路燈節(jié)能控制器的設計與研究

徐錦鋼++鄢妍

【摘 要】本文論述了一種基于單片機的路燈節(jié)能控制器軟硬件設計方法，闡述了該控制器的節(jié)能原理，重點講述了DS1302時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C語言程序?qū)嵗?/p>

【關鍵詞】節(jié)能；單片機；液晶；時鐘；繼電器

引言

隨著我國經(jīng)濟社會持續(xù)快速發(fā)展，能源供應緊張的問題日益凸顯，特別在用電高峰期，電力缺乏更加嚴重。而道路照明用電占了相當?shù)谋戎兀窍碾娔艿囊粋€重要方面。照明節(jié)能正在成為一個節(jié)約能源、保護環(huán)境的重要措施，本文研究設計的控制器正是應用于路燈照明節(jié)能領域[1]。

1.控制器節(jié)能原理

1.1 分時段節(jié)能

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

1.2 車輛行駛時的安全性考慮與設計

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

2.硬件設計

2.1 系統(tǒng)硬件框圖和實物圖

系統(tǒng)硬件框圖和實物圖如圖1所示，包括單片機、時鐘芯片、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）單片機型號為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)程序存儲器。

2）時鐘芯片型號DS1302，可以提供年、月、日、時、分、秒、星期等時間信息，通過三個簡單的串行接口與單片機進行同步串行通信。

3）液晶顯示模塊型號為12864型，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫，顯示分辨率為128*64，構成本控制器的人機交互界面。

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，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，開關噪聲非常小，不影響單片機控制系統(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，檢測到聲音時輸出低電平，反之輸出高電平，靈敏度可調(diào)節(jié)。

2.2 單片機與時鐘芯片DS1302的接口電路設計

時鐘芯片接口電路原理圖如圖2所示。DS1302的X1、X2端通過兩個30pf瓷片電容跨接32.768KHz晶振，為其工作提供時鐘節(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分別接單片機的3個通用I/O口，以實現(xiàn)單片機對DS1302的內(nèi)部寄存器讀寫操作，這三個引腳構成了SPI 式通信電路。

3.程序設計

路燈節(jié)能控制器的程序設計主要包括三大部分：DS1302時鐘芯片讀寫程序、液晶讀寫操作程序、繼電器動作程序[2]。

3.1 DS1302時鐘芯片寫操作程序

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3.2 繼電器動作程序

繼電器1對應開啟220V電壓，繼電器2對應開啟170V電壓，繼電器3對應開啟185V電壓。繼電器控制端獲得高電平時，輸出端閉合，否則輸出端斷開[3]。

4.結束語

本文研究了路燈節(jié)能控制器軟硬件設計問題，設計了控制器的硬件電路，并對關鍵的程序代碼做了闡述，同時搭建了硬件系統(tǒng)，經(jīng)過試驗達到了預期效果，為將來在電氣控制領域開展進一步研究打下了扎實的基礎。

參考文獻：

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

[2] 郭天祥.新概念51單片機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)繼電器在單片機測控系統(tǒng)中的應用[J].中南民族大學學報（自然科學版），2005年第1期.

作者簡介：

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)軟硬件設計。