王永豪

沈陽(yáng)工學(xué)院

基于單片機(jī)的節(jié)能路燈監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

王永豪

沈陽(yáng)工學(xué)院

方案內(nèi)容

⑴設(shè)計(jì)包含了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)這兩部分。模塊分為數(shù)據(jù)采集、設(shè)置按鍵、報(bào)警功能、液晶屏顯示功能等等。

⑵路燈節(jié)能控制系統(tǒng)主要由光敏傳感器、駐極體話筒感應(yīng)電路和LCD1602液晶電路以及蜂鳴器報(bào)警控制電路等組成。

⑶路燈節(jié)能主要體現(xiàn)在節(jié)能和對(duì)路燈的控制，本文所設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：液晶屏在待機(jī)情況下顯示時(shí)間和日期，使用四個(gè)LED燈代替路燈，在節(jié)能模式下（凌晨0點(diǎn)—5點(diǎn)），這段車輛會(huì)比較少的時(shí)間路燈只亮兩個(gè)，當(dāng)檢測(cè)到有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，四個(gè)路燈同時(shí)亮，延遲10秒后再熄滅其中兩個(gè)。路燈可以設(shè)置不同時(shí)間段，在該時(shí)間段內(nèi)路燈將會(huì)一直亮，其他時(shí)間（除節(jié)能模式外），則需要根據(jù)光線強(qiáng)度和聲音傳感器傳達(dá)的信號(hào)來(lái)打開(kāi)路燈。并且在每個(gè)路燈旁都會(huì)放置光敏電阻，當(dāng)在路燈滿足亮燈的條件下沒(méi)有檢測(cè)到光線，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警，并且在液晶屏上顯示故障路燈的編號(hào)。

方案選擇

普通路燈改造成智能照明后，可以大幅度降低路燈的電耗，很有效的提高節(jié)能率。該方案開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一個(gè)路燈節(jié)能控制系統(tǒng)。通過(guò)軟件控制，來(lái)分別實(shí)現(xiàn)定時(shí)開(kāi)關(guān)路燈、定時(shí)設(shè)定節(jié)能模式、根據(jù)環(huán)境明暗狀況和車輛經(jīng)過(guò)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮滅，以及故障報(bào)警等功能。

本系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)：復(fù)位電路、報(bào)警電路、光線檢測(cè)電路、聲音檢測(cè)電路、液晶屏顯示電路。是以STC89C52單片機(jī)作為中央數(shù)據(jù)處理單元，配以光線檢測(cè)電路和聲響檢測(cè)電路作為數(shù)據(jù)采集端，四只LED燈作為輸出端，通過(guò)程序的控制實(shí)現(xiàn)節(jié)能的功能，再通過(guò)路燈旁的光敏電阻檢測(cè)路燈燈亮情況，反饋給單片機(jī)，配合蜂鳴器和液晶屏實(shí)現(xiàn)路燈故障的報(bào)警效果。

本方案選擇用STC89C52芯片制成最小應(yīng)用系統(tǒng)，STC89C52是內(nèi)帶ROM/EPROM的單片機(jī)，所以由這種芯片制作而成的最小系統(tǒng)非常的簡(jiǎn)單，實(shí)用。復(fù)位電路一般有上電復(fù)位和外部手動(dòng)復(fù)位按鈕，單片機(jī)在時(shí)鐘電路的工作電源啟動(dòng)后，鑒于RESET持續(xù)的高級(jí)別周期就可以完成復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)采用一個(gè)外部手動(dòng)復(fù)位電路按鈕，需要連接一個(gè)上拉電阻，以提高輸出的電平值。

光照采集模塊設(shè)計(jì)

