單片機控制LED智能路燈系統(tǒng)設計 - 全文

　　摘要：本控制系統(tǒng)以STC89C58RD單片機為控制器，主要由恒流源電路、時鐘定時電路、顯示電路、光敏感應電路、紅外接收電路、聲光報警電路等組成。能設定路燈（LED）開燈關燈時間（用LED12864顯示相關信息）。路燈（LED）通過恒流源電路正常工作，即使遇到短路、電壓不穩(wěn)定等情況也不會燒掉，電路起恒流保護作用。而系統(tǒng)遇到環(huán)境明暗變化時，路燈會自動關閉和打開，并且根據(jù)道路上交通狀況自動調(diào)節(jié)亮燈情況，且有定時功能。

　　0 引言

　　隨著數(shù)字技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，路燈數(shù)字化和網(wǎng)絡化已經(jīng)成為一種必然趨勢。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)成為對照明系統(tǒng)的一項基本要求。社會文明的不斷發(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，社會對亮燈率、開關燈的準確率、故障檢測的實時性和維修的及時性、路燈的節(jié)能要求也不斷增高。城市的擴大，路燈數(shù)量的迅速增長，人工控制方式在故障實時監(jiān)控處理、按需控制、節(jié)能等方面已越來越不能適合城市的發(fā)展。因此對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。

　　本文設計的LED智能路燈控制系統(tǒng)以STC89C58RD單片機作為主導控制芯片，可實現(xiàn)時鐘定時開關燈，根據(jù)環(huán)境明暗變化實現(xiàn)開關燈，根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀況，路燈出現(xiàn)故障實施聲光報警等一系列智能化行為。

　　1 系統(tǒng)總體設計方案

　　系統(tǒng)采用光敏二極管檢測環(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，當光敏二極管檢測不到光源，且紅外接收器檢測到紅外信號時，路燈會點亮，相反則不亮。采用編程來實現(xiàn)定時，設計路燈開燈關燈時間，選用LCD12864作顯示器件，并作相應顯示。系統(tǒng)結構框圖如圖l所示。

　　圖1系統(tǒng)結構框圖

　　2 單元模塊設計

　　2.1時鐘定時部分

　　我們選擇的STC89C58RD芯片，本身有可編程的定時/計數(shù)器，可以通過軟件編程實現(xiàn)定時/計數(shù)。當?shù)竭_設定的時間，就執(zhí)行相應的定時設定任務。

　　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（見圖2），當沒有光照時，反向電阻很大，反向電流很??；當有光照時，光子打在PN結附近，于是在PN結附近產(chǎn)生電子一空穴對，它們在PN結內(nèi)部電場作用下作定向運動，形成光電流。光照越強，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。

　　圖2 光敏電路

　　2.3紅外接收發(fā)射部分（檢測交通情況路燈亮滅）

　　按要求分別在道路兩旁路燈桿上安裝紅外接收器（見圖3），信號的接收端連到單片機，當車輛或者行人經(jīng)過時，接收器檢測到紅外，信號端檢測到高電平輸入，從而控制路燈的亮滅。

　　圖3 紅外發(fā)射傳感器

　　2.4聲光報警部分

　　路燈故障時，LED0點亮，蜂鳴器響起，達到聲光報警功能（見圖4）。單片機P0.7-個腳給高電頻時，LED0點亮，并且三極管導通，蜂鳴器也發(fā)出聲響。

　　圖4聲光報警

　　2.5顯示部分

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

　　圖5 顯示電路

　　2.6恒流源部分

　　該電路提供一個恒定不變的電流（見圖6），Q3端接負載，使負載穩(wěn)定工作。負載加大也不會影響電流的變化。

　　這樣所接的路燈能穩(wěn)定工作。通過調(diào)節(jié)輸入端電壓可以相應改變電流的輸出。而TIP122達林頓管的集電極C的基準電壓可以是l2-20 v.

　　圖6 恒流源電路

　　2.7路燈好壞檢測部分

　　該電路運用了一個LM358搭建的兩個電壓比較器，分別可以檢測P1、P2端的兩個路燈的好壞。當路燈導通工作時，比較器的2腳、6腳會有電壓，而比較器的3腳、5腳通過滑動電阻調(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，單片機P0.5腳和P0.6腳輸出低電平，路燈有故障時，P0.5腳和P0.6腳就會輸出高電平。

　　3 系統(tǒng)軟件設計

　　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)測試結果

　　LED路燈驅(qū)動電流輸出端電壓、電流的測試結果（見表1和表2）。

　　表1負載一（一個燈）

　　表2 負載二（兩個燈）

　　5 結論

　　本文提出了一種基于單片機的路燈智能控制系統(tǒng)的設計方案，并完成了硬件和軟件的設計。智能控制裝置能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當車輛或行人靠近路燈時，路燈逐漸變亮；當車輛或行人遠離時，路燈自動變暗并且最后熄滅。控制器還能分別獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間。該系統(tǒng)總體性價比高，維護成本低，功耗低，工藝環(huán)保，符合綠色經(jīng)濟和節(jié)約型社會的要求。