基于单片机的光控路灯系统设计

张锦迪，刘雪峰

（西安交通工程学院，陕西 西安 710300）

0 引言

随着社会的现代化发展，在城市的建设中照明设施已经成为不可分割的一部分，路灯在城市的照明设施中占有举足轻重的地位，关系着人们的生产生活舒适度以及安全性，路灯照明设施中非常重要的一部分就是城市的路灯自动控制系统。同时城市照明设施已经不仅仅是简单的街道照明，而是发展成城市景观装饰性的市政项目，所以对能源的需求量会越来越大，为避免不必要的能源浪费和人力资源浪费，那么设计一种更为智能的路灯控制系统变得十分紧迫。

1 系统设计方案

支路控制器采用STC89S52单片机作为主要的核心元器件，控制主要的两个单元电路。使用独立式按键的方式让用户进行功能选择，利用液晶屏幕LCD1602实时显示用户所设定的时间、出现故障路灯的编号和整个系统功率调节的范围。同时利用光敏电阻的特性来检测外部环境的光照明暗程度，以此来实现自动的开关灯功能以及检测出路灯是否发生故障。应用漫反射式红外光电开关对周围出现的物体的运动进行检测，当物体经过具体设置的位置时，光电开关将所检测到的信号传递给支路控制，因此主控单元发出指令，并且利用单元控制驱动模块来调节各个路灯的工作状态。

2 系统的硬件设计

2.1 显示模块设计

显示模块是一个点矩阵LCD，可以显示数字、中文文字和各种字体的图像，还可以定制灵活、鲜明的显示内容。同时，它还配备了4*4键盘，便于员工操作。

2.2 物体检测模块设计

该模块用于检测交通状况，车辆通过后，道路灯会自动开启或关断，根据交通状况实现自动调整路灯的开启/关断的功能。使用漫反射光电开关检测物体的运动，当对象通过指定的位置时，传感器检测物体，向控制部发送信号，控制部为了有效地实现道路状况检测功能，发送通断控制光的命令。电路和程序控制更简单和明确，稳定性相对强。工作原理如图1所示。

图1 漫反射式光电开关原理图

2.3 环境监测模块设计

环境监测模块的设计其核心元件就是光敏电阻。在光敏电阻的两极加上一定的电压，当外部光照照射在光敏电阻上时，光敏电阻内部被束缚的电子吸收到了光子能量变为了自由电子，并且产生了空穴。光激发所产生的电子（空穴）在外加电压的作用下同时进行导电，改变了光敏电阻的导电性能。在光照强度越强的情况下光敏电阻的导电性能越好，所以光敏电阻的电导率也会随之增加，流过光敏电阻内部的光电流也会增加，光敏电阻自身的电阳值会慢慢减小。反之，随着光照强度的减弱光敏电阻的导电性能也会变弱，随之光敏电阻的电导率会慢慢变小，流过光敏电阻内部的光电流也会慢慢减小，光敏电阻自身的电阻值随之增加。

2.4 报警系统模块设计

报警系统是通过对于照明设备的工作状态以及实时监控来实现的。对照明系统进行实时工作情况监控，及时检测出照明系统的故障，工作人员进行及时检修，降低故障对日常生产生活的影响。

3 系统的软件设计

在单片机控制系统中，可以分为数据处理和过程控制两种基本类型。

（1）在整个程序开始之后，先将所有的器件和端口进行初始化处理，先向DS1302发送请求等待回复数据，如果没有回复数据再次发送请求，如果回复了数据会对时间数据进行更新，然后进行按键，如果没有按键再次尝试更新时间数据，如果按键就开始查看是否有实时时间，如果有实时时间，就会按照要求设置定时，如果没有实时时间，就会设置定时时间，定时时间到了之后就会开启两个灯，如果没有到时间就会询问是否开启节能模式，开启节能模式就会只开启一个灯，在有声音时会开启两个灯，开启时长10秒。如果不开启节能模式就会关闭两个灯。也会实时监测是否周围有声音，有声音开启两个灯。实时监测灯体是否有故障，如果出现故障蜂鸣器会发出声音。系统软件设计主流程如图2所示。

图2 系统主流程图

（2）软件系统的设计主要是在于两方面，分别是工作模式的选择和参数设置。在工作模式的选择中有四种功能：时钟控制功能是根据时间的推移来控制灯的亮灭，控制不同时间段灯的开关；交通检测功能是根据周围车流量以及人流量的监控进行数据处理，从而调控灯的明灭亮暗；环境检测功能主要是检测照明设备周围有无行人车辆通过，进行数据处理后控制灯的照明强度；自动测光功能是针对外界光照强度来调节不同情况下的照明设备的工作状态，实时控制照明设备的开关及亮暗。系统软件设计框图如图3所示。

图3 系统软件设计框图

在系统受周围环境影响亮灭时间超过10秒时，启动定时器。如果灯光在灯亮的设定下，系统检测到灯暗灯出现故障，会启动蜂鸣器。情况解决消失后，启动蜂鸣器，否则将蜂鸣器关闭。灯灭的情况下将蜂鸣器关闭。在系统中进行定时，将时间先划为小时为单位，再进行对于开关灯时间的设置，让整个系统不仅有光控的功能，并且在我们设定好的时间会进行对于光照设备的开关灯控制，以此实现定时开关灯功能。

4 结束语

该系统利用51系列单片机可编程并且控制输入输出端口，实现路灯开关的智能化，达到节能和自动控制的目的。其中光、电压信号采集采用数据采集技术，通过按键可设定相关参数，实现不同时间的不同照明模式。当电压达到额定电压时，系统自动稳定电压，在夜晚需要路灯的情况下，降低电压，调节路灯亮度，实现电压调节。该系统与前期的同类产品相比，智能化程度更高，操作性更强，性能更加稳定，适合一些市政美化城市工程以及日常的生产生活。