基于單片機(jī)的LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李朝

摘 要

隨著社會(huì)文明的不斷進(jìn)步，城市照明已經(jīng)不單純是以往簡(jiǎn)單的亮燈模式，人們更加開(kāi)始關(guān)注照明的質(zhì)量以及效果，比如節(jié)能問(wèn)題、人工控制的種種弊端問(wèn)題、開(kāi)關(guān)燈的準(zhǔn)確度以及路燈故障檢測(cè)實(shí)時(shí)性以及維修及時(shí)問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，本文提出了一種更為智能更為方便的路燈控制系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) LED 節(jié)能 控制系統(tǒng)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

我們需要實(shí)現(xiàn)時(shí)控、光控、人控以及自檢的結(jié)合，首先人工控制是一級(jí)控制，需要人工給時(shí)控、光控設(shè)置門(mén)閥；此外時(shí)控應(yīng)該屬于二級(jí)控制，光控工作在時(shí)控門(mén)閥之外，即在定時(shí)之外，光控才會(huì)起作用。此外，自動(dòng)檢測(cè)也是一個(gè)難點(diǎn)，也是現(xiàn)有路燈控制所缺乏的。所以，本系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)主要分為時(shí)鐘、環(huán)境檢測(cè)、路燈自檢三大主要模塊以及其他的補(bǔ)充模塊。

2 LED路燈的智能控制原理

2.1 中央控制模塊

單片機(jī)最小系統(tǒng)一共有三個(gè)方面構(gòu)成：

（1）一個(gè)是時(shí)鐘電路；

（2）一個(gè)是復(fù)位電路；

（3）還有一個(gè)就是電源。

時(shí)鐘電路：在我們的單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)自帶了震蕩電路，所以我們只需要在GND引腳上方的兩個(gè)引腳外接一個(gè)石英晶體振蕩器（晶振）即可。

復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位是靠復(fù)位引腳（RST）也就是第9腳，該腳連接超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，1個(gè)機(jī)器周期即12個(gè)時(shí)鐘脈沖。

2.2 光線檢測(cè)模塊

2.2.1 光敏電阻

光敏電阻，別名光導(dǎo)管，常見(jiàn)的光電器件，基本都是由半導(dǎo)體材料制作而成，在特定波長(zhǎng)光的照射下，它們的阻值會(huì)迅速減少。光敏電阻對(duì)光的敏感程度和人眼對(duì)可見(jiàn)光的感應(yīng)是很接近的，換句話說(shuō)，就是只要是人眼能夠感知到的強(qiáng)度，都可以引起它阻值的改變。所以我們?cè)O(shè)計(jì)光控電路時(shí)，只需要用LED燈光或者自然光線作為光源即可，這樣大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

2.2.2 電壓比較器LM358

電壓比較器LM358不僅僅適用于電壓范圍很大的單電源工作模式，而且對(duì)于雙電源模式同樣適用。在其內(nèi)部包含有兩個(gè)獨(dú)立、頻率補(bǔ)償、高增益的雙運(yùn)算放大器，在相對(duì)合適的工作條件下，放大器的性質(zhì)跟電源電流還有電源電壓并沒(méi)有關(guān)聯(lián)，它適用于包括傳感放大器、直流增益模塊以及其他諸多使用到放大器的場(chǎng)合。

2.3 時(shí)鐘模塊

本設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)時(shí)控，需要通過(guò)設(shè)定時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此采用專(zhuān)用時(shí)鐘芯片DS1302，主要為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

2.4 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊我們采用一個(gè)LED燈和蜂鳴器模擬報(bào)警系統(tǒng)。

