路燈智能控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)

楊傳彤

(中國航空工業(yè)空氣動(dòng)力研究院)

1 市場現(xiàn)狀

目前市場主要有以下幾種光源控制器，即光控、鐘控(包括機(jī)械鐘和石英鐘)、電子時(shí)鐘控制等幾種。

(1)光控。采用光敏器件，根據(jù)外界環(huán)境的光線變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過比較電路比較得出開、關(guān)信號(hào)去控制用電設(shè)備。這種控制方式在理想狀態(tài)下，是十分準(zhǔn)確可靠，但在實(shí)際中，很容易受外界各種雜散光線的影響，而且必須定期擦洗感光器件表面的灰塵，因此，在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性。

(2)鐘控。一般采用石英鐘或機(jī)械鐘作為時(shí)鐘基準(zhǔn)，使用機(jī)械開關(guān)對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行控制，這種控制方式要求必須定期更換電池或上發(fā)條，一旦忘卻，很容易失去控制，另外還有一個(gè)缺點(diǎn)是抗震動(dòng)的能力比較差，很容易受外界的干擾。

(3)電子鐘控。電子鐘控類似上述石英或機(jī)械鐘控制，只不過時(shí)鐘有電子電路來完成，該種控制方式要求使用者要定期對(duì)開關(guān)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，它的開關(guān)時(shí)間完全由人工來設(shè)定。在停電時(shí)沒有保護(hù)功能，來電后必須進(jìn)行重新設(shè)定。

以上控制方式都有其局限性，而路燈智能控制系統(tǒng)則彌補(bǔ)了上述不足，此種控制系統(tǒng)具有時(shí)鐘準(zhǔn)確可靠，開關(guān)時(shí)間可自動(dòng)設(shè)定，不需要人工進(jìn)行調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)，由于采用微電腦芯片，可根據(jù)內(nèi)部日期自動(dòng)查詢當(dāng)日的開、關(guān)時(shí)間，而且隨著季節(jié)變化，能夠自動(dòng)改變每日開、關(guān)時(shí)間，這樣就不需要人工去調(diào)整。該控制系統(tǒng)還具有掉電保護(hù)功能，不受停電影響，來電后仍可正常運(yùn)行，只要控制系統(tǒng)不出故障，就不用定期進(jìn)行調(diào)整。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，故障檢測電路會(huì)記錄下來，以供檢修人員參考。

2 應(yīng)用系統(tǒng)方案的選定

(1)設(shè)計(jì)思想。經(jīng)度線和緯度線可以標(biāo)定出每一地區(qū)的方位，而每一地區(qū)一年中日出與日落的時(shí)間可以通過天文測量得出。而《民用晨光始和民用昏影終》表則測出了東經(jīng)0°，北緯0°～51°范圍內(nèi)，一年中每隔十天的日出和日落時(shí)間。若想獲得某一地區(qū)的日出和日落時(shí)間，首先要獲得這一地區(qū)的經(jīng)緯度數(shù)值，然后根據(jù)緯度值查出在表中的位置，再根據(jù)經(jīng)度值通過公式計(jì)算得到其時(shí)間，并根據(jù)其開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制。

(2)方案選定。充分考慮以上設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)原則的前提下，采用了體積小、重量輕的單片機(jī)為主機(jī)，以AT89C51單片機(jī)為中心設(shè)計(jì)其核心電路、控制繼電器動(dòng)作的接口電路、鍵盤接口、顯示器接口、以及看門狗電路、掉電保護(hù)等電路，組成了單片機(jī)開發(fā)的路燈智能控制系統(tǒng)的硬件部分。

在軟件方面，程序用AT89C51匯編語言編制，程序固化在4 KB的EPROM當(dāng)中。

3 應(yīng)用系統(tǒng)組成

根據(jù)以上思路，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示，對(duì)于以單片機(jī)為核心處理器的系統(tǒng)來說，還需要增加一些附屬電路來保證其系統(tǒng)的可靠性和提高系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)還需要具有輸入范圍寬、輸出穩(wěn)定度高、電流大等特點(diǎn)的高穩(wěn)定度電源。

圖1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)示意圖

(1)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路的研制過程。采用AT89C51芯片內(nèi)部自帶的4 KBEPROM來存儲(chǔ)程序，除此之外還將DS12887的RAM空間地址存儲(chǔ)年、月、日、時(shí)、分、秒信息，用X25045的RAM空間地址存儲(chǔ)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和故障檢測數(shù)據(jù)。

(2)鍵盤、顯示器電路的研制。鍵盤是系統(tǒng)作為輸入部分的重要組成部分。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，既要滿足系統(tǒng)的基本功能，又要使操作人員使用方便、易于操作。因此系統(tǒng)采用雙按鍵式。

(3)電源及繼電器控制電路的研制。電源供應(yīng)采用12 V、3 W的電源。并用穩(wěn)壓芯片7809和7805轉(zhuǎn)換成9 V(為繼電器提供電源)、5 V(為集成電路芯片提供電源)。

