李朝

摘 要

隨著社會文明的不斷進(jìn)步，城市照明已經(jīng)不單純是以往簡單的亮燈模式，人們更加開始關(guān)注照明的質(zhì)量以及效果，比如節(jié)能問題、人工控制的種種弊端問題、開關(guān)燈的準(zhǔn)確度以及路燈故障檢測實(shí)時性以及維修及時問題。為了解決這些問題，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)時控、光控、人控以及自檢的結(jié)合，首先人工控制是一級控制，需要人工給時控、光控設(shè)置門閥；此外時控應(yīng)該屬于二級控制，光控工作在時控門閥之外，即在定時之外，光控才會起作用。此外，自動檢測也是一個難點(diǎn)，也是現(xiàn)有路燈控制所缺乏的。所以，本系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)主要分為時鐘、環(huán)境檢測、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)一共有三個方面構(gòu)成：

（1）一個是時鐘電路；

（2）一個是復(fù)位電路；

（3）還有一個就是電源。

時鐘電路：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引腳上方的兩個引腳外接一個石英晶體振蕩器（晶振）即可。

復(fù)位電路：單片機(jī)復(fù)位是靠復(fù)位引腳（RST）也就是第9腳，該腳連接超過兩個機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，1個機(jī)器周期即12個時鐘脈沖。

2.2 光線檢測模塊

2.2.1 光敏電阻

光敏電阻，別名光導(dǎo)管，常見的光電器件，基本都是由半導(dǎo)體材料制作而成，在特定波長光的照射下，它們的阻值會迅速減少。光敏電阻對光的敏感程度和人眼對可見光的感應(yīng)是很接近的，換句話說，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。所以我們設(shè)計(jì)光控電路時，只需要用LED燈光或者自然光線作為光源即可，這樣大大簡化了設(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，而且對于雙電源模式同樣適用。在其內(nèi)部包含有兩個獨(dú)立、頻率補(bǔ)償、高增益的雙運(yùn)算放大器，在相對合適的工作條件下，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合。

2.3 時鐘模塊

本設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)時控，需要通過設(shè)定時間與實(shí)時時鐘的比較來實(shí)現(xiàn)。因此采用專用時鐘芯片DS1302，主要為系統(tǒng)提供實(shí)時時鐘。

2.4 聲光報警模塊

聲光報警模塊我們采用一個LED燈和蜂鳴器模擬報警系統(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似。市場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，同時對外部硬件傳送數(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)工作的時鐘頻率以及復(fù)位功能。單片機(jī)在每次開始運(yùn)行時都須要進(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穩(wěn)定的可以正常工作的初試狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。通常，我們還會在電容器兩端并接一個手動按鈕，以此實(shí)現(xiàn)人工手動復(fù)位。

3.2 時鐘模塊設(shè)計(jì)

時鐘模塊主要實(shí)現(xiàn)功能是設(shè)置時間，采用專用時鐘芯片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)時信息，而且可以實(shí)現(xiàn)對月末、平潤年自動調(diào)整，以提供實(shí)時的時鐘信息。

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)系到整個系統(tǒng)正常運(yùn)行。無論是在設(shè)定開燈時間范圍、顯示系統(tǒng)時間，還是故障信息反饋，都需要顯示模塊的參與。

3.4 光線檢測模塊設(shè)計(jì)

光線檢測模塊是光控模式的門閥，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)對外界光線強(qiáng)度的檢測，將檢測到的光強(qiáng)信號輸送給控制中心，作為光控門閥的判定條件。

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，在某個光線強(qiáng)度下，人們想要LED亮燈時，只需要操作電位器即可實(shí)現(xiàn)，之后將會以最后一次調(diào)控電位器時的光線強(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，簡明扼要的表示出了總體設(shè)計(jì)思想，之后我們會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)時間與設(shè)定時間對比以及物體感應(yīng)檢測模塊

該部分程序主要實(shí)現(xiàn)比對系統(tǒng)所處時間和人為設(shè)定開燈時間，以此判斷亮燈或者進(jìn)入自動模式。自動模式下，進(jìn)行光線強(qiáng)度檢測及物體感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動化控制路燈。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)通過按鍵人為設(shè)定系統(tǒng)時間以及開燈時間兩個功能，下圖為各個按鍵含義及流程圖如圖3所示。

5 總結(jié)

社會在不斷向前發(fā)展，各個城市也在不斷進(jìn)步，城市路燈照明和亮化工程需求日趨增大，與此同時，能源供需矛盾也緊隨而至，日益突出，社會迫切需要一種綠色、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LED路燈會發(fā)展的更好，更好的服務(wù)于社會。

參考文獻(xiàn)

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