基于单片机的节能路灯监控系统方案设计

王永豪

沈阳工学院

基于单片机的节能路灯监控系统方案设计

王永豪

沈阳工学院

方案内容

⑴设计包含了硬件设计和软件设计这两部分。模块分为数据采集、设置按键、报警功能、液晶屏显示功能等等。

⑵路灯节能控制系统主要由光敏传感器、驻极体话筒感应电路和LCD1602液晶电路以及蜂鸣器报警控制电路等组成。

⑶路灯节能主要体现在节能和对路灯的控制，本文所设计系统主要实现如下功能：液晶屏在待机情况下显示时间和日期，使用四个LED灯代替路灯，在节能模式下（凌晨0点—5点），这段车辆会比较少的时间路灯只亮两个，当检测到有车辆经过时，四个路灯同时亮，延迟10秒后再熄灭其中两个。路灯可以设置不同时间段，在该时间段内路灯将会一直亮，其他时间（除节能模式外），则需要根据光线强度和声音传感器传达的信号来打开路灯。并且在每个路灯旁都会放置光敏电阻，当在路灯满足亮灯的条件下没有检测到光线，蜂鸣器将会报警，并且在液晶屏上显示故障路灯的编号。

方案选择

普通路灯改造成智能照明后，可以大幅度降低路灯的电耗，很有效的提高节能率。该方案开发设计的一个路灯节能控制系统。通过软件控制，来分别实现定时开关路灯、定时设定节能模式、根据环境明暗状况和车辆经过情况自动调节路灯亮灭，以及故障报警等功能。

本系统主要包括以下几个主要结构：复位电路、报警电路、光线检测电路、声音检测电路、液晶屏显示电路。是以STC89C52单片机作为中央数据处理单元，配以光线检测电路和声响检测电路作为数据采集端，四只LED灯作为输出端，通过程序的控制实现节能的功能，再通过路灯旁的光敏电阻检测路灯灯亮情况，反馈给单片机，配合蜂鸣器和液晶屏实现路灯故障的报警效果。

本方案选择用STC89C52芯片制成最小应用系统，STC89C52是内带ROM/EPROM的单片机，所以由这种芯片制作而成的最小系统非常的简单，实用。复位电路一般有上电复位和外部手动复位按钮，单片机在时钟电路的工作电源启动后，鉴于RESET持续的高级别周期就可以完成复位操作。本设计采用一个外部手动复位电路按钮，需要连接一个上拉电阻，以提高输出的电平值。

光照采集模块设计

此模块最重要的元件就是光电传感器。光敏电阻器是通过半导体的光电导效应而制造而成的，是一种电阻的阻值会随着入射光线的强度而改变的电阻器；当入射光强时，电阻会减小，当入射光弱时，电阻会变大。还有另一种当入射光变弱时，它的电阻会减小，而当入射光变强时，电阻会变大。本设计采用光敏电阻作为传感器，LM393作为电压比较器，通过比较器将输出的高低电平传给单片机。通过R8上拉电阻将高电平信号传给单片机P3.3引脚，单片机通过高低电平信号判断环境的光线变化。

声音采集模块设计

当在白天光线不足时，系统需要通过声音的采集来判断是否有车经过，从而控制灯光的亮灭，凌晨的节能模式亦是如此，所以声音采集模块需要用到声音传感器。经过多方面因素考虑，选取以下传感器作为声音传感器。

使用驻极体话筒做声音传感器，将采集到的声音信号转换成微弱的电压信号，微弱的电压信号经过共射极放大电路放大，将放大信号传给比较器，同光电传感器一样，通过比较器将OUT1输出的高低电平信号传给单片机P3.2引脚，判断是否有车经过。

时钟模块设计

DS1302可以用于记录数据，特别是某些数据点的记录具有特殊的意义，可以实现同时记录数据与出现该数据的时间。这样的记录对长时间连续测控系统结果的分析和对异常数据出现原因的查找都有着重要的意义。传统的数据记录模式分别是定时采样和隔时采样，它们都没有记录具体的时间的功能，所以单单只能记录数据，而无法准确的记录它所出现的时间。当采用单片机计时的时候，一方面需要用计数器占用硬件资源，而另一方面则需要设置中断、查询等，会大幅度耗费单片机的资源，而且有的测控系统是可能不允许。但如果在系统里加入时钟芯片DS1302，则能有效的解决这个问题。

灯光提示模块设计

LED即发光二极管，是一种能将电能转化为可见光的半导体器件，它能直接将电转化为光；它改变了节能灯三基色粉发光与白炽灯钨丝发光的原理，而采用电场发光。本设计利用不同位置的LED指示不同传感器的实时情况，当路灯点亮时LED灯灭，反之LED灯亮。

声音报警模块设计

蜂鸣器主要分为电磁式蜂鸣器和压电式蜂鸣器两种。此设计采用电磁式有源蜂鸣器，其中三极管Q1起到开关作用，当基极的低电平时会使三极管饱和导通，会使蜂鸣器发声；而基极高电平时则会使三极管关闭，蜂鸣器就会停止发声。

按键控制模块设计

因为设计到时间调节和灯亮时间段调节，所以按键控制模块是必不可少的。通过四个按键控制，实现对液晶屏上显示的时间的调节和开启时间段时间的调节。

[1]宗剑飞．基于Zigbee的智能路灯控制研究．河北：河北科技大学，2011

[2]佚名．智能路灯控制系统.石家庄：石家庄职业技术学院，2010

姜姗