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城市道路照明越来越多采用LED照明技术代替传统的照明技术，其目的是为了降低对电能的消耗。由于LED使用低压直流电源，便于附加检测与控制电路，这对路灯网络的智能化管理，进一步节能降耗带来了方便。对于路灯网络的管理与控制，既可以采用电力载波通信技术，也可技术的快速发展，使得短距离无线通信技术在应用成本、可靠性与通信速率等方面均已优于电力载波通信技术，例如Zigbee短距离无线通信技术。本文提出一种解决方案，采用短距离无线通信技术构建LED路灯无线传感网络，能对LED路灯网络任意单盏灯或多盏灯或全网络所有灯进行开关、调光等控制，进行发光亮度、电流参数等检测，从而实现对LED路灯网络的智能化管理。作为无线传感网络，其体系结构应该包含四个基本层次：物理层和数据链路层、网络层以及应用层。LED路灯无线传感网络采用IEEE 802.15.4标准作为其物理层和数据链路层的技术标准，网络层与应用层集成在一起，采用单跳、双跳以及变跳3种接力通信模式作为网络协议的基础。本文围绕LED无线传感网络的体系结构，以网络拓扑及通信节点的组成为基础，论述了网络层的协议包格式、路由工作原理，以及节点通信的设计流程。 1 网络体系 LED无线传感网络的网络体系是网络层实现路由的基础，包括节点组成及网络拓扑结构。 1.1 LED路灯传感网络节点的组成 LED路灯网络由间隔均匀的若干盏路灯组成，每一盏LED路灯均为网络的一个通信节点，用来构建无线传感网络。图1所示，为构建无线传感网络LED路灯节点的组成，除了照明部分的电路外，还附加了对LED电流的采样、LED发光亮度的检测、以及对LED发光亮度的PWM控制等电路。每一盏LED路灯既是传感器节点也是网络路由节点；每一个节点包含一个微控制器（MCU，如cc2530），都具有射频通信功能，既能发送信号也能接收信号；每一个节点具有32bit（位）的唯一ID号。通过在物理层和MAC层采用IEEE 802.15.4协议标准，结合网络层与应用层的协议，所有这些节点有机地组合在一起，便构成了LED路灯无线传感网络。由于现有的一些网络层与应用层协议如Zigbee、RF4CE等并不是很适合LED路灯传感网络应用，因此，需要重新设计网络层与应用层协议。 图1 LED路灯节点的组成 1.2 网络拓扑 根据LED路灯的分布规律，每盏LED路灯作为网络节点构成无线通信网络，其拓扑结构如图2所示，（a）是信号逐点（单跳）接力传送拓扑结构图，（b）是信号隔点（双跳）接力传送拓扑结构图。为便于下文网络应用协议的设计与讨论，作出如下定义： （1）所有节点可分为2类，即LED路灯节点(简称LED节点，如a1 a2 … an , b1 b2 … bn)和路灯控制器节点(简称控制节点,如a,b)； （2）相邻节点之间的距离均为L，每个节点的无线信号覆盖半径大于等于2L； （3）根据节点的相对位置，节点可分为前驱节点与后继节点，离控制器近的是前趋节点，离控制器远的是后继节点。例如a1是a2前驱节点，a3是a2后继节点；同理b2是b4前驱节点，b6是b4后继节点，以此类推。 图2 网络拓扑结构示意图 （4）控制节点与LED节点之间，LED节点相互之间，只要无线信号可以覆盖到,都可以相互通信，不需要设基站或专门的路由协调装置。 （5）每个节点的32bit唯一ID号由两部分组成，分别为网络ID和节点地址（编号），均为16bit。同一路灯网络所有节点的网络ID相同；从控制节点开始，节点地址由小到大顺序编排。 【分页导航】 第1页： LED路灯无线传感网络体系 第2页： LED路灯传感网络协议包格式 第3页： LED路灯传感网络路由协议 第4页： LED无线网络节点工作流程 2 网络协议 LED路灯传感网络协议包括协议包的定义与路由协议的定义，其设计目标是简单、实用，易实现。 2.1 网络协议包格式 LED路灯传感网络协议传输的信息包共有3种类型，分别为命令包、参数包以及应答确认包。 图3 网络协议包格式 （1）命令包 图3(a)所示，为控制器节点对LED路灯节点下发的命令包格式。命令有三种类型：针对整个网络所有LED节点的广播命令、针对部分LED节点的群组命令以及针对单个LED节点的单点命令。 