路灯智能控制系统的研制与开发

杨传彤

(中国航空工业空气动力研究院)

1 市场现状

目前市场主要有以下几种光源控制器，即光控、钟控(包括机械钟和石英钟)、电子时钟控制等几种。

(1)光控。采用光敏器件，根据外界环境的光线变化转换成电信号，然后通过比较电路比较得出开、关信号去控制用电设备。这种控制方式在理想状态下，是十分准确可靠，但在实际中，很容易受外界各种杂散光线的影响，而且必须定期擦洗感光器件表面的灰尘，因此，在实际应用中有一定的局限性。

(2)钟控。一般采用石英钟或机械钟作为时钟基准，使用机械开关对用电设备进行控制，这种控制方式要求必须定期更换电池或上发条，一旦忘却，很容易失去控制，另外还有一个缺点是抗震动的能力比较差，很容易受外界的干扰。

(3)电子钟控。电子钟控类似上述石英或机械钟控制，只不过时钟有电子电路来完成，该种控制方式要求使用者要定期对开关时间进行调整，它的开关时间完全由人工来设定。在停电时没有保护功能，来电后必须进行重新设定。

以上控制方式都有其局限性，而路灯智能控制系统则弥补了上述不足，此种控制系统具有时钟准确可靠，开关时间可自动设定，不需要人工进行调整的优点，由于采用微电脑芯片，可根据内部日期自动查询当日的开、关时间，而且随着季节变化，能够自动改变每日开、关时间，这样就不需要人工去调整。该控制系统还具有掉电保护功能，不受停电影响，来电后仍可正常运行，只要控制系统不出故障，就不用定期进行调整。若系统出现故障，故障检测电路会记录下来，以供检修人员参考。

2 应用系统方案的选定

(1)设计思想。经度线和纬度线可以标定出每一地区的方位，而每一地区一年中日出与日落的时间可以通过天文测量得出。而《民用晨光始和民用昏影终》表则测出了东经0°，北纬0°～51°范围内，一年中每隔十天的日出和日落时间。若想获得某一地区的日出和日落时间，首先要获得这一地区的经纬度数值，然后根据纬度值查出在表中的位置，再根据经度值通过公式计算得到其时间，并根据其开关时间进行控制。

(2)方案选定。充分考虑以上设计思想和设计原则的前提下，采用了体积小、重量轻的单片机为主机，以AT89C51单片机为中心设计其核心电路、控制继电器动作的接口电路、键盘接口、显示器接口、以及看门狗电路、掉电保护等电路，组成了单片机开发的路灯智能控制系统的硬件部分。

在软件方面，程序用AT89C51汇编语言编制，程序固化在4 KB的EPROM当中。

3 应用系统组成

根据以上思路，本系统设计示意图如图1所示，对于以单片机为核心处理器的系统来说，还需要增加一些附属电路来保证其系统的可靠性和提高系统的抗干扰能力，系统还需要具有输入范围宽、输出稳定度高、电流大等特点的高稳定度电源。

图1 系统原理设计示意图

(1)程序存储器和数据存储器电路的研制过程。采用AT89C51芯片内部自带的4 KBEPROM来存储程序，除此之外还将DS12887的RAM空间地址存储年、月、日、时、分、秒信息，用X25045的RAM空间地址存储经纬度数据和故障检测数据。

(2)键盘、显示器电路的研制。键盘是系统作为输入部分的重要组成部分。根据系统的功能要求，既要满足系统的基本功能，又要使操作人员使用方便、易于操作。因此系统采用双按键式。

(3)电源及继电器控制电路的研制。电源供应采用12 V、3 W的电源。并用稳压芯片7809和7805转换成9 V(为继电器提供电源)、5 V(为集成电路芯片提供电源)。

采用多组继电器控制，通过软件编程可实现系统电路的复杂控制。例如控制户外多组广告射灯的颜色变换，增加系统的使用范围。

(4)检测电路的研制。检测电路是用来检测系统内部故障，采用四与门芯片74LS08和X25045来实现此功能。CPU通过74LS08检测电路故障，并通过报警器向操作人员报警，X25045存储故障数据以备检修人员参考。

(5)DS12887实时时钟芯片的内部包含有一个锂电池、石英晶振和写保护电路，可以为系统提供精确的非易失时钟、百年历、可编程中断、非易失静态RAM，在断电情况下仍能保持时间及内存，为程序的正确运行和控制提供了保障。

如图2所示，MOT管脚接地是选择了INTEL时序;DS管脚在INTEL时序下被称作读(/RD)，它与CPU中的读信号相连，从DS12887中读取数据;AS管脚与CPU中的ALE/P相连，AS的下降沿使得地址锁入DS12887;/IRQ管脚是DS12887的中断输入，与CPU的/INT0相连，为系统提供500 ms一次的周期中断，/IRQ总线是漏极开路输出，要求外接上拉电阻。

图2 CPU与DS12887接口设计

(6)系统复位电路的设计。X25045芯片有三种常用的功能:看门狗定时器，电压监控和E2PROM组合在单个封装之内。这种组合降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。

看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。当系统故障时、在可选的超时周期(TIME-OUT INTERVAL)之后，X25045看门狗将以RESET信号作出响应。用户可从三个预置的值中选择此周期。一旦选定，即使在电源周期变化之后，此周期也不改变。

利用X25045低VCC检测电路，可以保护系统使之免受低电压状况的影响。当VCC降到最小VCC转换以下时，系统复位。复位一直确保到VCC返回且稳定为止。

如图3所示，串行输出(SO)是串行数据输出引脚，在读周期内，数据在此引脚上移出，数据由串行时钟的下降沿同步输出;串行输入(SI)是串行数据输入引脚，所有操作码、字节地址以及写入存储器的数据在此引脚上输入，数据由串行时钟的上升沿锁存;串行时钟(SCK)控制用于数据输入和输出的串行总线定时;写保护(/WP)接高电平，所有的功能包括非易失性写操作保持正常;复位(RESET)是高电平有效，漏极开路的输出端，只要VCC下降到低于VCC检测电平，它将变为高电平。直至VCC上升到最小VCC检测电平200 ms为止。如果看门狗定时器工作且/CS保持高电平或低电平的时间长于看门狗超时周期，则RESET变为高电平。

4 软件功能设计

(1)本系统可随季节变化自动改变每日开启和关断时间，全年无需人工调整照明时间，实现全自动控制;

(2)本系统可随季节变化自动改变每日开启时间，但关断时间人工设定延时数小时后或定点自动关闭;

(3)本系统可人工设定开启和关断两个时间点，自动在定时时间内对设备进行控制;

(4)本系统可实现多段分时控制，多组继电器控制。例如:控制户外多组广告射灯的颜色变换。

5 结束语

本文所写的单片机开发的路灯智能控制系统已经应用到铁路、厂矿(如黑龙江省军区)、大专院校(如哈尔滨工程大学)的路灯控制中，经过实践表明，该产品技术先进、质量可靠、使用方便、节约能源。

图3 CPU与X25045接口设计

图4 主程序设计流程图

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