林建平, 吳必瑞, 葉德柱
(寧德師范學院 物理與電氣工程系,福建 寧德 352100)
隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和人民生活水平的日益提高,能源和資源變得日益緊張,電力短缺已成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的突出矛盾.目前,我國照明消耗的電能約占電力生產(chǎn)總量的10%~20%,而城市公共照明則在照明耗電中占30%.并且,隨著近幾年“讓城市亮起來”的口號的提出,全國的路燈數(shù)量仍在迅猛增長,公共路燈的節(jié)能問題便由此提出.通常的節(jié)能途徑有兩個:一是采用節(jié)能光源;二是采用合理的控制線路.本文在使用節(jié)能光源LED燈的情況下,采用合理的控制線路來實現(xiàn)路燈節(jié)能.據(jù)調查,我國的小型城市晚上21∶00以后、大中城市24∶00以后道路上人車較少,存在著“人少車稀燈更亮”的不合理現(xiàn)象.本文根據(jù)交通狀況,為實現(xiàn)節(jié)能智能控制的目的,提出在不同狀態(tài)投入不同的路燈運行的方案,以保證路燈節(jié)能.
該控制系統(tǒng)結構如圖1所示,路燈布置如圖2所示.
圖1 路燈控制系統(tǒng)圖Fig.1 Diagram of the street lamp control system
圖2 路燈布置示意圖(單位:cm)Fig.2 Diagram of the street lamp decorate
(1)支路控制器有時鐘功能,可以設定、顯示開關燈時間,并控制整條支路按時開燈和關燈.
(2)支路控制器應能根據(jù)環(huán)境的明暗變化,自動開燈和關燈.
(3)支路控制器應能根據(jù)交通情況自動調節(jié)亮燈狀態(tài):當可移動物體M(在物體前端標出定位點,由定位點確定物體位置,定位點人為設定)由左至右到達S點時(見圖2),燈1亮;當物體M到達B點時,燈1滅,燈2亮;若物體M由右至左移動時,則亮燈順序與上相反.
(4)支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間.
(5)當路燈出現(xiàn)故障時(燈不亮),支路控制器應能發(fā)出聲光報警信號,并顯示有故障路燈的地址編號.
利用51單片機(晶振12 M)的定時器設計時鐘,時間顯示在1602液晶上,用獨立鍵盤調節(jié)時鐘的時、分、秒,并且可以設置鬧鐘.此方法成本低,不需要再啟用其他的芯片和外圍電路[1-2].
本系統(tǒng)需要正常的時鐘顯示模式控制,而且可以設定和調整時間,當出現(xiàn)故障時地址編號也可顯示出來.液晶顯示比數(shù)碼管更能夠節(jié)省單片機的I/O口,同時也能直觀地顯示時間、模式選擇、出現(xiàn)故障的地址編號以及一些必備的字符.
采用光敏電阻和比較器實現(xiàn).光敏電阻串上變阻器后,將中間節(jié)點接比較器負端,比較器正端接一個固定的分壓值,白天光敏電阻阻值較小,比較器輸入的正端電壓大于負端電壓,比較器輸出高電平;夜晚光敏電阻阻值變大,比較器輸入的負端電壓低于正端電壓,比較器輸出低電平.該方案可靠且易于實現(xiàn),由于采用了變阻器,可以對檢測的靈敏度做出調整,適用性高.
采用TCRT5000光電傳感器,能準確地檢測物體的定位,此方案可以降低可見光的干擾,靈敏度高,同時其尺寸小、質量輕、價格也低廉.外圍電路簡單,安裝起來方便,對電源要求也不高,用它作為定點檢測相對合適[3].
模擬路燈控制系統(tǒng)采用STC89C52單片機來實現(xiàn),通過傳感器采集信號經(jīng)單片機分析處理后控制路燈的亮滅,同時將時間顯示出來;通過鍵盤設定運行模式和調整時間;當出現(xiàn)故障后將地址編號顯示在1602液晶屏上,并且實現(xiàn)聲光報警.系統(tǒng)負責路燈的實時時鐘控制、定位點交通狀況的檢測及環(huán)境檢測等功能,系統(tǒng)結構框圖如圖3所示.