命令包各字段定义如下： 包类型：为1； 目的地址：为指定LED节点的地址； 包序列号：为向指定节点发送的包编号； 接力模式：为1时，表示单跳模式；为2时，表示双跳模式偶链；为3时，表示双跳模式奇链； 命令字段的定义方法见表1，表1只列出了部分命令，实际中可以根据需要增加命令； 表1 命令包命令字段定义 命令参数字段：用来表示调光的亮度，数值越小LED发光亮度越低，耗电越少，数值为 0时表示关灯； 跳数：命令传送到目的地址所需经过的节点数，最大值为路灯网络所有LED节点的数量。传送命令包时，每经转发一次则跳数减1，当跳数值为0时，命令包不再被转发。 （2）参数包 图3(b)所示，为LED路灯网络节点上传的参数包格式。控制节点可采用定时轮询或即时查询方式获取网络内各LED节点的状态参数，如电流值、发光亮度值等，各LED节点只有在接到读取参数的命令后才会向控制节点发送参数包。参数包各字段定义如下： 包类型：为2； 源地址：为上传参数LED节点的地址； 包序列号：为上传参数LED节点发出的参数包编号； 接力模式：由于只有在节点收到读取状态参数命令后才会发送参数包，因此，参数包的接力模式由命令包的接力模式确定； 状态标志：为0，表示对应LED节点无故障；为1，表示对应节点有故障；为2，表示对应节点及后继节点有故障； 状态参数1－3：为LED节点的有关参数，如电流值、电压值以及LED的发光亮度值等。 （3）应答确认包 图3(c)所示，为应答确认包格式。为了实现可靠传输，每个节点在收到命令包或参数包后需要发送应答确认信息包。如果信息包的发送（转发）方在设定的时间内没有收到应答确认包，则会启动对该信息包的重新发送。应答确认包各字段的数值定义如下： 包类型：为3； 节点地址：发出确认应答包节点的地址。 确认类型：收到信息包的包类型； 确认号：为节点收到信息包的包序列号； 【分页导航】 第1页： LED路灯无线传感网络体系 第2页： LED路灯传感网络协议包格式 第3页： LED路灯传感网络路由协议 第4页： LED无线网络节点工作流程 2.2 网络路由协议 LED路灯传感网络路由协议的核心是各节点对信息包的转发机制。由于每一个节点的信号覆盖范围有限，其信息只能向邻近的节点发送，如要将信息送往远处节点则只能依赖中间节点的多次转发。根据前述1.2定义的条件，节点转发信息包可以分为三种模式,即单跳接力模式，双跳接力模式和变跳接力模式，各LED节点将根据信息包中接力模式字段的定义进行选择。 2.2.1 单跳接力模式 图2（a）所示，为单跳接力模式的拓扑结构图。它是一个比较简单的转发模式，要求每个节点无线信号覆盖的半径范围大于节点间距L即可，信息包只需往邻近的前驱节点或后继节点转发。在这种模式下，节点处理收到信息包的方法如下： ①节点接收一个命令包（如图3(a)）后，向前驱节点发送接收确认应答包；将命令包中的跳数减1；比较节点自身地址（NA）与命令包中目标地址的大小，相等则执行包中的命令且无须转发命令包，不等则向后继节点转发该包；如果是广播命令(目标地址值为0xffff)，既在本节点执行该命令同时也向后继节点转发该命令包。转发时的路由地址为:NA+1。当命令包传送到网络中的最后一个LED节点时，跳数减1后将为0，包将不再被转发。 ②节点接收到参数包（如图3(b)）后，只需向后继节点发送接收确认包和向前驱节点转发，转发参数包的路由地址为：NA-1。 ③节点收到命令包或参数包后，必须发送接收确认包（如图3(c)），当收到命令包时，确认类型值为1,发送应答确认包的路由地址为NA-1；当收到参数包时确认类型值为2, 发送应答确认包的路由地址为NA+1。 2.2.2 双跳接力模式 图2（b）所示，为双跳接力模式的拓扑结构图。这种模式要求每一个节点的无线信号覆盖半径范围≥2L。从图2可知，双跳接力模式每次跨越两个节点，传送信息包到指定节点的转发次数比单跳接力模式要少一半，因此其传送时延也要小。在双跳接力模式下，将整个网络所有LED节点按照其地址值的奇偶性分成2个接力链，即奇地址节点链和偶地址节点链。控制节点发送广播命令时，需要针对奇地址节点链和偶地址节点链分别发送，命令信息包分别在奇地址节点链和偶地址节点链上同时传播。在双跳接力模式下，节点处理收到信息包的方法如下： ①节点接收到命令包后的处理方法与单跳接力模式基本相同，但包转发时的路由地址变为：NA+2。 ②同样节点接收到数据包后的处理方法也与单跳接力模式基本相同，只是在包转发时的路由地址变为：NA-2。 ③节点收到命令包或参数包后，必须发送接收确认包，当收到命令包时，确认类型值为1,发送应答确认包的路由地址为NA-2；当收到参数包时确认类型值为2, 发送应答确认包的路由地址为NA+2。 无论是单跳接力模式还是双跳接力模式，节点发送命令信息包或参数信息包后，在规定的时间内未收到确认信息包，则需要重发，重发次数一般不超过3次。 2.2.3 变跳接力模式 变跳接力模式实际上是单跳接力模式和双跳接力模式的一种补充，主要用于下一跳节点出现通信故障时。在单跳接力模式或双跳接力模式工作时，如果在多次重发后仍收不到下一跳节点的应答确认信息包，说明下一跳节点出现了通信故障。这时通过改变接力模式，由单跳变双跳或者由双跳变单跳可以绕开下一跳有通信故障的节点，继续信息包的接力传送。同时，将故障节点的相关信息反馈到控制节点。变跳接力模式要求每一个节点的无线信号覆盖半径范围≥2L。变跳接力模式分为两种情况： （1）初始传送为单跳接力模式 设LED节点i的地址为NAi，当LED节点i以单跳模式转发命令包（或参数包）时，即使重发，仍然收不到LED节点i+1（或i-1）的确认包，于是断定下一跳节点出现故障。这时如果传送的是命令包则从①开始执行，如果传送的是参数包则执行②，因为故障节点在传命令包时已遇上，传送参数包时遇故障节点无须重复报告故障信息。 ①LED节点i向控制节点报告故障节点信息。此时，节点i向控制节点发送参数包，包的状态参数置为1，源地址为故障节点的地址，即NAi+1，发送参数包的路由地址为NAi-1。 ②改变接力模式为双跳模式，将信息包转发给节点i+2（或i-2），以绕开故障节点，路由地址为NAi+2（或NAi-2），若能收到应答确认包，则本节点转发完成，否则说明遇上了两个或两个以上连续故障节点，需继续执行③。 ③如果此时传送的是命令包，则LED节点i需向控制节点报告故障节点状态信息，状态参数包的状态标志置为2，源地址为故障节点的地址，即NAi+2，发送参数包的路由地址为NAi-1。随后，转发中止。 （2）初始传送为双跳接力模式 当LED节点i（地址为NAi）欲以双跳接力模式转发命令包（或参数包）时，必须对包进行分析，根据接力模式字段的值为2或3，可以判定当前为偶地址链或奇地址链接力模式。当NAi的值为奇数，跳变模式为奇链，或者NAi的值为偶数，跳变模式为偶链时，执行如下步骤①；当NAi的值为奇数，跳变模式为偶链，或者NAi的值为偶数，跳变模式为奇链时，执行如下步骤②； ①节点i以双跳接力模式转发命令包（或参数包），路由地址为NAi+2（或NAi-2），如果收不到应答确认，则下一跳节点出现故障。如果这时转发的是命令包，则需向控制节点报告故障，往其前驱节点i-2发送故障信息参数包，路由地址为NAi-2，故障信息参数包的源地址（即故障节点的地址）为NAi+2,状态标志为1。同时，改用单跳接力模式将信息包转发给节点i+1（或i-1），以绕开故障节点，转发的路由地址为NAi+1（或NAi-1）；若能收到确认包，则本节点转发完成，否则执行③； ②节点i改为单跳接力模式转发命令包（或参数包），路由地址为NAi+1（或NAi-1），若能收到确认包，则本节点转发完成,否则，再改用双跳接力模式转发，将信息包转发给节点i+2（或i-2），以绕开故障节点，转发的路由地址为NAi+2（或NAi-2）；若能收到确认包，则本节点转发完成，否则执行③； ③说明遇上了两个或两个以上连续故障节点，LED节点i需向控制节点报告故障节点信息。此时，节点i向控制节点发送故障参数包的状态标志为2，源地址为故障节点的地址，即NAi+1，发送参数包，路由地址为NAi-1。随后转发中止。 上述变跳接力模式能解决分散的单个通信故障节点接力传送问题。但当网络中出现连续2个或2个以上通信故障节点时，则只能报告故障节点位置而不能再继续接力传送。若要解决连续多故障节点的问题，既需要改变接力算法，也需要各节点的无线信号覆盖半径范围更大。 【分页导航】 第1页： LED路灯无线传感网络体系 第2页： LED路灯传感网络协议包格式 第3页： LED路灯传感网络路由协议 第4页： LED无线网络节点工作流程 3 网络节点工作流程与协议实现 LED路灯传感网络上的每一个节点，既是命令执行与状态参数采集的终端节点，也是路由协调工作节点。