1、 本科毕业设计 （ 20 届） 基于单片机的路灯控制系统设计 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘要 为解决城市路灯照明系统存在的灯光控制方法和管理手段落后，所用灯具科技含量低等问题，设计了一个 基于单片机的 路灯控制系统。 它 采用 AT89S52 单片机作为控制中心，利用传感器模块、光控路灯模块、 时控路灯模式 来实现 的。 根据环境、交通等因素，单片机采集光敏电阻或光电开关的信号控制路灯的亮灭 。采用切换多种模式方 法来实现路灯控制 功能， 能 按规定时间 对路灯进行 开关灯 操作 。 该系统可设置控制模式，在一种白天模式下，可随
2、时设定路灯的开关时间，也可配合光敏电组一起使用。当阳光变暗时，光敏接到信号送到控制中心，来处理开路灯操作。在另一种夜晚模式下，通过红外线检测技术来检测是否有车通过，在来决定开关灯操作。 关键词 ：路灯控制；单片机； 红外检测 - 2 - Abstract To solve the backward of street lighting control system in control method and management means, and low technique features of lamps, the paper provide a design of street li
3、ght control system. It used at89s52 as a control core circuit. Other modules includes optical sensor module timing module and field traffic condition detector. System operate at two different control mode, in daytime mode lights will be turn on according to signal from optic sensor, while in nightti
4、me lamps will be turn on according to signal from moving object detector. Keywords: Light control; MCU; Infrared detect - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 课题 概述 . 1 1.1.1 课题的研究背景 . 1 1.1.2 课题研究的目的与意义 . 1 1.2 课题的国内外的研究现状 . 2 1.2.1 国内研究现状 . 2 1.2.2 国外的研究现状 . 2 1.3 论文的主要研究内容 . 3 2 路灯控制系统的总体设计 . 4 2.1 路灯控制系统的构思 . 4
5、 2.1.1 传统的节能方式 . 4 2.1.2 智能控制的节能方式 . 4 2.2 路灯控制系统的方案设计 . 5 2.2.1 路灯控制方案选择 . 5 2.2.2 路灯信号检测的选择 . 5 2.2.3 移动物体检测的选择 . 5 2.3 路灯控制系统的结构设计 . 6 3 路灯控制系统的硬件模块设计 . 7 3.1 主控芯片的设计 . 7 3.2 输入与显示设计 . 8 - 4 - 3.3 时钟模块设计 . 8 3.4 光控模块设计 . 9 3.5 红外检测模块设计 . 10 4 路灯控制系统的软件模块设计 . 12 5 系统测试 . 20 6 结论 . 21 致谢 . 错误 !未定义书
6、签。 参考文献 . 22 附录 1 原理图电路总图 . 23 附录 2 路灯控制系统实物图 . 24 附录 3 主要源程序代码 . 25 - 1 - 1 引言 1.1 课题概述 1.1.1 课题的研究背景 随着社会的发展，能源问题己经成为全球最 为关注的问题之一，能源危机己经成为全人类所面临的主要危机，特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧，电力紧张阻碍着我们的日常生产、生活，甚至严重影响到我国经济的发展与社会文明的进步。 而在我国的整体用电中，照明用电又占有很大的比例。城市路灯是现代城市建设中重要的组成部分，它服务于交通安全和人们的生产、生话，美化了城市容貌，为创造良好的投资环境起着举足轻重
