智能路燈控制系統的研究與設計

何穎 林智慧 王振鐸 張星陽

摘要：智能路燈控制系統的設計，由于考慮到路燈照明浪費能源、路燈整夜照明、城市環保等方面的因素，使用聲光控制路燈的照明，采用AT89C51單片機、駐極體話筒、光敏電阻、繼電器等完成聲音控制和光照控制路燈的亮滅。白天時，光線比較強時，光敏電阻檢測到光強的信號，燈不會亮，晚上光線比較暗時并且有人發出聲音時，駐極體話筒就會振動，燈就會亮，人走之后延遲一會，燈會自動熄滅。設計是全自動智能控制，實用、方便、成本低、節約了電力能源。

關鍵詞：AT89C51單片機;光敏電阻;駐極體話筒;繼電器

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）33-0014-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著科技的發展，城市的美化很重要，路燈的裝飾也就伴隨著越來越重要。現在，大多數城市及街道的路燈都采用人工去控制，每天傍晚時分，天快黑時，工人就去開燈，到早上天快亮時，還要去關燈，而且由于天氣，四季的變化，開燈時間不準，對人為的影響很大 [1-2];其次就是在后半夜城市街道的人越來越少，整夜開著路燈非常浪費資源，當人們都熟睡時，用電量少，電壓很高，城市的路燈就會越發的亮，電的耗損很大，不能控制燈的亮暗。使用智能路燈，首先節約了耗電，路燈不會一直處于亮的狀態，其次使用很方便，不用手動去找開關開燈，用聲音和光照代替手動開關，還有成本低[3]。

本次智能路燈的設計，主要由AT89C51單片機為中央處理器、駐極體話筒為感應聲音及聲音的放大控制路燈、光敏電阻感應光照強弱及放大控制路燈、繼電器的吸合與斷開來導通電路，從而控制路燈的自動亮滅。因此，現代智能路燈的技術，給人們帶來的將會是更加的快捷高效的生活，人們半夜起來不用摸黑，去找燈的開關在哪，只需要通過聲音，燈就會自動開啟，白天通過光照的強弱，就能控制燈的亮滅，避免了由于陰雨天燈不亮。還有這樣的設計很大限度地節約了耗電的浪費，全自動智能控制，實用、方便、成本低。

1智能路燈控制系統設計方案

此方案主要由51單片機AT89C51控制，分別由兩部分來控制路燈的亮滅，首先由外界的光照強度通過光敏電阻，光敏電阻對光的敏感性很強，然后也可以在夜晚或者陰雨天天色比較暗時，同時外界有聲音傳來，通過駐極體話筒來判斷，這兩部分分別將聲和光信號轉換成電信號。最后用單片機去辨識控制路燈。系統設計框圖如圖1所示。

2系統工作原理

本次設計重點在于聲信號和光信號的采集以及轉換來控制電路，光信號通過對光敏電阻對光照的接收以及經過放大器放大，然后單片機去識別。聲信號通過駐極體話筒對聲音的接收也經過放大，單片機識別轉換后的電信號傳給繼電器，繼電器通過電路的導通和斷開來控制路燈的亮滅。智能路燈控制主要根據聲控電路和光控電路組成，分別使用駐極體話筒和光敏電阻的工作原理這兩部分控制路燈亮滅。系統工作原理圖如圖2所示。

2.1電源電路

此次設計用的是5V電源電路。電源電路其功能為，它能將強電壓和弱電壓分隔開，具有對電路的保護作用。比如：保護電路短路、對電壓過壓或者欠壓。穩定電壓的作用，使電壓一直保持一定的值。

2.2光控電路

在白天的時候，光照強度大的情況下，其電阻減小，如果現在有聲音傳來，燈也不會亮，此時運算放大器低電平，在傍晚之后或者遇上陰雨大霧天使，光線就會暗些，并且加上有聲音傳來，燈就會亮，運算放大器的輸入都為高電平 [4]。

由光照控制智能路燈的亮滅，光線的強弱用以光敏電阻判斷，主要是看光電阻值得大小變化。光照強度較大時，電阻減小，光照強度較小時，電阻增大。

2.3聲音控制電路模塊

在晚上或者陰雨大霧天，沒有光照，燈就不會亮，所以設計了聲音控制電路，夜晚當人發出聲音時，系統采用感應聲音的元器件是駐極體話筒，采集到聲音時，隨即它將聲信號轉化成電信號，電信號經放大器放大，然后轉換成方波信號，最后根據單片機控制燈的亮滅。

2.4單片機控制電路

單片機控制電路主要使用最小系統，使用5V的電源，單片機芯片中P3.0到P3.4的作用是用于輸入端口，都是低電平。還有一個復位按鍵，當無光照和沒有聲音時，處于復位狀態 [5，6]。

2.5繼電器電路

繼電器吸合和斷開來充當開關，當晚上時，光線會變得暗，并且這時有聲音時，繼電器就會吸合，燈就會亮，延時一段時間，當感應不到聲音時，繼電器斷開，燈就會自動滅。

3 智能路燈控制系統軟件設計

3.1智能路燈控制系統軟件設計步驟

智能路燈控制系統主要由AT89C51單片機處理器，在軟件這一塊中主要設計了聲光控制信號的采集，數據的處理、繼電器判斷是否吸合等主要的相關程序設計構成了系統軟件設計。系統使用C51語言編寫程序，需要以下幾步：

