高速公路路灯设计规范

高速公路路灯设计规范（精选6篇）

高速公路路灯设计规范 篇1

各工序流程及主要施工方法

一、工序流程

施工中采用以下流程：

定灯位→挖坑→浇注路灯基础→挖沟→埋管→敷设电缆→ 绝缘测试→路灯安装→电气设备安装→实验、调试→自检→竣工验收

二、施工方法

1、定灯位：按照施工图及现场情况，以灯位间距为35米为基准确定路灯安装位置

2、挖沟及埋管：以距路基石50cm为中心，开挖宽30cm深50cm电缆管预埋沟，按照施工图纸预埋相应的电缆管

3、浇注路灯基础浇注：按甲方提供路灯基础图纸预制金属构件开挖相应尺寸的基坑，金属构件进行热镀锌处理，防腐质量应符合现行国家标准《金属覆盖及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验》（GB/T9700）、《热喷涂金属件表面预处理通则》（GB/T11373）、现行行业标准《钢铁热浸铝工艺及质量检验》（ZBJ36011）的有关规定。

4、敷设电缆：应符合下列要求

1)电缆型号应符合设计要求，排列整齐，无机械损伤，标志牌齐全、正确、清晰；

2)电缆的固定、间距、弯曲半径应符合规定；

3)电缆接头良好，绝缘应符合规定；

4)电缆沟应符合要求，沟内无杂物；

5)保护管的连接、防腐应符合规定；

5、路灯安装规定

1)同一街道、公路、广场、桥梁的路灯安装高度（从光源到地面）、仰角、装灯方向宜保持一致。

2)基础坑开挖尺寸应符合设计规定，基础混凝土强度等级不应低于C20，基础内电缆护管从基础中心穿础并应超出基础平面30～50mm。浇制钢筋混凝土基础前必须排除坑内积水。

3)灯具安装纵向中心线和灯臂纵向中心线应一致，灯具横向水平线应与地面平行，紧固后目测应无歪斜。

4)灯头固定牢靠，可调灯头应按设计调整至正确位置，灯头接线应符合下列规定：

5)在灯臂、灯盘、灯杆内穿线不得有接头，穿线孔口或管口应光滑、无毛刺，并应采用绝缘套管或包扎，包扎长度不得小于200mm。

6)路灯安装使用的灯杆、灯臂、抱箍、螺栓、压板等金属构件应进行热镀锌处理，防腐质量应符合现行国家标准《金属覆盖及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验》（GB/T9700）、《热喷涂金属件表面预处理通则》（GB/T11373）、现行行业标准《钢铁热浸铝工艺及质量检验》（ZBJ36011）的有关规定。

7)各种螺母紧固，宜加垫片和弹簧垫。紧固后螺出螺母不得少于两个螺距。

5、控制设备安装（路灯控制箱安装）

a)材料到场后经开箱检验，经甲方同意后方可进行安装使用；

b)动触头与静触头的中心线应一致，触头应接触紧密； c)二次回路辅助开关的切换接点应动作准确，接触可靠； d)箱内照明应齐全。

e)配电柜（箱、盘）的漆层（镀层）应完整无损伤。固定电

器的支架应刷漆。

f)机械闭锁、电气闭锁动作应准确、可靠。

6、有隐蔽工程，应提前通知业主，经业主检查验收合格后方可进行下一道工序。

7、用调试设备、仪表、仪器必须经国家认可有计量资格的有关单位检验合格，并由专人使用、保管。调试时应有详细记录。

8、施工前作好技术交底，吃透图纸，领会设计意图，配合其它专业工作，要作好成品保护及各专业协调。

9、电缆敷设前，应进行电气性能试验，合格后方可施工。电缆敷设应根据其走向、规格合理安排顺序、一般不应有交叉。

10、需开孔的配电箱（柜），必须用开孔机开孔，严禁气焊等切割开孔。电线进入配电箱、接线盒等应有护管帽。穿线前应有防止外物落入措施。

11、电线在管内或经槽内不允许有接头和缠绕。导线在出口处应装有护线套，并用500V测试绝缘电阻应大于1MΩ，同时作好记录。

12、有配电箱（柜）接地及各系统的保护接地、工作接地应接入原大楼接地网上，完善整个接地系统。

13、安装完成后进行检查，确认无误，方可进行分项调试，并作好调试记录。

14、各分项调试完成后，可进行系统调试，联动调试，试运行并作好记录。

15、其它部分电气设备安装应严格按图纸标高、部位进行。资料提供的责任人员和内容要求

一、施工技术员需提供的资料和内容要求

1、开工、竣工报告（含停工报告、复工报告）：5份存档的资料逐份填写，盖章签名齐全。实际开工、竣工日期栏填写清楚。

2、图纸会审记录：设计院、建设单位、监理单位、施工单位四方参加会审的单位要写全称，参加人员名字禁止用职称代替，签名盖章齐全。会审的工程项目的名称填写正确，分阶段会审的要标明所分工程阶段。图号填写正确，问题处理意见填写的文字精炼、表达确切，必要时绘简图。

3、设计变更通知单：变更通知单通常由设计单位填发，如建设单位设计变更时，必须经设计单位批准，并有签证手续。

4、施工组织设计：视工程的性质、规模、复杂程度、工期等确定设计的内容和深度，内容完整，满足施工组织和指导施工的需要。符合归档要求的施工组织设计还具备审批、审核签名齐全，盖有公章。

5、施工技术总结：涉及采用的施工方法，主要的技术措施和实施效果，采用的先进技术、工艺的经济比较结果，技术性能、关键技术问题，与国内外先进技术相比达到的先进程度，突出的经验教训和体会，易出现的质量问题，技术经济效益对比等，要详细叙述。

6、技术核定通知单、工程联系单：在施工过程中，因施工条件、材料规格、品种和质量不能满足设计要求以及合理化建设等原因，需要进行施工图修改时，由施工单位提出技术核定单，核定内容应一事一单，对存在问题处理地意见填写确切，必要时附图说明，签名手续完备。

二、项目工长需提供的资料和内容要求

1、交接检验收记录；

2、实验记录；

3、隐蔽验收记录。

三、材料组人员需提供的资料和内容要求

1、材料出厂合格证、试验报告资料：凡工程用的材料，不论是国产还是进口，都必须有出厂合格证书，证书必须标有品种、牌名、规格、数量、力学性能、化学成份、厂名、出厂日期等。材料出厂合格证，尽可能要原件，如果是复印件，提供单位要加盖公章，并注明原件存放单位。对进口材料商检证上，则应在背面注明此次购买的规格数量、日期，和工长一道注明使用部位，收料人签名以备查阅。

