1、扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 1 路灯控制系统的设计 摘要 随着中国经济的快速发展， 人类对电力能源的需求日益增大，电力资源日益缺乏。因此如何节能降耗已成为近几年来人们关注讨论和研究的话题。 本文研究的路灯控制系统是针对我国城市在路灯照明的控制方面产生的巨大能源消耗和浪费而开发出的新的智能型 的路灯控制系统。本文详细介绍了该系统的设计与实现。本文详细介绍并分析了以单片机芯片 AT89S52、时钟芯片 DS1302、 光敏电阻为主要部件的硬件电路和在以 keil 软件 为主要编程环 境的软件部分。 通过时间控制和环境参数控制相结合的方法去控制路灯。实现随着光照强度的大小和在一定时间段内
2、路灯都有着的不同表现，午夜路灯间隔开以节省电源，光照很足时路灯全部自动断开不工作等功能。 实验表明，该路灯控制系统是一种智能型控制系统。电力资源既能够得到合理利用也不会影响人类的交通安全 。 随着社会的发展，路灯控制系统会得到更广泛的应用。 关键词： 路灯控制、单片机、时钟芯片、光敏电阻 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 2 Abstract With Chinas rapid economic development, human electricity demand growing, the power resource-scarce. Therefore, how energy c
3、onsumption has become a topic of discussion and research attention. In this paper, the street light control system for street lighting in the Chinese cities control the enormous energy consumption and waste and to develop new intelligent street lights control system. This paper describes the design
4、and implementation of the system. This paper introduced and analyzed in single chip AT89S51, clock chip DS1302, photosensitive resistance as the main components of hardware circuitry and with keil as the main programming environment software. Time control and the environment through the combination
5、of parameter control methods to control the lights. As the light intensity to achieve a certain period of time the size and all have different performance lamps, night lights spaced to save power, light is enough to automatically disconnect when the lights do not work all the functions. Experiments
6、show that the street light control system is an intelligent control system. Power can be both rational utilization of resources will not affect the safety of mankind. With the social development, street lighting control system will be more widely used. Key words: street lighting control, single-chip
7、, clock chips, light resistance 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 3 目 录 第 一 章 绪 论 . 错误 !未定义书签。 1.1 路灯控制器 系统 设计的意义 . 5 1.2 路灯控制器系统设计的前景 . 6 第 二 章 路灯控制系统 设计 的总体 方案 . 7 第 三 章 路灯控制系统 的硬件设计 . 8 3.1 光照信号测量电路的设计 . 9 3.2 时钟信号测量电路的设计 . 13 3.3 单片机控制部分 . 17 3.3.1 AT89S52 的介绍 . 17 3.3.2 复位电路的设计 . 20 3.3.3 晶振电路的设计 . 20 3.4 显示
