基于单片机的模拟路灯控制系统

徐晗

摘 要：路灯照明是基础设施的组成部分，但是同时也是容易出现浪费的部分，尤其是在晚间，浪费相当严重。当前节能与环保已经成为了发展趋势，在路灯控制方面也需要基于节能与环保进行设计，基于单片机的模拟系统，则能够很好地解决这个问题。本文就基于单片机的模拟路灯控制系统做简要阐述。

关键词：单片机 路灯控制系统 模拟

中图分类号：TP275 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0135-02

作为相应的配套设施，交通行业在快速发展的同时，路灯在数量与规模上迅速扩大，但是就另一方面来看，管理与控制工作水平还有待提升。大部分路灯都能够依据光线变化进行调整，但是，晚上车流量较少，造成了电力资源浪费。为了节约资源，降低成本，提升能源的利用效率，就需要设计一种新型的控制系统。

1 控制系统要求

控制系统具有时钟功能，能够对时间进行设定，并且是路灯开启与关闭的时间，支持对一定数量的路灯开灯与关灯操作，控制器通过对外部光线环境的明暗变化，做出开灯与关灯的操作。控制器依据外部光线环境变化对灯光亮度进行自动调节。由于路灯的数量，控制器应该具备对路灯进行独立控制的能力，包括了开灯与关灯操作。当由于内部或者是外部原因导致路灯故障时，系统能够发出警报信息，并将故障信息发送到管理部门，工作人员进行维修。

2 硬件方案设计

首先，就位置检测而言，将对射式光电管安装于道路的两侧，车辆经过时，光电管检测信号。用该方法检测灵敏度高、精准度高，并且对物体材质没有限制，满足系统需要，时钟设计方便，采用了不同的升级产品，增加后背与主电源引脚。报警功能的实现主要通过编程，而硬件电路则减少了设计，系统控制成本能够有效降低，性价比能够提升。外围电路通过三极管对蜂鸣器进行驱动而开展工作，报警检测则是通过对二极管电流直接检测并判断电路是否存在问题。控制单元对单片机的要求是低能耗，抗干扰能力强，并且具有兼容性，可以任意选择机器周期时钟，执行速度快，环境控制电路利用光敏电阻组成感光电路，主要考虑到光敏电阻成本低调整较为容易，也能够满足设计方案的需求。光线调节功能的实现，利用的是可控恒流源对输出电流进行调节，通过对三极管进行调节以此来达到对恒流输出电流调节的目的，单片机输出的是调节的数字信号，通过三极管调节功能，对恒流源输出电流进行调节，并对LED灯光进行调节。图1为模拟路灯控制系统结构。

3 系统组成模块

系统设计采用了模块化设计思想，整体系统可以将其分为支路控制器、单元控制器两个部分。其中前者的组成部分包括按件操作菜单、显示模块程序、总控程序、自动调光控制报警程序、通信模块、分支控制程序、交通状况控制等模块，而后者的组成则包括了显示模块、操作菜单、调压模块等。

4 模拟路灯控制系统方案

4.1 运动物体探测

通过光敏电阻对运动物体的信号进行检测，其原理是利用光敏电阻对光线的灵敏度，如果电阻所接收到的光亮增大时，电阻值则会相应地减小，而输出电压只会增大。同时由于串联分压，需要对电路加入电平进行转换，将输出信号转换为低电平，再输入单片机进行控制。该方案的不足之处是，灵敏度高，测光的范围较大，而运动中的物体需要具备光源，电阻会受到其他的光源影响，检测准确性会降低。而解决这个问题，同样可以利用电阻的特性，设计开关故障检测电路，确保其正常工作的同时降低成本。

4.2 信息采集

控制系统通过时钟系统对开关灯的时间进行设置，并经过显示系统显示所设定的时间。单片机通过时钟控制系统，对支路开关进行控制。利用键盘手动输入信息，对其进行设定与修改，系统采用了独立按键，分别是功能、位移、模式、增加，而其中模式又可以分为手动与自动两种，功能键则可以调出需要的菜单。

4.3 环境检测声光报警

利用电阻感光特性制作感光传感器，通过感知环境光线的变化，开关灯操作进行控制。系统控制模式通常分为两种，即自动模式与正常模式，整体系统利用了3个传感器，两个应用于路灯故障检测，剩下的用于环境明暗变化感知。当外部环境的光线变暗时，系统开启自动模式，物体被检测到经过时，打开开关。如果路灯无法正常开启，而支路的光敏传感器可以检测到路灯信号，并将其传输到单片机，用单片机控制报警器，将故障显示出来。

4.4 基于单片机的不同类型控制系统

为了有效降低能耗并体现出环保，路灯控制系统可以充分利用太阳能。利用太阳能通过光红外、声，对外界环境进行感知，并将信息传送给单片机，从而实现对路灯的调节。通过程序编写，控制电路与传感器输出控制信号，并驱动电机，对电池板的方位角高度进行控制，确保照射到电池板的光线保持垂直角度，以此达到最高效率地利用太阳能的目的，路灯电路在太阳能与时间二者之间的切换，依据蓄电池两端电压、峰值电压、低阀值电压进行比较而实现。系统同时设置了断电保护功能，防止过充过放、电流翻涌对蓄电池及电路造成的损害。

软件模块是系统的核心组成，同时需要硬件系统为其提供辅助，硬件系统包括键盘电路、电源电路、负载输出控制电路、太阳能电池电压采样等几大部分組成。其中太阳能电池为整个系统提供了控制及照明电能，在光照条件下，将光能转化为电能并进行存储。通过采集电池板电压信息，可以对太阳光线强弱进行判断，从而对黑夜与白昼进行识别。

远程路灯控制，在主机硬件设计方面，控制核心是单片机，并且单片机为双串口，可以确保通信模块单片机之间互相不干扰，而通信的质量也能够得到保证。重要信息可以存储于片上空间，并且具备了掉电保存功能。程序正确运行，则得益于看门狗复位功能，避免程序陷入死循环。考虑到不同部分连接的可靠性，需注意电平转换以及通信等因素。在软件设计方面，首先是单片机初始化运行，之后指令发送，程序进入远程控制状态，在路灯开启情况下，主机对从机状态进行查询，并对故障信息进行收集。

5 结语

路灯系统是基础设施的一部分，为交通出行与居民生活提供了重要保证，而传统路灯系统会存在资源浪费等情况，需要对其进行优化设置。基于单片机的模拟路灯控制系统，通过对外部光线明暗感知，对开关进行控制，并对灯光进行调节，收集故障信息，便于维护工作开展，成本低廉而性价比较高，具有良好的经济效益与社会效益。

参考文献

[1] 李军.基于单片机的模拟路灯控制系统[J].工业控制计算机，2013，26（6）：116-117.

[2] 岳静.基于单片机的模拟路灯控制系统设计[J].计算机光盘软件与应用，2013（17）：258-259.

[3] 王皑，佘丹妮.基于单片机的模拟路灯控制系统设计[J].仪表技术，2011（11）：45-48.endprint