2、焊接（剂）合格证资料：用于焊接的焊条、焊丝、焊剂，都要有出厂合格证，不能用抄件代替。

3、防水材料合格证、试验报告：防水工程用的各种型号和品种的防水材料都要有相应的合格证和试验报告。

4、设备、构件合格证：需有出厂合格证，及企业出厂合格证或质量检查评定。

质检员需提供的资料和内容要求

1、分项工程质量评定表：复核分项工程质量评定表是否按要求逐条填写，认真评定质量等级。

2、分部工程质量评定表：根据分部工程质量检验评定表填写，分项工程划分名称填写正确，签字齐全后专职质检员核定分部工程等级。

3、质量保证资料检查表：按表中所列项目填写齐全，无漏项、缺项，内容符合有关规范和规定的要求。

4、单位工程观感质量评定表：观感质量评定必须由三名以上专职质检员组成的小组评定，评定等级符合标准，检查人员必须签字。

五、提供资料的部门及责任人必须按施工程序及时向项目资

高速公路路灯设计规范 篇2

路灯是我们日常生活中常见的东西, 路灯照明的目的是在夜间为车辆驾驶者及路边行人提供良好的视觉环境, 达到保障夜间交通安全, 提高交通运输效率, 方便人民生活。

公路负担对外交通功能, 车流量大, 车速较高, 道路使用者类型比较单一, 因此, 公路照明以功能性照明为重点, 照明主要为驾驶员提供安全驾驶的条件为目的, 光源尽量高效节能, 对显色性和光色要求不高。但路灯是一个耗电大户, 路灯的低压输电线路长, 不仅路灯耗电, 输电线路上的耗电也很大, 特别是远离电源点的市郊公路和高速公路更是耗电大户。所以, 我国很多市郊公路和高速公路都没安装路灯。实际上, 市郊公路和高速公路没有路灯带来了许多安全问题。根据最近研究表明, 合理的夜间照明至少可以会降低30%的城市道路交通事故率、45%的乡村道路交通事故率和30%的高速公路交通事故率。而且随着公路建设以及城市的多元化发展, 兼具城市快速路功能的国省级干线公路、乡村旅游道路等位于城市外围, 但功能上要求进行照明设计的公路也越来越多。因此, 很有必要选择一种节能、高效的照明设施。

2 公路照明的设计要求

综合考虑安全、资金及营运成本、光污染、美观等多方面因素, 公路照明系统的设计原则应为以下几点:

2.1 安全

公路照明的首要目标是提高车辆安全和夜间公路能见度, 防范潜在威险。公路照明可以提高物体夜间的可见度, 但司机离开亮区时需要调整视觉适应黑暗。照明设计应考虑采用适当照明标准。

2.2 节约

能源消耗是照明工程成本的重要因素之一, 因此, 节能必然是公路照明的重要发展方向, 此外, 还包括采购成本和长期营运维护成本的综合考虑。

2.3 高效

公路照明系统的效果取决于以下几个因素的平衡:灯柱高度、位置、灯具功率和整个生命周期成本。一般来说, 在公路照明系统设计中应尽量减少照明设备的数量, 少量灯柱既美观又增强安全性, 有利于减少建设费用、降低维护成本。

参照以上标准, 就传统的路灯而言, 其低压输电线路长, 布线埋设复杂, 维护耗费大量的人力物力, 是财政部门的一项较大支出, 而且电力供应紧张造成设备不能正常运行的问题日益突出。而以太阳能和风能结合作为电能供给的风光互补路灯系统正是最好的解决方案。

3 风光互补路灯

风光互补路灯是新型绿色高科技照明产品, 完全吸收自然界风力和太阳光热量为路灯供电, 无需外接市网电, 智能控制开关, 自动感应外界光线变化, 无需人工操作。从而很好地满足了公路照明的各项要求。

风光互补发电系统由风流发电机、太阳能电池板、控制器、蓄电池、灯具、灯杆等几部分组成。

风光互补路灯系统具备了风能和太阳能产品的双重优点, 没有风能的时候可以通过太阳能电池组件来发电并储存在蓄电池里;有风能, 没有光能的时候可以通过风力发电机来发电, 储存在蓄电池里。风光都具备时, 可以同时发电。在白天可以利用太阳光和风力资源发电, 晚上利用风力发电机发电, 弥补风能供电或太阳能供电的单一性, 使供电系统更具稳定性和可靠性。运行的时候通过蓄电池向负载放电, 为负载提供电力。路灯开关无须人工操作, 由智能时控器自动感应天空亮度进行控制。

风光互补路灯系统是一套独立供电系统, 不受电源点的影响, 也不需要开挖路面做埋管工程, 现场施工和安装都很方便, 综合经济效益好, 特别是对已建成的道路增设路灯非常方便。现将普通路灯与风光互补路灯列表对比如下:

可见相比于传统路灯, 风光互补照明路灯系统具有以下优点:

(1) 经济效益好。由于普通路灯必须用埋地电缆供电, 所以在离电源点较远的公路, 路灯的供电线路的建设成本很高, 随着公里的延伸, 还需要设升压系统, 所以, 在远郊的公路, 路灯的供电线路成本高, 线路上消耗的电能也多。而风光互补路灯不需要输电线路, 不消耗电能, 有明显的经济效益。

(2) 安装简便, 工作稳定可靠, 不敷设电缆, 使用寿命长, 免除电缆铺线工程, 无需大量供电设施建设, 减少了市电照明高昂的施工和材料成本。

(3) 由于普通路灯是电缆连接, 会因个体原因而影响整个供电系统, 而风光互补路灯则不会出现这种情况。分布式的独立发电系统, 个别路灯损坏不会影响其他路灯的正常运行, 不受市电停电的影响。

(4) 资源节约型和环境友好型社会正成为大势所趋, 风光互补路灯以太阳能及风能为原料, 不消耗任何燃料, 间接排放污染为零, 其对环境的保护不言而喻。

参考文献

《路灯设计》教学设计 篇3

本课属于设计应用领域，随着经济的快速发展，道路照明建设成为一项很重要的建设任务。路灯的建设有利于道路交通安全，有利于居民区的治安管理，更成为城市一道靓丽的风景。路灯已经从单纯的照明功能向欣赏和实用相结合发展。让学生通过对生活中路灯的观察、欣赏，了解路灯的造型、色彩、功能与环境的关系；认识到美妙多彩的世界来自人们的精心设计。同时通过对路灯设计的尝试，激发学生美化生活的愿望，培养他们的设计意识。

二、教材分析

《路灯设计》是第七册第1课《台灯设计》的一个延续，发现生活中的美，并把它美化再应用到生活中。通过观察生活中造型各异的路灯，璀璨的灯光都会给我们以美的享受。同时让学生了解路灯在生活中的作用，体会美术与环境的关系。分析路灯的结构（灯罩、灯体和灯杆），以便学生了解路灯的基本组成，为设计出符合环境的路灯提供条件。

