基于單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)模塊設(shè)計

袁文鳳 黃夢真

摘 要：文章介紹了一種以89C51單片機為核心構(gòu)成的模擬路燈控制系統(tǒng)的控制電路，該電路采用傳感器檢測技術(shù)，使路燈可以根據(jù)交通和環(huán)境情況自動調(diào)節(jié)燈的狀態(tài)。并具有故障檢測功能，故障發(fā)生時，某一支路發(fā)出報警信號，同時有顯示部分顯示故障燈所在支路的地址編碼。再加上液晶顯示模塊和信息輸入模塊，可以直觀地顯示出路燈的亮滅時間并可對其進(jìn)行控制操作。

關(guān)鍵詞：路燈控制；LED驅(qū)動；MCU；傳感器

1 模擬路燈控制系統(tǒng)的方案設(shè)計與論證

該系統(tǒng)創(chuàng)新點自動檢測交通狀況，并及時調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)。換句換說該系統(tǒng)具有測試點不同、運動狀態(tài)不一樣的情況下，燈的亮滅不一樣，當(dāng)某一運動的物體即將到達(dá)燈下時，該路燈提前點亮，當(dāng)運動的物體駛過該路燈快要來到下一路燈下時，上一路燈熄滅，下一路燈點亮。所以該系統(tǒng)首先具備檢測運動物體的運動狀態(tài)，還要求控制器能根據(jù)環(huán)境的變化而變化，形成智能化控制燈亮滅的目的。通過分析，該系統(tǒng)設(shè)計了光控開關(guān)來實現(xiàn)這一功能。

1.1 探測運動物體

該系統(tǒng)采用單片機控制路燈亮滅，當(dāng)檢測到物體運動時，將檢測到的信號傳回單片機，并有單片機根據(jù)信號對LED燈進(jìn)行控制。

方案一：利用光敏電阻檢測運動物體的信號。根據(jù)光敏電阻對光線的靈敏度原理，光敏電阻收到的光亮度增加時，光敏電阻的阻值減小，使輸出的電壓增大為高電平，又因為串聯(lián)分壓，此時需加入電平轉(zhuǎn)換電路，使輸出的信號轉(zhuǎn)換為低電平，輸入單片機進(jìn)行控制。該方案設(shè)計的缺點是光敏電阻的測光范圍寬，靈敏度較高，響應(yīng)范圍寬。那么，該系統(tǒng)若要順利進(jìn)行，運動物體需要帶有光源，另外光敏電阻還會受路燈等其他燈光的影響，故導(dǎo)致其不能正常工作。為了節(jié)約成本，我們可以利用光敏電阻的特性，設(shè)計光電開關(guān)、故障檢測等電路。

方案二：根據(jù)方案一的分析，光電開關(guān)工作原理是根據(jù)發(fā)射端發(fā)出的光束，經(jīng)過物體反射，接受端據(jù)此判斷是否有物體經(jīng)過。若沒有光線被折射回來，輸出高電平；反之，則輸出低電平。單片機再根據(jù)接收端電平的高低，做出相應(yīng)控制。以此判斷運動物體是否經(jīng)過設(shè)定位置。具體設(shè)計在路的一側(cè)安裝光電開關(guān)，采用E3F-DS10C4，其具有長壽命和高可靠性。其中LED指示燈可以檢測傳感器的狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)且操作簡單。手動調(diào)節(jié)探頭上的一個旋鈕就可以控制探頭的靈敏度，最遠(yuǎn)探測距離為30厘米，滿足設(shè)計系統(tǒng)要求、安裝在路邊，不影響路面的正常行駛。

1.2 信息采集和數(shù)顯

本系統(tǒng)采用時鐘系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)燈時間，并通過顯示系統(tǒng)顯示設(shè)定時間。單片機利用時鐘系統(tǒng)控制整條支路按時開關(guān)燈。那么鍵盤是最好的手動設(shè)置輸入信息的元器件。手動操作鍵盤的輸入，對顯示信息進(jìn)行修改和設(shè)定。本系統(tǒng)采用4個獨立式按鍵，分別實現(xiàn)：模式、功能、移位和增加。其中模式鍵分為自動和手動；功能鍵菜單有：時鐘，LED路燈1的亮、滅時間，LED路燈2的亮、滅時間，和顯示有故障路燈的地址編號，另外功能鍵還可調(diào)出需要設(shè)定的菜單。增加鍵，則用來改變選定的數(shù)值。移位鍵，用來選定需要修改的數(shù)值。這里重點探討顯示系統(tǒng)的設(shè)計方案。