7、的作用。随着我国经济的快速发展，照明路灯的数量越来越多，其用电量占城市的总用量的比例也在不断增加。据统计显示，我国在路灯照明方面每年消耗超过 1000 亿元的电 费，其发展速度十分惊人。在城市亮化、美化大潮的趋势下，城市景观照明耗电也吞噬着我们的电力资源。而发电企业投资和建设需要一个较长的周期，快速的经济发展需要更多更充足的电力供应和消耗，电力的供求之间矛盾重重。电力供应缺口很难在短期内得以缓解，发展与节约并重，己经成为经济建设的必然选择。此时，灯光照明行业节电也成为了我们的必然选择。 1.1.2 课题研究的目的与意义 路灯照明建设不仅仅存在电能消耗过度的问题，路灯直接全压起动时所产生的大电流
8、及冲击力也会对路灯、电网及电网中的其它设备都会造成影响，因此，路灯的节能、 环保控制技术己成为热门的研究课题。 路灯是我国经济发展和国家建设中必需的用电设备，它在我国的整体用电量中所占比例巨大，如果通过基于单片机的路灯控制系统装置对其进行有效控制，就能够降低电力损耗，达到节约能源，降低生产安装成本，有助于我国经济的快速发展。 本文研究的路灯控制系统是基于单片机的控制系统，通过光敏传感器件采集- 2 - 光照数据，并将其做为电信号，传输到单片机中作为控制路灯开启的依据。设计单片机控制电路、传输电路等装置，使路灯开启达到自动控制的目的。控制路灯从而改变了路灯在不同时段的耗电量，改善了功率因素，达到
9、 了节约电能的目的。 1.2 课题的国内外的研究现状 1.2.1 国内研究现状 随着全国逐步进入小康社会和城市化建设的发展，中小城镇将越来越多。路灯控制和管理将是一个普遍问题。由于中小城镇街道数量较少，一般只有数十条街道，路灯的控制和管理问题比较简单。但是，当前路灯的控制和管理还存在有待改进和提高的地方。目前，大多数城市道路、街道路灯控制，是在每条街道的路灯控制点设一个开关，进行人工控制。这种方法浪费人力、操作繁琐且每天早晚路灯开闭时间不准，人为因素影响太大。 有的城镇设置光电控制电路，利用控制器件光电阻的变化， 控制路灯在晚上天黑之后自动点亮、早上天亮之后自动关闭。这种方法存在可靠性较低、易
10、受干扰、后半夜路灯照明太亮和浪费电能等问题。 据政府有关部门调查，我国小型城市在夜晚 10 点后，大中城市在午夜 12点后，道路上几乎空无一人；即便是北京、上海、广州这样的繁华大都市，凌晨2 点以后，道路上也是罕见行人、车辆；这种情形一直持续到清晨 6 点路灯熄灭。在各级城市市政开支极度紧张的今天，国内绝大部分的城市和地区几乎都采用了国外在 20 世纪 70、 80 年代就抛弃了的路灯单边亮灯、隔柱关灯的节电方法，这种节电方法会导致路面照度分布不均， 形成块状阴影；同时给治安及交通安全埋下了很大隐患，对路灯照明设备而言不能避免后半夜电网电压升高对路灯寿命的减损，不能算是真正意义上的节电。因此这
11、种节电方法，达不到构建和谐社会要求。 1.2.2 国外的研究现状 近 20 年来，美国和日本照明节能集中在使用紧凑型荧光灯 (CFL)和荧光灯采用镇流器两个方面，两个国家中用新技术替换老产品的过程有点不同 :2001 年美- 3 - 国销售的镇流器中电子的占 53%，而日本只有 36%。而两个国家在销售 CFL 灯占白炽灯的比例中，美国只占 3%，日本占了 15%。两个国家的国家、省和地方都在立法，鼓 励和普及活动这三方面做文章，旨在推动节能产品的广泛使用。 国外照明节能技术的发展具有以下特点 . （ 1） 大力推动绿色照明，在光源的材料，使用规范上加以有效管理，出台了一系列的标准和管理要求，
12、将照明节能推广到全民范围 ； （ 2）不断提高功率器件性能要求，主要体现在镇流装置上技术提高。通过对镇流器技术改进来提高照明设备的功率因素。 根据上面所示内容，本课题研究的目的是设计出一种路灯控制系统，能够有效解决现阶段路灯照明存在的几点不足，其意义在于：第一，为城市交通提供一种科学有效地路灯控制方案，保证道路照明的有效性与安 全性；第二，有效利用电力资源，尽量避免电力资源的浪费；第三，提高了城市基础设施管理水平，在改善城市道路照明质量的同时，节省人力财力物力。 1.3 论文的主要研究内容 采用时控、光控、红外线技术，对路灯控制电路及其路灯控制系统进行研究和设计，实现 路灯照明控制功能强，实用