三、教学目标

1.知识与技能

了解路灯的种类、造型和功能，了解设计路灯应该从外观、实用和环境等方面综合考虑。初步了解路灯造型的基本要素，能设计一组造型新颖、构思巧妙与环境和谐的路灯。

2.过程和方法

在观察、对比、欣赏路灯作品的探究中，感受不同场所的路灯，设计出一组符合场景的路灯。

3.情感、态度、价值观：欣赏、观察不同地点的路灯，感受路灯的美感，提高对生活物品和环境的关注，激发美化生活的愿望，培养设计意识。

四、教学重点难点

重点：路灯的造型设计。

难点：灯罩、灯体和灯杆的设计统一并与环境协调。

五、课前准备

生：观察生活中的路灯和绘画工具。

师：各种不同造型的路灯图片资料和范画。包括在黑板上贴好磁铁。

六、教学过程

1.看图分类

师出示不同地点造型不同的路灯图片若干，让学生进行分类。

师说：王老师在国庆七天出去采风了，看到了许多的路灯，有些老师还记得，但是有些老师已经分不清楚了，请同学帮我把这些路灯送回家。

（设计意图：让学生积极动脑，激起他们的兴趣，及时地参与进来。）

老师先在黑板左边上贴四个地点，（围绕A.公路；B.儿童游乐园；C.休闲广场；D.社区庭院。事先在卡纸上写好这四个地点）。在黑板的右边贴范画。先由老师边让学生回答边做示范，把范画贴在相对应的地点旁。余下的范画让学生先思考，想好后再请同学贴到相应的地点后面。

（设计意图：把学生引导到路灯该属哪个地方，对路灯和环境的关系有个初步印象。）

2.分析讨论

（1）分析：为什么要这样分，谁能来说说理由。（灯杆有高中低，灯体的明亮度，或者环境的不同等）。再比较一下儿童乐园的路灯和公路路灯有什么区别？为什么呢？这么多造型各异的路灯是怎么设计的呢？有没有兴趣做一回设计师呀？揭题——今天我们就要学习《路灯设计》。

（设计意图：让他们学会观察，发现问题，分析问题，再去尝试解决问题。）

再仔细观察图片，说说路灯由几个部分组成。（灯罩、灯体、灯杆）

师出示一张大的路灯图（也可以现场示范），根据学生的回答在图上分别标出灯罩、灯体和灯杆。并让学生说这盏路灯可以放在哪里？每盏路灯的灯杆、灯罩有哪些造型？

（设计意图：让学生有了路灯要符合环境的意识，加深他们的印象，从而明白路灯和环境是紧密相连的。再通过观察，知道路灯的灯罩、灯杆可以变换，有不同的形状。）

（2）尝试交流。请同学们闭上眼睛，想象一下，我们漫步在一个儿童乐园的草坪上，四周有小朋友的嬉笑声，这时你看见了一盏盏的路灯，你觉得，那个路灯应该是怎样的造型？请同学来说说。

（设计意图：通过这个环节，学生更加明白了路灯的造型、色彩等等要紧扣环境和谐这个要素。）

（3）小结：要使路灯设计得漂亮应从路灯各部分造型、色彩、材料等方面进行整体考虑，并且要和周围环境协调。（打个比方，我们在运动的时候穿西装总是怪怪的吧。）

3.学生练习

欣赏了那么多的路灯，我们也晓得了路灯的基本要素，那么老师来考考你们吧。现在有这么几个地方需要重新设计路灯：（1）迪斯尼乐园；（2）钱清街道；（3）居住的小区；（4）我们的校园。（这些先写在卡纸上，出题的时候再贴到黑板；并在设计小贴士上写明可以增加路灯的其他功能：如挂广告，打电话，看电视等等。）

（设计意图：推出这些学生熟悉，喜欢的地方，能让他们有亲切感，有一种迫切想表达自己想法的愿望。小贴士又可以引领学生拓展设计思路。）

小设计师们，让我们展开想象的翅膀，根据自己的喜好来选择其中一处进行一组路灯的设计，记得写上设计意图哦。

（设计意图：学生清楚自己的路灯是哪里的，有哪些特点，是否符合要求，有明确的设计目标。）

4.生设计，教师巡视（及时发现典型问题，当场解决）

5.点评

把一些学生作品贴在黑板上，先请其他同学猜这是哪里的路灯，再由作者说明：是怎么想的，优点有哪些，哪里需要改进。（是否符合环境、造型，是否有新意等。）

6.拓展

课后去留意一下身边的事物，身边有很多美好的事物，只是我们没有发现罢了。有了观察，才能发现生活中的美。

（设计意图：提倡学生多观察身边的事物，培养良好的学习习惯。）

公路水泥混凝土路面设计规范新解 篇4

摘 要：2002版公路水泥混凝土路面设计规范主要基于上世纪的研究成果和使用经验，随着时代和技术的不断进步无法反映近年来取得的建设经验以及科技项目的最新成果。2011版公路水泥混凝土路面设计规范即应运而出，其在原计算理论、荷载分析等一些重要方面做出了修改完善。

关键词：公路;水泥;混凝土

前言

新规范以局部完善为主，未进行整体性修订，修改也更多的是来自于近年来的实际经验。针对新版规范对于水泥厂道路设计产生的影响，本文对其进行了新的解读与分析。 1 新版规范修改要点

主要涉及未能反映出公路车辆超载、超限的情况;力学模型和温度应力的计算方法;旧水泥砼路面评级标准和处治措施;路面材料的试验方法及设计参数。其具体表现在以下八个方面：(1)可靠度设计系数的调整;(2)设计标准的增加，以考虑基层和重载交通的影响;

(3)强化了极重交通等级及相关设计轴载的规定;(4)完善了路面结构层材料设计参数;

(5)强化结构组合和材料组成设计;(6)改进了力学模型和结构应力计算方法;(7)修改了旧混凝土路面损坏评定标准，增加了加铺方案的选用原则;(8)改进了连续配筋混凝土纵向配筋率的设计标准。

2 具体介绍修改要点及新规范要点在实际中的运用理解

2.1 可靠度设计标准

原规范《公路工程结构可靠度设计统标准》中规定的公路工程结构的设计安全等级共为三个等级，路面工程的安全等级仅考虑高速、一级和二级公路的路面，其相应的安全等级要求规定为一级、二级和三级。

修订后的新版规范不再改变《公路工程结构可靠度设计统一标准》的分级，而是将道路的安全等级适当提高。安全等级是为使结构具有合理的安全性根据工程结构破坏所产生后果的严重程度而划分的设计等级。提高了安全等级即提高了结构重要性系数。

