基于單片機的光控路燈系統設計

張錦迪，劉雪峰

（西安交通工程學院，陜西 西安 710300）

0 引言

隨著社會的現代化發展，在城市的建設中照明設施已經成為不可分割的一部分，路燈在城市的照明設施中占有舉足輕重的地位，關系著人們的生產生活舒適度以及安全性，路燈照明設施中非常重要的一部分就是城市的路燈自動控制系統。同時城市照明設施已經不僅僅是簡單的街道照明，而是發展成城市景觀裝飾性的市政項目，所以對能源的需求量會越來越大，為避免不必要的能源浪費和人力資源浪費，那么設計一種更為智能的路燈控制系統變得十分緊迫。

1 系統設計方案

支路控制器采用STC89S52單片機作為主要的核心元器件，控制主要的兩個單元電路。使用獨立式按鍵的方式讓用戶進行功能選擇，利用液晶屏幕LCD1602實時顯示用戶所設定的時間、出現故障路燈的編號和整個系統功率調節的范圍。同時利用光敏電阻的特性來檢測外部環境的光照明暗程度，以此來實現自動的開關燈功能以及檢測出路燈是否發生故障。應用漫反射式紅外光電開關對周圍出現的物體的運動進行檢測，當物體經過具體設置的位置時，光電開關將所檢測到的信號傳遞給支路控制，因此主控單元發出指令，并且利用單元控制驅動模塊來調節各個路燈的工作狀態。

2 系統的硬件設計

2.1 顯示模塊設計

顯示模塊是一個點矩陣LCD，可以顯示數字、中文文字和各種字體的圖像，還可以定制靈活、鮮明的顯示內容。同時，它還配備了4*4鍵盤，便于員工操作。

2.2 物體檢測模塊設計

該模塊用于檢測交通狀況，車輛通過后，道路燈會自動開啟或關斷，根據交通狀況實現自動調整路燈的開啟/關斷的功能。使用漫反射光電開關檢測物體的運動，當對象通過指定的位置時，傳感器檢測物體，向控制部發送信號，控制部為了有效地實現道路狀況檢測功能，發送通斷控制光的命令。電路和程序控制更簡單和明確，穩定性相對強。工作原理如圖1所示。

圖1 漫反射式光電開關原理圖

2.3 環境監測模塊設計

環境監測模塊的設計其核心元件就是光敏電阻。在光敏電阻的兩極加上一定的電壓，當外部光照照射在光敏電阻上時，光敏電阻內部被束縛的電子吸收到了光子能量變為了自由電子，并且產生了空穴。光激發所產生的電子（空穴）在外加電壓的作用下同時進行導電，改變了光敏電阻的導電性能。在光照強度越強的情況下光敏電阻的導電性能越好，所以光敏電阻的電導率也會隨之增加，流過光敏電阻內部的光電流也會增加，光敏電阻自身的電陽值會慢慢減小。反之，隨著光照強度的減弱光敏電阻的導電性能也會變弱，隨之光敏電阻的電導率會慢慢變小，流過光敏電阻內部的光電流也會慢慢減小，光敏電阻自身的電阻值隨之增加。

2.4 報警系統模塊設計

報警系統是通過對于照明設備的工作狀態以及實時監控來實現的。對照明系統進行實時工作情況監控，及時檢測出照明系統的故障，工作人員進行及時檢修，降低故障對日常生產生活的影響。

3 系統的軟件設計

在單片機控制系統中，可以分為數據處理和過程控制兩種基本類型。

（1）在整個程序開始之后，先將所有的器件和端口進行初始化處理，先向DS1302發送請求等待回復數據，如果沒有回復數據再次發送請求，如果回復了數據會對時間數據進行更新，然后進行按鍵，如果沒有按鍵再次嘗試更新時間數據，如果按鍵就開始查看是否有實時時間，如果有實時時間，就會按照要求設置定時，如果沒有實時時間，就會設置定時時間，定時時間到了之后就會開啟兩個燈，如果沒有到時間就會詢問是否開啟節能模式，開啟節能模式就會只開啟一個燈，在有聲音時會開啟兩個燈，開啟時長10秒。如果不開啟節能模式就會關閉兩個燈。也會實時監測是否周圍有聲音，有聲音開啟兩個燈。實時監測燈體是否有故障，如果出現故障蜂鳴器會發出聲音。系統軟件設計主流程如圖2所示。

圖2 系統主流程圖

（2）軟件系統的設計主要是在于兩方面，分別是工作模式的選擇和參數設置。在工作模式的選擇中有四種功能：時鐘控制功能是根據時間的推移來控制燈的亮滅，控制不同時間段燈的開關；交通檢測功能是根據周圍車流量以及人流量的監控進行數據處理，從而調控燈的明滅亮暗；環境檢測功能主要是檢測照明設備周圍有無行人車輛通過，進行數據處理后控制燈的照明強度；自動測光功能是針對外界光照強度來調節不同情況下的照明設備的工作狀態，實時控制照明設備的開關及亮暗。系統軟件設計框圖如圖3所示。

圖3 系統軟件設計框圖

在系統受周圍環境影響亮滅時間超過10秒時，啟動定時器。如果燈光在燈亮的設定下，系統檢測到燈暗燈出現故障，會啟動蜂鳴器。情況解決消失后，啟動蜂鳴器，否則將蜂鳴器關閉。燈滅的情況下將蜂鳴器關閉。在系統中進行定時，將時間先劃為小時為單位，再進行對于開關燈時間的設置，讓整個系統不僅有光控的功能，并且在我們設定好的時間會進行對于光照設備的開關燈控制，以此實現定時開關燈功能。

4 結束語

該系統利用51系列單片機可編程并且控制輸入輸出端口，實現路燈開關的智能化，達到節能和自動控制的目的。其中光、電壓信號采集采用數據采集技術，通過按鍵可設定相關參數，實現不同時間的不同照明模式。當電壓達到額定電壓時，系統自動穩定電壓，在夜晚需要路燈的情況下，降低電壓，調節路燈亮度，實現電壓調節。該系統與前期的同類產品相比，智能化程度更高，操作性更強，性能更加穩定，適合一些市政美化城市工程以及日常的生產生活。