片机部分相连，单片机端口监测电阻两端电压变化以判断电阻受力情况。深夜无车经过时，力敏电阻处于“待机”状态，Flag函数设置为0，对应为低电平、低照度；当有车经过，力敏电阻受力，Flag函数由0更新为1，输出一个电压/电流信号源，信号源通过电磁继电器模块偏置挡位，将电路调节至高电平、高照度。

函数delay控制系统开启的时长——考虑到有车驶入后会直接停靠，可以先给定一个合适的开启时长，避免路灯无休止地亮下去；而正常的情况下车子会直接驶出，不需要开太长时间，所以在道路出口处的另一个力敏电阻受压后会控制系统立即关断，这样就形成了闭环控制。

声敏电阻控制路灯照度：声敏电阻作为力敏控制手段的补充，功能与力敏电阻完全相同。当接受到足够响度时，路灯系统工作，照度由低挡调至高挡。在本模型中该手段可以用于丰富传感，而在实际应用中由于声控易受干扰，路灯或将频繁地开关，所以下一步将尝试实现对特定频段(如人声、车鸣笛声)的传感。

不同压力开关时间不同：本模型中力敏电阻分别铺设在机动车道与人行车道上，考虑到人与车行进速度不同，故设置了不同的照明时长。

电压控制斑马线处提示灯：深夜中由于行人少，车速基本较快，我们可以在斑马线处设置提示灯，进而通过此系统来提醒行人前方有车经过，以避免发生不必要的危险。即车经过路口时，力信号传输至单片机中，单片机输出信号使提示灯变为黄色，无车经过时，提示灯变为绿色。

进一步的，可控硅调光电路包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、调光电阻R5、调光电阻R6、单刀双掷开关SW1、电阻R2、电阻R3、电解电容C1、发光二极管D5和可控硅，其中，

二极管D1和二极管D3串联为一桥臂，二极管D2和二极管D4串联为一桥臂，两组桥臂并联，调光电阻R5和调光电阻R6的一端分别连接单刀双掷开关SW1的两个输出端，单刀双掷开关SW1的输入端同时连接电解电容C1的正极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端同时连接电阻R3的一端和可控硅的控制极G，调光电阻R5和调光电阻R6的另一端与二极管D1和二极管D2的阴极均连接发光二极管D5的阳极，发光二极管D5的阴极连接可控硅的A引脚，可控硅的K引脚、电阻R3的另一端和电解电容C1的阴极均与二极管D3和二极管D4的阳极连接，两组桥臂分别连接交流电源的两端。

具体的，电路部分应用相对廉价但功能可靠的可控硅作为核心元件，利用可控硅的触发与关断条件设计电路如图。

可控硅调光电路如图1所示，可控硅的A引脚与电源正极相连、K引脚与负极相连，当电解电容充电到一定程度后，控制极G达到规定正向电压满足导通条件，灯泡过流发亮；由于电路中流过的是整流后的脉动直流，所以当电流小于可控硅的维持电流后，可控硅关断，灯泡熄灭，开始下一个周期。

上述过程发生的极短的时间内，灯泡完成了亮暗-亮暗的快速循环，由于人眼有视觉残留，不会感知到该过程。当改变了电容的充电电流后，不仅可控硅由暗变亮的时间受影响，小电流会更早的达到维持电流，即由开变关的时间也受影响，这就提供了调光的可能，这也是电路整体设计的思路。

城市照明路段深夜无车和人时，该系统自动降低道路照明灯具亮度，减少电能消耗，当有车辆或人通过时，系统自动检测车辆或人的行进路程并调高路段的照明灯具亮度，保证车辆和人的正常通行。

图2模型中的照度选取考虑了人眼能明显识别且灯带工作在推荐电压范围内，电阻、电容等购买了参数相近的一系列元件带入调试。得出两调光电阻为20K和10K，电解电容为1μF时照度合适，且高照度挡电压的有效值为12.55V，低照度挡为6.63V。

在一个单位周期(车辆经过)即3.14s内，高照度挡开启了2.9931s，低照度挡开启了 2.7604s，即与现有路灯系统相比，高照度挡节能4.727％，低照度挡节能12.134％。考虑到系统作用时间段内无车或少车的情况，路灯绝大多数时间下将处于低照度态，故节能效率将接近12.134％，对于照明系统来说已经十分可观。

以上实施示例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。