各节点除了接收到信息包进入处理流程外，其余时间几乎都处在监听查询状态，检查是否收到信息包。图4所示为LED路灯传感网络节点的工作流程，它是网络协议在节点上实现过程的描述。 图4 LED传感网络节点的工作流程 4 结束语 通过网络体系、网络协议、网络节点工作流程与协议实现等几个部分的详细介绍，析构了LED路灯无线传感网络的组成，希望能为LED路灯无线传感网络的应用起到抛砖引玉的作用。LED路灯无线传感网络构建的基础是点到点的通信技术，命令信息要覆盖全网络需要点到点的通信技术来完成，良好的网络协议是组建传感网络的关键所在，简易可行的网络协议是实用化的前提。实际应用表明，上述方法构建的LED路灯无线传感网络具有良好的实时性，能稳定、可靠地工作，能满足对LED路灯网络的智能化管理要求。 【分页导航】 第1页： LED路灯无线传感网络体系 第2页： LED路灯传感网络协议包格式 第3页： LED路灯传感网络路由协议 第4页： LED无线网络节点工作流程

　　 0 引 言 　　随着我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。目前我国照明消耗的电能约占电力生产总量的10％～20％，而城市公共照明则在照明耗电中占30％，并且近几年随着让城市亮起来的口号的提出，全国路灯的数量仍在迅猛地增长。公共路灯节能的口号便由此而提出。通常的节能途径有两个：一个是采用节能光源；二是采用合理的控制线路。本文在使用节能光源的情况下采用合理的控制线路来实现路灯节能。在供电系统中，为避免送电过程中的线路损耗和用电高峰时造成末端电压过低，供电部门均采用较高电压进行传输。因此路灯承受电压多高于灯具的额定电压。然而据调查我国小型城市晚上21：00后，大中城市00：00以后道路上几乎空无一人。从而造成了“人少车稀灯更亮”的不合理情况。为了避免这种情况，大多数城市和地区均采用了发达国家早已淘汰了的隔盏关灯的原始路灯控制方法。这种方法不仅导致路面照度分布不均，而且会减少路灯使用寿命。本文采用“全年分三季，一季分时段”的分时控制思想实现节能的目的。在不同的时段投入不同的供电电压运行，在保证路灯正常照明的前提下，兼顾到了用电低谷期节能的效果。同时利用电力载波技术实现对路灯运行状况的实时监控。 　　 1 系统硬件电路的设计 　　1．1 智能路灯控制系统 　　该智能路灯节能系统主要由电量检测电路、实时时钟、自耦变压器电路、显示电路及载波通信等电路组成。将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，使其在不同的季节有不同的开关灯时间。而从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段(高峰、正常、低谷)来对路灯进行控制。从实时时钟芯片中将当前的路灯工作状况进行相应的归类，由单片机输出控制接触器的线圈的断合，而其触点的输出分别控制自耦变压器的三个触头，对应着四个档位，每个档位对应着相应的路灯电压。由于电力传输中有谐波干扰造成电力不稳，要时刻检测路灯的电量，以电量芯片ATT7028检测出电流或者电压过高或者过低，将得到的信息传给AT89C51单片机，单片机同时与铁电存储器的信息相比较，如果发现电流或者电压过高或者过低，单片机马上做出调整，适当地降低或者升高电压，以实现对路灯过载、过压等各种功能进行控制，用电力载波通信技术将现场情况传送至监控室。原理框图如图1所示。 　　 1．2 电量检测电路的设计 　　电量采集模块主要完成路灯电流和电压的数据采集。将采集到的信号转换为ADC电路可采集处理的模拟信号，通过电量芯片转换为数字信号送到单片机中，检测电压和电流是否超载，依据此来控制电路负载的电压。设计中采用三相电能专用计量芯片ATT7028A，适用于三相三线和三相四线应用，能够测量各相以及合相的有功功率、有功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复功率多功能电能表的需求。同时将电量信号存入到铁电存储器AT24C24里，该存储器数据不易丢失，以便有功电能历史记录的查询。ATT7028A提供一个SPI接口，方便与外部单片机之间进行计量参数以及校表参数的传递。设计中应用ATT7028A测量电流和电压有效值，采用软件校表，通过SPI接口与外部单片机之间进行计量参数的传递，以此来检测路灯电压电流的有效值。