基于單片機的智能路燈系統設計

溫明輝 郭偉剛

摘要：路燈作為城市建設中基礎照明設施，在人們的日常生活中起著不可或缺的作用。隨著城市的快速發展以及社會的進步，綠色、環保、可持續成為社會的發展口號。然而在現實生活中，城市路燈等照明設施存在照明質量低、照明投入大、設施管理成本高等問題。為持續推進城市照明工程的科學、綠色、節能發展，針對上述現存問題設計一款新型的智能路燈控制系統具有十分重要的現實意義與價值。在對道路照明的時候，一方面要盡可能地節能，其中包括電力資源和人力資源的節能;另一方面也要保證其一定的照明質量。隨著單片機電子技術的發展，單片機在自動化、集成電路、工業生產控制等領域的引用也逐漸廣泛起來。該智能路燈系統設計正是以STC89C52單片機為核心，集合智能調光，時間設定，定時開關，鬧鐘報警等功能一體，可以智能的控制路燈等照明設施的定時自動開關，并能根據外界光照環境的變化實現照明開關以及照明功率的調整，給我們帶來便捷的同時，還能夠降低對照明設施的投入成本，極大程度上滿足現代城市光照設施的綜合需求。

關鍵詞：STC89C52;光照傳感器;路燈;單片機

中圖分類號：TP23? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）27-0132-04

1 城市照明現狀

對城市規劃建設來說，路燈等照明設施一方面為城市居民提供便利以及夜間出行安全保障，另一方面照明設施對城市的形象美化、提升也起著舉足輕重的作用。據國家能源局統計，2013年年度全國總用電量約為5.32萬億千瓦時，同比增長7.5%[1]。而同年度的照明用電量占全部照明用電量的30%，約占全社會用電量的9%，一年市政路燈照明的開支就高達552億元[2]，位居各領域照明用電量之首。另外一組數據表示，我國城市道路照明設施數量從2004年的1053.15萬盞，以年均增長率超過11%的速度增長為2014的3000萬盞。其數據及潛能之龐大使得智能節能路燈普及勢在必行。

2 城市照明設施現狀

通過觀察不難發現，現代城市道路照明設施主要存在以下幾點問題：

2.1 照明實際利用率有待提高

傳統現代道路照明設施主要采用人工控制或定時控制兩種手段控制路燈的開啟。因此實際上的路燈照明無法根據類如照明時間段變化、實際照明需求以及突發情況等情況采取靈活的調整，根據調查數據表明，目前投入使用大部分道路路燈照明設施的實際電能利用率卻不到60%。由此可見傳統路燈照明設施的電能浪費有多嚴重。如實際生活中因為不同季節不同時間段的差異，時常導致如下情景：夏季傍晚天色尚且還亮但過早開啟路燈，導致照明資源的浪費，提高照明的投入成本;而冬季傍晚天色已暗但遲遲未開啟路燈，導致實際照明效果不到位，無法起到應有的作用。

2.2 照明設施控制方式單一

傳統現代道路照明設施通常采用定時控制或人工控制的方式，但是定時控制和人工控制均有著各自的優勢和弊端。人工控制主觀且被動，需要投入大量人力資源進行管理，無法實現路燈設施的自動化以及智能化;而定時控制又過于客觀性，非常容易受外界特殊情況的影響，如突然而來的烏云密布但路燈遲遲未開啟等等，導致靈活性比較低。

2.3 人工管理成本投入大

傳統現代道路照明設施無論是發生故障時的檢測、又或者是其開啟與關閉時的人工控制，均需要投入大量的人工成本。而隨著城市的高速發展導致的道路照明設施數量急劇上升，這部分成本也隨著相應大幅度提高。

3 系統總體設計

3.1 選用單片機作為主控制模塊的優勢

單片機是指采用數字處理和微電子技術、集成技術等相融合的一種控制器，與PLC.ARM.DSP等數字處理控制器擁有相類似的功能和作用。單片機內部集成了微處理器、定時計數器模塊、數據存儲器、通信模塊、輸入輸出接口模塊甚至模數轉換模塊等[3]。以單片機作為該系統的主控制模塊主要有以下優勢：

1）單片機種類多，應用領域、應用場景廣泛。

2）運算速度快。單片機內部通過降低時鐘頻率使其運算速度大大提高。部分單片機中還會使用例如鎖相環、外部振蕩器等手段去提高單片機的運算速度以及性能。

3）可使用壽命長。傳統單片機的使用年限可達15年以上，這是由于集成芯片的不斷更新，單片機的使用壽命變得更加長，甚至會隨著使用更加趨于穩定。

4）設備成本低，可移植性強，系統穩定性強等。

3.2 方案設計要求

本方案旨在設計一個集合智能調節燈光光照強度、定時開光、顯示檢測光照強度、設定光照強度閾值、顯示時間、具有鬧鐘功能為一體的智能路燈系統。

1）本路燈系統采用模塊化設計，主要包含如圖1六大模塊。

2）當系統開啟時，系統會實時檢測外界光照情況，此時光照強度檢測模塊通過ADC0832 A/D轉換電路實時將外界光照強度信息裝換為數字信息，并進而將檢測到的外界光照強度大小輸出顯示到系統的LCD1602液晶顯示屏上;與此同時，時鐘模塊通過DS1302時鐘芯片，根據系統設定的時間以及鬧鐘，時刻檢測時間的變化，當實際時間到達設定時間時，系統將開啟短時間警報，當警報結束時自動開啟或關閉系統;警報模塊當檢測到外界光照強度超過閾值或鬧鐘觸發情況下開啟系統蜂鳴器進行短暫報警處理;光照功率調節模塊通過ADC0832 D/A轉換電路可將光照檢測模塊獲取的光照數字信號進行加工處理轉換為模擬信號，進而動態調節照明電路的輸出功率。

4 硬件電路設計

單片機STC89C52、ADC0832A/D轉換電路、LCD1602液晶顯示屏、DS1302時鐘芯片。

4.1 光照檢測模塊

1）光敏電阻。光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導體材料制成的特殊電阻器其工作原理是基于內光電效應。光照愈強，阻值就愈低，隨著光照強度的升高，電阻值迅速降低亮電阻值可小至1KQ以下。光敏電阻對光線十分敏感其在無光照時，呈高阻狀態，暗電阻一般可達1.5 MQ。光敏電阻的特殊性能隨著科技的發展將得到極其廣泛應用[4]。在本系統中，光敏電阻主要起檢測外界光照強度作用。