13、价值高，安装使用方便，易于推广和应用，可实现路灯的智能化管理和控制，有效的节约电力能源。 了解当前国内外路灯控制的研究与其产品市场；熟悉红外线技术，为将来从事制作路灯控制系统方面工作打下基础。 课题研究的主要内容是： 设计制作一个路灯节能控制系 统。 系统总体指标及功能要求是： （ 1）在交通流量大的上半夜和交通流量小的下半夜采用两种不同的控制策略。 （ 2）上半夜自动根据光线明暗开灯，下半夜采用有车辆经过时照明的原则，利用红外检测经过车辆点亮前方一定距离内的灯，并且定时开关路灯。 （ 3）控制器基于单片机设计，来控制路灯。 - 4 - 2 路灯控制系统的总体设计 2.1 路灯控制系统的构思
14、2.1.1 传统的节能方式 长期以来，我国大多数城市的路灯照明系统都是采用传统的控制方式，其中节能的方法主要有以下几种： 人工控制的节能方法：管理路灯的值班人员根据路灯的开关时间表 来进行手动的开关路灯操作。 时控的节能方法：路灯控制器通过规定的时间对路灯进行开关灯操作，当季节变更时，通过管理路灯的值班人员进行手动调整路灯的开关时间。 光控的节能方法：路灯控制器通过路灯那端光敏电阻采集的光强度信号来进行对路灯的开关操作。 这些传统的路灯控制方法存在着明显的缺点，因为国内大多数城市路灯的开关灯控制由各变压器分散控制，只有控制功能而没有监控功能。又由于室外的光照强度不能严格的进行控制，不仅实时性差
15、，而且造成很大的浪费。 另外，传统的路灯控制方法必须要求人员不能离开岗位，必须及时对路灯的特殊情况进行开关操作。这样不仅浪费了人力资源，而且也有可能因工作人员的调整不及时而造成能源浪费。 2.1.2 智能控制的节能方式 该节能方式是通过智能控制器对路灯进行智能的控制和管理。当白天到前半夜的时候，采用时控和光控的节能方式对路灯进行智能的开光控制。如设定早上6： 00 进行关灯，晚上 6:00 进行开灯的同时，再让光敏电阻时刻对光照强度进行测定，如发现晚上 6:00 前已经天黑，则根据光敏电阻测定的信号对路灯进行开灯操作。当晚上半夜的时候，关掉路灯，采用红外线技术，对路上的车辆进行检测，当检测到有
16、车辆经过时，开启几 百米的路灯对车辆进行照明。车辆开走以后，关掉刚开启的路灯，以达到电能资源的节约。使用该节能方式，不仅大大节约了电能，而且减少了人力资源。 - 5 - 2.2 路灯控制系统的方案设计 2.2.1 路灯控制方案选择 方案一：选用数字电路进行控制，但整个系统电路制作复杂，实现题目发挥部分的指标有困难。 方案二：选用 AT89S52 单片机为控制器，易于编程控制，外围控制资源丰富，整个控制系统操作更加灵活，电路制作简单、方便、性价比高。因此，我们选择方案二。 2.2.2 路灯信号检测的选择 方案一：选用金属传感器，该传感器精度高，反应灵 敏，但是金属传感器价格较高。 方案二：选用红
17、外反射式光电传感器和光敏三极管，该传感器反应灵敏且价格便宜，外围检测电路简单。考虑到系统检测电路和性价比，我们选择方案二。 2.2.3 移动物体检测的选择 方案一：采用普通发光二极管发射和光敏二极管接受的方案。这种方案在实际使用中，很容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到，不利于检测。因此，不采用此方案。 方案二：利用超声波检测。在每个 LED 灯上放一个超声波检测模组，在移动物体通过红外线探头时，系统探测到，把信息传递给控制器。但由于超声波检测散射较大，不能准确检测 到物体的位置，且外围电路复杂，不易实现。因此，不采用此方案。 方案三：用红外线传感器进行检测，利用物体对红外线光束的反射，有同步回路选通而检测物体的有无，对所有的能反射的物体均能检测。红外线传感器的工作原理是利用投光器发出的光束，光束被物体阻断达到全反射或部分反射，通过接收器作出判断反应，操作简单，使用方便。因此，采用方案三。