本次修订还规定二级及二级以下公路(国道、省道等)可根据结构破坏可能产生的严重后果(如具有政治、经济、国防或抢险救灾等重要作用)提高一级设计安全等级，以提高其抗灾

能力，保障“生命线”功能的发挥;三级、四级公路交通量相对较小，根据实际调研，调整了

三、四级公路水泥混凝土路面的设计基准期。同时针对四级公路的目标可靠度指标也有所调整。详见下表

可靠度设计基准期的调整比较

2011版规范可靠度设计标准调整表

目标可靠度指标γr在道路计算中直接影响到最终计算结果，当荷载疲劳应力与温度疲劳应力之和与可靠度系数的乘积，小于且接近于混凝土弯拉强度标准值，同时，最大荷载应力与最大温度应力之和与可靠度系数的乘积，小于混凝土弯拉强度标准值，即同时满足式γr *(σpr+σtr)≤fr和式γr(σp.max+σt.max)≤fr时，所选水泥混凝土厚度可作为混凝土板的计算厚度。由上式可看出目标可靠度指标的取值对水泥混凝土厚度影响非常大。

2.2 增加设计标准

公路车辆超载、超限是导致混凝土路面过早损坏的主要原因之一。由于原规范没有反映这一状况，本次修订增加了超重载设计标准和交通等级，以适应结构分析中考虑超重载影响的需要，避免出现少数超重轴载对面层板产生断裂破坏。

设计标准的增加分为两方面，一方面增加极限断裂破坏验算，一方面增加刚性基层疲劳断裂设计标准。设计标准调整后新规范要求：

半刚性基层上的水泥路面需同时满足下列两式：

γr*(σpr+σtr)≤fr-行车荷载和温度梯度的综合疲劳作用，路面结构满足的前提条件

γr(σp.max+σt.max)≤fr-应根据交通调研情况，选定路面结构可能出现的特重轴载，按本式进行验算。

刚性基层上的水泥路面需同时满足下列三式：

γr*(σpr+σtr)≤fr

γr(σp.max+σt.max)≤fr

γr*σtpr≤fbr-贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准，由于基层经受的温度梯度小，相应的温度翘曲应力可以忽略不计。

根据以上新规范内容对某工程中遇到的情况进行计算比较：以安徽盘景2X4500t/d水泥熟料生产线为例，在无超载的正常情况下，以设计轴载Ps=100KN计算出Ne=1.15*107，考虑偶尔出现个极端重荷载Pm=150kn，180kn，200kn

安徽盘景项目道路结构受力分析

由上表可看出，按原规范仅对γr*(σpr+σtr)≤fr进行验算，通过计算可得γr*(σpr+σtr)=4.98

2.3 极重交通等级及相关的设计轴载的规定

新规范内交通荷载等级按设计基准期内设计车道临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数分为5级，增加了极重交通荷载以适应结构分析中考虑超重载影响的需要。

交通荷载分级

新规范中首次提出设计轴载可替代原有的标准轴载。由于水泥混凝土路面的疲劳损伤量对轴重很敏感(与轴重比成16次方的关系)，对于特重轴载采用100kN设计轴载进行设计时，基准期内的设计轴载累计作用次数往往会达到天文数字，很容易超过1010次，也难以反映全国不同地区、不同交通状况下面板的实际受力响应。为了避免出现这种情况，对于极重交通负担的公路，新规范建议选取货车中占主导的特重车型的轴载(占主要份额)作为设计轴载，以计算其疲劳效应。路面结构设计时，疲劳性能的验算同样采用式Ns=?撞niNl*(■)16进行计算，但式中应力的计算应按设计荷载进行。

另外新规范对双联轴以及三联轴也进行了简化计算，双联轴按2 次单轴计，三联轴按3次单轴计，从而解决了多联轴轴重不均匀的问题，并可直接利用称重站的轴载数据。双联轴驶过混凝土面层板时，临界荷位处会出现二次应力峰值;三联轴驶过时，则会出现三次应力峰值。由于相邻轴产生负弯矩，应力峰值要比单轴作用时小(降低10%～14%)。同时，根据轴载调查发现，多联轴各根轴之间的轴重差异较大，双联轴的前轴重与平均轴重之比平均为1.03;三联轴的前轴重与平均轴重之比平均为1.05，综合这两方面因素，对多联轴的轴载换算作偏保守的处理，忽略邻轴的影响。

通过安徽盘景2X4500t/d水泥熟料生产线项目中的车辆参数进行计算对比。

轴载当量换算

由上表计算结果可得出，新规范在计算轴载当量次数时较原规范更加谨慎，计算结果偏大，尤其三联轴当量次数的计算结果是原规范的数倍。其计算出的荷载应力偏大，使水泥混凝土路面厚度偏厚且更加安全。通过表中后两列比较，当特重车型的轴载(占主要份额)作为设计轴载计算时，更能体现交通状况下面板的实际受力响应，计算也更加简单。最终计算的`水泥混凝土路面受力情况基本相同。

2.4 完善路面结构层材料设计参数

新规范对材料设计参数进行了较大的修改，其主要是考虑材料的环境影响因素，考虑材料试验方法的发展趋势。如可靠度系数因为安全等级的调整，使得相应等级的公路可靠度系数都有所提高。有关路床的参数都有所改变，根据今年来运行经验，对材料参数的数值给出更加准确的范围，也提出相应的代表值给予设计人员参考。并且提出“路基因弹模量及湿度调整系数经验参考值”，而不是简单的给出中湿状态下的材料参数，对于参数取值更加准确，也更具代表性。

有关无机结合料类基层和底基层材料弹性模量经验参考值给出更详细的数值，分为四种情况下的取值：7d 浸水抗压强度、试件模量、收缩开裂后模量、疲劳破坏后模量。这对于实际中的道路设计更具指导意义。

水泥混凝土强度和弹性模量经验参考值也同样根据近年实际运行中的经验进行调整，得出更加准确数据。

2.5 强化结构组合和材料组成设计

依据公路等级、交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况以及使用性能要求，选择及组合与之相适应的水泥混凝土路面结构。

首先提到路基，路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承，在新规范内对于路基的提出了更加明确的要求，对于季节性冰冻地区的中湿类、潮湿类和过湿类路基，当冰冻线深度达到路基的易冻胀土层时，在易冻胀土层上应设置防冻垫层或用不易冻胀土置换冰冻线深度范围内的易冻胀土;而在正常路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于60MPa，特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。

作为基层和底基层有相应的要求。基层和底基层应具有足够的抗冲刷能力和适当的刚度。基层和底基层的材料可依据交通荷载等级、结构层组合要求和材料供应条件。参照如下两表数据。

