基于單片機的模擬路燈控制系統模塊設計

袁文鳳 黃夢真

摘 要：文章介紹了一種以89C51單片機為核心構成的模擬路燈控制系統的控制電路，該電路采用傳感器檢測技術，使路燈可以根據交通和環境情況自動調節燈的狀態。并具有故障檢測功能，故障發生時，某一支路發出報警信號，同時有顯示部分顯示故障燈所在支路的地址編碼。再加上液晶顯示模塊和信息輸入模塊，可以直觀地顯示出路燈的亮滅時間并可對其進行控制操作。

關鍵詞：路燈控制；LED驅動；MCU；傳感器

1 模擬路燈控制系統的方案設計與論證

該系統創新點自動檢測交通狀況，并及時調節亮燈狀態。換句換說該系統具有測試點不同、運動狀態不一樣的情況下，燈的亮滅不一樣，當某一運動的物體即將到達燈下時，該路燈提前點亮，當運動的物體駛過該路燈快要來到下一路燈下時，上一路燈熄滅，下一路燈點亮。所以該系統首先具備檢測運動物體的運動狀態，還要求控制器能根據環境的變化而變化，形成智能化控制燈亮滅的目的。通過分析，該系統設計了光控開關來實現這一功能。

1.1 探測運動物體

該系統采用單片機控制路燈亮滅，當檢測到物體運動時，將檢測到的信號傳回單片機，并有單片機根據信號對LED燈進行控制。

方案一：利用光敏電阻檢測運動物體的信號。根據光敏電阻對光線的靈敏度原理，光敏電阻收到的光亮度增加時，光敏電阻的阻值減小，使輸出的電壓增大為高電平，又因為串聯分壓，此時需加入電平轉換電路，使輸出的信號轉換為低電平，輸入單片機進行控制。該方案設計的缺點是光敏電阻的測光范圍寬，靈敏度較高，響應范圍寬。那么，該系統若要順利進行，運動物體需要帶有光源，另外光敏電阻還會受路燈等其他燈光的影響，故導致其不能正常工作。為了節約成本，我們可以利用光敏電阻的特性，設計光電開關、故障檢測等電路。

方案二：根據方案一的分析，光電開關工作原理是根據發射端發出的光束，經過物體反射，接受端據此判斷是否有物體經過。若沒有光線被折射回來，輸出高電平；反之，則輸出低電平。單片機再根據接收端電平的高低，做出相應控制。以此判斷運動物體是否經過設定位置。具體設計在路的一側安裝光電開關，采用E3F-DS10C4，其具有長壽命和高可靠性。其中LED指示燈可以檢測傳感器的狀態，經濟且操作簡單。手動調節探頭上的一個旋鈕就可以控制探頭的靈敏度，最遠探測距離為30厘米，滿足設計系統要求、安裝在路邊，不影響路面的正常行駛。

1.2 信息采集和數顯

本系統采用時鐘系統設置開關燈時間，并通過顯示系統顯示設定時間。單片機利用時鐘系統控制整條支路按時開關燈。那么鍵盤是最好的手動設置輸入信息的元器件。手動操作鍵盤的輸入，對顯示信息進行修改和設定。本系統采用4個獨立式按鍵，分別實現：模式、功能、移位和增加。其中模式鍵分為自動和手動；功能鍵菜單有：時鐘，LED路燈1的亮、滅時間，LED路燈2的亮、滅時間，和顯示有故障路燈的地址編號，另外功能鍵還可調出需要設定的菜單。增加鍵，則用來改變選定的數值。移位鍵，用來選定需要修改的數值。這里重點探討顯示系統的設計方案。

如果采用LED燈組成顯示，將占用太多的系統資源，顯示信息量少，需要循環刷新，并且功耗大。若采用單片機專用08032液晶顯示屏，只占用單片機11個接口，動態掃描，滾動顯示信息，節約資源。

1.3 明暗環境檢測和聲光報警功能

采用光敏電阻的感光特性，制作成光敏傳感器，感應周圍環境的變化，控制和檢測燈的亮滅。根據題目的基本要求分析所得，系統的控制有兩種模式：Auto和Normal模式。該系統采用三個光敏傳感器，其中兩個用來檢測路燈的故障，另一個用來感測環境亮暗的變化，當環境變暗時，系統進入自動模式：探測有物體經過時，是否燈亮。若該亮的路燈不亮，既不能正常工作時，該支路的光敏傳感器檢測到燈不亮的信號，便把該信息傳達給單片機，由單片機控制聲光報警器，并把故障路燈的編號通過LCD液晶顯示出來。

1.4 恒流源和調光設計

根據調光需要，選擇額定電壓3v，額定功率1瓦的LED燈。根據功率公式：P=UI得LED所需的電流。

應為I=P/U，I為330mA，通過計算恒流值應為固定的330mA。有上述，我們首先選定LM317三端可調正穩壓集成電路。調光部分采用PWM控制，在假設控制電路輸出頻率恒定，通過調整其占空比，使得在規定時間內路燈驅動電源輸出功率能按設定要求自動減小，并能調節輸出功率，使其設定在一定范圍內。

2 電路設計與說明

2.1 恒流源供電和調光電路

已知Iout為330mA，由LM317構成的穩壓電路可得：

Iout=（Vref/R）+Iadj=1.25V/R=330mA

所以可得出R為3.7歐，即需要有3.7歐的電阻，才能滿足輸出電流為330mA，由于LED的驅動功率比較大，所以采用二個6.8Ω/2W的電阻并聯來實現（實測電阻值為7.3Ω，并聯后為3.65Ω），滿足設計需要。

2.2 模擬路燈系統述

該系統以STC8051單片機進行控制，漫反射傳感器信號轉換電路將信號輸入到單片機，單片機做出判斷，并執行相應操作。若檢測到故障，單片機將信號傳給聲光報警電路。若檢測到某移動物體，則控制某支路路燈進行相應操作，并利用中斷系統設定路燈亮滅時間、顯示時間。

3 系統測試

在有光源或無光源環境下，經測試，系統能夠到達設計要求，及時檢測運動物體并及時響應，控制路燈亮滅。

3.1 漫反射傳感器的檢測

3.2 光敏電阻傳感器的檢測

4 結束語

模擬路燈控制系統建立在現場終端和遠程控制的基礎上，能夠實現檢測現場信號，并對信號作出處理。從而達更好地服務行人和車輛的目的。

參考文獻

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作者簡介：袁文鳳（1983-），女，河南周口人。