另外对检测到的过载、过压等故障进行报警。 　　 1．3 路灯控制电路 　　路灯控制电路由译码电路、开关电路与变压器控制电路组成。为了使路灯分时控制取得优良的节能效果，除了要根据时间段来开启不同档位电压外，还需要实际考虑到电网电压在不同时段的电压波动情况。故将单片机检测到的电量信号与处理的实时时钟芯片DS1302信号作为74LS155二-四译码器译码地址输入端，译码器的四个端输出经三极管放大后分别驱动四个接触器的线圈，而其四个触点分别对应自藕变压器的三个触头，亦即路灯四种档：全压(220 V)、高峰期档(额定电压的93%)、正常期档(额定电压的88%)、低峰期档(额定电压的83％)。从而达到既兼顾路灯亮度又达到节能的效果。KM4接在母线上还能关闭路灯，原理如图2所示。 　　 1．4 电力载波通信 　　为了实现控制室能够方便及时了解现场路灯运行情况，采用电力线载波通信技术将现场路灯检测运行的状况传送至控制室。以LM1893集成芯片实现电力载波通信，LM1893是美国国家半导体公司生产的FSK制式的调制解调芯片。能够实现可靠的串行数据的半双工电力线通信，具有发送和接收数据两种工作模式，能够与51单片机相兼容。LM1893调制解调数据输入端DATAIN与AT89C51单片机的串行输出口TXD相连，输出端DATAOUT与AT89C51的串行输入口RXD相连。LM1893的TX／RX发送接收控制端由单片机的P1．O端控制，高电平为发送状态，低电平为接收状态。路灯控制器接收到外部数据信息后，先要对所收数据的报文头和地址进行判断。当报文头正确，地址为本机地址时，它才执行相应的灯控命令，执行完后进入发送状态。 　　 2 软件设计 　　软件主要完成：根据比较所得的结果控制硬件切换档位以达到路灯定时工作的要求；检测实时电网电压以控制是否要改变档位以达到电网实时监控的目的；最后则是配合主控室完成多机通信。整个智能路灯节能控制系统被分为了分时分段模块(主要通过时钟芯片DS1302和铁电存储芯片AT24C02配合完成)、电压监控调档模块(由电工参数测量芯片ATT7028加以软件判断来实现)、远程通信模块(由LM1893完成)以及实时显示模块组成。 　　将一年大致分为三个季节段来对路灯进行控制，每个季节段有着不同的开关灯时间。从开灯到关灯根据当地交通又可大致分为三个阶段来对路灯进行控制，分别为交通高峰期、交通正常期和交通低谷期。这三个阶段加上避免电网电压过低的全压运行档，就构成了全压、高峰、正常、低谷四个工作时间段，根据本地区的实际情况进行划分。系统通过对日历时钟芯片DS1302读出来的当前与铁电存储器芯片AT24C02中存储的开、关灯时间进行比较，在各档开启的时刻就切换至相应档位，在关闭的时段关闭，其余时段进行监控。在交通高峰时段，保证路灯有足够的照明度。于是正常情况下，路灯应投入第1档运行。此时，当电网电压过低(低于208 V)，则路灯应全压运行；如果电网电压过高(高于236 V)，路灯可以跳过第1档，直接投入第2档运行。在交通正常阶段，要兼顾照度和节电效果，正常情况下，路灯应该投入第2档运行。在电网电压低手205 V时，返回第1档运行；在电网电压高于242 V时，则投入第3档运行。在交通低谷阶段，重点考虑节电效果。正常情况下投入第3档运行，只有当电网电压过低(低于195 V)时，路灯才会返回第2档运行。但是由于电网的波动或干扰，可能会出现电压偶尔的不正常，若一旦检测到电压超限就切换档位，很容易造成误操作，从而导致频繁的切换。设计中采用了以下方法来避免档位的频繁切换：当路灯运行于1～2档时刻之间，需使电压维持在208～236 V之间，这里采用COUNT，COUNT_H，COUNT_L三个计数器来监测电压。COUNT从0开始，每分钟加1，加到5，即5 min后清零。COUNT_H从0开始，每min比较当前电压与电压上限值的大小，若超过上限则将COUNT_H加1，在每次COUNT清零之前，若COUNT H值等于5，则认为连续5 min电压超出上限运行，相应地将路灯运行档位切换至低一档运行；若COUNT_H值小于5，则认为是电网的波动，不进行切换。电压下限监测同理。每5 min将三个计数器同时清零。 　　从SPI总线上获取ATT7028检测的电工参数的计量结果，再对检测值进行校表，即可对校表寄存器赋值来进行软件校表。 　　