使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)路燈控制設(shè)計(jì)的詳細(xì)說明

　　利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對路燈的智能化控制受到人們越來越多的關(guān)注，控制系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、低成本和操作的簡單化成為設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。根據(jù)avr 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)思想，詳細(xì)介紹一種網(wǎng)絡(luò)化路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理。該控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和較高的實(shí)用價值。

　　路燈工作狀態(tài)檢測模塊電路

　　工作狀態(tài)檢測電路主要通過對路燈工作電流的檢測，來判斷路燈的工作狀態(tài)。電流檢測電路主要由線性霍爾磁敏傳感器ugn3501t、鉗形冷軋硅鋼片和信號處理電路組成，電路如圖4 所示。在電路中，將霍爾元件置于鉗形冷軋硅鋼片的空隙中，當(dāng)有電流流過導(dǎo)線時，就會在鉗形圓環(huán)中產(chǎn)生磁場，其大小正比于流過導(dǎo)線的電流，這個磁場作用于霍爾元件上感應(yīng)出相應(yīng)的霍爾電勢， 經(jīng)過運(yùn)算放大器ua741 放大后，加到運(yùn)算放大器ua741 組成的比較器中。當(dāng)電路中有電流流過時，比較器輸出信號s1為高電平，送atmega8 的pb1 端。路燈亮?xí)r，供電線路中有電流，電流檢測電路輸出高電平，反之輸出低電平，單片機(jī)通過檢測pb0 、pb1 的電平，就可以判斷路燈的工作狀態(tài)。

　　2. 3 單片機(jī)atmega8 及接口電路的工作原理

　　atmega8 是avr 高檔單片機(jī)成員之一，片內(nèi)帶有8 k字節(jié)的flash 存儲器。在終端控制器中主要完成路燈工作狀態(tài)的判斷、路燈點(diǎn)亮?xí)r間的定時、與上位傳輸機(jī)ii 的通信和控制繼電器工作等。路燈工作狀態(tài)的判斷是指單片機(jī)根據(jù)光控電路的輸出信號f1 和狀態(tài)檢測電路的輸出信號s1 ，即pb0 和pb1 口的狀態(tài)確定路燈工作是否正常。pb0 、pb1與路燈工作狀態(tài)的關(guān)系如表1 所示?！纹瑱C(jī)與上位傳輸機(jī)的通信。一方面，接收上位傳輸機(jī)ii 傳送的定時初值和對路燈的控制信號;另一方面，根據(jù)pb0 、pb1 口的邏輯電平，將控制路燈的工作狀態(tài)（正常為oxaa ，不正常為oxff） 、本機(jī)編號發(fā)送給上位傳輸機(jī)ii。終端單片機(jī)與上位機(jī)的通信采用rs-485 方式，其電平轉(zhuǎn)換接口電路如圖5 所示。圖中采用sn75176 完成rs-485 的電平轉(zhuǎn)換，該電路為半雙工通信方式，即pb2 為“0”時，處于數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)時，置pb2 為“1”。發(fā)送完畢后，pb2 返回“0”，等待接收數(shù)據(jù)。 摘要：本文介紹了基于MSP430的路燈飾燈遠(yuǎn)程智能監(jiān)控終端的主要功能、結(jié)構(gòu)原理及軟硬件的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)投入運(yùn)行，穩(wěn)定可靠，具有良好的應(yīng)用和推廣價值。

　　關(guān)鍵詞：監(jiān)控終端；單片機(jī)；MSP430；城市路燈

　　1 引言

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市照明設(shè)施的功能從單純的以照明為主轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)現(xiàn)美化環(huán)境、改善形象、活躍夜市經(jīng)濟(jì)的目的。對城市燈飾的管理與控制迫切需要一種科學(xué)、合理、高效的方法。因此，提供一種有效而合理的控制與管理的方法，對城市路燈與飾燈的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能監(jiān)控顯得極為重要。針對城市路燈和飾燈“終端多、地域廣、戶外、分散、信息量不大”等特點(diǎn)，總體上選擇無線通訊方式比較合適。但對路燈進(jìn)行單燈控制和相鄰樓宇的亮化控制時，可以采用有線通信的方式。這樣，既克服了傳統(tǒng)的路燈控制方法、控制方式單一而無法滿足實(shí)時監(jiān)控和管理要求的弱點(diǎn)，又能適應(yīng)現(xiàn)代城市隊(duì)燈飾控制的要求。而無線監(jiān)控終端是燈飾監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)，是確保開關(guān)燈及時性、準(zhǔn)確性、節(jié)約能源，提高亮燈率等指標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。

