蔣嬋靜，羅志榮

(玉林師范學院 物理科學與工程技術學院，廣西 玉林 537000)

引言

隨著城市路燈的數(shù)量日漸增多，以及人們對路燈的要求(開關燈的精確性、路燈故障檢測和維修的及時性、節(jié)能環(huán)保等)的逐步提高，城市現(xiàn)有的部分路燈已難以滿足城市照明管理以及人們對道路照明部分的新要求[1，2]。為此，我們設計了一款以AT89S52單片機技術為核心的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將太陽能和路燈結合，實現(xiàn)實時智能監(jiān)控外界動態(tài)來控制路燈。

1 系統(tǒng)的整體設計

本系統(tǒng)基于AT89S52單片機，控制系統(tǒng)結構圖和實物圖如圖1和圖2所示。路燈的硬件電路設計有以下幾部分：單片機、傳感器檢測電路、故障檢測電路、報警電路、LED路燈、舵機、太陽能電池板、蓄電池。該系統(tǒng)將路燈、外界環(huán)境的變化、太陽能的利用等緊密地聯(lián)系起來。其中，太陽能電池板給蓄電池充電供整個路燈系統(tǒng)使用；傳感器檢測電路中的光電傳感器電路和紅外傳感器電路分別檢測外界的光照度及道路車人情況共同決定路燈的開關；此外，路燈系統(tǒng)還要依據(jù)當時區(qū)域環(huán)境的光照度利用單片機產(chǎn)生的PWM波對LED燈光進行調(diào)節(jié)[3]；同時也確定太陽能電池板的轉(zhuǎn)向；故障檢測電路時刻監(jiān)控路燈的運行若有故障即刻通過GSM短信反饋有關信息[4]。

圖1 系統(tǒng)結構框圖Fig.1 Structure diagram of system

2 硬件設計

1)系統(tǒng)的核心控件。AT89S52采用CMOS工藝生產(chǎn)的高性能、低功耗的8位微型控制器，可使用串口下載，被用于眾多控制系統(tǒng)中[5]。本系統(tǒng)采用AT89S52作為主控芯片，利用該芯片對反饋回來的電信號進行讀取，經(jīng)分析反饋回來的電信號所蘊含的外界信息判斷環(huán)境發(fā)生的變化，進而通過單片機控制信號I/O口[6]輸出相應的電位跳變來控制路燈的開關和亮度、太陽能板的向光轉(zhuǎn)動以及發(fā)出故障警報。

2)傳感器模塊電路的設計。紅外傳感器電路見圖3。當紅外傳感器的檢測方向遇到行人或車時，信號反射回來被接收管接收，通過數(shù)字傳感器接口返回到微處理器主機，微處理器即可根據(jù)紅外返回的信號來識別周圍環(huán)境的變化從而控制路燈的亮滅。光電傳感器電路見圖4。光電傳感器與紅外傳感器的原理相同，只是前者用于檢測光照的強弱，同樣是將反饋回來的信息交給微處理器再進行相應的動作。

圖3 紅外傳感器電路圖Fig.3 Circuit diagram of infrared sensor

圖4 光電傳感器電路圖Fig.4 Circuit diagram of photoelectric sensor

圖3和圖4中，兩電路都以集成運算放大器LM393芯片[7]為核心控件，作為電壓比較器。以圖4說明其工作原理：當電壓比較器輸入引腳5管腳的輸入電壓高于參考電壓即4管腳的電壓時，輸出電壓為高電平；輸入引腳5管腳的輸入電壓低于參考電壓即4管腳的電壓時，輸出電壓為低電平；輸出電壓值的大小取決于D1的阻值。光敏電阻的制成是根據(jù)半導體的光電效應原理，其電阻隨光照強度的變化而改變。

3)報警電路。本系統(tǒng)的報警電路以GMS模塊為主要控件，GMS和單片機之間通過串口連接，利用AT指令進行通信[8]。首先通過檢測路燈電流來判斷是否出現(xiàn)故障，如有故障再通過GMS用短信的方式將路燈出故障的信息告知相關管理人員，以達到及時報警的目的。

4)太陽能蓄電。太陽能蓄電模塊由太陽能電池板、蓄電池和舵機等組成。此部分在系統(tǒng)中置于路燈一旁，其工作原理是由太陽能電池板將太陽的輻射能量轉(zhuǎn)換成電能，然后儲蓄在蓄電池中，轉(zhuǎn)換效率約為15%[9]。其中舵機的主要作用是使與太陽能板相連的軸發(fā)生轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動是由單片機產(chǎn)生PWM波來驅(qū)動的，而轉(zhuǎn)動方向則由外界環(huán)境的光照度決定，發(fā)生轉(zhuǎn)動所需光照度的大小可由人的意愿進行調(diào)節(jié)。這部分設計的工作過程可歸納為：首先由光電傳感器檢測太陽輻射最強方向，然后反饋電信號給單片機，進而單片機接收信號進行處理并確定舵機需要轉(zhuǎn)動角度。設計依據(jù)是系統(tǒng)能夠充分地收集和使用太陽能。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要是對由外界環(huán)境變化反饋回來的電信號進行分析判斷，單片機根據(jù)電信號信息對系統(tǒng)其他硬件設施進行相應的動作控制程序。系統(tǒng)有傳感器檢測、判斷光照度及車人情況、LED路燈燈光的PWM調(diào)節(jié)、舵機轉(zhuǎn)動即太陽能板的向陽追蹤、GSM故障報警等執(zhí)行程序。系統(tǒng)軟件設計的流程圖如圖5所示。

4 結束語

設計智能化和高效節(jié)能的LED路燈控制系統(tǒng)是城市照明節(jié)能和按需照明的要求。我們設計的LED路燈控制系統(tǒng)可以根據(jù)外界環(huán)境情況來控制路燈的開關狀態(tài)，在很大程度上減少了能源的損耗。在路燈出故障時可自動報警，使路燈及時得到處理，提高了工作效率，有效地解決了路燈故障不能及時處理給人們生活帶來的不便。該系統(tǒng)使現(xiàn)有的智能路燈與傳統(tǒng)路燈得到了進一步的優(yōu)化和提高，讓人們 的安全有了更高的保障，同時也提高了用電效率。

圖5 系統(tǒng)的程序流程圖Fig.5 Program flow chart of system