王 宇,劉福華,黨宏濤,林柏宇,宋振凱,朱 浩

(西京學院,陜西 西安 710123)

0 引言

路燈的作用是當外界的光照強度弱到影響人們的視野時,路燈開啟,給人們帶來光亮。國內大部分地區(qū)所采用的控制方式都是以定時來進行控制,這種控制方式靈敏度太低,無法應對外界環(huán)境的變化,如夏季與冬季的晝夜長短不一樣,夜晚來臨的時間不恒定[1]。要想實現(xiàn)對路燈的精準控制,就要直接以外界光照強度為被控量,對路燈進行精準控制。設計人員可以在路燈原有的照明功能外,加入環(huán)境檢測功能,對周圍空氣中的溫度、濕度、PM2.5濃度進行檢測,若周圍的空氣質量差,還能進行簡單的環(huán)境治理。

1 整體方案設計

1.1 控制方案設計

本設計以單片機作為控制芯片,通過光照度傳感器,根據(jù)外界光照強弱的變化來向單片機發(fā)送信號,在手動控制的基礎上加上智能控制,提高了路燈的節(jié)能性。同時,本設計又利用了溫濕度傳感器、粉塵傳感器對周圍環(huán)境的濕度、溫度、PM2.5濃度進行檢測,并將檢測到的數(shù)據(jù)顯示在LCD1602液晶顯示屏上。通過單片機的控制,當粉塵數(shù)據(jù)達到設定的閾值,水泵就會啟動,噴出微小水霧,達到抑塵的效果。系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構

單片機就是在一片半導體硅片上,集成了中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM,ROM)、并行I/O、串行I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘電路及系統(tǒng)總線,用于測控領域的單片微型計算機,簡稱單片機[2]。本設計的控制器是單片機,其主要作用是采集各種實時數(shù)據(jù)并對其他模塊進行控制。它的工作過程是通過從各檢測模塊來采集所需要的信息,并通過所采集的信息來控制其他模塊。

1.2 系統(tǒng)的控制方式

多功能路燈控制系統(tǒng)的控制方式分為兩種:自動控制方式和手動控制方式。

(1)自動控制方式。自動控制方式是路燈通過外界光照度的變化來進行自動開關燈的運行方式。其思路是,只有當外界的光照強度低到足以影響到人們視物的時候,路燈才會被點亮,為人們帶來光明。多功能路燈控制系統(tǒng)以單片機為核心,通過光照度傳感器來對外界光照數(shù)據(jù)進行采集,設置一個定制。當采集到的光照度低于這個定值時,燈光開啟;當采集到的光照度超過這個定制時,燈光則自動關閉,這便是多功能路燈控制系統(tǒng)的自動控制方式。

在系統(tǒng)運行正常情況下,多功能路燈控制系統(tǒng)主要是以自動控制方式運行。系統(tǒng)通過光照度傳感器采集光強數(shù)據(jù)并加以分析,實時對路燈進行控制[3-4]。

(2)手動控制方式。手動控制方式是在操作系統(tǒng)中,設置一個切換開關,可自行切換自動控制和手動控制,再設置一個手動開關,人們可以通過手動操作來控制路燈的開關燈。這種情況一般是為了應對出現(xiàn)的緊急狀況或者進行維修調試的時候,才使用手動控制方式。

2 檢測模塊設計與選型

2.1 光照檢測模塊

光照檢測模塊由GY-30光照度傳感器組成,其作用是對外界的光照數(shù)據(jù)進行采集。GY-30光照度傳感器是一款基于IIC通信的16bit的數(shù)字型傳感器,其特點是光譜范圍類似于人眼,對光源的依賴性不大,而且無須任何外部零件,所以本設計選擇GY-30光照度傳感器作為光照檢測模塊。

2.2 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測模塊由DHT11數(shù)字溫濕度傳感器組成,其作用是對外界的溫度和濕度數(shù)據(jù)進行采集。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種復合傳感器,它是由電阻式感濕元件和NTC測溫元件組成,選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是因為其具有體積小、功耗低、響應快、性價比高等優(yōu)點。

2.3 PM2.5濃度檢測模塊

PM2.5濃度檢測模塊由灰塵傳感器YW-51組成,其作用是檢測空氣中的粉塵濃度。因為YW-51靈敏度高,響應時間僅有10 ms,其性價比高,且高一致性可達+/-15%,具有高EMC性能。所以該系統(tǒng)選擇灰塵傳感器YW-51來檢測外界空氣中PM2.5的濃度。

2.4 液晶顯示屏模塊

液晶顯示屏模塊由LCD1602液晶屏組成,其作用是將系統(tǒng)采集到的溫度值、濕度值、光照數(shù)據(jù)以及PM值實時顯示出來。選擇LCD1602液晶顯示屏的原因是其具有顯示質量高、功耗低、體積小等優(yōu)點。

2.5 抑塵模塊

抑塵模塊選擇水泵、精細霧化噴頭以及紅外感應器來實現(xiàn)抑塵功能,紅外感應器的作用是檢測噴灑范圍內是否有人。在噴灑范圍內無人的情況下,此功能才會啟動。系統(tǒng)對采集到的PM2.5進行數(shù)據(jù)判斷,當粉塵數(shù)據(jù)過高時,水泵啟動,精細霧化噴頭就會噴出5微米的水霧,達到抑塵效果。

3 功能流程

系統(tǒng)進行初始化,循環(huán)讀取PM2.5、溫濕度、光照強度的數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)送至LCD1602顯示的同時再對這些數(shù)據(jù)進行解析、判斷以及處理。

對采集到的PM2.5值進行數(shù)據(jù)判斷,當粉塵數(shù)據(jù)超過閾值時,水泵啟動進行灑水抑塵。

通過按鍵判斷切換自動模式與手動模式。當處于自動模式時,系統(tǒng)通過對外界采集的光強數(shù)據(jù)進行判斷,設置一個算法閾值(此閾值設計為30 lux)。若光照強度小于30 lux,發(fā)光裝置啟動。若光照強度大于30 lux,則發(fā)光裝置關閉。當處于手動模式時,通過按鍵判斷來進行開關燈。功能流程如圖2所示。

圖2 功能流程

4 結語

本設計主要實現(xiàn)了智能控制、環(huán)境檢測、灑水抑塵的功能。通過光照傳感器采集的光照數(shù)據(jù)對路燈進行自動控制,為了應對緊急狀況,本設計還設置了手動控制方式。