基于单片机的LED路灯控制系统设计

李朝

摘 要

随着社会文明的不断进步，城市照明已经不单纯是以往简单的亮灯模式，人们更加开始关注照明的质量以及效果，比如节能问题、人工控制的种种弊端问题、开关灯的准确度以及路灯故障检测实时性以及维修及时问题。为了解决这些问题，本文提出了一种更为智能更为方便的路灯控制系统。

【关键词】单片机 LED 节能 控制系统

1 系统设计分析

我们需要实现时控、光控、人控以及自检的结合，首先人工控制是一级控制，需要人工给时控、光控设置门阀；此外时控应该属于二级控制，光控工作在时控门阀之外，即在定时之外，光控才会起作用。此外，自动检测也是一个难点，也是现有路灯控制所缺乏的。所以，本系统应当主要分为时钟、环境检测、路灯自检三大主要模块以及其他的补充模块。

2 LED路灯的智能控制原理

2.1 中央控制模块

单片机最小系统一共有三个方面构成：

（1）一个是时钟电路；

（2）一个是复位电路；

（3）还有一个就是电源。

时钟电路：在我们的单片机内部已经自带了震荡电路，所以我们只需要在GND引脚上方的两个引脚外接一个石英晶体振荡器（晶振）即可。

复位电路：单片机复位是靠复位引脚（RST）也就是第9脚，该脚连接超过两个机器周期的高电平即可实现复位，1个机器周期即12个时钟脉冲。

2.2 光线检测模块

2.2.1 光敏电阻

光敏电阻，别名光导管，常见的光电器件，基本都是由半导体材料制作而成，在特定波长光的照射下，它们的阻值会迅速减少。光敏电阻对光的敏感程度和人眼对可见光的感应是很接近的，换句话说，就是只要是人眼能够感知到的强度，都可以引起它阻值的改变。所以我们设计光控电路时，只需要用LED灯光或者自然光线作为光源即可，这样大大简化了设计的复杂度。

2.2.2 电压比较器LM358

电压比较器LM358不仅仅适用于电压范围很大的单电源工作模式，而且对于双电源模式同样适用。在其内部包含有两个独立、频率补偿、高增益的双运算放大器，在相对合适的工作条件下，放大器的性质跟电源电流还有电源电压并没有关联，它适用于包括传感放大器、直流增益模块以及其他诸多使用到放大器的场合。

2.3 时钟模块

本设计中需要实现时控，需要通过设定时间与实时时钟的比较来实现。因此采用专用时钟芯片DS1302，主要为系统提供实时时钟。

2.4 声光报警模块

声光报警模块我们采用一个LED灯和蜂鸣器模拟报警系统。

蜂鸣器，一种在微处理电路系统中的发声装置，英文名为buzzer，蜂鸣器跟小型喇叭有些类似。市场上出售的蜂鸣器一般有电压型和脉冲型两种，顾名思义，电压型蜂鸣器只需要直接送电就可以发声，固定频率；脉冲型蜂鸣器，则必须要有脉冲电平才能驱使其发声工作，且声音的频率跟加入脉冲的频率是一致的，我们使用的就是脉冲型。

3 系统硬件电路设计

硬件电路设计是我们系统设计中最重要的一环，它是系统软件设计的载体，没有它，一切都是空谈，硬件电路稳定运行是系统软件稳定运行的前提保证。

系统设计包含了系统所需的必须模块，单片机作为控制中枢，接受外界数据命令，同时对外部硬件传送数据，实现数据交换。

3.1 中央控制模块设计

单片机最小系统，它是单片机正常运转所需的基本也是必须电路，提供单片机工作的时钟频率以及复位功能。单片机在每次开始运行时都须要进行复位，以此保证中央处理器及其其他各部件都处在一个稳定的可以正常工作的初试状态，并从这个状态开始工作。通常，我们还会在电容器两端并接一个手动按钮，以此实现人工手动复位。

3.2 时钟模块设计

时钟模块主要实现功能是设置时间，采用专用时钟芯片DS1302，与单片机串行方式通信，向单片机提供包括各种具体的实时信息，而且可以实现对月末、平润年自动调整，以提供实时的时钟信息。

3.3 显示模块设计

显示模块是人机交互的重要通道，关系到整个系统正常运行。无论是在设定开灯时间范围、显示系统时间，还是故障信息反馈，都需要显示模块的参与。

3.4 光线检测模块设计

光线检测模块是光控模式的门阀，为实现光电转换，利用了光敏电阻阻值受光照影响的特性，实现对外界光线强度的检测，将检测到的光强信号输送给控制中心，作为光控门阀的判定条件。

采用电位器输出参考电压值的原因是实现“傻瓜式操作”，便于调整灵敏度，在某个光线强度下，人们想要LED亮灯时，只需要操作电位器即可实现，之后将会以最后一次调控电位器时的光线强度作为参考。避免了在光强量化上的复杂度，降低了程序代码的困难度，更加方便实用。

4 系统软件设计

4.1 程序流程图

由上节阐述分析得到系统软件流程图，如图1所示。

如图1，为系统软件总流程图，简明扼要的表示出了总体设计思想，之后我们会给一些重要模块作出更加详细的介绍。

4.2 系统部分重要子程序的设计

4.2.1 系统时间与设定时间对比以及物体感应检测模块

该部分程序主要实现比对系统所处时间和人为设定开灯时间，以此判断亮灯或者进入自动模式。自动模式下，进行光线强度检测及物体感应，实现自动化控制路灯。子程序流程图如图2所示。

4.2.2 按键设定模块

本部分主要实现通过按键人为设定系统时间以及开灯时间两个功能，下图为各个按键含义及流程图如图3所示。

5 总结

社会在不断向前发展，各个城市也在不断进步，城市路灯照明和亮化工程需求日趋增大，与此同时，能源供需矛盾也紧随而至，日益突出，社会迫切需要一种绿色、节能的照明系统。所以就要求能够设计出一种可以减少能源耗费的路灯为城市提供照明作用，也相信总会LED路灯会发展的更好，更好的服务于社会。

参考文献

[1]钱海月，王海浩，王海洋，模拟路灯控制系统设计[J].宁夏工程技术，2011，8（01）：90-92.

[2]任鹏飞，耿世勇，尹亚楠.基于单片机的LED路灯控制系统设计[J].河南工程学院学报（自然科学版），2013，12（04）：75-76.