徐錦鋼鄢　妍/ .江西師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院　.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

路燈節(jié)能控制器的設(shè)計(jì)與研究

徐錦鋼1鄢妍2/ 1.江西師范大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院2.江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

本文論述了一種基于單片機(jī)的路燈節(jié)能控制器軟硬件設(shè)計(jì)方法，闡述了該控制器的節(jié)能原理，重點(diǎn)講述了DS1302時(shí)鐘芯片的讀寫操作方式，并給出了電路連接圖及部分單片機(jī)C語言程序?qū)嵗?/p>

節(jié)能；單片機(jī)；液晶；時(shí)鐘；繼電器

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展，能源供應(yīng)緊張的問題日益凸顯，特別在用電高峰期，電力缺乏更加嚴(yán)重。而道路照明用電占了相當(dāng)?shù)谋戎?，是消耗電能的一個(gè)重要方面。照明節(jié)能正在成為一個(gè)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的重要措施，本文研究設(shè)計(jì)的控制器正是應(yīng)用于路燈照明節(jié)能領(lǐng)域[1]。

1.控制器節(jié)能原理

1.1分時(shí)段節(jié)能

單片機(jī)通過時(shí)鐘芯片獲取準(zhǔn)確的時(shí)間信息，從而分時(shí)段控制繼電器的通斷狀態(tài)，比如到了夜間23點(diǎn)，車輛稀少了，此時(shí)繼電器斷開，路燈熄滅，熄滅的時(shí)間點(diǎn)可任意設(shè)定。安裝時(shí)，每隔一盞路燈裝一個(gè)，這樣的話不至于夜間漆黑一片，同時(shí)又達(dá)到了節(jié)能目的。

1.2車輛行駛時(shí)的安全性考慮與設(shè)計(jì)

加入聲音傳感器，感知是否有車輛經(jīng)過。當(dāng)有車輛駛來時(shí)，傳感器探到聲音，向單片機(jī)輸出低電平，單片機(jī)立即觸發(fā)繼電器閉合，熄滅的路燈被點(diǎn)亮；當(dāng)車輛駛離時(shí)，聲音消失，傳感器向單片機(jī)輸出高電平，單片機(jī)觸發(fā)繼電器斷開，路燈再次熄滅，繼續(xù)節(jié)能。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)硬件框圖和實(shí)物圖

圖1　系統(tǒng)硬件框圖和實(shí)物圖

系統(tǒng)硬件框圖和實(shí)物圖如圖1所示，包括單片機(jī)、時(shí)鐘芯片、聲音傳感器、按鍵、12864型液晶屏、繼電器、系統(tǒng)電源等。

芯片及電子元器件選型簡介：

1）單片機(jī)型號(hào)為AT89S52，是一種基于CMOS工藝的低功耗、高性能8位微控制器，具有8K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。

2）時(shí)鐘芯片型號(hào)DS1302，可以提供年、月、日、時(shí)、分、秒、星期等時(shí)間信息，通過三個(gè)簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行同步串行通信。

3）液晶顯示模塊型號(hào)為12864型，內(nèi)部含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫，顯示分辨率為128*64，構(gòu)成本控制器的人機(jī)交互界面。

4）繼電器采用固態(tài)直流控交流型，控制端的觸發(fā)電壓為3V至32V直流信號(hào)，輸出端接入220V市電交流回路，固態(tài)型的控制端與輸出回路采用光耦可靠隔離，開關(guān)噪聲非常小，不影響單片機(jī)控制系統(tǒng)的正常工作。

5）聲音傳感器：采用駐極體作為拾音器，經(jīng)過LM393的電壓比較輸出高低電平信號(hào)，檢測到聲音時(shí)輸出低電平，反之輸出高電平，靈敏度可調(diào)節(jié)。

2.2單片機(jī)與時(shí)鐘芯片DS1302的接口電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘芯片接口電路原理圖如圖2所示。DS1302的X1、X2端通過兩個(gè)30pf瓷片電容跨接32.768KHz晶振，為其工作提供時(shí)鐘節(jié)拍。VCC1端為外接鋰電池引腳，該引腳接3V鋰電池正極，一般采用2032式紐扣電池，以節(jié)省電路板空間。CLK、I/O、REST分別接單片機(jī)的3個(gè)通用I/O口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)DS1302的內(nèi)部寄存器讀寫操作，這三個(gè)引腳構(gòu)成了SPI 式通信電路。

圖2　時(shí)鐘芯片接口電路

3.程序設(shè)計(jì)

路燈節(jié)能控制器的程序設(shè)計(jì)主要包括三大部分：DS1302時(shí)鐘芯片讀寫程序、液晶讀寫操作程序、繼電器動(dòng)作程序[2]。

3.1DS1302時(shí)鐘芯片寫操作程序

DS1302寫操作的規(guī)則是先送地址，后寫數(shù)據(jù)。以下給出寫操作的關(guān)鍵代碼及其注釋：

void write_DS1302(unsigned char addr, unsigned char data)

{

dsret=0; //DS1302芯片復(fù)位

dsclk=0; //時(shí)鐘信號(hào)清零

dsret=1; //等待數(shù)據(jù)寫入

write_byte_1302(addr); //寫入一個(gè)字節(jié)地址

write_byte_1302(data);//往該地址寫入一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)

dsret=0;//再次復(fù)位，結(jié)束本次寫操作

dsclk=1;//等待下次數(shù)據(jù)寫入

}

3.2繼電器動(dòng)作程序

繼電器1對(duì)應(yīng)開啟220V電壓，繼電器2對(duì)應(yīng)開啟170V電壓，繼電器3對(duì)應(yīng)開啟185V電壓。繼電器控制端獲得高電平時(shí)，輸出端閉合，否則輸出端斷開[3]。

void voltage_control(unsigned char shi)

{

if((shi>=0)&(shi<=4))//零點(diǎn)至4點(diǎn)期間

{

jidianqi1=0;//繼電器1關(guān)閉

jidianqi3=0;//繼電器3關(guān)閉

jidianqi2=1;//繼電器2啟動(dòng)，開啟170V電壓

if((shengyin=1)|(hongwai=1))//有人車經(jīng)過時(shí)

{

jidianqi2=0;//繼電器2關(guān)閉

jidianqi1=1;//探測到聲音或紅外時(shí)，電壓升至220V以提高亮度

}

else//當(dāng)聲音或人體紅外信號(hào)消失時(shí)，電壓降至170V以繼續(xù)深度節(jié)能

{

jidianqi1=0;

jidianqi2=1;

}

} else if((shi>4)&(shi<=7))//4點(diǎn)至7點(diǎn)期間

{jidianqi2=0;

Jidianqi3=1; //繼電器3啟動(dòng)，開啟185V電壓

}

else{jidianqi2=0;//路燈開啟至零點(diǎn)

jidianqi1=1;//繼電器1通，開啟220V電壓}}

4.結(jié)束語

本文研究了路燈節(jié)能控制器軟硬件設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)了控制器的硬件電路，并對(duì)關(guān)鍵的程序代碼做了闡述，同時(shí)搭建了硬件系統(tǒng)，經(jīng)過試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果，為將來在電氣控制領(lǐng)域開展進(jìn)一步研究打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 楊申仲，楊煒，朱同裕.行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)與能耗考核[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011-07.

[2] 郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程:入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009-01.

[3] 王月姣，朱家駒. 固態(tài)繼電器在單片機(jī)測控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005年第1期.

徐錦鋼（1983-），男，江西高安人，教研專職，講師，碩士研究生，研究方向：嵌入式控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。