显示模块主要是在控制室内显示当前时间及检测到的路灯的运行情况。 　　主程序与各个子模块之间采用定时中断联系，每隔1 min中断一次，在每次中断时均要完成四大任务，即读出实时时间发送至主控室，决定是否换档，根据电网波动实际情况控制决定是否改变档位，以及将原边电网电压根据实际情况发送至监控室。软件流程图如图3所示。 　　 3 节能效果分析 　　以1 kw路灯为例，设当路灯电压为205 V时，单位时间耗电量为0．87 kWh；当路灯电压为193 V时，耗电为O.77 kWh；在满足行人车辆运行需要的情况下，适当降低路灯的端电压，可节能20％左右。在深夜行人稀少时，可将路灯的端电压降至170～180 V，路灯1 h内耗电O.55 kWh左右，除去其他损耗，可节约电能近40 %。 　　 4 结 语 　　该智能路灯节能装置采用分时换挡方法，在保证照明的情况下兼顾到了用电低谷期节能效果。实验表明该智能路灯节能控制系统可明显地提高路灯的用电效率，延长路灯使用寿命。在节约能源、电力资源合理利用的今天，该装置有着十分广阔的社会和商业前景。

我们知道所有的LED都必须采用恒流源供电，但是目前很多路灯制造商大多是在LED模块已经设计好的情况下再来寻找合适的恒流模块。殊不知这种设计方法是会遇到问题的，至少使得这种设计不是最佳的。有可能还会要重新设计LED模块。 经常会收到客户的电话询问，你们的恒流驱动模块能够带多大的功率啊？这种问题实际上是无法回答的。因为恒流模块能够带多大的功率是和很多因素有关。从恒流模块本身来说，它主要是和散热要求和散热条件有关，当然也和驱动芯片的电流驱动能力有关。然而即使这些都已经确定下来，例如已经选定了SLM2842这一款恒流模块，那么他的驱动能力似乎应该完全确定了！其实不然！虽然它的极限驱动能力是可以知道，例如它的最大开关电流，它的最大输入电流，它的最大输入电压和最大输出电压等。然而，一个恒流模块的驱动功率除了和它的散热能力有关以外，最主要的还和它的工作效率有关。而它的工作效率则和很多外在的因素有关，尤其是用户使用情况有关。所以在设计或选用LED模块的时候就要考虑恒流源的要求和特点。 一．LED连接架构 在设计和选用LED模块时就需要考虑一些和恒流模块和其他有关的要求。 1．    串联的LED数应当少于10个，这是因为作为LED灯具，有一个安规上的要求。根据欧盟IEC 61347-2-13 (5/2006)标准，针对采用直流或交流供电的LED模块要求在LED灯具中的电压不得超过最大安全特低电压(SELV)，也就是其工作输出电压≤25 Vrms (35.3 Vdc)，所以串联的LED总数不得超过10个。 2．    作为路灯，为了修理更换方便通常采用LED模块，每一个模块通常设计成长方形，恒流模块也设计在其中。建议每个模块的功率小于30W。这样，在100W左右的路灯采用3-4个LED模块，而150WLED路灯，则采用5-6个LED模块。再大功率则可以用7-8个模块。 3．    在每个LED模块中，通常采用1W的LED，其连接方式为串并联方式。假如LED有保护二极管，那么可以先串后并，假如没有保护二极管，那么就要先并后串，以免一个损坏一串都不亮。 4．    具体用几串几并，就要进一步了解恒流模块的性能和特点了。 二．恒流模块的性能和特点 普通的稳压电源是在负载变化时，输出电压不变。而恒流模块是一种在输入电压变化时保持输出电流恒定的一种电源。在使用前，必须了解它的各种特点。 1. 电流的设定：一般恒流模块的输出电流都可以在很大的范围内根据用户的要求来调节，只要简单地改变一下输出电流设定电阻就可以了。 2．类型：恒流模块有升压型、降压型和升降压型三种。选择哪一种完全是由所要求的输入电压和输出电压之间的关系而决定的。但是如果从得到最大效率的观点出发，那么就应该选择降压型。降压型就是输入的电压比较高。所以输入的电流就比较小，这样由铜损所引起的损耗就比较小，而降压型的恒流模块通常有较高的效率。所以，也一定要把负载中串联的LED数目尽量减少，以便能够采用降压型的恒流驱动模块。 3． 输入电压和输出电压的关系 不管是升压型还是降压型恒流模块，其升压比或降压比都是越接近1时效率越高。当然也不能等于1，而必须留出2-3V给恒流模块消耗。而这完全是由路灯的整灯设计所决定的。所以在进行路灯的总体设计时就必须考虑这个因素来选择电源电压和负载串联的LED个数。