基于单片机的模拟路灯控制系统模块设计

袁文凤 黄梦真

摘 要：文章介绍了一种以89C51单片机为核心构成的模拟路灯控制系统的控制电路，该电路采用传感器检测技术，使路灯可以根据交通和环境情况自动调节灯的状态。并具有故障检测功能，故障发生时，某一支路发出报警信号，同时有显示部分显示故障灯所在支路的地址编码。再加上液晶显示模块和信息输入模块，可以直观地显示出路灯的亮灭时间并可对其进行控制操作。

关键词：路灯控制；LED驱动；MCU；传感器

1 模拟路灯控制系统的方案设计与论证

该系统创新点自动检测交通状况，并及时调节亮灯状态。换句换说该系统具有测试点不同、运动状态不一样的情况下，灯的亮灭不一样，当某一运动的物体即将到达灯下时，该路灯提前点亮，当运动的物体驶过该路灯快要来到下一路灯下时，上一路灯熄灭，下一路灯点亮。所以该系统首先具备检测运动物体的运动状态，还要求控制器能根据环境的变化而变化，形成智能化控制灯亮灭的目的。通过分析，该系统设计了光控开关来实现这一功能。

1.1 探测运动物体

该系统采用单片机控制路灯亮灭，当检测到物体运动时，将检测到的信号传回单片机，并有单片机根据信号对LED灯进行控制。

方案一：利用光敏电阻检测运动物体的信号。根据光敏电阻对光线的灵敏度原理，光敏电阻收到的光亮度增加时，光敏电阻的阻值减小，使输出的电压增大为高电平，又因为串联分压，此时需加入电平转换电路，使输出的信号转换为低电平，输入单片机进行控制。该方案设计的缺点是光敏电阻的测光范围宽，灵敏度较高，响应范围宽。那么，该系统若要顺利进行，运动物体需要带有光源，另外光敏电阻还会受路灯等其他灯光的影响，故导致其不能正常工作。为了节约成本，我们可以利用光敏电阻的特性，设计光电开关、故障检测等电路。

方案二：根据方案一的分析，光电开关工作原理是根据发射端发出的光束，经过物体反射，接受端据此判断是否有物体经过。若没有光线被折射回来，输出高电平；反之，则输出低电平。单片机再根据接收端电平的高低，做出相应控制。以此判断运动物体是否经过设定位置。具体设计在路的一侧安装光电开关，采用E3F-DS10C4，其具有長寿命和高可靠性。其中LED指示灯可以检测传感器的状态，经济且操作简单。手动调节探头上的一个旋钮就可以控制探头的灵敏度，最远探测距离为30厘米，满足设计系统要求、安装在路边，不影响路面的正常行驶。

1.2 信息采集和数显

本系统采用时钟系统设置开关灯时间，并通过显示系统显示设定时间。单片机利用时钟系统控制整条支路按时开关灯。那么键盘是最好的手动设置输入信息的元器件。手动操作键盘的输入，对显示信息进行修改和设定。本系统采用4个独立式按键，分别实现：模式、功能、移位和增加。其中模式键分为自动和手动；功能键菜单有：时钟，LED路灯1的亮、灭时间，LED路灯2的亮、灭时间，和显示有故障路灯的地址编号，另外功能键还可调出需要设定的菜单。增加键，则用来改变选定的数值。移位键，用来选定需要修改的数值。这里重点探讨显示系统的设计方案。

如果采用LED灯组成显示，将占用太多的系统资源，显示信息量少，需要循环刷新，并且功耗大。若采用单片机专用08032液晶显示屏，只占用单片机11个接口，动态扫描，滚动显示信息，节约资源。

1.3 明暗环境检测和声光报警功能

采用光敏电阻的感光特性，制作成光敏传感器，感应周围环境的变化，控制和检测灯的亮灭。根据题目的基本要求分析所得，系统的控制有两种模式：Auto和Normal模式。该系统采用三个光敏传感器，其中两个用来检测路灯的故障，另一个用来感测环境亮暗的变化，当环境变暗时，系统进入自动模式：探测有物体经过时，是否灯亮。若该亮的路灯不亮，既不能正常工作时，该支路的光敏传感器检测到灯不亮的信号，便把该信息传达给单片机，由单片机控制声光报警器，并把故障路灯的编号通过LCD液晶显示出来。

1.4 恒流源和调光设计

根据调光需要，选择额定电压3v，额定功率1瓦的LED灯。根据功率公式：P=UI得LED所需的电流。

应为I=P/U，I为330mA，通过计算恒流值应为固定的330mA。有上述，我们首先选定LM317三端可调正稳压集成电路。调光部分采用PWM控制，在假设控制电路输出频率恒定，通过调整其占空比，使得在规定时间内路灯驱动电源输出功率能按设定要求自动减小，并能调节输出功率，使其设定在一定范围内。

2 电路设计与说明

2.1 恒流源供电和调光电路

已知Iout为330mA，由LM317构成的稳压电路可得：

Iout=（Vref/R）+Iadj=1.25V/R=330mA

所以可得出R为3.7欧，即需要有3.7欧的电阻，才能满足输出电流为330mA，由于LED的驱动功率比较大，所以采用二个6.8Ω/2W的电阻并联来实现（实测电阻值为7.3Ω，并联后为3.65Ω），满足设计需要。

2.2 模拟路灯系统述

该系统以STC8051单片机进行控制，漫反射传感器信号转换电路将信号输入到单片机，单片机做出判断，并执行相应操作。若检测到故障，单片机将信号传给声光报警电路。若检测到某移动物体，则控制某支路路灯进行相应操作，并利用中断系统设定路灯亮灭时间、显示时间。

3 系统测试

在有光源或无光源环境下，经测试，系统能够到达设计要求，及时检测运动物体并及时响应，控制路灯亮灭。

3.1 漫反射传感器的检测

3.2 光敏电阻传感器的检测

4 结束语

模拟路灯控制系统建立在现场终端和远程控制的基础上，能够实现检测现场信号，并对信号作出处理。从而达更好地服务行人和车辆的目的。

参考文献

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[2]赵鹏.基于微波传感器的蹲式厕所节水系统[J].中小企业管理与科技·下旬，2010.

[3]李广弟，等.单片机基础（修订本）[M].北京：航空航天出版社，2001.

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[5]康华光，陈大钦.电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2001.

作者简介：袁文凤（1983-），女，河南周口人。