LED智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王艷芬, 謝國(guó)洪, 葉鐵旺

（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣州 510510）

0 引言

隨著數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，路燈數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。節(jié)約能源、保證燈具壽命、提高照明管理水平、美化城市夜晚和保證城市夜間出行安全等，已經(jīng)成為對(duì)照明系統(tǒng)的一項(xiàng)基本要求。社會(huì)文明的不斷發(fā)展、城市規(guī)模的急劇膨脹，城市照明已不僅局限于道路的照明，社會(huì)對(duì)亮燈率、開(kāi)關(guān)燈的準(zhǔn)確率、故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和維修的及時(shí)性、路燈的節(jié)能要求也不斷增高。城市的擴(kuò)大，路燈數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，人工控制方式在故障實(shí)時(shí)監(jiān)控處理、按需控制、節(jié)能等方面已越來(lái)越不能適合城市的發(fā)展。因此對(duì)于路燈所采取的智能控制和節(jié)能措施已經(jīng)非常有意義。

本文設(shè)計(jì)的LED智能路燈控制系統(tǒng)以STC89C58RD單片機(jī)作為主導(dǎo)控制芯片，可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘定時(shí)開(kāi)關(guān)燈，根據(jù)環(huán)境明暗變化實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)燈，根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀況，路燈出現(xiàn)故障實(shí)施聲光報(bào)警等一系列智能化行為。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)采用光敏二極管檢測(cè)環(huán)境明暗變化，用紅外接發(fā)器作為根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈的器件，將紅外發(fā)射器安裝在路燈桿上，紅外接收器安裝在路燈支架上面，當(dāng)光敏二極管檢測(cè)不到光源，且紅外接收器檢測(cè)到紅外信號(hào)時(shí)，路燈會(huì)點(diǎn)亮，相反則不亮。采用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，設(shè)計(jì)路燈開(kāi)燈關(guān)燈時(shí)間，選用LCD12864作顯示器件，并作相應(yīng)顯示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 單元模塊設(shè)計(jì)

2.1 時(shí)鐘定時(shí)部分

我們選擇的STC89C58RD芯片，本身有可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的時(shí)間，就執(zhí)行相應(yīng)的定時(shí)設(shè)定任務(wù)。

2.2 光敏二極管部分

該電路采用光敏二極管作為主控元件（見(jiàn)圖2），當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，反向電阻很大，反向電流很??；當(dāng)有光照時(shí)，光子打在PN結(jié)附近，于是在PN結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，它們?cè)赑N結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng)，形成光電流。光照越強(qiáng)，光電流越大。所以根據(jù)環(huán)境的明暗輸出不同的電壓信號(hào)。

圖2 光敏電路

2.3 紅外接收發(fā)射部分（檢測(cè)交通情況路燈亮滅）

按要求分別在道路兩旁路燈桿上安裝紅外接收器（見(jiàn)圖3），信號(hào)的接收端連到單片機(jī)，當(dāng)車輛或者行人經(jīng)過(guò)時(shí)，接收器檢測(cè)到紅外，信號(hào)端檢測(cè)到高電平輸入，從而控制路燈的亮滅。

圖3 紅外發(fā)射傳感器

2.4 聲光報(bào)警部分

路燈故障時(shí)，LED0點(diǎn)亮，蜂鳴器響起，達(dá)到聲光報(bào)警功能（見(jiàn)圖4）。單片機(jī)P0.7一個(gè)腳給高電頻時(shí)，LED0點(diǎn)亮，并且三極管導(dǎo)通，蜂鳴器也發(fā)出聲響。

圖4 聲光報(bào)警

2.5 顯示部分

該部分用LCD128*64作為顯示（見(jiàn)圖5），采用該顯示器的主要原因是，可以顯示圖片和字符，功能十分強(qiáng)大，通過(guò)顯示提示控制整個(gè)電路的控制。

圖5 顯示電路

2.6 恒流源部分

該電路提供一個(gè)恒定不變的電流（見(jiàn)圖6），Q3端接負(fù)載，使負(fù)載穩(wěn)定工作。負(fù)載加大也不會(huì)影響電流的變化。這樣所接的路燈能穩(wěn)定工作。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入端電壓可以相應(yīng)改變電流的輸出。而TIP122達(dá)林頓管的集電極C的基準(zhǔn)電壓可以是12～20 V。

圖6 恒流源電路

2.7 路燈好壞檢測(cè)部分

該電路運(yùn)用了一個(gè)LM358搭建的兩個(gè)電壓比較器，分別可以檢測(cè)P1、P2端的兩個(gè)路燈的好壞。當(dāng)路燈導(dǎo)通工作時(shí)，比較器的2腳、6腳會(huì)有電壓，而比較器的3腳、5腳通過(guò)滑動(dòng)電阻調(diào)節(jié)電壓，并且3腳、5腳的調(diào)節(jié)電壓要分別比2腳和6腳的工作電壓小，但不能調(diào)至0 V。所以路燈正常工作時(shí)，單片機(jī)P0.5腳和P0.6腳輸出低電平，路燈有故障時(shí)，P0.5腳和P0.6腳就會(huì)輸出高電平。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件框圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)軟件框圖

4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

LED路燈驅(qū)動(dòng)電流輸出端電壓、電流的測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表1和表2）。

表1 負(fù)載一（一個(gè)燈）：

表2 負(fù)載二（兩個(gè)燈）：

5 結(jié)論

本文提出了一種基于單片機(jī)的路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并完成了硬件和軟件的設(shè)計(jì)。智能控制裝置能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)車輛或行人靠近路燈時(shí)，路燈逐漸變亮；當(dāng)車輛或行人遠(yuǎn)離時(shí)，路燈自動(dòng)變暗并且最后熄滅?？刂破鬟€能分別獨(dú)立控制每只路燈的開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間。該系統(tǒng)總體性價(jià)比高，維護(hù)成本低，功耗低，工藝環(huán)保，符合綠色經(jīng)濟(jì)和節(jié)約型社會(huì)的要求。

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