路灯节能控制器的设计与研究
2016-11-18徐锦钢鄢江西师范大学科学技术学院江西机电职业技术学院
徐锦钢鄢 妍/ .江西师范大学科学技术学院 .江西机电职业技术学院
路灯节能控制器的设计与研究
徐锦钢1鄢妍2/ 1.江西师范大学科学技术学院2.江西机电职业技术学院
本文论述了一种基于单片机的路灯节能控制器软硬件设计方法，阐述了该控制器的节能原理，重点讲述了DS1302时钟芯片的读写操作方式，并给出了电路连接图及部分单片机C语言程序实例。
节能；单片机；液晶；时钟；继电器
引言
随着我国经济社会持续快速发展，能源供应紧张的问题日益凸显，特别在用电高峰期，电力缺乏更加严重。而道路照明用电占了相当的比重，是消耗电能的一个重要方面。照明节能正在成为一个节约能源、保护环境的重要措施，本文研究设计的控制器正是应用于路灯照明节能领域[1]。
1.控制器节能原理
1.1分时段节能
单片机通过时钟芯片获取准确的时间信息，从而分时段控制继电器的通断状态，比如到了夜间23点，车辆稀少了，此时继电器断开，路灯熄灭，熄灭的时间点可任意设定。安装时，每隔一盏路灯装一个，这样的话不至于夜间漆黑一片，同时又达到了节能目的。
1.2车辆行驶时的安全性考虑与设计
加入声音传感器，感知是否有车辆经过。当有车辆驶来时，传感器探到声音，向单片机输出低电平，单片机立即触发继电器闭合，熄灭的路灯被点亮；当车辆驶离时，声音消失，传感器向单片机输出高电平，单片机触发继电器断开，路灯再次熄灭，继续节能。
2.硬件设计
2.1系统硬件框图和实物图
图1 系统硬件框图和实物图
系统硬件框图和实物图如图1所示，包括单片机、时钟芯片、声音传感器、按键、12864型液晶屏、继电器、系统电源等。
芯片及电子元器件选型简介：
1）单片机型号为AT89S52，是一种基于CMOS工艺的低功耗、高性能8位微控制器，具有8K片内程序存储器。
2）时钟芯片型号DS1302，可以提供年、月、日、时、分、秒、星期等时间信息，通过三个简单的串行接口与单片机进行同步串行通信。
3）液晶显示模块型号为12864型，内部含有国标一级、二级简体中文字库，显示分辨率为128*64，构成本控制器的人机交互界面。
4）继电器采用固态直流控交流型，控制端的触发电压为3V至32V直流信号，输出端接入220V市电交流回路，固态型的控制端与输出回路采用光耦可靠隔离，开关噪声非常小，不影响单片机控制系统的正常工作。
5）声音传感器：采用驻极体作为拾音器，经过LM393的电压比较输出高低电平信号，检测到声音时输出低电平，反之输出高电平，灵敏度可调节。
2.2单片机与时钟芯片DS1302的接口电路设计
时钟芯片接口电路原理图如图2所示。DS1302的X1、X2端通过两个30pf瓷片电容跨接32.768KHz晶振，为其工作提供时钟节拍。VCC1端为外接锂电池引脚，该引脚接3V锂电池正极，一般采用2032式纽扣电池，以节省电路板空间。CLK、I/O、REST分别接单片机的3个通用I/O口，以实现单片机对DS1302的内部寄存器读写操作，这三个引脚构成了SPI 式通信电路。
图2 时钟芯片接口电路
3.程序设计
路灯节能控制器的程序设计主要包括三大部分：DS1302时钟芯片读写程序、液晶读写操作程序、继电器动作程序[2]。
3.1DS1302时钟芯片写操作程序
DS1302写操作的规则是先送地址，后写数据。以下给出写操作的关键代码及其注释：
void write_DS1302(unsigned char addr, unsigned char data)
{
dsret=0; //DS1302芯片复位
dsclk=0; //时钟信号清零
dsret=1; //等待数据写入
write_byte_1302(addr); //写入一个字节地址
write_byte_1302(data);//往该地址写入一个字节数据
dsret=0;//再次复位，结束本次写操作
dsclk=1;//等待下次数据写入
}
3.2继电器动作程序
继电器1对应开启220V电压，继电器2对应开启170V电压，继电器3对应开启185V电压。继电器控制端获得高电平时，输出端闭合，否则输出端断开[3]。
void voltage_control(unsigned char shi)
{
if((shi>=0)&(shi<=4))//零点至4点期间
{
jidianqi1=0;//继电器1关闭
jidianqi3=0;//继电器3关闭
jidianqi2=1;//继电器2启动，开启170V电压
if((shengyin=1)|(hongwai=1))//有人车经过时
{
jidianqi2=0;//继电器2关闭
jidianqi1=1;//探测到声音或红外时，电压升至220V以提高亮度
}
else//当声音或人体红外信号消失时，电压降至170V以继续深度节能
{
jidianqi1=0;
jidianqi2=1;
}
} else if((shi>4)&(shi<=7))//4点至7点期间
{jidianqi2=0;
Jidianqi3=1; //继电器3启动，开启185V电压
}
else{jidianqi2=0;//路灯开启至零点
jidianqi1=1;//继电器1通，开启220V电压}}
4.结束语
本文研究了路灯节能控制器软硬件设计问题，设计了控制器的硬件电路，并对关键的程序代码做了阐述，同时搭建了硬件系统，经过试验达到了预期效果，为将来在电气控制领域开展进一步研究打下了扎实的基础。
[1] 杨申仲，杨炜，朱同裕.行业节能减排技术与能耗考核[M].北京：机械工业出版社，2011-07.
[2] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2009-01.
[3] 王月姣，朱家驹. 固态继电器在单片机测控系统中的应用[J].中南民族大学学报（自然科学版），2005年第1期.
徐锦钢（1983-），男，江西高安人，教研专职，讲师，硕士研究生，研究方向：嵌入式控制系统软硬件设计。