　　在開發(fā)張家港路燈和飾燈的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控終端時，采用美國TI公司的16位單片機(jī)MSP430F149工業(yè)級芯片為主的測控系統(tǒng)，MSP430F149內(nèi)含 CPU、RAM、ROM、E2PROM、WATCHDOG和12位A/D等。與其它微處理器相比，MSP430系列具有能耗小、啟動迅速、抗干擾能力強(qiáng)、低電壓供電等特點(diǎn)，尋址空間達(dá)64KB、中斷與子程序調(diào)用層次無限制、I/O口具有中斷能力，這樣大大減少和方便了外圍電路設(shè)計(jì)。滿足了系統(tǒng)對監(jiān)控終端的要求。

　　2 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與工作過程

　　路燈監(jiān)控系統(tǒng)主要有中央控制室和監(jiān)控終端年部分組成，其中監(jiān)控終端根據(jù)用途分為路燈監(jiān)控終端、飾燈監(jiān)控終端、飾燈擴(kuò)展終端與路燈單燈控制終端是部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。虛線筐內(nèi)為監(jiān)控終端。圖中虛線表示無線通訊，實(shí)線表示有線通訊。

　　中央控制室與路燈、飾燈監(jiān)控終端之間的通信采用VHF/UHF無線電臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕿?200Bps， 調(diào)制方式為FSK，工作在異頻雙工方式。由于外圍站點(diǎn)較分散，因此通信體制采用大區(qū)制，其結(jié)構(gòu)為星形拓?fù)?，一點(diǎn)對多點(diǎn)。飾燈擴(kuò)展終端與飾燈監(jiān)控終端之間采用串行通訊交換數(shù)據(jù)。路燈監(jiān)控終端與單燈控制器之間采用電力載波通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

　　3監(jiān)控終端的硬件設(shè)計(jì)

　　由于該監(jiān)控系統(tǒng)終端用來控制路燈與飾燈，而路燈與飾燈的控制要求也有所不同，因此路燈監(jiān)控終端與飾燈監(jiān)控終端在硬件設(shè)計(jì)上有所不同。

　　3.1 飾燈監(jiān)控終端及其擴(kuò)展終端

　　飾燈監(jiān)控終端既是系統(tǒng)的遠(yuǎn)程測控單元，又具有自我運(yùn)行的能力。硬件主要包括無線通訊電路、數(shù)據(jù)采樣及A/D轉(zhuǎn)換電路、控制輸出電路、鍵盤與顯示電路等，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　采樣回路實(shí)時采集總電路電流和電壓量以及所有支路的電流量。信號經(jīng)V/I變送器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、信號調(diào)理電路送入MSP430的A/D轉(zhuǎn)換口。每個終端可輸出四種不同的控制方式（如時段燈、半夜燈等）。無線通訊電路的核心部分是調(diào)制/解調(diào)芯片和Motorol的GM950i電臺。另外，設(shè)計(jì)兩個RS- 485口分別用系統(tǒng)擴(kuò)展與遠(yuǎn)程抄表。

　　飾燈擴(kuò)展終端適用于兩個站點(diǎn)距離較近，且鋪設(shè)電纜比較容易，或無線通信信號不能到達(dá)的情況（如地下室等），其結(jié)構(gòu)與飾燈監(jiān)控終端大致相同，與監(jiān)控終端之間通過RS-485口相連，因此飾燈監(jiān)控終端不需要電臺，這樣可大大節(jié)約成本。

　　3.2 路燈監(jiān)控終端及單燈控制終端

　　路燈監(jiān)控終端是在飾燈監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再增加一個單燈管理單元。單燈管理單元采用AT89C51單片機(jī)，與MSP430之間通過串行通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　單燈控制終端實(shí)現(xiàn)對路燈的單燈控制，其結(jié)構(gòu)見圖3。電流電壓信號經(jīng)電流電壓互感器到信號調(diào)理電路，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。開關(guān)量電路主要采集各種開關(guān)量，如燈桿傾斜，開關(guān)合閘等。地址編碼單元主要用于設(shè)置單燈控制終端地址。通信模塊主要由電力載波通訊專用芯片SSC P300 與 SSC P111組成，主要完成路燈控制終端與單燈控制終端之間的通信。繼電器輸出單元控制路燈的開關(guān)。