藏式多功能小區(qū)路燈的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

蘭 萍，劉洪春，李瑞青，尚帥帥，錢立鵬

（西藏大學(xué) 工學(xué)院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

藏式多功能小區(qū)路燈的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

蘭 萍，劉洪春，李瑞青，尚帥帥，錢立鵬

（西藏大學(xué) 工學(xué)院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

為了環(huán)保節(jié)能，本設(shè)計充分利用西藏太陽能充足的優(yōu)勢，通過51單片機(jī)(STC15F2K61S2)采集相關(guān)環(huán)境信息和控制路燈狀態(tài)。系統(tǒng)采用太陽能和蓄電池供電；利用LCD顯示各種數(shù)據(jù)信息。并通過NRF通信技術(shù)將采集的環(huán)境和路燈狀態(tài)信息傳送到接收端。文中設(shè)計的路燈易維護(hù)、可以軟件升級，從而滿足不同場合設(shè)計的需要。

電路與系統(tǒng)；太陽能路燈；環(huán)保；STC15F2K61S2

隨著社會的進(jìn)步，人民生活水平的提高，各式各樣的路燈暗示著人們已不再滿足于傳統(tǒng)路燈的照明功能。而在西藏這片廣闊的大地上最原始的路燈依然泛著昏黃的燈光。路燈上的廣告就像這座城市，敘說著歲月的無情。讓古老的城市沐浴在科技之光下成了新一代西藏建設(shè)者義不容辭的責(zé)任。

為了更環(huán)保節(jié)能、符合地方特色和需要。我們設(shè)計出《藏式多功能小區(qū)路燈系統(tǒng)》。功能：1）NRF無線傳輸通信功能；2）藏式旋律；3）太陽能供電；4）節(jié)能照明；5）環(huán)境監(jiān)測；6）媒體功能；7）持續(xù)升級性；8）USB充電；9）藏式風(fēng)格。此款路燈將傳統(tǒng)路燈和安全防護(hù)有效結(jié)合。不僅可以提供路燈的基本功能，而且具有一定安全防護(hù)作用。這樣既節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本，也為我們的生活省出一些空間。同時它還具有一些便民服務(wù)功能，如USB移動設(shè)備充電，環(huán)境質(zhì)量實(shí)時報告。不僅如此，它還能利用射頻通信設(shè)備，采集環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 STC 15F2K61S2簡介

STC 15F2K61S2 （以下簡稱51單片機(jī)） 器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級 MCU 芯片，具有38個數(shù)字 I/O引腳。此款51單片機(jī)不需要外部晶振和復(fù)位電路，具有超強(qiáng)抗干擾、低功耗、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的 STC-Y5超高速CPU內(nèi)核，速度為普通單片機(jī)的8-12倍。全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）。8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（30萬次每秒），帶 PGA和模擬多路開關(guān)，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式。61K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器。片內(nèi)大容量2048字節(jié)的SRAM，可尋址 64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口。ISP/IAP在系統(tǒng)可編程/在應(yīng)用可編程，無需編程器，無需仿真器。硬件實(shí)現(xiàn)的SPI和UART 串行接口，6個16 位定時器/計數(shù)器，3個可重裝載16 位定時器/計數(shù)器。列片內(nèi)看門狗定時器，每個 MCU都可在工業(yè)溫度范圍（-40～ +85 ℃）內(nèi)用 3.8～5.5 V的電壓工作。

1.2 系統(tǒng)硬件框圖

本項目的硬件包括宏晶科技公司(STC)的IAP 15F2K61S2單片機(jī) 、凌陽公司的SPCE061A單片機(jī)，NRF2401無線射頻模塊，穩(wěn)壓電路、LCD顯示器、傳感器等等。文中主要利用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并儲存在蓄電池中，由蓄電池給硬件部分提供電源，通過穩(wěn)壓電路提供單片機(jī)工作電壓，主控芯片IAP 15F2K61S2控制LCD顯示和AD采樣。

1.3 硬件電路

1.3.1 電源變換部分電路

STC 15F2K61S2單片機(jī)電源變換采用電壓轉(zhuǎn)換器LM2678，以實(shí)現(xiàn)不同的電源電壓輸入。LM2678單片集成電路是一種電壓變換器，即DC/DC開關(guān)電路，可以為配電穩(wěn)壓塊提供各種功能。它通過一個低阻尼DMOS電源獲得高效率，最大輸出電流可達(dá)5 A，輸出電壓可以為3.3 V、5 V、12 V或可調(diào)輸出，具有過熱保護(hù)和限流短路保護(hù)功能。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig. 1 The structure of system hardware

