基于單片機(jī)的模擬路燈控制系統(tǒng)

徐晗

摘 要：路燈照明是基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，但是同時(shí)也是容易出現(xiàn)浪費(fèi)的部分，尤其是在晚間，浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。當(dāng)前節(jié)能與環(huán)保已經(jīng)成為了發(fā)展趨勢(shì)，在路燈控制方面也需要基于節(jié)能與環(huán)保進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于單片機(jī)的模擬系統(tǒng)，則能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。本文就基于單片機(jī)的模擬路燈控制系統(tǒng)做簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) 路燈控制系統(tǒng) 模擬

中圖分類號(hào)：TP275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（a）-0135-02

作為相應(yīng)的配套設(shè)施，交通行業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)，路燈在數(shù)量與規(guī)模上迅速擴(kuò)大，但是就另一方面來(lái)看，管理與控制工作水平還有待提升。大部分路燈都能夠依據(jù)光線變化進(jìn)行調(diào)整，但是，晚上車流量較少，造成了電力資源浪費(fèi)。為了節(jié)約資源，降低成本，提升能源的利用效率，就需要設(shè)計(jì)一種新型的控制系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)要求

控制系統(tǒng)具有時(shí)鐘功能，能夠?qū)r(shí)間進(jìn)行設(shè)定，并且是路燈開(kāi)啟與關(guān)閉的時(shí)間，支持對(duì)一定數(shù)量的路燈開(kāi)燈與關(guān)燈操作，控制器通過(guò)對(duì)外部光線環(huán)境的明暗變化，做出開(kāi)燈與關(guān)燈的操作。控制器依據(jù)外部光線環(huán)境變化對(duì)燈光亮度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。由于路燈的數(shù)量，控制器應(yīng)該具備對(duì)路燈進(jìn)行獨(dú)立控制的能力，包括了開(kāi)燈與關(guān)燈操作。當(dāng)由于內(nèi)部或者是外部原因?qū)е侣窡艄收蠒r(shí)，系統(tǒng)能夠發(fā)出警報(bào)信息，并將故障信息發(fā)送到管理部門，工作人員進(jìn)行維修。

2 硬件方案設(shè)計(jì)

首先，就位置檢測(cè)而言，將對(duì)射式光電管安裝于道路的兩側(cè)，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，光電管檢測(cè)信號(hào)。用該方法檢測(cè)靈敏度高、精準(zhǔn)度高，并且對(duì)物體材質(zhì)沒(méi)有限制，滿足系統(tǒng)需要，時(shí)鐘設(shè)計(jì)方便，采用了不同的升級(jí)產(chǎn)品，增加后背與主電源引腳。報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)編程，而硬件電路則減少了設(shè)計(jì)，系統(tǒng)控制成本能夠有效降低，性價(jià)比能夠提升。外圍電路通過(guò)三極管對(duì)蜂鳴器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而開(kāi)展工作，報(bào)警檢測(cè)則是通過(guò)對(duì)二極管電流直接檢測(cè)并判斷電路是否存在問(wèn)題。控制單元對(duì)單片機(jī)的要求是低能耗，抗干擾能力強(qiáng)，并且具有兼容性，可以任意選擇機(jī)器周期時(shí)鐘，執(zhí)行速度快，環(huán)境控制電路利用光敏電阻組成感光電路，主要考慮到光敏電阻成本低調(diào)整較為容易，也能夠滿足設(shè)計(jì)方案的需求。光線調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)，利用的是可控恒流源對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)三極管進(jìn)行調(diào)節(jié)以此來(lái)達(dá)到對(duì)恒流輸出電流調(diào)節(jié)的目的，單片機(jī)輸出的是調(diào)節(jié)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)三極管調(diào)節(jié)功能，對(duì)恒流源輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)LED燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖1為模擬路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)組成模塊

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，整體系統(tǒng)可以將其分為支路控制器、單元控制器兩個(gè)部分。其中前者的組成部分包括按件操作菜單、顯示模塊程序、總控程序、自動(dòng)調(diào)光控制報(bào)警程序、通信模塊、分支控制程序、交通狀況控制等模塊，而后者的組成則包括了顯示模塊、操作菜單、調(diào)壓模塊等。

4 模擬路燈控制系統(tǒng)方案

4.1 運(yùn)動(dòng)物體探測(cè)

通過(guò)光敏電阻對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，其原理是利用光敏電阻對(duì)光線的靈敏度，如果電阻所接收到的光亮增大時(shí)，電阻值則會(huì)相應(yīng)地減小，而輸出電壓只會(huì)增大。同時(shí)由于串聯(lián)分壓，需要對(duì)電路加入電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平，再輸入單片機(jī)進(jìn)行控制。該方案的不足之處是，靈敏度高，測(cè)光的范圍較大，而運(yùn)動(dòng)中的物體需要具備光源，電阻會(huì)受到其他的光源影響，檢測(cè)準(zhǔn)確性會(huì)降低。而解決這個(gè)問(wèn)題，同樣可以利用電阻的特性，設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)故障檢測(cè)電路，確保其正常工作的同時(shí)降低成本。