而不是设计好了再来要求恒流模块必须提供多高的效率。 4．调光能力：恒流模块通常都具有调光能力，而且这种调光能力并不是简单地调节其输出电流，而是采用一种称之为脉宽调制（PWM）的调光方法，它利用了LED的快速开关能力和人眼的视觉残留，使得看上去的亮度发生了变化。从而避免了因为调节电流而产生的色谱的变化。这种调光能力在路灯设计中是非常重要的，因为利用这种性能可以使路灯的亮度根据交通流量来变化，从而进一步实现了节能的目的。 下面我们分太阳能LED路灯和市电LED路灯两种情况来讨论。   三．太阳能路灯 太阳能LED路灯的最大特点就是它通常是由蓄电池供电的，而蓄电池有一些特点是需要考虑的： 3.1 蓄电池只有几种规定的电压，12V是最常使用的，因为它是汽车电池的标准电压。24V就需要用两个串联。36V就更少见了。为此，在太阳能LED路灯中经常需要采用升压型的恒流驱动模块。这就影响了恒流模块的效率。 3.2在太阳能路灯中另一个需要考虑的问题是输入电压的变化 对于恒流源的输出功率和效率来说，要得到最高的效率就要保持输入和输出电压的比值越接近1越好。但是如果输入电压不稳。那么就很难保持在最高效率的最佳状态。太阳能LED路灯系统通常采用蓄电池作为能量储存单元。而蓄电池在刚充满电和快放完电的时候电压会有较大的变化。通常这种变化超过30%以上。例如对于12V的蓄电池，其输出电压可以在14.8V变化到10.8V。当然对于恒流模块来说，这样的变化是完全可以承受的。也就是完全可以在这样大的变化范围内保持其输出电流的恒定。但是这也是有代价的，那就是不能工作于最佳状态。所谓最佳状态就是指效率最高的状态。或是输出功率最高的状态。 对于恒流模块来说，不管是升压型还是降压型，只有当输出电压最接近输入电压的时候，效率最高。通常输出电压是由负载决定的，是很少变化的。所以当输入电压在一个范围内变化时，它的效率也跟着变化。为了保证在最坏情况下也能工作，就不能工作在最佳状态了！ 例如对于SLM2842S升压型恒流模块，假如输出功率为27瓦，那么升压比越接近1，效率就越高！芯片的温升就越低！寿命和可靠性也就越高（见图1）。   图1. SLM2842S在输出功率为27.5W时，芯片表面温度和升压比的关系。 从图中可以看出，芯片封装也是很重要的，采用QFN的芯片封装显然好于采用TSSOP的芯片封装，因为它的热阻要低很多。所以在购买模块时也要了解所采用芯片的封装（尽可能采用QFN封装的，尽量不要采用TSSOP封装的）。 现在举一个具体的例子来说明：假如太阳能LED路灯采用的是12V蓄电池，负载是8串3并1W的LED，那么在输出端负载的电压大致是26.4V，电流是1.05A，输出功率为27.7W。而假如采用12V蓄电池，在电压最高的时候是14.8V，升压比就是1.78，那时候不用散热器用QFN封装时外壳温度大约是60度。还可以接受，但是当蓄电池电压降低至10.8V时，升压比就变成2.44倍，这时候外壳温度就会升高到70度以上，而假如采用的是TSSOP封装，那么外壳温度更会上升至85度左右，就是不能允许的了！ 除了要考虑外壳温度以外，还要考虑最大输入电流。因为SLM2842的最大输入电流为3A。在计算最大输入电流时，要考虑恒流模块本身的效率。现在假定是90%，同时假定输出功率是32W，除以0.9就是35.5W，而当输入电压为14.8V时，输入电流为2.4A，没有超出允许的3A；可是当蓄电池电压降低至10.8V时，输入电流就达到3.28A，这就超出了3A，芯片就会自动停止工作。 所以假如不考虑蓄电池的电压变化是很危险的设计！ 那么是不是可以采用2个蓄电池串联呢？在这里也是不行的，因为这样的话，输入电压刚好和输出电压相同，都是在24V左右。这时候就必须采用升降压型的SLM2842SJ。 升降压型的恒流模块的特点是不论输入电压如何变化，使得其低于或高于输出电压时，其输出电流都不变。也就是说它可以自动地根据输入电压和输出电压之间的关系自动地从升压变为降压。例如，升降压恒流模块SLM2842SJ可以在输出电流为1A，输出电压为13V时，输入电压从7.5V一直升至25V都能保持输出电流为恒定的1A。那么是不是所有情况下都尽可能采用升降压型呢？不是这样的，因为升降压型的输出功率比较小，而且它的效率低，价钱贵，不是必要情况下尽量少用。 那能不能用三个蓄电池串联，而采用降压型的恒流模块呢？