此模塊最重要的元件就是光電傳感器。光敏電阻器是通過(guò)半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)而制造而成的，是一種電阻的阻值會(huì)隨著入射光線的強(qiáng)度而改變的電阻器；當(dāng)入射光強(qiáng)時(shí)，電阻會(huì)減小，當(dāng)入射光弱時(shí)，電阻會(huì)變大。還有另一種當(dāng)入射光變?nèi)鯐r(shí)，它的電阻會(huì)減小，而當(dāng)入射光變強(qiáng)時(shí)，電阻會(huì)變大。本設(shè)計(jì)采用光敏電阻作為傳感器，LM393作為電壓比較器，通過(guò)比較器將輸出的高低電平傳給單片機(jī)。通過(guò)R8上拉電阻將高電平信號(hào)傳給單片機(jī)P3.3引腳，單片機(jī)通過(guò)高低電平信號(hào)判斷環(huán)境的光線變化。

聲音采集模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)在白天光線不足時(shí)，系統(tǒng)需要通過(guò)聲音的采集來(lái)判斷是否有車經(jīng)過(guò)，從而控制燈光的亮滅，凌晨的節(jié)能模式亦是如此，所以聲音采集模塊需要用到聲音傳感器。經(jīng)過(guò)多方面因素考慮，選取以下傳感器作為聲音傳感器。

使用駐極體話筒做聲音傳感器，將采集到的聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號(hào)，微弱的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)共射極放大電路放大，將放大信號(hào)傳給比較器，同光電傳感器一樣，通過(guò)比較器將OUT1輸出的高低電平信號(hào)傳給單片機(jī)P3.2引腳，判斷是否有車經(jīng)過(guò)。

時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

DS1302可以用于記錄數(shù)據(jù)，特別是某些數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄具有特殊的意義，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)記錄數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間。這樣的記錄對(duì)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)果的分析和對(duì)異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)原因的查找都有著重要的意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄模式分別是定時(shí)采樣和隔時(shí)采樣，它們都沒(méi)有記錄具體的時(shí)間的功能，所以單單只能記錄數(shù)據(jù)，而無(wú)法準(zhǔn)確的記錄它所出現(xiàn)的時(shí)間。當(dāng)采用單片機(jī)計(jì)時(shí)的時(shí)候，一方面需要用計(jì)數(shù)器占用硬件資源，而另一方面則需要設(shè)置中斷、查詢等，會(huì)大幅度耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且有的測(cè)控系統(tǒng)是可能不允許。但如果在系統(tǒng)里加入時(shí)鐘芯片DS1302，則能有效的解決這個(gè)問(wèn)題。

燈光提示模塊設(shè)計(jì)

LED即發(fā)光二極管，是一種能將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體器件，它能直接將電轉(zhuǎn)化為光；它改變了節(jié)能燈三基色粉發(fā)光與白熾燈鎢絲發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。本設(shè)計(jì)利用不同位置的LED指示不同傳感器的實(shí)時(shí)情況，當(dāng)路燈點(diǎn)亮?xí)rLED燈滅，反之LED燈亮。

聲音報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

蜂鳴器主要分為電磁式蜂鳴器和壓電式蜂鳴器兩種。此設(shè)計(jì)采用電磁式有源蜂鳴器，其中三極管Q1起到開(kāi)關(guān)作用，當(dāng)基極的低電平時(shí)會(huì)使三極管飽和導(dǎo)通，會(huì)使蜂鳴器發(fā)聲；而基極高電平時(shí)則會(huì)使三極管關(guān)閉，蜂鳴器就會(huì)停止發(fā)聲。

按鍵控制模塊設(shè)計(jì)

因?yàn)樵O(shè)計(jì)到時(shí)間調(diào)節(jié)和燈亮?xí)r間段調(diào)節(jié)，所以按鍵控制模塊是必不可少的。通過(guò)四個(gè)按鍵控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶屏上顯示的時(shí)間的調(diào)節(jié)和開(kāi)啟時(shí)間段時(shí)間的調(diào)節(jié)。

[1]宗劍飛．基于Zigbee的智能路燈控制研究．河北：河北科技大學(xué)，2011

[2]佚名．智能路燈控制系統(tǒng).石家莊：石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2010

姜姍