4.2 信息采集

控制系統(tǒng)通過(guò)時(shí)鐘系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，并經(jīng)過(guò)顯示系統(tǒng)顯示所設(shè)定的時(shí)間。單片機(jī)通過(guò)時(shí)鐘控制系統(tǒng)，對(duì)支路開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。利用鍵盤手動(dòng)輸入信息，對(duì)其進(jìn)行設(shè)定與修改，系統(tǒng)采用了獨(dú)立按鍵，分別是功能、位移、模式、增加，而其中模式又可以分為手動(dòng)與自動(dòng)兩種，功能鍵則可以調(diào)出需要的菜單。

4.3 環(huán)境檢測(cè)聲光報(bào)警

利用電阻感光特性制作感光傳感器，通過(guò)感知環(huán)境光線的變化，開(kāi)關(guān)燈操作進(jìn)行控制。系統(tǒng)控制模式通常分為兩種，即自動(dòng)模式與正常模式，整體系統(tǒng)利用了3個(gè)傳感器，兩個(gè)應(yīng)用于路燈故障檢測(cè)，剩下的用于環(huán)境明暗變化感知。當(dāng)外部環(huán)境的光線變暗時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)啟自動(dòng)模式，物體被檢測(cè)到經(jīng)過(guò)時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)。如果路燈無(wú)法正常開(kāi)啟，而支路的光敏傳感器可以檢測(cè)到路燈信號(hào)，并將其傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，用單片機(jī)控制報(bào)警器，將故障顯示出來(lái)。

4.4 基于單片機(jī)的不同類型控制系統(tǒng)

為了有效降低能耗并體現(xiàn)出環(huán)保，路燈控制系統(tǒng)可以充分利用太陽(yáng)能。利用太陽(yáng)能通過(guò)光紅外、聲，對(duì)外界環(huán)境進(jìn)行感知，并將信息傳送給單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的調(diào)節(jié)。通過(guò)程序編寫，控制電路與傳感器輸出控制信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)，對(duì)電池板的方位角高度進(jìn)行控制，確保照射到電池板的光線保持垂直角度，以此達(dá)到最高效率地利用太陽(yáng)能的目的，路燈電路在太陽(yáng)能與時(shí)間二者之間的切換，依據(jù)蓄電池兩端電壓、峰值電壓、低閥值電壓進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置了斷電保護(hù)功能，防止過(guò)充過(guò)放、電流翻涌對(duì)蓄電池及電路造成的損害。

軟件模塊是系統(tǒng)的核心組成，同時(shí)需要硬件系統(tǒng)為其提供輔助，硬件系統(tǒng)包括鍵盤電路、電源電路、負(fù)載輸出控制電路、太陽(yáng)能電池電壓采樣等幾大部分組成。其中太陽(yáng)能電池為整個(gè)系統(tǒng)提供了控制及照明電能，在光照條件下，將光能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)采集電池板電壓信息，可以對(duì)太陽(yáng)光線強(qiáng)弱進(jìn)行判斷，從而對(duì)黑夜與白晝進(jìn)行識(shí)別。

遠(yuǎn)程路燈控制，在主機(jī)硬件設(shè)計(jì)方面，控制核心是單片機(jī)，并且單片機(jī)為雙串口，可以確保通信模塊單片機(jī)之間互相不干擾，而通信的質(zhì)量也能夠得到保證。重要信息可以存儲(chǔ)于片上空間，并且具備了掉電保存功能。程序正確運(yùn)行，則得益于看門狗復(fù)位功能，避免程序陷入死循環(huán)。考慮到不同部分連接的可靠性，需注意電平轉(zhuǎn)換以及通信等因素。在軟件設(shè)計(jì)方面，首先是單片機(jī)初始化運(yùn)行，之后指令發(fā)送，程序進(jìn)入遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，在路燈開(kāi)啟情況下，主機(jī)對(duì)從機(jī)狀態(tài)進(jìn)行查詢，并對(duì)故障信息進(jìn)行收集。

5 結(jié)語(yǔ)

路燈系統(tǒng)是基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，為交通出行與居民生活提供了重要保證，而傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)會(huì)存在資源浪費(fèi)等情況，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。基于單片機(jī)的模擬路燈控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)外部光線明暗感知，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，并對(duì)燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)，收集故障信息，便于維護(hù)工作開(kāi)展，成本低廉而性價(jià)比較高，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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