基于單片機的光控路燈系統(tǒng)設計

張錦迪，劉雪峰

（西安交通工程學院，陜西 西安 710300）

0 引言

隨著社會的現(xiàn)代化發(fā)展，在城市的建設中照明設施已經成為不可分割的一部分，路燈在城市的照明設施中占有舉足輕重的地位，關系著人們的生產生活舒適度以及安全性，路燈照明設施中非常重要的一部分就是城市的路燈自動控制系統(tǒng)。同時城市照明設施已經不僅僅是簡單的街道照明，而是發(fā)展成城市景觀裝飾性的市政項目，所以對能源的需求量會越來越大，為避免不必要的能源浪費和人力資源浪費，那么設計一種更為智能的路燈控制系統(tǒng)變得十分緊迫。

1 系統(tǒng)設計方案

支路控制器采用STC89S52單片機作為主要的核心元器件，控制主要的兩個單元電路。使用獨立式按鍵的方式讓用戶進行功能選擇，利用液晶屏幕LCD1602實時顯示用戶所設定的時間、出現(xiàn)故障路燈的編號和整個系統(tǒng)功率調節(jié)的范圍。同時利用光敏電阻的特性來檢測外部環(huán)境的光照明暗程度，以此來實現(xiàn)自動的開關燈功能以及檢測出路燈是否發(fā)生故障。應用漫反射式紅外光電開關對周圍出現(xiàn)的物體的運動進行檢測，當物體經過具體設置的位置時，光電開關將所檢測到的信號傳遞給支路控制，因此主控單元發(fā)出指令，并且利用單元控制驅動模塊來調節(jié)各個路燈的工作狀態(tài)。

2 系統(tǒng)的硬件設計

2.1 顯示模塊設計

顯示模塊是一個點矩陣LCD，可以顯示數(shù)字、中文文字和各種字體的圖像，還可以定制靈活、鮮明的顯示內容。同時，它還配備了4*4鍵盤，便于員工操作。

2.2 物體檢測模塊設計

該模塊用于檢測交通狀況，車輛通過后，道路燈會自動開啟或關斷，根據(jù)交通狀況實現(xiàn)自動調整路燈的開啟/關斷的功能。使用漫反射光電開關檢測物體的運動，當對象通過指定的位置時，傳感器檢測物體，向控制部發(fā)送信號，控制部為了有效地實現(xiàn)道路狀況檢測功能，發(fā)送通斷控制光的命令。電路和程序控制更簡單和明確，穩(wěn)定性相對強。工作原理如圖1所示。

圖1 漫反射式光電開關原理圖

2.3 環(huán)境監(jiān)測模塊設計

環(huán)境監(jiān)測模塊的設計其核心元件就是光敏電阻。在光敏電阻的兩極加上一定的電壓，當外部光照照射在光敏電阻上時，光敏電阻內部被束縛的電子吸收到了光子能量變?yōu)榱俗杂呻娮樱⑶耶a生了空穴。光激發(fā)所產生的電子（空穴）在外加電壓的作用下同時進行導電，改變了光敏電阻的導電性能。在光照強度越強的情況下光敏電阻的導電性能越好，所以光敏電阻的電導率也會隨之增加，流過光敏電阻內部的光電流也會增加，光敏電阻自身的電陽值會慢慢減小。反之，隨著光照強度的減弱光敏電阻的導電性能也會變弱，隨之光敏電阻的電導率會慢慢變小，流過光敏電阻內部的光電流也會慢慢減小，光敏電阻自身的電阻值隨之增加。

2.4 報警系統(tǒng)模塊設計

報警系統(tǒng)是通過對于照明設備的工作狀態(tài)以及實時監(jiān)控來實現(xiàn)的。對照明系統(tǒng)進行實時工作情況監(jiān)控，及時檢測出照明系統(tǒng)的故障，工作人員進行及時檢修，降低故障對日常生產生活的影響。

3 系統(tǒng)的軟件設計

在單片機控制系統(tǒng)中，可以分為數(shù)據(jù)處理和過程控制兩種基本類型。

（1）在整個程序開始之后，先將所有的器件和端口進行初始化處理，先向DS1302發(fā)送請求等待回復數(shù)據(jù)，如果沒有回復數(shù)據(jù)再次發(fā)送請求，如果回復了數(shù)據(jù)會對時間數(shù)據(jù)進行更新，然后進行按鍵，如果沒有按鍵再次嘗試更新時間數(shù)據(jù)，如果按鍵就開始查看是否有實時時間，如果有實時時間，就會按照要求設置定時，如果沒有實時時間，就會設置定時時間，定時時間到了之后就會開啟兩個燈，如果沒有到時間就會詢問是否開啟節(jié)能模式，開啟節(jié)能模式就會只開啟一個燈，在有聲音時會開啟兩個燈，開啟時長10秒。如果不開啟節(jié)能模式就會關閉兩個燈。也會實時監(jiān)測是否周圍有聲音，有聲音開啟兩個燈。實時監(jiān)測燈體是否有故障，如果出現(xiàn)故障蜂鳴器會發(fā)出聲音。系統(tǒng)軟件設計主流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主流程圖

（2）軟件系統(tǒng)的設計主要是在于兩方面，分別是工作模式的選擇和參數(shù)設置。在工作模式的選擇中有四種功能：時鐘控制功能是根據(jù)時間的推移來控制燈的亮滅，控制不同時間段燈的開關；交通檢測功能是根據(jù)周圍車流量以及人流量的監(jiān)控進行數(shù)據(jù)處理，從而調控燈的明滅亮暗；環(huán)境檢測功能主要是檢測照明設備周圍有無行人車輛通過，進行數(shù)據(jù)處理后控制燈的照明強度；自動測光功能是針對外界光照強度來調節(jié)不同情況下的照明設備的工作狀態(tài)，實時控制照明設備的開關及亮暗。系統(tǒng)軟件設計框圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設計框圖

在系統(tǒng)受周圍環(huán)境影響亮滅時間超過10秒時，啟動定時器。如果燈光在燈亮的設定下，系統(tǒng)檢測到燈暗燈出現(xiàn)故障，會啟動蜂鳴器。情況解決消失后，啟動蜂鳴器，否則將蜂鳴器關閉。燈滅的情況下將蜂鳴器關閉。在系統(tǒng)中進行定時，將時間先劃為小時為單位，再進行對于開關燈時間的設置，讓整個系統(tǒng)不僅有光控的功能，并且在我們設定好的時間會進行對于光照設備的開關燈控制，以此實現(xiàn)定時開關燈功能。

4 結束語

該系統(tǒng)利用51系列單片機可編程并且控制輸入輸出端口，實現(xiàn)路燈開關的智能化，達到節(jié)能和自動控制的目的。其中光、電壓信號采集采用數(shù)據(jù)采集技術，通過按鍵可設定相關參數(shù)，實現(xiàn)不同時間的不同照明模式。當電壓達到額定電壓時，系統(tǒng)自動穩(wěn)定電壓，在夜晚需要路燈的情況下，降低電壓，調節(jié)路燈亮度，實現(xiàn)電壓調節(jié)。該系統(tǒng)與前期的同類產品相比，智能化程度更高，操作性更強，性能更加穩(wěn)定，適合一些市政美化城市工程以及日常的生產生活。