针对当前LED路灯照明采用照度均匀的设计方法无法满足道路照明实际需求的情况,通过推导自由母线的偏微分方程,在研究路灯配光特性的基础上,应用SolidWorks软件建立LED路灯的光学模型,将光学模型导入TracePro软件进行仿真,应用DIALux软件模拟实际道路场景和路面的光照情况,完成一款符合国家标准的LED道路照明灯具配光设计。设计灯具的路面亮度总均匀度和路面纵向均匀度分别为0.82和0.77,都高于国家照明标准,既满足亮度均匀性的要求,也满足照度均匀性的要求。并研发了一款全新的模块化灯具结构,实用方便,市场前景广阔。

为了检验软件模拟道路照明特性的可行性, 从几种不同配光曲线的LED路灯的仿真结果出发, 按照规范的方法实测了它们的路面照度。比较发现, 同一路面上各点的照度与仿真值之间有着相同的比值。进一步计算发现, 两者的照度均匀度相等。这表明仿真软件能比较准确地反映路灯的路面照明效果。另外, 还研究了路灯的光衰性能, 发现散热性能好的灯具光衰更慢, 寿命更长。

针对太阳能路灯系统中太阳能光伏电池的输出效率不高的问题, 提出把固定电压法、变步长与扰动观察法相结合得到的一种改进的最大功率点跟踪(Maxi Power Point Tracking, MPPT)算法, 设计和实现了太阳能LED路灯智能控制系统。该系统不仅能进行太阳能最大功率的跟踪, 并且还能根据时间、环境的光强等参数来智能控制LED路灯的亮度。实验结果表明, 该系统能有效提高光伏电池的使用效率, 实现节能。

为了减少检测的误差,提高检测结果精确度,评定LED路灯光通量的不确定度,分析了用分布光度计法测量LED路灯光通量的影响因素,建立数学模型对测量不确定度进行评定,并计算出A类、不确定度,最终给出测试结果的不确定度报告。相对扩展不确定度评定结果为4.13%,置信概率P为99%。结果表明,光谱辐射计的测量误差和标准灯的不确定度所产生的测量不确定度影响因素最大。

为了解决 LED路灯的散热问题, 有效降低焊盘温度, 从而提高灯具整体性能的稳定性, 提升 LED实际工作时的发光效率, 本文对 LED路灯模组接口进行了研究。首先分析了现有 LED路灯模组接口 (如四螺钉定位 LED模组、ZHAGA联盟的路灯 LED模组标准)的合理性及存在的缺陷, 并由此总结出大功率照明用 LED模组接口应该具备的 3种特性。根据我国 LED路灯的实际工作环境和安装条件, 提出了一种具有一定辅助热传导作用、安装简单、且易于升级换代的接口 .楔型连接槽, 并具体阐述了其在模组化 LED路灯中的应用。此外, 本文通过理论分析和实验验证的方式, 证明了楔型连接槽模组接口应用于 LED路灯上的优势及可推广性。

本文研究的带自检功能的智能型LED路灯是基于ZigBee和GPRS通讯，利用单片机和PLC实现对LED路灯的控制和监测，对每一盏灯的电压、电流、功率因数、开关状态、温度及防盗设备等进行监视、采集和统计，并可根据路面、光线和时段自动调节和控制路灯。

随着半导体照明技术的发展,LED路灯应用日益广泛。其二次配光设计对LED路灯照明具有重要的作用。LED路灯应用中,为了使其照度和照度均匀度满足一定的要求,设计采用了自由曲面透镜的二次配光。根据折射定律、目标照明面光分布和照度均匀建立自由曲面的方程,数值法求得面型数据并导入建模软件拟合成透镜实体,对利用自由曲面透镜配光的LED及LED路灯进行了光线追迹仿真及分析。结果表明基于自由曲面透镜的LED路灯具有较好的照度、亮度和均匀度。

设计了一组合式路灯反射器，以使发光二极管(LED)路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。在非成像光学基础上，利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能，设计了一款分段组合复合抛物面反射器(CPC)。基于“边缘光线原理”和”裁剪法”，此款反射器能将朗伯型发光的LED光束整形为近似矩形分布，出光效率达96%以上。理论模拟证明：在高度为10 m，范围为10 m×30 m内利用此反射器进行二次配光的LED路灯的照度均匀度达05以上。该反射式LED路灯光束整形器结构简单，光学效率高、成本低廉，模拟结果完全达到了目前我国国家道路照明规范要求。

配光是LED路灯应用的主要技术问题之一。道路照明要求LED路灯在路面为均匀性良好的矩形光斑，在道路外无污染，无眩光。采用Snell定律和光源扩展度守恒原理确定自由曲面的解析方程，借助Matlab工具，采用差分法求解建立的偏微分方程，得到自由曲面的数据组，用作图软件Pro/Engineer为自由曲面透镜建模，通过计算机仿真软件TracePro进行光路仿真检验设计结果，并对所得结果进行分析。设计一款内表面为椭球面，外表面为自由曲面的LED路灯透镜，实现了路面光照总均匀度0.75，纵向均匀度0.85的效果。

为适应半导体产业的迅猛发展和环保节能的迫切要求，将LED作为一种新的能源方式应用到照明产业中。选取几种有代表性的LED路灯作为研究对象，根据各自不同形状的配光曲线，利用照明仿真软件Dialux对这些LED灯具在不同的布灯方式下在道路上的光照度分布情况进行模拟和分析比较，总结出适合于道路照明的LED路灯应具有的配光曲线特征，为LED灯具设计提供参考。