8、电路的设计 . 21 第 四 章 路灯控制器的软件设计 . 23 4.1 Keil 软件的介绍 . 23 4.2 路灯控制器设计的 功能 . 26 4.3 路灯控制器 的 流程图 . 27 第 五 章 路灯控制系统的调试 . 29 5.1 电路调试 . 29 5.1.1 硬件调试 . 29 5.1.2 软件调试 . 29 5.2 调试过程中出现的 问题和解决方法 . 30 第六章 自己的心得体会 . 31 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 4 致谢 . 32 参考文献 . 33 附录 . 34 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 5 第一章 绪论 随着社会的不断发展，人类的生活水平不
9、断提高，电力能源已经成为人们日常生活中不可缺少的部分。 展望未来，再用 50年的时间，在本世纪中叶我国基本实现现代化，使人民享有更高的物质与精神文明。这一宏伟目标能否顺利实现， 在相当大的程度上取决于电力 能源 在未来 50 年稳健的发展 。 在我国电力能源应用方面，城市路灯所消耗的能源占用了很大的比重。 据不完全统计， 城市公共照明在我国照明耗电中占 30的比例。目前，全国 660 多座城市约有各种路灯 400 万盏，为了提高路面亮度，若平均每盏灯增加 50W。则共需增容 20万千瓦，全年多耗电约 7亿千瓦时 由于多增加光源、灯具、灯杆等照明设施，带来的初次购置费及日常的维护费也会明显增加。
10、从绿色照明角度考虑，多发出 7 亿千瓦时的电力，增排的二氧化碳和二氧化硫等有害气体对空气质量会产生巨大的影响，将破坏空气 质量，不利于环保 。 但是城市的发展离不开路灯照明，它 服务于交通安全和人们的 生活，美化了城市容貌，为创造良好的投资环境起着举足轻重的作用。 随着我国经济的快速发展，城市市政建设步伐加快，城市道理照明工程建设受到越来越多的重视而在城市夜晚变得灯火辉煌、绚丽多彩的同时，电能消耗也逐年攀升。作为城市道路的路灯照明，一方面耗能增大，另一方面维护量也增大。 因此 如何采取节能技术，降低城市公共照明能耗，成为 人们关注讨论和研究 的问题。 1.1 路灯控制器 系统 设计的意义 目前
11、各大城市的交通路灯的能源利用率存在一个普遍的问题，这就是 路灯的能源利用率不高， 我国小型城市在夜晚 9 点后，我国大中型城市在午夜 12 点后，道路上几乎空无一人，可城市照明从这一时段直至清晨 6 点路灯熄灭。即使是在北京、上海 等大城市的繁华地点，凌晨 2点以后，道路上也是人烟稀少。在这样低交通流量的道路上仍然保持较高的照度是明显没有必要的。 因此，设计出一种 智能型的路灯控制系统是相当重要的，它不但要求能够在节能的同时也 要求对人们的出行和对城市的发展没有大的影响。本设计 是以单片机 AT89S51、时钟芯片 DS1302、光敏电阻为主要控制单元的硬件电路， 采用了时间控制和环境参数控制
12、相 结合的控制策略。实现了路灯定时开关，根据天扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 6 气情况光照强度决定路灯的开启，午夜 12 点以后路灯隔着开启。此控制系统大大节省了电力资源使其充分利用，具有可靠、使用寿命长、稳定性高、价格便宜的特点，能满足路灯控制的需要，具有广泛的应用前景。 1.2 路灯控制器 系统设计的前景 跟传统的路灯控制系统相比，传统路灯控制系统就是采用人工控制，到了一定时间就拉电开启路灯 ，到了一定时间关闭路灯， 完全是人工控制路灯的开关。 一个国家路灯市场规模与当地道路长度与种类、国民生活水平有关。理论上道路长度愈长、愈宽、重要道路 (如高速公路 )比 率愈高，路灯需求数量
13、将随之增长。不过路灯需求与实际装置数量，会受到国民生活水平影 响。国民生活水平愈高国家，民众对于道路使用频率与道路安全要求越高 ，相对的路灯装置数量也较多。 中国基本上是能源缺乏国家，随着经济发展，能源供给问题更加 严重。 2008 年 10 月中国政府启动“公共机构节能条例”，要求各级政府单位应当将节能产品、设备纳入政府集中采购目录，并严格监控能源消耗状况。同时，也公布 了 “民用建筑节能条例”规定建设单位应当选择合适的可再生能源，用于采暖、制冷、照明和热水供应等。正因为这两项法规的实行，提供地方政府采购 LED 等相关节能产品的法源依据。 虽然国家积极地在倡导节能环保也采取了许多措施，例如
14、采用人工控制手动进行开关灯的工作，还有采用定时控制的措施 ： 天天定时开定时关不论气候季节变化，还有的在夜晚降低路灯的供电电压使其变暗来减小能源消耗。 这些控制方式明显存在着较大的问题，人工控制 不仅浪费了人力资源，而且还容易引起不必要的安全隐患。定时控制存在着在天气不好或季节变化天黑的早或晚的情况下光照条件 没得到 及时 改善。降低供电电压会影响路灯的使用寿命 和出行安全 。所以说，设计出一个智能型的路灯控制系统在社会会有个广泛的应用前景。 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 7 第二章 路灯控制系统 设计 的总体 方案 本设计以 单片机芯片 AT89S52、时钟芯片 DS1302、光敏