理论上是可以的，这时候还可以得到更高的效率，但是因为三个蓄电池串联有可能会用了过大的容量（安时），而且增加了成本，增加了维护时更换蓄电池的几率。总体上是不合算的。 所以对于太阳能LED路灯的设计，可以归纳如下：   如上所述，3个蓄电池串联是不建议使用的，所以假如总功率大于60W，那时候太阳能电池板的尺寸也会过大而抗风力降低，所以建议采用可调光控制器，以尽量减少亮灯时间和亮度。这样可以节约大约40-50%的容量。这样，仍然可以采用2个12V蓄电池串联的方案。   四．市电LED路灯 在市电的情况下，当然最好是采用AC-DC直接恒流输出的方案。 但是这种方案大多数只能提供小功率输出（40W）目前只有美国的Power Integration 公司的TOP250YN才能够提供75W功率输出的方案。但是其电路十分复杂，价格贵，而且灵活性低。 国内的茂硕公司虽然也提供直接恒流输出的电源，但是通常只有单路输出。如果要多路就必须定制（路数和每路电流）。一方面提高了成本，而且将来要有任何变动都将是十分麻烦的事。 所以在市电的情况下最好先用恒压电源稳压然后再采用多个恒流模块恒流。这样做的最大好处就是可以在各种不同的LED连接架构下得到最高的效率。因为可以任意选择恒压源的输出电压而达到最佳的匹配。而且灵活性高，很容易改变其组合。 市电的恒压源是一种非常成熟的产品，它通常具有如下的优点： 1．    输入电压范围宽，可以适用于各国不同的电压规格。 2．    效率高，通常可以做到90%以上。 3．    功率因素高，通常可以做到0.99以上 4．    具有防浪涌措施，可抗雷击4kv以上，可以保护后面的电路。 5．    具备完善的过流，过压，短路，过功率保护功能 6．    成本低 7．    最大的优点是很容易选择其输出电压以便和负载电压接近从而得到最高的效率 下面就来举一个例子： 这是一个LED功率为112W的路灯，LED模块分为4组，每组为7串4并，28W。 我们采用了香港炜达电子公司的150W，输出28V的市电稳压电源VP28SA150U，其总体框图如图2所示：   图2. 市电LED路灯的通用结构 因为负载是7串4并。其电压为23-24V左右，所以选用了输出为28V的开关电源，这样就可以采用降压型的恒流源。而且因为其输出电压十分接近输入电压，从而可以实现很高的效率。实测的结果为从输入到输出的总效率为90.9%，功率因素为0.996。 而且这种恒压和恒流分开的方案的最大优点是可以插入程序调光系统。这样可以进一步节约电能40%以上，这是任何直接恒流输出方案所无法实现的。 而且这种方案又可以配合各种不同的LED连接架构。例如假定LED为10串3并。那么只要把上面图中的稳压源的输出改为36V，其他一切都不变就可以了。这时恒流源本身的效率可以高达98%。 总而言之，LED路灯设计人员，必须对各种恒流电源的特性有充分的了解，才能设计出高性能、高可靠的路灯系统来！

LED 路灯都还有没有让母亲放心谈何再与太阳能结合？离网点亮 100W 灯具‘忽悠’起来容易，做起来可不是件容易的事，样板工程是可以实现，大面积采用必败无疑。太阳能多年来都是政府高价收购能源，均没有真正意义上的赢利。   国家已经开始限制太阳能和风能发电过度投资，理由很简单，不是到处都可以发展太阳能源，也不是到处都可以安装风力发电机组，蓄能也是很大的问题，无非我们想把它转嫁给电网，如果不是离网照明很怀疑数据真实性。‘蛋与鸡’的故事是事都适用。   太阳能电池板、蓄电池、 LED 灯具价格均高昂。太阳能转换效率较低，特别不合适向负载提供较大的功率，蓄电池寿命很有限，免维护是不大可能，这样的路灯实际维护成本会很高。让市场规律去发展太阳能路灯，让政府买单，我们怀疑环保意义的真实性   LED 路灯除在 LED 产业发达地区开始试用，都还是扶植性行为，内地并不热衷 LED 路灯，很多城市一般性路灯很多道路都还安装不完善，扩大财政安装高出数倍价格的 LED 路灯不现实，更别说是太阳能 LED 路灯。在多数内地城市，晚上只打开数量不到 1/4 路灯，为了是节省点电费，很少城市像深圳这样晚上开灯都看不到星星。   太阳能 LED 路灯会有它的市场，在没有电力提供的地方，功率应该设计 50W 或更小，直接设计大于 100W 替代现有路灯，不实际。拿政府税收补贴，不是在利用太阳能量，而是在利用纳税人。