基于单片机的智能路灯系统设计

基于单片机的智能路灯系统设计

张保昌 1 王志鹏 2 严雪 3 岳建台 4 程鸿翔 5

辽宁科技大学 电子与信息工程学院 , 辽宁省 鞍山市 114000

摘要：在现阶段的城市中，路灯发挥着重要的作用。随着城市的快速发展以及社会的进步，绿色、环保、可持续成为社会的发展口号。为持续推进城市照明工程的科学、绿色、节能发展，针对上述现存问题设计一款新型的智能路灯控制系统具有十分重要的现实意义与价值。在对道路照明的时候，一方面要尽可能地节能，其中包括电力资源和人力资源的节能；另一方面也要保证其一定的照明质量。随着单片机电子技术的发展，单片机在自动化、集成电路、工业生产控制等领域的引用也逐渐广泛起来。本文首先分析了系统设计方案，其次探讨了城市照明现状，最后基于单片机的智能路灯系统设计进行论述，以供参考。

关键词：光照传感器；路灯；单片机

引言

城市现代信息文明不断取得进步的同时，照明设施建设已“脱胎换骨”有了进一步的发展。与此同时，能源供需矛盾也愈发突出，节约能源的要求越来越高，因此利用现代科技手段来解决这些矛盾非常重要。本文设计采用的智能化管理系统既有节约电能，减少资源浪费的特点，又可以科学地解决现代化都市的一些问题。

1系统设计方案

支路控制器采用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城市照明现状

对城市规划建设来说，路灯等照明设施一方面为城市居民提供便利以及夜间出行安全保障，另一方面照明设施对城市的形象美化、提升也起着举足轻重的作用。据国家能源局统计，2013年年度全国总用电量约为5.32万亿千瓦时，同比增长7.5%。而同年度的照明用电量占全部照明用电量的30%，约占全社会用电量的9%，一年市政路灯照明的开支就高达552亿元，位居各领域照明用电量之首。另外一组数据表示，我国城市道路照明设施数量从2004年的1053.15万盏，以年均增长率超过11%的速度增长为2014的3000万盏。其数据及潜能之庞大使得智能节能路灯普及势在必行。

3基于单片机的智能路灯系统设计

3.1组网传输设计

（1）街区内布控路灯节点：街道按需安装智能路灯，采用Zigbee技术组网，将采集到的数据（车流量）传输到网关节点（空间过大，可以加装路由节点）。该组网方式自由灵活，采集数据按需定制。（2）街区内与监控中心数据传输：街区内与监控中心的数据传输采用窄带物联网（NB-IoT）、电力线载波通信技术、LTE（4G/5G）和WiFi进行组网传输，实现路灯照明系统与监控中心实时数据传输。（3）人机交互的监控中心。设计监控中心的上位机软件，达到实时了解街区路灯的运行状态和环境参数等目的。

3.2系统的软件设计

（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。（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。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。

3.3硬件设计

（1）硬件电路以及接口。光敏传感器内装有一个高精度的光电管，能够将光信号转换成电信号。其分为真空光电管和充气光电管两种类型。工作时，当向光电管两端施加一个反向的固定电压时，任何光对它的冲击都将导致其释放出一定的电子。光照强度越强，光电管的电流也就越大。电流通过一个电阻时，电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-5V电压，然后采集以适当的形式把结果保存下来并输出。（2）光照测控系统。光照测控系统主要由逻辑开关、光敏传感器和一个逻辑电路构成。当需要进行光照强度判断时，后端会发出一个采集信号，逻辑电路会对当前情况进行判断，输出一个数字信号给光敏电阻的电源接口进行供电。待光敏电阻通电后，通过自带的DO口反馈给单片机。（3）光强控制系统。光强控制系统是在光照测控系统判断条件为亮灯的情况下，由单片机独立按键和光敏电阻传感器联合构成，通过光照传感器判断亮度。后期可以利用树莓派读取光敏电阻传感器的模拟信号输出进行调整或手动调整。若光照较暗，可适当提高亮度，反之降低。（4）自动检测维护系统。自动检测维护系统是一个外接系统，不在系统的组成电路中。在使用时，可以将一根杜邦线接到面包板树莓派的一个GPIO接口上（本系统指定为1），另一端可以插入PCF8951的数字输出端口。在自动检测与维护时，嵌入式设备会根据自身在系统里的设备号，不断发送状态以及当前时间给该路段监控的树莓派系统。控制中心收到本条讯息后进行提示，并向嵌入式设备发送请求，读取15分钟内的监控内容，并显示工作状态。若此时参数仍出错，将会重新启动，可提醒维修人员前去维修。

结语

综上所述，本文设计了一款基于STC89C52单片机的智能路灯系统，可以实时监测外界光照强度大小并根据外界光照强度大小实时调节LED灯照明功率，同时具有显示外界光照强度大小，显示时间，设定闹钟定时开启，当光照强度过低报警等功能。且本系统具有实现简单，成本低廉，智能等优点，具有一定的实际使用意义。

参考文献

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