基于單片機(jī)的智能模擬路燈控制系統(tǒng)

程晶姝 潘往麗 羅輝輝

摘? 要： 隨著電力資源的緊缺，以及光污染和霧霾天氣的影響，更智能化的路燈設(shè)計(jì)對(duì)人們的日常生活意義重大。本文的智能路燈控制系統(tǒng)是基于單片機(jī)的控制器，通過(guò)介紹該系統(tǒng)相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)和依具體情況是否需要來(lái)開(kāi)關(guān)路燈和進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，并且具有自檢功能，該系統(tǒng)可以提高我國(guó)的路燈照明質(zhì)量和提高利用率。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī);智能路燈;環(huán)保節(jié)能

【Abstract】： With the shortage of electric power resources and the influence of light pollution and zero haze weather， the design of more intelligent street lamp is very important to people's daily life. The intelligent street lamp control system is based on SCM controller. By introducing the hardware design and software design of the system， the system can improve the lighting quality and utilization ratio of street lamp in our country by realizing the timing switch and switch the street lamp and adjusting the brightness according to the specific situation， and having theself-check function.

【Key words】： Single-chip intelligent; Street lamp; Environmental protection and energy saving

0? 引言

路燈在人們的日常生活中有著重要的作用，但因?yàn)橹車(chē)h(huán)境的改變，路燈的性能也要進(jìn)行相應(yīng)的改變[1-2]。在滿(mǎn)足節(jié)能減排要求的同時(shí)也要保障日常的照明需求[3-4]。針對(duì)電力資源的浪費(fèi)問(wèn)題以及環(huán)境污染嚴(yán)重的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)的智能路燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)按季定時(shí)開(kāi)關(guān)功能，依據(jù)周?chē)h(huán)境判斷能見(jiàn)度從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)燈和亮度調(diào)節(jié)功能，為降低人工成本，可以實(shí)現(xiàn)故障自檢并進(jìn)行報(bào)警的功能，達(dá)到更人性化的目標(biāo)[5]。

1? 單片機(jī)在智能路燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1? 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)基于單片機(jī)來(lái)智能控制，外圍電路主要包括定時(shí)開(kāi)關(guān)燈模塊、環(huán)境明暗檢測(cè)模塊，粉塵傳感器模塊，聲光報(bào)警和液晶顯示模塊的應(yīng)用。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

1.2? 時(shí)鐘模塊的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)智能化的開(kāi)關(guān)燈要求，我們利用時(shí)鐘芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能?？梢赃x用高性能、耗量比較低的時(shí)鐘芯片。實(shí)現(xiàn)的時(shí)控功能如下：

（1）春夏兩季：晚上19：00開(kāi)燈，第二天上午5：00關(guān)燈。

（2）秋冬兩季：晚上17：00開(kāi)燈，第二天上午7：00關(guān)燈。

在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，可以增加季節(jié)的具體分類(lèi)以及更改相應(yīng)的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。即可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改。在上位機(jī)上可以進(jìn)行修改，通過(guò)通訊模塊將修改的指令輸入芯片，即可實(shí)現(xiàn)靈活的應(yīng)用。具體示意圖如圖2。

1.3? 環(huán)境明暗檢測(cè)模塊的應(yīng)用

利用光敏電阻對(duì)周?chē)庹者M(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換。光敏電阻與10KU的電阻串聯(lián)，光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，而光敏電阻兩頭的電壓值與光照強(qiáng)度呈正相關(guān)。墊片及內(nèi)部的ADC模塊采集電壓，進(jìn)行光線強(qiáng)度和電能之間的轉(zhuǎn)化[6]。當(dāng)光線強(qiáng)時(shí)，單片機(jī)控制燈關(guān)掉。當(dāng)光線弱時(shí)，單片機(jī)控制調(diào)亮路燈。借助光敏電阻，智能路燈控制系統(tǒng)的環(huán)境明暗檢測(cè)模塊功能得以實(shí)現(xiàn)。

1.4? 粉塵傳感器模塊的應(yīng)用

可以采用光學(xué)空氣質(zhì)量粉塵傳感器，來(lái)感應(yīng)空氣中的灰塵顆粒。傳感器輸出的電壓值與粉塵濃度成正相關(guān)。可以檢測(cè)煙霧、花粉，以及室內(nèi)的粉塵。借此可以以檢測(cè)出霧霾的濃度值以及大霧天氣的濃度，從而來(lái)判斷能見(jiàn)度來(lái)控制是否開(kāi)關(guān)或者調(diào)節(jié)亮度。當(dāng)輸出電壓值高，則粉塵濃度高，能見(jiàn)度低，可以控制開(kāi)燈并進(jìn)行光照調(diào)亮;反之，控制關(guān)燈或者光照亮度調(diào)暗。

1.5? 聲光報(bào)警和液晶顯示模塊的應(yīng)用

采用光敏二極管對(duì)智能路燈系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)。PN結(jié)安裝在光敏二極管的頂部，可以直接的受到光照。它工作狀態(tài)是反向，若外界沒(méi)有光照射時(shí)，反相電阻與反向電流呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)光線照射在PN結(jié)上的時(shí)候，光子處理以后會(huì)在PN結(jié)附近形成一些電子和空穴，這些電子會(huì)受電場(chǎng)力在空穴中做定向運(yùn)動(dòng)，變成光電流[7]。此時(shí)光電流與光照射強(qiáng)度成正相關(guān)。所以在實(shí)際的操作時(shí)，當(dāng)光敏二極管無(wú)光照射時(shí)，它就相當(dāng)于斷開(kāi)狀態(tài)，不能夠正常使用;當(dāng)光敏二極管受光照射時(shí)，電路相當(dāng)于導(dǎo)通狀態(tài)。依據(jù)這一原理，可以采用光敏二極管來(lái)檢測(cè)路燈是否故障，一旦光敏二極管處于斷開(kāi)階段狀態(tài)，就說(shuō)明路燈不能正常使用，出現(xiàn)故障，此時(shí)聲光報(bào)警裝置就立即啟動(dòng)，同時(shí)顯示故障路燈的具體編號(hào)。

2? 單片機(jī)在智能路燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

程序開(kāi)始時(shí)，第一步先初始化單片機(jī)，然后檢測(cè)電路是否有故障，當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)，聲光報(bào)警，并指示出故障燈的編號(hào)。無(wú)故障時(shí)，就正常工作，時(shí)鐘芯片驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，控制開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，粉塵檢測(cè)設(shè)計(jì)，周?chē)铜h(huán)境明暗檢測(cè)設(shè)計(jì)，具體各個(gè)模塊的工作流程圖，如圖6所示。

3? 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)介紹智能路燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)最終測(cè)試，成功實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)功能，也可在能見(jiàn)度低的情況下，檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)關(guān)燈控制，借助光敏器件實(shí)現(xiàn)對(duì)光照亮度的調(diào)節(jié)功能，它也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的檢測(cè)和報(bào)警。實(shí)現(xiàn)節(jié)能且智能化人性化的要求，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的價(jià)值[8]。

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