1.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)LED顯示電路

本項目采用LED實(shí)時的顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)，包括正常工作狀態(tài)、液晶顯示指示、電壓轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示、與PC機(jī)連接等。

1.3.3 LCD液晶顯示電路

T6963C 液晶顯示控制器多用于小規(guī)模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以內(nèi)藏控制器型圖形液晶顯示模塊的形式出現(xiàn)。內(nèi)藏T6963C單屏結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣圖形液晶顯示的模塊方框圖。單片機(jī)對T6963C有2 種訪問方式：直接訪問與間接訪問。直接訪問利用三總線以I/O 設(shè)備訪問形式進(jìn)行控制；間接訪問則由單片機(jī)提供并行接口，以程序控制時序的方式進(jìn)行控制。為簡化程序，這里采用直接訪問方式。

2 軟件設(shè)計

2.1 主程序軟件設(shè)計

主程序是一個封閉的循環(huán)，初始化主要是對IO端口初始化（IO端口初始化部分主要按照硬件資源分配對IO端口的狀態(tài)進(jìn)行初始設(shè)置，包括IO口狀態(tài)是處于輸入，還是輸出狀態(tài)，是否設(shè)置上拉等操作，都在IO端口初始化子函數(shù)中完成）、ADC設(shè)置初始化、系統(tǒng)時鐘設(shè)置初始化、寄存器初始化操作；LCD顯示初始化對液晶顯示部分的相關(guān)數(shù)據(jù)線，控制線的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置 。初始化完成后執(zhí)行顯示函數(shù)，主程序流程圖見圖2。

圖2 主程序流程框圖Fig. 2 The procedure of main

2.2 LCD顯示軟件設(shè)計

LCD顯示程序流程圖如圖3所示。

圖3 LCD顯示流程框圖Fig. 3 The procedure of LCD

3 核心代碼

3.1 主程序

4 測試結(jié)果

4.1 軟件設(shè)計的人機(jī)交互界面

圖4 人機(jī)交互界面(藏語)Fig. 4 The communication(Tibeten)

本項目運(yùn)用15F2K61S2作為主控芯片結(jié)合溫度傳感器、紫外線傳感器、光照度傳感器等制作一個由太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，充分并有效地利用了能源，對環(huán)境實(shí)時監(jiān)測，整體實(shí)物圖如圖5所示。

圖5 整體效果圖Fig. 5 The photograph of the Light

5 結(jié) 論

通過一個多月的努力，我們成功實(shí)現(xiàn)了包括無線通信在內(nèi)的9項功能。此設(shè)計充分利用了西藏豐富的太陽能資源，結(jié)合西藏地方特色和需要成功解決了傳統(tǒng)小區(qū)路燈功能單一，資源利用率低的問題。它不僅可以提供路燈的基本功能，而且具有一定的安全防護(hù)作用。這樣既節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本，也為我們的生活省出一些空間。同時它還具有一些便民服務(wù)功能，如為USB移動設(shè)備充電，環(huán)境質(zhì)量實(shí)時報告等。為市民生活提供了極大的方便。

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The design and realization of Tibetan multifunctional community street lamp

LAN Ping, LIU Hong-chun, LI Rui-qing, SHANG Shuai-shuai, QIAN Li-peng
（Department of Electronic and Information, School of Engineer, Tibet University, Lhasa 850000, China)

The article aims at the following three aspects of function streetlight : the protection of environment , the abundance of solar emerge, the character of Tibet. SCM 51 controls the state of streetlight and collects the information of environment, whilst LCD displays the relevant information. It is possible for it designed to maintain, to upgrade the software so as to meet the needs at different occasions.

circuits and systems; solar street lamp; environmental protection; STC15F2K61S2

TN99

A

1674-6236(2014)14-0180-02

2013–10–21 稿件編號：201310133

蘭 萍(1981—)，女，四川內(nèi)江人，碩士，講師。研究方向：射頻集成電路，通信與信息系統(tǒng)。