15、电阻为主控单元的硬件电路和以 keil 软件 为 编程环境下的软件部分 组成。采用了时间控制和环境参数控制相结合的策略，实现了光照不好的情况下路灯自动开启、深夜路灯隔着开启、白天路灯熄灭停止工作、随着季节的变化改变路灯的开关时间等功能。 光测电路部分。 一年四季天气状况都在不断变化着，天气情况的变化影响着光照强度的变化，我们希望在光照强度不够好时路灯能自动开启。因此我们需要一个传感器来感应光照强度从而做出相应 变化，光敏电阻是一种很优良的感应光照强度的传感器。 时钟电路部分。天气的变化是 不可预测的，因此有时我 们有时需要根据 每个季节的天黑的迟早 人工的去修改预先设定的时间控制路灯的开关，从
16、而我们会使用到专用的时钟芯片。 最后可以由单片机系统对这两部分进行不同的控制。 根据以上分析以及设计要求得出本设计硬件构成框图如图 2-1所示： 时 钟 信 号光 照 信 号单片机路 灯 开关数 码 管显 示图 2-1 硬件构成 硬件电路主要由光照信号测量电路和时钟信号测量电路组成，它们均通过单片机去对数码管显示和路灯开关进行控 制，从而达到预想的要求。 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 8 第三章 路灯控制系统的硬件 设计 整体硬件设计原理图见图 3-1 该设计电路主要通过单片机和按键对时钟芯片 DS1302 进行时间设置控制路灯的开关时间，和通过光敏电阻感应外界的光照情况从而控制路灯
17、 的开关 ，还有构成复位和晶振电路对该系统进行初始化 和起振电路让其运行 ， 通过电阻和三极管驱动路灯点亮， 再经过单片机后 通过驱动器 SN7404 驱动 数码管显示时间。路灯断电后，充电电池给时钟芯片 DS1302 供电让其继续工作，让时间继续走下去 ，等其再次通电后，时间显示当前时间 。 根据当前时间路灯会 作出不同的响应。 下面就对硬件的各个部分进行详细的分析 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 9 3.1 光照信号测量电路的设计 光照信号测量电路如图 3.1.2 所示： 图 3.1.2 该电路主要由光敏电阻和比较器 LM358 组成。电路中有两个分压电路，其中 R1 和光敏电阻组
18、成一个， R2和滑阻组成另外一个。在光照强度正好达到需要打开路灯的时候，调节电位器 R3，使比较器 LM358 同向端 (3 脚 )电压等于反相端 (2 脚 )电压，由于光敏电阻会随着光照强度的变化而改变电阻值，当光照强度高时，光敏电阻的阻值就会降低，就会引起 LM324 的 (2 脚 )电压变小，低于所设定的 (2脚 )电压，使输出端 (1脚 )输出高电平；当光照强度低时，光敏电阻的阻值就会变大，就会引起 LM324 的 (2脚 )电压变大，比较器 LM324 中 (2脚 )电压高于 (3 脚 )电压， (1 脚 )脚输出低电压。从而输出端 (1 脚 )上的高低电平的改变，就能反应为光照亮暗
19、的变化。进而作为单片机的一路输入信号，控制路灯的点亮和关闭。输出端连在单片机 P1.3 口上 。 LM358: LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器， 适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源 工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与 电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增模组 ,音频放大器、工业控制、 DC 增益部件和 其他所有可用单电源供电的使用运放的地方使用 。 LM358 的封装形式有塑封 8 引线双列直插式和贴片式 。 LM358 的特性： 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文） 10 特性 (Features)： 内部频率补偿。 直流电压增益高 (约 100dB) 。 单位增益频带宽 (约 1MHz) 。 电源电压范围宽：单电源 (3 30V)；双电源 ( 1.5 一 15V) 。 低功耗电流，适合于电池供电。 低输入偏流。 低输 入失调电压和失调电流。 共模输入电压范围宽，包括接地。 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（ 0至 Vcc-1.5V) 参数 输入偏置电流 45 nA 输入失调电流 50 nA 输入失调电压 2.9mV 输入共模电压最大值 VCC1.5 V 共模抑制比 80dB 电源抑制比 100dB 引脚图如图 3.1.3 所示：
