基于單片機PIC16F877控制的路燈節能控制器設計

王曉麗

摘 要：對于城市來說，路燈照明系統屬于較為重要的設備。目前節能減排已經成為我國主要國策，在城市不斷發展的過程中，路燈量也在不斷的提高，照明電能消費持續增長，城市照明耗電屬于節能技術主要領域備受重視。傳統路燈照明具有多種問題，那么本文就設計了基于單片機PIC16F877控制的路燈節能控制器。

關鍵詞：單片機；路燈；節能控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.129

路燈屬于我國經濟發展及國家建設過程中所必須的用電設備，其在我國整體用電量占據的比例比較大，我國目前照明消耗電能占據電力生產中總量的10%-20%，城市公共照明占據照明耗電的30%。根據相應統計表示，我國路燈照明每年的耗電在一千億元以上，發展速度比較快。道路照明節能問題備受照明科技領域研究機構及企業重視。我國大部分城市停車場一般都是使用全夜燈方式照明，電能浪費量比較大[1]，本文基于按需供電，對照明效果進行保證。

1 路燈節能控制器的設計原理

此控制器將PIC16F877單片機作為控制核心，通過基本I/O模塊、液晶顯示模塊、日歷時鐘模塊、恒流源驅動電路、語音聲光報警等構成。使用三對激光光敏電阻對移動物體進行監測，使用光敏電阻對環境敏感的變化和路燈的故障情況進行檢測，利用I/O模塊使檢測的信號到單片機中傳輸并且處理。單片機能夠使檢測信號分析處理之后發送到各個模塊中。鍵盤LED現實模塊能夠將開關燈時間進行展現，利用恒利源電源實現自動開燈、定時及調光等功能，語音電路能夠有效實現聲光報警。另外，液晶顯示電路、日歷時鐘電路等能夠設置菜單、設置日期時鐘等功能[2]。

1.1 單片機

使用PIC16F877單片機，其具備8k*14的Flash程序存儲器及8位Flash數據存儲器，保存數據的時間在四十年以上，其指令比較少，并且執行速度比較快，具有同步串行口和SPI主控模式，和IIC功能主控、從動模式都能夠滿足此設計需求。

1.2 電工參數測量通道

路燈控制系統要測量電流有效值及有功電能，為了降低軟件開發過程中的難度，并且使測量精度及系統可靠性得到提高，那么本文使用高精度三相電能計量芯片ATT7028。其能夠對多種電工參數進行直接測量，比如各相電流有效值、電壓有效值及有功電能等，在片內相應寄存器中存儲測量結果，此芯片還具備SPI總線接口，便于連接外部單片機，用戶能夠利用SPI總線實現各電工參數測量結果的讀取[3]。

1.3 時鐘電路

路燈控制器要每分鐘對某些電工參數進行讀取并且保存，以目前時間控制路燈開關閉合和自耦變壓器檔位切換四線。所以，控制器要了解目前時間。那么本文使用串行帶報警功能時鐘芯片，其具有年月日等詳細時間信息，還能夠調整小月及閏年。

1.4 數字量輸入輸出通道

數字量輸入輸出通道能夠對接觸器閉合進行控制，對接觸器狀態進行監測。其中只有CJ2驅動電路，其他電路和其相同，并且都對應相應的省電/旁路模式、各個檔位及開關。比如CJ2的控制及檢測工作原理為：在RD0實現高電平輸出的時候，中間繼電器的觸頭就會閉合，接觸器CJ2線圈回路通電，接觸器觸頭閉合，路燈工作。

2 軟件設計

軟件的主要目的就是對比結果對硬件切換檔位進行控制，從而滿足路燈定時工作需求。檢測實時電網電壓控制，從而是否需要對檔位改變，滿足電網實時監控需求。最后，和主控室結合實現多機通信。智能路燈節能控制系統劃分成為分時分段模塊、電壓監控調檔模塊及遠程通信模塊、實時顯示模塊。

在設計過程中，劃分三個時間段控制路燈，每個時間段開關燈的時間都不同。以當地交通使開燈到關燈劃分成為三個階段控制路燈，分別為高峰期、正常期及低谷期，此三個階段和避免電網電壓過低全壓運行檔相互結合，創建成為全壓、高峰、正常、低估四個工作時間段，以當地實際情況劃分。系統對比日歷時鐘芯片所讀取和存儲器芯片的開關燈時間，在開啟各個檔的時候切換檔位，在關閉時段進行關閉，其他的時段監控[5]。

在高峰時間段中，對路燈足夠照明度進行保證。基于正常情況中，路燈要投入到第一檔運行。這個時候的電網電壓較低，那么路燈就要全壓運行。假如電網電壓較高，那么路燈就要跳過第一檔，直接投入到第二檔中運行。在正常交通階段中，要重視照明度和節能效果，一般路燈要投入到二擋運行。在電網電壓在205V以下的時候，返回到第一檔。在電網電壓超過205V的時候，投入到第三檔運行。在交通低谷階段中，對節電效果進行全面的考慮。一般，都是投入到第三檔運行，只有在電網電壓較低的時候，路燈才能夠返回到第二檔進行運行。但是因為電網干擾或者波動，就會導致電壓偶爾不正常的情況，如果檢測電壓超限就要切換檔位，導致出現無操作，以此導致頻繁切換。在設計過程中使用以下方法避免檔位頻繁操作：路燈在1-2檔時間運行的時候，要求電壓能夠在208-236V之間，使用COUNT、COUNT1、COUNT2計數器對電壓進行監測。

3 結束語

現代路燈能耗問題備受重視，全新的技術和路燈也不斷涌現出來，路燈控制系統有了進一步的發展，逐漸朝著自動化、系統化及智能化的方向發展。智能路燈控制器能夠節約人工，降低工作負荷，還能夠實現路燈照明系統的二次調節，有效保護環境。

參考文獻：

[1]張艷莉，葛良全，盧小豐等.基于ATmega16的小區路燈節能控制系統[J].電子測量技術，2014，37（04）：92-95.

[2]張偉，楊森林.基于單片機控制的智能路燈控制系統設計[J].現代電子技術，2018，v.41；No.517（14）：118-121.

[3]李朝.基于單片機的LED路燈控制系統設計[J].電子技術與軟件工程，2016（18）：262-263.

[4]張永宏.基于單片機技術的新型路燈交流調壓控制器設計[J].自動化與儀器儀表，2016（03）：29-31.

[5]黃進.智能全功率MPPT風光互補路燈控制器設計[J].測控技術，

2018，v.37；No.316（06）：143-149.

[6]王正，王洪誠，傅磊.基于單片機的智能型節能路燈控制系統[J].電氣技術，2014，15（10）：55-58.