各交通荷载等级的基层材料类型

各交通荷载等级的底基层材料类型

水泥混凝土面层厚度根据今年经验提出新的要求，如下表所示。

水泥混凝土面层厚度的参考范围

2.6 改进了力学模型和结构应力计算方法

本次规范修改就是改进了力学模型，给出温度应力系数的数值解。

计算模型的改变主要基于两点考虑：(1)文克勒(Winkler)地基板模型所得荷载应力与实测结果符合很好，结构的本构关系明晰(基层顶面当量模量无需因数据的拟合而修正);

(2)避免荷载作用位置不同而反算获得的地基模量相差很大的难题。设计轴载Ps在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力σps 的计算考虑计算模型，分单层板模型、双层板模型和复合板模型三种。

弹性地基单层板荷载应力：

弹性地基双层板荷载应力

面层复合板荷载应力

对于温度应力的计算，本次修订给出了温度应力系数的数值解，物理概念清楚，计算精确。

弹性地基单层板温度应力

弹性地基双层板温度应力

通过以上公式，实现了水泥混凝土道路结构计算的软件程序化，便于计算和修改，也方便多方案设计的修改。

2.7 修改了旧混凝土路面损坏评定标准，增加了加铺方案的选用原则

路面损坏状况调查评定仍然采用和两项指标评定。综合我国公路水泥混凝土路面接缝损坏情况，本次修订提高了混凝土板错台量评级标准：平均错台量对优良、中、次、差四个等级平均下调2～4mm。

路面损坏状况分级标准

接缝传荷能力的评定，接缝传荷能力是加铺方案选择的重要依据，本次修订为利于控制旧路加铺层设计后的性能，对接缝传荷能力分级标准中的中、次、差三个等级进行了调整，使评级标准稍有提高。

接缝传荷能力分级标准

2.8 改进了连续配筋混凝土纵向配筋率的设计标准

按照连续配筋混凝土面层的工作特性及国内外的使用经验和研究成果，并参照美国力学经验法路面设计指南，制定了连续配筋混凝土的3项要求和相应的技术指标

(1)纵向钢筋埋置深度处的裂缝缝隙平均宽度不大于0.5mm;(2)横向裂缝的平均间距不大于1.8m;(3)钢筋所承受的拉应力不超过其屈服强度。

3 结束语

高速公路路灯设计规范 篇5

修订后的新规范分8章和5个附录,主要修订内容包括以下9个方面。

1)可靠度设计标准。

2)路面结构设计标准。

3)设计轴载和交通荷载等级。

4)力学模型和应力分析。

5)结构组合设计。

6)接缝设计。

7)连续配筋混凝土面层配筋设计。

8)材料设计参数。

9)旧混凝土路面评定标准。

1 可靠度设计标准

按照GB/T 50283—1999《公路工程结构可靠度设计统一标准》的规定,公路工程结构的设计安全等级,结构破坏可能产生后果的严重程度划分:一级为破坏后果很严重,二级为严重,三级为不严重。高速公路、一级公路、二级公路路面的安全等级分别为一级、二级、三级。

《新规范》水泥混凝土路面设计安全等级则在GB/T 50283—1999和《旧规范》的基础上适当提高,一级公路路面的安全等级提升为一级,二级公路路面的安全等级提升为二级,三、四级公路路面的安全等级提升为三级,并相应调整了路面结构的目标可靠度和目标可靠指标。

考虑到公路的地位和功能,《新规范》还规定二级及二级以下公路路面结构破坏可能产生很严重后果(如具有政治、经济、国防或抢险救灾等重要作用,以及危及人的生命、造成经济损失、对社会和环境产生影响等)时,提高一级设计安全等级。

同时,考虑到三、四级公路的实际使用寿命及功能要求,《新规范》将三级公路的设计基准期调整为15 a,四级公路的设计基准期调整为10 a。

新旧规范可靠度设计标准对比见表1。

2 路面结构设计标准

《新规范》保留了《旧规范》水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳破坏作为设计的极限状态,其表达式如式(1)所示。

式中:γr为可靠度系数;σpr为面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力,MPa;σtr为面层板在临界荷位处产生的温度梯度疲劳应力,MPa;fr为水泥混凝土弯拉强度标准值,MPa。

考虑到轴载谱中存在一些特重的轴载,在最重轴载和最大温度梯度的综合作用下,有可能面层板尚未出现疲劳破坏,但已出现超过混凝土弯拉强度的极限断裂破坏。因此,《新规范》增加了极限断裂破坏的验算,作为一项验核标准,以控制少数超重轴载对面层板的断裂破坏作用,其表达式如式(2)所示。

式中:σp,max为最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力,MPa;σt,max为所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力,MPa。

《新规范》水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内,在行车荷载和温度梯度综合作用下,不产生疲劳断裂作为设计标准,即满足式(1)要求;并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下不产生极限断裂作为验算标准,即满足式(2)要求。

贫混凝土或碾压混凝土基层具有较半刚性基层或粒料基层大得多的刚度,会产生较大的层底拉应力。为控制贫混凝土或碾压混凝土基层的疲劳破坏,应通过应力分析确定刚性基层所需的厚度和强度。因此,《新规范》增加了贫混凝土或碾压混凝土基层的疲劳破坏设计标准,其表达式如式(3)所示。

同时,考虑到在与混凝土面层组合成分离式双层板进行结构分析时,基层经受的温度梯度小,其温度翘曲应力可以忽略不计,故在极限状态表达式中删除了温度梯度疲劳应力部分[见式(3)]。

式中:σbpr为基层内产生的行车荷载疲劳应力,MPa;fbr为基层材料的弯拉强度标准值,MPa。

对于采用贫混凝土或碾压混凝土基层的水泥混凝土路面,除应满足式(1)和式(2)的要求外,还应按照式(3)对刚性基层进行疲劳破坏验算。

3 设计轴载和交通荷载分级

《旧规范》水泥混凝土路面结构设计以100 k N的单轴-双轮组作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数,按式(4)换算为标准轴载的作用次数。

式中:Ns为100 k N的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;Pi为单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重,k N;n为轴型和轴载级位数;Ni为各类轴型i级轴载的作用次数;δi为轴-轮型系数。

目前,公路超载现象较为严重,特别是一些行驶特重轴载车辆或特重车辆的公路。由于水泥混凝土路面的疲劳损伤量对轴重很敏感(与轴重比成16次方的关系),对于特重轴载,当采用100 k N的标准轴载进行设计时,设计基准期内的累计轴载作用次数往往会达到天文数字。

为避免出现这种现象,《新规范》在进行轴载换算时,将旧规范式(4)中100 k N的标准轴载改为设计轴载重Ps。对于一般公路面,仍以100 k N的单轴-双轮组作为设计轴载;对于行驶特重轴载车辆的公路,则建议选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。