如果采用LED燈組成顯示，將占用太多的系統(tǒng)資源，顯示信息量少，需要循環(huán)刷新，并且功耗大。若采用單片機專用08032液晶顯示屏，只占用單片機11個接口，動態(tài)掃描，滾動顯示信息，節(jié)約資源。

1.3 明暗環(huán)境檢測和聲光報警功能

采用光敏電阻的感光特性，制作成光敏傳感器，感應(yīng)周圍環(huán)境的變化，控制和檢測燈的亮滅。根據(jù)題目的基本要求分析所得，系統(tǒng)的控制有兩種模式：Auto和Normal模式。該系統(tǒng)采用三個光敏傳感器，其中兩個用來檢測路燈的故障，另一個用來感測環(huán)境亮暗的變化，當(dāng)環(huán)境變暗時，系統(tǒng)進(jìn)入自動模式：探測有物體經(jīng)過時，是否燈亮。若該亮的路燈不亮，既不能正常工作時，該支路的光敏傳感器檢測到燈不亮的信號，便把該信息傳達(dá)給單片機，由單片機控制聲光報警器，并把故障路燈的編號通過LCD液晶顯示出來。

1.4 恒流源和調(diào)光設(shè)計

根據(jù)調(diào)光需要，選擇額定電壓3v，額定功率1瓦的LED燈。根據(jù)功率公式：P=UI得LED所需的電流。

應(yīng)為I=P/U，I為330mA，通過計算恒流值應(yīng)為固定的330mA。有上述，我們首先選定LM317三端可調(diào)正穩(wěn)壓集成電路。調(diào)光部分采用PWM控制，在假設(shè)控制電路輸出頻率恒定，通過調(diào)整其占空比，使得在規(guī)定時間內(nèi)路燈驅(qū)動電源輸出功率能按設(shè)定要求自動減小，并能調(diào)節(jié)輸出功率，使其設(shè)定在一定范圍內(nèi)。

2 電路設(shè)計與說明

2.1 恒流源供電和調(diào)光電路

已知Iout為330mA，由LM317構(gòu)成的穩(wěn)壓電路可得：

Iout=（Vref/R）+Iadj=1.25V/R=330mA

所以可得出R為3.7歐，即需要有3.7歐的電阻，才能滿足輸出電流為330mA，由于LED的驅(qū)動功率比較大，所以采用二個6.8Ω/2W的電阻并聯(lián)來實現(xiàn)（實測電阻值為7.3Ω，并聯(lián)后為3.65Ω），滿足設(shè)計需要。

2.2 模擬路燈系統(tǒng)述

該系統(tǒng)以STC8051單片機進(jìn)行控制，漫反射傳感器信號轉(zhuǎn)換電路將信號輸入到單片機，單片機做出判斷，并執(zhí)行相應(yīng)操作。若檢測到故障，單片機將信號傳給聲光報警電路。若檢測到某移動物體，則控制某支路路燈進(jìn)行相應(yīng)操作，并利用中斷系統(tǒng)設(shè)定路燈亮滅時間、顯示時間。

3 系統(tǒng)測試

在有光源或無光源環(huán)境下，經(jīng)測試，系統(tǒng)能夠到達(dá)設(shè)計要求，及時檢測運動物體并及時響應(yīng)，控制路燈亮滅。

3.1 漫反射傳感器的檢測

3.2 光敏電阻傳感器的檢測

4 結(jié)束語

模擬路燈控制系統(tǒng)建立在現(xiàn)場終端和遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)檢測現(xiàn)場信號，并對信號作出處理。從而達(dá)更好地服務(wù)行人和車輛的目的。

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作者簡介：袁文鳳（1983-），女，河南周口人。