基于MCU的路燈節能智能控制系統設計

李剛

摘 要 隨著近年來中國科技的發展，尤其是計算機網絡領域的快速發展，人們的生活方式發生了巨大的改變。日常生活中的家電設備也越來越多樣化，這些家電設備的巨增使得我國的用電需求增加，我國的電力資源出現緊缺的問題。本設計利用單片機設計路燈節能智能控制系統，該系統可以根據環境光照的強弱以及有無行人車輛，智能控制路燈的亮度和開關狀態，當環境光照強度高和無行人車輛時，降低路燈的電流或關閉路燈，若環境光強比較暗則增加路燈工作的電流，從而提高電力資源的利用率，達到節能的目的。同時該系統還設計了故障檢測系統，這些技術可以減輕維護人員的負擔。

關鍵詞 節能 MCU 智能

中圖分類號：P273 文獻標識碼：A

0引言

路燈在日常的生活當中扮演著重要的角色，路燈的存在避免了很多突發事情發生，同時路燈也是城市的重要公共安全設施和景觀設施，是建設美麗城市的重要設施之一。經調查發現每年我國路燈的數量都會增加600萬，我國路燈的總數量已經達到7000萬盞。目前我國很多城市都采用傳統的照明方式，在能源匱乏和電力資源緊缺的今天，這種方式存在太多的弊端。我國的路燈使用情況都是晚上7點開始工作，持續工作13個小時左右，第二天早上停止工作，這種做法會導致電力資源的嚴重浪費，而且其中大部分浪費的電力資源是沒有意義的。比如在深夜居民都在家休息時，很多場所沒有行人和車輛，這些地方的路燈就可以停止工作，夏季太陽很早就升起，有些地域早上4點天就亮了，這段時間之后就可以讓路燈停止工作。而且路燈都是工作在高壓狀態，路燈正常工作是非常耗電的，這些電力的資源的消耗占據電力資源的30%。傳統的改進方法是加入人力資源進行控制，但是路燈的覆蓋面太廣，需要投入的人力資源也是非常可觀的。路燈數量的增多使得路燈在能源消耗方面占了跟多的比重，路燈能源消耗問題已經成為各個部門關注的焦點。而且傳統的照明系統的設計都沒有考慮故障檢測的功能，也使得后續維護的任務壓力變大，消耗了很多人力物力。所以現在對路燈節能方面投入的研究精力越來越多，而且研究的內容也越來越深入。

1背景

實現智能化的路燈照明系統，是解決路燈節能問題一個有效的方法，現在城市的智能化發展越來越完善，近年來人工智能也是研究的熱門話題。如何對路燈進行智能化的控制

圖1：系統總體設計圖

也是當前社會關注的話題。我國始終都在提倡節能減排這一環保的理念，只有提高電力資源的利用率才能更好的實現這個節能減排的目的。同時國家有關部門也發表了很多路燈節能方面的文件，要求鄉村和城市要大大推進路燈的全面覆蓋，但是在路燈全面覆蓋的同時還要大力倡導節能減排的理念，從而推進社會更好的建設和發展，因此智能照明系統的實現也已經刻不容緩。本文就是針對該問題設計了路燈節能智能控制的方案，實現路燈的智能控制，根據環境亮度智能的調節路燈工作的電流大小，減少不必要的電力資源的消耗。該系統還增加了故障檢測模塊，當照明系統發生故障時可以自動報警，同時通知控制中心及時處理。該設計很大程度上減少了電力資源的浪費，同時也減輕了后續維護的人員的負擔。同時該智能照明系統相比于傳統的照明系統工作更加穩定，使用壽命更長，因此具有很大的應用前景。

2系統總體介紹

該智能路燈系統總體硬件設計如圖1所示，該智能照明系統主要分為如下幾個模塊， 電源轉換模塊，行人車輛檢測模塊，光照強度檢測模塊，報警模塊，通信模塊，故障檢測模塊。其中電源轉換模塊實現的功能是將市電220V轉換到MCU可以正常工作的電壓范圍。系統的主要工作流程如下，單片機通過AD模塊采集光敏電阻分得電壓大小來判斷環境光照強度，根據環境光強控制晶閘管的開度。單片機根據行人檢測模塊測量的數據判斷當前環境中是否有行人車輛存在，當有行人車輛時控制路燈正常工作，當無行人車輛時就控制路燈停止工作。該系統添加了故障檢測模塊，當控制路燈正常工作時，卻沒有檢測到路燈發光，MCU可以檢測到故障電路沒有電流通過，此時可以控制報警系統發出報警信息，通知有關部門的人員及時維修，同時通過通信模塊將此故障發送到最近的控制中心，通知維護人員及時處理發生故障的路燈。

3硬件電路設計

3.1電源模塊

在本系統中，220V的市電先通過變壓器降到20V左右，然后轉換為直流電壓。單片機工作電壓為3.3V，部分芯片工作電壓為5V，通常的供電方案會存在一定的紋波。由于在該系統中，5V和3.3V的功耗都比較低，電流均小于500mA，但對電源的穩定性要求較高，需要電源芯片具有低壓差，低發熱量，電源輸出穩定的要求。因此選用Ti公司的TPS7350，TPS7333分別作為5V，3.3V的穩壓芯片。Ti公司的微功耗低壓差線性電源芯片，具有完善的保護電路，包括過流過壓，電壓反接保護。使用TPS7350和TPS7333芯片只需要極少的外圍元件就能實現高效穩壓電路。而且TPS7350和TPS7333芯片接受的輸入電壓的范圍比較大，具有低功耗的特點，而且使用壽命很長。

3.2行人車輛檢測模塊

行人車輛檢測模塊使用的傳感器為激光傳感器，激光傳感器與MCU的通信方式為USB2.0，使用專用的SCIP指令系統，可以與MUC進行高速傳輸數據。激光傳感器主要測量環境中障礙物的距離信息，通過存儲激光傳感器的數據，將前后存儲的數據進行比較，可以得到環境中運動物體的表面信息，根據運動物體的表面信息可以很容易的判斷出當前運動物體是否是行人和車輛。當環境中有行人車輛時控制系統控制路燈正常工作，當無行人車輛時控制路燈停止控制，達到了智能控制路燈的效果。

3.3環境光強檢測模塊

環境光強檢測模塊主要使用的是5537光敏電阻，該電阻對光強的靈敏度高，響應時間快，電阻變化明顯。該部分電路采用電阻分壓原理，將光敏電阻串聯到電路中進行分壓，為了消除環境的干擾，系統對光敏電阻的分壓用運算放大器進一步放大。運算放大器使用的是OP07，OP07的噪聲比較低，是一款非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路，其零飄不嚴重，使用時不需要額外的調零工作。OP07輸出的電壓接入單片機AD采集模塊，單片機根據AD模塊采集信號的強弱控制晶閘管的開度，達到控制路燈工作電流大小的效果。該系統建立了晶閘管開度與光照強度的線性關系，同時當環境光強超過一定范圍后控制晶閘管電路關閉，說明此時是白天，當光強小于一定范圍后控制晶閘管全開，使路燈工作在最亮的狀態。endprint