多联轴驶过混凝土面层板时,由于相邻轴产生负弯矩,临界荷位处的应力峰值较单轴作用时小。同时,根据轴载调查发现,多联轴各根轴之间的轴重差异较大。综合上述两方面因素,为简化计算,对多联轴的轴载换算作偏保守的处理,《新规范》在进行轴载换算时取消了轴-轮型系数δi,而直接将多联轴视作多次单轴计。

综上所述,《新规范》轴载换算表达式如式(5)所示。

式中:Ns为设计轴载的作用次数;n为各种轴型的轴载级位数;Ni为i级轴载的作用次数;Pi为第i级轴载重,联轴按每一根轴载单独计,k N;Ps为设计轴载重,k N。

《旧规范》按照设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数,将交通荷载分为特重、重、中等、轻4个等级。《新规范》在此基础上,增加了极重交通荷载等级,以考虑特重轴载车辆或特种车辆作用时的特殊情况。新旧规范交通荷载分级对比见表2。

4 力学模型和应力分析

4.1 力学模型

新旧规范水泥混凝土路面结构分析均采用弹性地基板理论,将结构层体系分为地基和板2部分。《旧规范》的结构分析力学模型,按基层和面层的类型和组合不同,包括弹性地基单层板模型和双层板模型2种。《新规范》在《旧规范》的基础上,新增加了复合板模型,并对3种力学模型的适用范围进行了调整。

1)贫混凝土或碾压混凝土基层的刚度接近于混凝土面层,与下卧的底基层和路基的刚度相差较大。将这2种基层与下卧结构层和路基组成弹性地基,以其综合模量计算面层厚度,一方面会得到偏保守的计算结果,另一方面会忽视基层底面因弯拉应力超过其强度而出现开裂的可能性。新旧规范均将这2种基层与面层组合在一起,按分离式双层板进行结构分析,以凸显这2种基层的力学特性,并通过调节上、下层的厚度,使上、下层板的板底应力和强度处于协调或平衡状态。

2)无机结合料类基层和沥青类基层的刚度,虽然较混凝土面层低,但与底基层(主要为粒料类)和路基相比则大得多。《旧规范》将这2种基层与下卧结构层和路基组成弹性地基;《新规范》则将这2种基层与面层组合在一起,按分离式双层板进行结构分析,以避免地基综合模量计算和面层板的应力分析出现较大偏差。

3)粒料类基层、底基层或垫层的刚度与路基较接近,新旧规范均将其与路基一起视作弹性地基。

4)对于2层不同性能材料组成的面层,《旧规范》按照弹性地基上的结合式双层板模型进行分析,《新规范》则将其归入复合板模型。

4.2 应力分析

在荷载应力和温度应力分析方面,《新规范》的内容主要体现在以下几个方面。

1)修订了设计轴载Ps在临界荷位处产生的荷载应力σps的计算公式。

2)修订了板底地基当量回弹模量Et(旧规范称为基层顶面当量回弹模量)的计算公式。

3)《旧规范》中的综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数采用诺模图形式给出,《新规范》改为精度较高的回归计算式,以方便编程使用和减少查图误差。

4)增加了面层复合板和基层复合板的应力计算公式。

5 结构组合设计

路面结构是由多个层次组成的复合结构,各个结构层由不同类型和性质的材料组成。结构设计通过选择层次、各层的类型和材料性质要求以及各层的厚度,使各个结构层的力学特性及其组成材料性质满足相应的功能要求,组合成预期能满足使用性能要求的路面结构。

《新规范》强调路面结构组合设计应重点考虑公路等级、交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况,以及使用性能要求;还应充分考虑相邻结构层的相互作用、层间结合条件和要求,以及地表水的渗入和冲刷作用。

5.1 路基

路基是路面结构的基础,路面结构对路基所能提供的支承条件或水平,应有基本的要求。《新规范》参考了德国、美国、法国、南非等国设计方法中的经验数值,并结合国内路基的实际条件和经验,按照交通荷载等级将路基承载能力区分为三级,以路床顶的综合回弹模量值来表征。轻交通荷载等级时不得<40 MPa,中等或重交通荷载等级时不得<60 MPa,特重或极重交通荷载等级时不得<80 MPa。

5.2 垫层

《新规范》强调路基应稳定、密实、均值,对路面结构提供均匀的支承;为改善路基支承条件(如减少不均匀变形)而设置的其他层次,如更换路床填料、增设粒料层或低剂量无机结合料稳定层等,均属于路基范畴。

5.3 底基层和基层

《新规范》对设置底基层的规定更为明确:承受极重、特重或重交通荷载的路面,基层下应设置底基层;当基层采用无机结合料类材料,且上路床由细粒土组成时,应在基层下设置粒料类底基层;排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层。

在基层方面,《新规范》的内容主要体现在以下几个方面。

1)对各类基层的结构层适宜压实厚度进行了调整,与现行其他规范统一。

2)增加了贫混凝土或碾压混凝土基层计算厚度要求,应满足本文式(3)的要求。

3)增加了排水基层的设计厚度要求,应满足排除表面水设计渗入量的需要,并按10 mm向上取整后再增加20 mm。

5.4 夹层和封层

贫混凝土或碾压混凝土基层的刚度较大,虽然可以增加路面结构的弯曲刚度,降低面层板的荷载应力,但会使面层板产生过大的温度和湿度翘曲变形,从而增加板底脱空区的范围和板内的温度和湿度翘曲应力。理论分析和实体工程验证表明,设置沥青混合料夹层能有效缓解这种状况。

为缓解无机结合料稳定碎石基层顶面遭受面层渗水的冲刷作用,防止渗入水沿基层收缩裂缝下渗,应在无机结合料稳定碎石基层上铺设封层。

因此,《新规范》特别强调,贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混合料夹层,厚度不宜<40 mm;无机结合料稳定碎石基层上应设置封层,可采用单层沥青表面处治或适宜的膜层材料等。

5.5 面层

根据《新规范》规定的设计标准和交通荷载等级,对水泥混凝土面层厚度的参考范围进行了调整。与《旧规范》相比,增加了极重交通荷载等级的面层厚度参考范围;对于特重、重或中等交通等级的高等级公路,面层参考厚度有所增加;对于中等或轻交通等级的低等级公路,面层厚度则略有减少。新规范水泥混凝土面层厚度的参考范围见表3。

与《旧规范》相比,《新规范》对于各类混凝土面层板的最小厚度规定也有所增加。

1)强调普通水泥混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土和连续配筋混凝土面层厚度应依据计算厚度加6 mm磨耗层后,按10 mm向上取整。