蜂鳴器，一種在微處理電路系統(tǒng)中的發(fā)聲裝置，英文名為buzzer，蜂鳴器跟小型喇叭有些類(lèi)似。市場(chǎng)上出售的蜂鳴器一般有電壓型和脈沖型兩種，顧名思義，電壓型蜂鳴器只需要直接送電就可以發(fā)聲，固定頻率；脈沖型蜂鳴器，則必須要有脈沖電平才能驅(qū)使其發(fā)聲工作，且聲音的頻率跟加入脈沖的頻率是一致的，我們使用的就是脈沖型。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)是我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)，它是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的載體，沒(méi)有它，一切都是空談，硬件電路穩(wěn)定運(yùn)行是系統(tǒng)軟件穩(wěn)定運(yùn)行的前提保證。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了系統(tǒng)所需的必須模塊，單片機(jī)作為控制中樞，接受外界數(shù)據(jù)命令，同時(shí)對(duì)外部硬件傳送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.1 中央控制模塊設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是單片機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的基本也是必須電路，提供單片機(jī)工作的時(shí)鐘頻率以及復(fù)位功能。單片機(jī)在每次開(kāi)始運(yùn)行時(shí)都須要進(jìn)行復(fù)位，以此保證中央處理器及其其他各部件都處在一個(gè)穩(wěn)定的可以正常工作的初試狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。通常，我們還會(huì)在電容器兩端并接一個(gè)手動(dòng)按鈕，以此實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)復(fù)位。

3.2 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

時(shí)鐘模塊主要實(shí)現(xiàn)功能是設(shè)置時(shí)間，采用專(zhuān)用時(shí)鐘芯片DS1302，與單片機(jī)串行方式通信，向單片機(jī)提供包括各種具體的實(shí)時(shí)信息，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)月末、平潤(rùn)年自動(dòng)調(diào)整，以提供實(shí)時(shí)的時(shí)鐘信息。

3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

顯示模塊是人機(jī)交互的重要通道，關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。無(wú)論是在設(shè)定開(kāi)燈時(shí)間范圍、顯示系統(tǒng)時(shí)間，還是故障信息反饋，都需要顯示模塊的參與。

3.4 光線檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

光線檢測(cè)模塊是光控模式的門(mén)閥，為實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，利用了光敏電阻阻值受光照影響的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界光線強(qiáng)度的檢測(cè)，將檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)輸送給控制中心，作為光控門(mén)閥的判定條件。

采用電位器輸出參考電壓值的原因是實(shí)現(xiàn)“傻瓜式操作”，便于調(diào)整靈敏度，在某個(gè)光線強(qiáng)度下，人們想要LED亮燈時(shí)，只需要操作電位器即可實(shí)現(xiàn)，之后將會(huì)以最后一次調(diào)控電位器時(shí)的光線強(qiáng)度作為參考。避免了在光強(qiáng)量化上的復(fù)雜度，降低了程序代碼的困難度，更加方便實(shí)用。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 程序流程圖

由上節(jié)闡述分析得到系統(tǒng)軟件流程圖，如圖1所示。

如圖1，為系統(tǒng)軟件總流程圖，簡(jiǎn)明扼要的表示出了總體設(shè)計(jì)思想，之后我們會(huì)給一些重要模塊作出更加詳細(xì)的介紹。

4.2 系統(tǒng)部分重要子程序的設(shè)計(jì)

4.2.1 系統(tǒng)時(shí)間與設(shè)定時(shí)間對(duì)比以及物體感應(yīng)檢測(cè)模塊

該部分程序主要實(shí)現(xiàn)比對(duì)系統(tǒng)所處時(shí)間和人為設(shè)定開(kāi)燈時(shí)間，以此判斷亮燈或者進(jìn)入自動(dòng)模式。自動(dòng)模式下，進(jìn)行光線強(qiáng)度檢測(cè)及物體感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制路燈。子程序流程圖如圖2所示。

4.2.2 按鍵設(shè)定模塊

本部分主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鍵人為設(shè)定系統(tǒng)時(shí)間以及開(kāi)燈時(shí)間兩個(gè)功能，下圖為各個(gè)按鍵含義及流程圖如圖3所示。

5 總結(jié)

社會(huì)在不斷向前發(fā)展，各個(gè)城市也在不斷進(jìn)步，城市路燈照明和亮化工程需求日趨增大，與此同時(shí)，能源供需矛盾也緊隨而至，日益突出，社會(huì)迫切需要一種綠色、節(jié)能的照明系統(tǒng)。所以就要求能夠設(shè)計(jì)出一種可以減少能源耗費(fèi)的路燈為城市提供照明作用，也相信總會(huì)LED路燈會(huì)發(fā)展的更好，更好的服務(wù)于社會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1]錢(qián)海月，王海浩，王海洋，模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].寧夏工程技術(shù)，2011，8（01）：90-92.

[2]任鵬飛，耿世勇，尹亞楠.基于單片機(jī)的LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，12（04）：75-76.