采用多組繼電器控制，通過軟件編程可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路的復(fù)雜控制。例如控制戶外多組廣告射燈的顏色變換，增加系統(tǒng)的使用范圍。

(4)檢測電路的研制。檢測電路是用來檢測系統(tǒng)內(nèi)部故障，采用四與門芯片74LS08和X25045來實(shí)現(xiàn)此功能。CPU通過74LS08檢測電路故障，并通過報(bào)警器向操作人員報(bào)警，X25045存儲(chǔ)故障數(shù)據(jù)以備檢修人員參考。

(5)DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的內(nèi)部包含有一個(gè)鋰電池、石英晶振和寫保護(hù)電路，可以為系統(tǒng)提供精確的非易失時(shí)鐘、百年歷、可編程中斷、非易失靜態(tài)RAM，在斷電情況下仍能保持時(shí)間及內(nèi)存，為程序的正確運(yùn)行和控制提供了保障。

如圖2所示，MOT管腳接地是選擇了INTEL時(shí)序;DS管腳在INTEL時(shí)序下被稱作讀(/RD)，它與CPU中的讀信號(hào)相連，從DS12887中讀取數(shù)據(jù);AS管腳與CPU中的ALE/P相連，AS的下降沿使得地址鎖入DS12887;/IRQ管腳是DS12887的中斷輸入，與CPU的/INT0相連，為系統(tǒng)提供500 ms一次的周期中斷，/IRQ總線是漏極開路輸出，要求外接上拉電阻。

圖2 CPU與DS12887接口設(shè)計(jì)

(6)系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。X25045芯片有三種常用的功能:看門狗定時(shí)器，電壓監(jiān)控和E2PROM組合在單個(gè)封裝之內(nèi)。這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求。

看門狗定時(shí)器對(duì)微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)、在可選的超時(shí)周期(TIME-OUT INTERVAL)之后，X25045看門狗將以RESET信號(hào)作出響應(yīng)。用戶可從三個(gè)預(yù)置的值中選擇此周期。一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不改變。

利用X25045低VCC檢測電路，可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受低電壓狀況的影響。當(dāng)VCC降到最小VCC轉(zhuǎn)換以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位一直確保到VCC返回且穩(wěn)定為止。

如圖3所示，串行輸出(SO)是串行數(shù)據(jù)輸出引腳，在讀周期內(nèi)，數(shù)據(jù)在此引腳上移出，數(shù)據(jù)由串行時(shí)鐘的下降沿同步輸出;串行輸入(SI)是串行數(shù)據(jù)輸入引腳，所有操作碼、字節(jié)地址以及寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)在此引腳上輸入，數(shù)據(jù)由串行時(shí)鐘的上升沿鎖存;串行時(shí)鐘(SCK)控制用于數(shù)據(jù)輸入和輸出的串行總線定時(shí);寫保護(hù)(/WP)接高電平，所有的功能包括非易失性寫操作保持正常;復(fù)位(RESET)是高電平有效，漏極開路的輸出端，只要VCC下降到低于VCC檢測電平，它將變?yōu)楦唠娖?。直至VCC上升到最小VCC檢測電平200 ms為止。如果看門狗定時(shí)器工作且/CS保持高電平或低電平的時(shí)間長于看門狗超時(shí)周期，則RESET變?yōu)楦唠娖健?/p>

4 軟件功能設(shè)計(jì)

(1)本系統(tǒng)可隨季節(jié)變化自動(dòng)改變每日開啟和關(guān)斷時(shí)間，全年無需人工調(diào)整照明時(shí)間，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制;

(2)本系統(tǒng)可隨季節(jié)變化自動(dòng)改變每日開啟時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間人工設(shè)定延時(shí)數(shù)小時(shí)后或定點(diǎn)自動(dòng)關(guān)閉;

(3)本系統(tǒng)可人工設(shè)定開啟和關(guān)斷兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，自動(dòng)在定時(shí)時(shí)間內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制;

(4)本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多段分時(shí)控制，多組繼電器控制。例如:控制戶外多組廣告射燈的顏色變換。

5 結(jié)束語

本文所寫的單片機(jī)開發(fā)的路燈智能控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到鐵路、廠礦(如黑龍江省軍區(qū))、大專院校(如哈爾濱工程大學(xué))的路燈控制中，經(jīng)過實(shí)踐表明，該產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、使用方便、節(jié)約能源。

圖3 CPU與X25045接口設(shè)計(jì)

圖4 主程序設(shè)計(jì)流程圖

［1］ 張友德，趙志英，涂時(shí)亮.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)［M］.復(fù)旦大學(xué)出版社，1993.

［2］ 張積東，孫積第，夏華龍.單片機(jī)51/98開發(fā)與應(yīng)用［M］.電子工業(yè)出版社，1994.

［3］ 閻石主.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.高等教育出版社，1993.

［4］ 蔣大宗，余秉鈞，金德慶.數(shù)字邏輯［M］.電子工業(yè)出版社，1994.

［5］ 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)［M］.清華大學(xué)出版社，1993.

［6］ 袁樂安.智能儀表的開發(fā)［J］.礦業(yè)研究與開發(fā)，2000，20(2).