2)钢纤维混凝土面层的最小厚度,特重或中交通荷载时,由160 mm增加至180 mm;中等或轻交通荷载时,由140 mm增加至160 mm。

3)复合式路面的沥青混合料上面层最小厚度由25 mm增加至40 mm,并强调沥青混合料层和水泥混凝土层之间应设置黏层。

6 接缝设计

在接缝设计方面,《新规范》的内容主要体现在2个方面:传力杆尺寸和填缝料选择。

接缝碎裂损坏和平整度对传力杆直径的变化非常敏感,传力杆直径是导致接缝碎裂损坏的最重要因素。传力杆较粗,在提高接缝传荷能力、降低裂缝碎裂损坏方面越有效;而较小的直径(<25 mm)则对防止接缝碎裂损坏的效果不大。《新规范》增加了面层厚度300 mm以上时传力杆直径;适当降低了面层较厚时的传力杆直径;面层厚度较薄时,传力杆直径基本保持不变(见表4)。

填缝材料的质量和发挥效果对水泥混凝土路面的正常使用和结构寿命至关重要。常用的填缝材料主要包括加热施工类(如沥青类、橡胶沥青类)、常温施工类(如聚氨酯类、硅酮类、聚硫类等)和预制密封条。国内外使用经验和研究结果均表明,无论是低温抗裂性,还是抗老化性能,常温施工类填缝料的性能一般优于加热施工类填缝料,而预制密封条仅适用于停车场、站台等低速路段。《新规范》不再提及一些实际应用较差的填缝料,如聚氯乙烯胶泥等;更进一步规定,高速公路、一级公路宜选用性能较好的硅酮类、聚氨酯类常温施工类填缝料,二级及二级以下公路可选用聚氨酯类、橡胶沥青类或改性沥青类填缝料。

7 连续配筋混凝土面层钢筋配筋设计

新旧规范连续配筋混凝土面层纵向钢筋配筋率均以横向裂缝缝隙平均宽度、横向裂缝的平均间距和钢筋屈服强度作为控制指标,但《新规范》对上述3项控制指标的数值作了修订,要求更为严格。同时,《新规范》还参考美国力学-经验法设计指南中引用的连续配筋混凝土面层纵向配筋率计算方法,对上述3项控制指标的计算方法进行了较大的修改(见表5)。

对于连续配筋混凝土面层横向钢筋,《旧规范》仅规定了钢筋类型(螺纹钢筋)和直径范围(12~20 mm),《新规范》则明确横向钢筋用量按照普通钢筋混凝土面层配筋率计算公式确定。

8 材料设计参数

《新规范》明确了水泥混凝土路面各种路用材料设计参数的试验方法,并完善了材料设计参数经验参考值,列于《新规范》附录E。

8.1 材料设计参数的试验方法

《新规范》规定,土和粒料的回弹模量应采用重复加载三轴压缩试验测定;无机结合料稳定类材料的弹性模量应采用单轴压缩试验测定;沥青混合料的动态模量应采用周期加载单轴压缩试验测定。

8.2 路基回弹模量和湿度调整系数

《新规范》依据部分室内试验结果,并参照美国力学-经验法中所推荐的经验数值,给出了各土组的路基回弹模量经验参考值。

湿度是影响路基回弹模量值的重要因素。路基土的湿度主要取决于土本身吸持水分的能力和水的来源。土对水的吸持能力与土的颗粒组成和性质有关;且当路基湿度的来源为地下水时,与距地下水位的距离成正比。《新规范》通过试验研究和计算分析,给出了各土组路床距地下水位不同距离处的回弹模量湿度调整系数。

按土类选定路基回弹模量经验参考值,并按路床距地下水位的距离查取路基回弹模量的湿度调整系数,二者相乘即可得到路床顶的综合回弹模量E0,作为荷载应力分析的依据。

路基回弹模量的湿度调整系数是《新规范》对《旧规范》的重要补充,在确定路基回弹模量时考虑了湿度(即土的含水率)的影响,更好地反映路基路面的实际使用状况。

8.3 基层和底基层材料弹性(回弹模量)

粒料类材料是非线性弹塑性体,其回弹模量值是组成、物理状况(含水率和干密度)和应力状况的函数。《新规范》通过试验测定和路面结构应力分析,重新修订了粒料类材料的回弹模量经验参考值。

无机结合料类基层和底基层在开放交通使用前或使用初期,会由于干缩和温缩作用而产生微裂隙,使其弹性模量值远低于由室内完整试件测定得到的模量值;在使用过程中,随着微裂隙的扩展和荷载裂缝的产生,弹性模量不断下降,直至结构层碎裂成颗粒状,其模量值接近于粒料的数值。《新规范》按照无机结合料类材料的性状在使用期间的演变过程,参照国内外试验数据,将其弹性模量值分为试件模量、收缩开裂后模量和疲劳破坏后模量,分别给出经验参考值。路面结构设计时应采用收缩开裂后的弹性模量。

《新规范》规定沥青类材料的回弹模量应采用动态模量,并通过周期加载单轴压缩试验测定。新规范通过试验测定重新修订了沥青类材料的动态模量经验参考值。

8.4 水泥混凝土和钢筋设计参数

《新规范》修订了水泥混凝土强度和弹性模量经验参考值;增加了水泥混凝土线膨胀系数和面层与基层间摩阻系数经验参考值;根据现行行业标准修订了钢筋强度和弹性模量经验参考值。

9 旧混凝土路面评定标准

在旧混凝土路面上铺设加铺层,应全面调查和确切评价旧路面的使用性能,充分利用旧路面剩余强度。路面损坏状况和路面结构强度的调查评定是旧路面技术调查的重要内容。旧混凝土路面损坏状况应采用断板率和平均错台量2项指标评定,路面结构强度采用接缝传荷能力和板底脱空状况2项指标评定。

《新规范》对路面损坏状况和接缝传荷能力的分级标准均有一定程度的提高(见表6和表7)。

《新规范》针对修订后的旧混凝土路面评定方法,完善了旧混凝土路面加铺方案选择方法,增加了打裂压稳方案和碎石化处理方案。根据旧混凝土路面损坏状况和接缝传荷能力的评定等级,加铺方案如下。

1)路面损坏状况和接缝传荷能力评定等级为优良时,可采用结合式混凝土加铺方案、分离式混凝土加铺方案或沥青混合料加铺方案。

2)路面损坏状况和接缝传荷能力评定等级为中等以上时,可采用分离式混凝土加铺方案或沥青混合料加铺方案。

3)路面损坏状况和接缝传荷能力评定等级为次等以上时,可采用沥青混合料加铺方案。

4)当旧混凝土面层损坏状况严重时,宜选用打裂压稳方案或碎石化方案。

10 结语

《新规范》从设计标准、设计方法到设计参数,均相对《旧规范》进行了改进和完善,提高了规范的系统性、先进性和适用性。本文将《新规范》的主要修订内容作了归纳总结,供设计人员参考。