第一，根據系統設計的方案，設計智能路燈的程序流程圖。

第二，了解系統設計的要求，根據要求完成設計中需要注意的問題。

第三，編寫源程序，按功能模塊編寫程序，用注釋注明每句程序的意思。

第四，進行軟件的調試與仿真。

第五，對程序進行進一步的優化，使其實現系統功能的要求。

3.2 軟件開發環境

本設計智能路燈控制系統的設計是利用單片機AT89C51處理器，可以采用MCS-51語言，其中包括匯編語言、C51高級語言。本設計使用C51高級語言編寫。根據設計要求編寫程序，首先根據設計方案，編寫軟件程序流程圖，編制源程序，進行仿真軟件調試 [7-8]。Keil編譯器是MCS-51單片機開發中常用到的編譯軟件和調試軟件，Keil編譯器可以編寫C程序以及匯編程序，生成hex文件。在keil中運行如圖3所示。

3.3軟件設計總體框架

根據系統設計要求以及單片機的工作原理，實現聲音和光照強度對路燈的控制，整個軟件部分設計可分為聲光控制信號的采集，然后通過數據的處理，當采集到是聲音控制路燈時，駐極體話筒就感應到，當采集的是光照控制路燈，光敏電阻就起作用，然后判斷繼電器是否吸合來控制路燈的亮滅。

軟件總程序主要由聲音控制路燈程序、光照控制路燈程序、繼電器控制路燈程序等部分組成。軟件設計框圖如圖4所示。

3.3.1聲音控制路燈

聲音控制主要是來自駐極體話筒感應，在夜晚沒有光照的情況下，人們通過聲音控制路燈，當晚上光線暗且有聲音傳來時，駐極體中的膜片就會根據聲音的大小而開始振動，然后就會將傳來的聲信號轉換成了電信號，再通過場效應管放大，然后繼電器就會吸合，隨即燈就會自動亮起來 [9]，持續一段時間，直到駐極體話筒感應不到聲音時延遲一會，繼電器就會斷開，燈也就滅了。

3.3.2光照控制路燈

光照控制主要是來自光敏電阻感應光照，在白天的時候，通過光照控制電路，當光線比較暗時，燈就會亮，用作指示，然后有聲音，繼電器就吸合，持續十秒，就會自動熄滅。當光線亮時，燈不會亮，當有聲音時，繼電器會處于斷開狀態。

3.3.3繼電器控制電路

繼電器控制路燈，模擬路燈的開關，是繼電器的吸合和斷開來控制路燈的亮滅。其原理是將電路中的開關電路改成繼電器控制電路，也就是繼電器驅動電路[10]。

4 智能路燈控制系統的綜合調試

系統采用Protues軟件對程序進行仿真。Protues是一個功能強大的電路仿真軟件，使用它可以對單片機仿真，實現單片機的設計，它支持Keil C51軟件編譯以及調試環境，原路圖和PCB板的設計。

在夜晚時候，主要靠聲音控制路燈的亮滅，通過單片機的P1.4端口控制聲音，用P3.4端口繼電器控制燈，通過駐極體得到的聲音，駐極體話筒將聲信號轉成電信號，經過放大器放大，然后將放大后的信號用遲滯比較器轉換成單片機能夠識別的電信號，繼電器吸合，路燈就會亮。在白天時，主要靠光照控制路燈亮滅，通過單片機P1.0端口控制光敏電阻，將按鍵開關打開，燈亮，說明光線較暗，把按鍵按下去燈就會滅，說明此時光線亮，當感應到光強時，將關閉繼電器，然后將光信號轉化成電信號，以此來控制光對路燈的控制。智能路燈控制系統實物效果圖如圖5所示。

5 結語

本次設計是通過光敏電阻感應光照強度的變化，使得電阻阻值的變化，從而影響電壓的變化來控制單片機的程序，使其在白天的時候路燈的開關一直處于關閉狀態，同時，通過駐極體話筒感應聲音的強弱，將聲信號轉變成電信號，通過放大器放大電路，然后將電信號轉換成單片機能識別的信號，以此來控制開關的閉合，從而引起發光二極管的亮滅，用聲音和光照控制路燈的亮滅。這個系統能實現聲光控制燈的亮和滅，是一個結構簡單，性能穩定，方便實用以及節能的智能路燈。

參考文獻：

[1] 丁正祁.智能路燈控制系統的設計[J].福建電腦，2020，36（6）：14-17.

[2] 蔣明強，宗強，宋宇欽，等.智能路燈控制系統設計及其應用[J].集成電路應用，2020，37（4）：114-115.

[3] 孫之明.新型智能路燈控制系統設計研究[J].中國設備工程，2019（10）：144-145.

[4] 張晟昱，段金英.智能路燈控制系統設計[J].電子測試，2019（Z1）：27-28，33.

[5] 江育杰.LED智能路燈控制系統設計[J].現代制造技術與裝備，2018（10）：112-113.

[6] 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，2018，41（14）：110-113.

[7] 張少夫.一種智能路燈照明控制系統的設計與實現[J].智能建筑與智慧城市，2018（6）：85-86.

[8] 朱鵬，徐潔.基于NB-IOT窄帶物聯網智能路燈云端控制系統的設計與實現[J].電腦知識與技術，2018，14（12）：218-220.

[9] 何楓，周雪芹，何文德，等.基于STM32的智能路燈控制系統設計[J].科技與創新，2018（6）：137-139.

[10] 劉小艷，劉秉坤.模擬智能路燈控制系統的設計[J].實驗科學與技術，2018，16（1）：4-8.

【通聯編輯：朱寶貴】