基于MSP430F149單片機的智能路燈控制系統

陳希湘 陳譽

摘 要： 為了解決城市照明存在的巨大能源浪費問題，提出一款基于MSP430F149單片機智能路燈控制系統。該系統以單片機為控制核心，可對路燈進行定時開關；對發生故障的路燈進行報警；根據交通情況判斷是否需要開關路燈；對周圍環境中光線強度進行檢測，實現了根據環境自動亮滅燈和自動調節燈的亮度，體現了節能的作用；最后通過OLED實時顯示監測界面。經測試，該系統工作穩定，具有操作簡單、穩定可靠、節能無污染等優點。

關鍵詞： MSP430F149； 路燈控制； 節能； 智能控制； PWM； OLED

中圖分類號： TN344?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）20?0107?03

Abstract： An intelligent street lamp control system based on the microcontroller MSP430F149 is proposed to resolve the huge energy waste problem of urban lighting. In the system， with the microcontroller as the control core， regular switching of street lamps is realized， faulty street lamps are alarmed， whether to switch street lamps is judged according to the traffic situation， and ambient light intensity is detected， so as to realize automatic lamp switching and lamp brightness adjustment according to the environment， which reflects the function of energy saving. The monitoring interface is displayed in real time by using the OLED. The test results show that the system runs stably， and has the advantages of simple operation， high reliability， energy saving， and non?pollution.

Keywords： MSP430F149； street lamp control； energy saving； intelligent control； PWM； OLED

隨著我國經濟飛速發展，電力消耗也隨之快速增長。電力資源已經成為非常緊缺的資源。如何做到環保節能，已經成為近年來的熱門話題。針對我國在城市照明上存在的巨大能源浪費問題，本文提出一套新型的智能路燈控制系統。其作用為：可對路燈進行定時開關；對發生故障的路燈進行報警；對路燈周圍環境中光線強度進行檢測，判斷是否需要開關路燈；深夜時分，路燈的開關可由路上車輛和行人進行智能化的判斷，減少夜間光污染和節約電能等。

1 系統的硬件設計

1.1 系統的設計框圖

系統主要以MSP430F149單片機為智能控制核心，外圍電路主要包括定時開關燈模塊、故障檢測及報警模塊、按鍵模塊、顯示模塊、自動調節模塊等。系統的設計框圖如圖1所示。

1.2 控制中心的選擇

方案一采用STC公司的單片機STC89S51作為主控制芯片。此單片機運算能力強，并且I/O接口比較多，易于擴展外圍電路。方案二采用TI公司生產的MSP430F149單片機，MSP430系列單片機的供電電源采用1.8～3.6 V，有獨特的時鐘系統，具有很強的運算處理能力，有廉價的USB仿真器，可以實現軟硬件聯調，方便在編程調試過程中發現問題，解決問題。綜合以上兩種方案，發現方案二有明顯的優點，運行速度比51單片機快，還有較多內置模塊，方便使用和簡化程序，所以選擇使用方案二做控制系統。

1.3 檢測環境明暗和燈光模塊

采用光敏電阻與10 kΩ電阻串聯，光敏電阻隨著光線變強阻值會變小。當環境較亮時，光敏電阻的阻值會變小，因此光敏電阻的負端的電壓值會變大；反之阻值變大，負端電壓值變小。采用單片機內部12位ADC模塊進行電壓采集。高電平時，表示此時光線強；低電平時，表示此時光線弱，應當開燈。光敏電阻對環境明暗變化很靈敏，但是光線強度并不能準確定義，所以加上一個以LM358構成的電壓比較器，用1 kΩ和10 kΩ電位器串聯，調節電位器可以修改IN1-端的電壓值。將光敏電阻的負端電壓IN1+與之對比，若IN1+>IN1-時，OUT1為高電平，如圖2所示；若IN1+

1.4 報警模塊

報警電路由三極管、蜂鳴器和發光二極管構成。單片機發出一個高電平時，三極管的b，e端導通，蜂鳴器響時，發光二極管同時點亮。報警電路圖如圖4所示。

2 系統軟件設計

軟件主程序主要包含的功能是界面的選擇，通過按鍵可以對需要顯示的界面進行切換，切換到運行所需的顯示界面。一般情況下，路燈安裝好正常工作后不需要對它進行再次設置和查看，所以本系統界面只顯示當前時間。只有當路燈開啟時，才對故障進行檢測故障，同時紅外檢測移動物體也只有當深夜才檢測。主程序流程圖如圖5所示。

3 測試結果

路燈布置示意圖6所示。

3.1 根據交通情況和環境自動亮滅燈測試

正向行駛時，當有物體通過S點時，燈1亮，燈2滅；當物體通過B點時燈1滅，燈2亮；當物體通過S點時，燈1燈2都滅。逆向行駛時，當有物體通過S點時，燈2亮，燈1滅；當物體通過B點時，燈2滅，燈1亮；當物體通過S點時，燈2燈1都滅。光線很亮的情況下，燈自動熄滅；光線很暗的情況下，燈會自行啟動。光線較亮時，燈的亮度會自動調低；光線較暗較暗時，燈的亮度會自動調高。如此便實現了根據環境自動亮滅燈和自動調節燈的亮度，體現了節能的作用，測試結果如表1所示。

3.2 路燈故障檢測

若存在個別路燈未點亮，蜂鳴器發聲并且在顯示屏上能夠自動地顯示故障路燈的位置，測得結果見圖7。

3.3 PWM波調光測試

通過調節占空比來實現PWM調光的功能，對于PWM調光的測試所用測試儀器為萬用表，測得的數據如表2所示。

單片機輸出低電平0 V時，三極管基極電壓為0 V，發射極電阻處為0 V，集電極燈泡處電壓為2.5 V。當單片機輸出高電平為3.6 V，其I/O輸出高電平到基極時，TIP122三極管基極正偏，集電極正偏，使三極管飽和導通。當三極管導通后測得基極電壓為2.267 V（見表3），發射極電阻處的電壓為0.866 V，集電極LED燈處電壓為1.508 V。硅晶體管的飽和壓降為0.3 V，TIP122內部由兩個晶體三極管組成，所以飽和壓降為0.6 V，基極與集電極相差0.6 V左右，與飽和壓降基本相符合。

4 結 論

本文主要闡述智能路燈控制系統的軟硬件設計過程，介紹智能路燈控制系統的硬件結構、工作原理、軟件設計及測試結果，實現了對路燈系統的監測和控制。測試結果表明，該系統結構簡單，控制界面簡單友好，經濟實用。

注：本文通訊作者為陳譽。

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