摘要：新版JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》,从设计标准、设计方法到设计参数,相对于旧规范均进行了改进和完善,提高了规范的系统性、先进性和适用性。分析归纳了新规范的主要修订内容,供设计人员参考。

太阳能LED路灯控制系统的设计 篇6

关 键 词：太阳能；LED；最大功率跟踪

中图分类号：TP29 文献标志码：A

一、引言

当前，由于全球性能源危机，世界主要发达国家都开始重视可再生能源的利用研究。在所有可再生能源利用中，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的无污染的洁净能源，已被公认为未来解决能源危机的最有效能源[1]；LED灯具有寿命长、高效节能、环保等优势。因此，把太阳能与LED路灯有机地结合起来，开发出一套太阳能LED路灯控制系统非常重要[2]。

目前，在所有的太阳能利用中，光伏发电无疑是其中一项重要的解决方案。但是，太阳能电池具有非常明显的非线性特性，造成太阳能电池与负载之间的不匹配， 从而降低了太阳能电池的输出效率；同时光伏发电成本居高不下，制约了光伏产业的发展。因此为了充分利用太阳能，降低发电成本，提高发电效率的需要，急需研制一种能实时跟踪太阳能最大功率点（MPPT）[3]的控制系统。

为此，设计了的基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统，系统采用变步长的导电增量法跟踪太阳能电池板的最大功率点，充分利用太阳能电池板的能量，对铅酸蓄电池充电，同时实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等现象；对LED路灯采用多段式的恒流控制，通过环境照度的监测控制LED路灯在不同电流强度下工作，以增强LED路灯的使用寿命，实现节约用电的目的。

二、系统原理

基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统原理图如图1所示。系统主要由太阳能光伏板、太阳能电流电压采集、Buck充电电路、铅酸蓄电池、Boost放电电路、蓄电池电压采集、放电电路电流采集、LED路灯及STC12单片机等部分组成。通过采集太阳能光伏板的电压来判定充电和分段式恒流负载输出。当检测到太阳能板电压高于蓄电池电压一定值时开始MPPT充电模式，这时STC单片机通过采样到的太阳能板电压和电流值通过变步长的电导增量法计算最大功率点，通过PWM信号的占空比调节太阳能板充电电压大小达到最佳充电功率点，充电同时实时监测蓄电池电压防止过充电；当检测到太阳能板电压低于一定值时，停止充电进入分段式恒流负载输出控制模式，此时主要根据不同的太阳能板电压值，通过Boost放电电路控制PWM信号的占空比方式控制负载输出电路输出不同的电流值。

三、系统硬件设计

1.Buck MPPT充电控制主电路

太阳能最大功率点跟踪控制电路主要采用如图2所示的Buck斩波降压电路。其中，Q1、Q2就是通过PWM信号的占空比来调节太阳能板的充电电压大小，Q3、Q4主要起防反充的作用（当蓄电池电压高于太阳能板时要及时关闭），压敏电阻TVS管防雷击和浪涌电压，U1（ACS712）是霍尔电流传感器，通过它来检测太阳能板的输出电流。

2.负载开关控制电路

负载开关控制电路主要有MOS管Q7、Q8和自恢复保险丝F1、F2、F3组成，可以和后级的负载Boost电路构成简单的恒流分段式控制电路控制LED路灯工作在不同的恒流电流值下。

3.STC单片机采样控制电路

STC单片机采样控制电路如图4所示，主要完成对太阳能板的电流电压的采样、蓄电池电压的采样以及负载输出电流的采样等。通过采样的信号完成MPPT控制信号和负载多段式恒流输出控制信号的产生及各个指示灯控制信号的产生。

4.MPPT充电控制电路

MPPT充电控制电路如图5所示，主要把STC单片机产生的MPPT充电控制PWM信号通过高速光耦U4（P521）转换成MOS的控制信号，来实现控制信号之间的隔离，减少电路噪声干扰等作用，同时也有助于增加驱动MOS的能力。

四、系统软件设计

系统软件流程图如图6所示。此次设计采用的STC12单片机有2路8位PWM发生器和8路10位AD转换器，可直接实现PWM输出和AD转换。系统实时采集太阳能板电压和蓄电池的电压，当检测到的太阳能板电压大于蓄电池电压加上0.4V时，系统进入充电模式，通过判断当蓄电池电压低于14.5V时进入最大功率点充电子程序，否则关闭充电；而当检测到太阳能板电压低于6V时，系统进入放电模式，通过判断当蓄电池电压低于10.5V时停止放电，否则进入分段式放电子程序。

最大功率点充电子程序流程图如图7所示。相比于光照的突变，光伏太阳能板表面温度的变化是非常的缓慢的，因此，在研究最大功率点跟踪时，可以近似的认为光伏板表面的温度是不变的。当dU=0时，光照的变化必然引起功率P的变化；当dU<0时，若dI<=0，则光照降低；当dU>0时，若dI>=0，则光照增强。对于其他情况，可以设定一个阈值δ，当|dI|>δ时，认为光照发生了较大变化。

基于以上原理设计了一种变步长的电导增量法，未检测到光照发生变化时，若dU≠0，系统没有工作在最大功率点。在最大功率点的左侧（dP/dU>0）时，应该提高工作点的电压，即减小占空比（增大Duty值dD>0）。该区域远离最大功率点，dP/dU变化速度小，为了加快逼近速度可取，其中M1、N设置为适当的常数，当N>1时，可以放大dP/dU>1时的步长，并缩小dP/dU<1时的步长。在最大功率点的右侧（dP/dU<0）时，应当降低工作点电压，即增加占空比（减小Duty值dD<0）。该区域内dP/dU变化速率较大，取dD=M2*dP/dU。检测到光照发生变化时，出于电流的变化方向和最大功率点电压变化方向一致，因此可以取dD=M3*dI作为步长数据，可以快速追踪由辐照度变化引起的最大功率点电压变化。

五、总结

设计了一套基于STC12单片机的太阳能LED路灯控制系统，系统采用变步长的电导增量法跟踪太阳能电池板最大功率点，并可实时监测铅酸蓄电池的电压防止蓄电池过充、过放等的现象；对LED路灯采用多段式的恒流控制，通过环境照度的监测使LED路灯在不同电流强度下工作，以增强LED路灯的使用寿命，实现节约用电。

参考文献

[1] 高峰，孙成权，刘全根.太阳能开发利用的现状及发展趋势.世界科技研究与发展[J].2001，23（4）：35-39.

[2] 刘永玺.功率型白光LED的荧光粉涂覆工艺及散热技术研究[D].厦门：厦门大学.2008，2-5.