圖3 路燈控制系統(tǒng)結構框圖Fig.3 Structure diagram of simulation street light control system
采用繼電器分別獨立控制兩路的LED路燈,三極管工作在飽和區(qū),通過單片機I/O口的高低電平控制三極管的通斷,進而控制繼電器的吸合達到點亮和熄滅LED路燈;繼電器的線圈兩端反接一個二極管,防止線圈的自感引起的電動勢,二極管和繼電器的線圈形成回路削弱感應電流,從而起到保護控制電路的目的,其接線圖原理如圖4所示.
圖4 控制LED燈電路圖Fig.4 Diagram of control LED lamp circui
該模塊電路主要完成對環(huán)境光線的檢測,采用LM393比較器.電路中的光敏電阻選用亮阻≤10 kΩ、 暗阻≥1 MΩ的光敏電阻.如圖5所示的電路為一種精密光亮光控電路,其工作不受電源電壓及環(huán)境溫度的影響.電阻R2、R3、R1及光敏電阻R5共同構成了惠斯頓電橋的兩個橋臂.在白天時,電路輸出端輸出低電平;當在夜晚的環(huán)境時,電路輸出端輸出高電平,再通過單片機I/O讀取輸出端的狀態(tài)做出相應的動作.此電路的優(yōu)點在于它輸出阻抗比較小、反應靈敏且便于調節(jié)靈敏度,其接線圖原理如圖5所示.
圖5 環(huán)境檢測電路圖Fig.5 Diagram of environmental detection circuit
由TCRT5000光電傳感器構成的定位檢測點當有物體通過時,光電傳感器的接收管能接收到發(fā)射管通過物體反射的紅外線,此時接收管導通,三極管Q1基極被鉗制為低電平,三極管截止,LED指示燈滅,三極管Q1基極低電平通過LM324構成的電壓比較器使輸出端輸出高電壓,再利用單片機的I/O檢測,可判斷是否有物體通過,其原理圖見圖6.
圖6 定位模塊檢測電路Fig.6 Diagram of positioning module detection circuit
根據(jù)LED兩端的電壓,通過比較電路判斷故障路燈的信號.電源端VCC接LM393電壓比較器的負端,比較器正端接LED路燈端采集的電壓.當LED工作時,比較器正端采集到比負端高的電壓,LM393輸出高電平;當LED出現(xiàn)故障(不亮)時,比較器正端的電壓會低于負端的電壓,輸出低電平.因此,判斷比較器輸出電壓的高低就可以檢測路燈的好壞.
軟件采用C51語言,采用模塊式編程,P1.3口通過讀取環(huán)境監(jiān)測電路隨環(huán)境明暗變化產(chǎn)生的高低電平變化,從而控制LED路燈的自動開燈和關燈[4-5].P1.0~P1.2口檢測定位點能過物體的情況,同時配合軟件編程設置合理的標志位,就能通過3個光電傳感器(對應3個定位點)對路面的交通情況狀態(tài)做出相應的自動調節(jié)亮燈狀態(tài).P1.4和P1.5端口控制LED燈繼電器的通斷.P1.6、P1.7 I/O端口讀取故障檢測模塊采集的路燈工作情況所發(fā)出的相應的聲光報警信號和液晶顯示有故障路燈的地址編號.通過按鍵設置功能模式選擇鍵、時鐘設定、功能選擇鍵及燈控制鍵,1602LCD時刻顯示各個功能的狀態(tài)和時鐘顯示等.采用模塊化程序設計,整個程序包括的子模塊有時鐘顯示模塊、環(huán)境檢測模塊、智能檢測模塊、故障檢測模塊以及按鍵處理等功能的實現(xiàn),其軟件主程序流程如圖7所示.
圖7 程序流程圖Fig.7 program flow diagram
該控制系統(tǒng)原理簡單,工作可靠,性價比高.而且,可以根據(jù)實際使用情況進行參數(shù)調節(jié)和功能擴展,具有一定的靈活性和適用性.它能實現(xiàn)對路燈的遠程控制及對路燈工作狀態(tài)的實時檢測等功能,在路燈管理方面可以節(jié)省大量的人力和物力,具有較高的實用價值.
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