基于单片机PIC16F877控制的路灯节能控制器设计

王晓丽

摘 要：对于城市来说，路灯照明系统属于较为重要的设备。目前节能减排已经成为我国主要国策，在城市不断发展的过程中，路灯量也在不断的提高，照明电能消费持续增长，城市照明耗电属于节能技术主要领域备受重视。传统路灯照明具有多种问题，那么本文就设计了基于单片机PIC16F877控制的路灯节能控制器。

关键词：单片机；路灯；节能控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.129

路灯属于我国经济发展及国家建设过程中所必须的用电设备，其在我国整体用电量占据的比例比较大，我国目前照明消耗电能占据电力生产中总量的10%-20%，城市公共照明占据照明耗电的30%。根据相应统计表示，我国路灯照明每年的耗电在一千亿元以上，发展速度比较快。道路照明节能问题备受照明科技领域研究机构及企业重视。我国大部分城市停车场一般都是使用全夜灯方式照明，电能浪费量比较大[1]，本文基于按需供电，对照明效果进行保证。

1 路灯节能控制器的设计原理

此控制器将PIC16F877单片机作为控制核心，通过基本I/O模块、液晶显示模块、日历时钟模块、恒流源驱动电路、语音声光报警等构成。使用三对激光光敏电阻对移动物体进行监测，使用光敏电阻对环境敏感的变化和路灯的故障情况进行检测，利用I/O模块使检测的信号到单片机中传输并且处理。单片机能够使检测信号分析处理之后发送到各个模块中。键盘LED现实模块能够将开关灯时间进行展现，利用恒利源电源实现自动开灯、定时及调光等功能，语音电路能够有效实现声光报警。另外，液晶显示电路、日历时钟电路等能够设置菜单、设置日期时钟等功能[2]。

1.1 单片机

使用PIC16F877单片机，其具备8k*14的Flash程序存储器及8位Flash数据存储器，保存数据的时间在四十年以上，其指令比较少，并且执行速度比较快，具有同步串行口和SPI主控模式，和IIC功能主控、从动模式都能够满足此设计需求。

1.2 电工参数测量通道

路灯控制系统要测量电流有效值及有功电能，为了降低软件开发过程中的难度，并且使测量精度及系统可靠性得到提高，那么本文使用高精度三相电能计量芯片ATT7028。其能够对多种电工参数进行直接测量，比如各相电流有效值、电压有效值及有功电能等，在片内相应寄存器中存储测量结果，此芯片还具备SPI总线接口，便于连接外部单片机，用户能够利用SPI总线实现各电工参数测量结果的读取[3]。

1.3 时钟电路

路灯控制器要每分钟对某些电工参数进行读取并且保存，以目前时间控制路灯开关闭合和自耦变压器档位切换四线。所以，控制器要了解目前时间。那么本文使用串行带报警功能时钟芯片，其具有年月日等详细时间信息，还能够调整小月及闰年。

1.4 数字量输入输出通道

数字量输入输出通道能够对接触器闭合进行控制，对接触器状态进行监测。其中只有CJ2驱动电路，其他电路和其相同，并且都对应相应的省电/旁路模式、各个档位及开关。比如CJ2的控制及检测工作原理为：在RD0实现高电平输出的时候，中间继电器的触头就会闭合，接触器CJ2线圈回路通电，接触器触头闭合，路灯工作。

2 软件设计

软件的主要目的就是对比结果对硬件切换档位进行控制，从而满足路灯定时工作需求。检测实时电网电压控制，从而是否需要对档位改变，满足电网实时监控需求。最后，和主控室结合实现多机通信。智能路灯节能控制系统划分成为分时分段模块、电压监控调档模块及远程通信模块、实时显示模块。

在设计过程中，划分三个时间段控制路灯，每个时间段开关灯的时间都不同。以当地交通使开灯到关灯划分成为三个阶段控制路灯，分别为高峰期、正常期及低谷期，此三个阶段和避免电网电压过低全压运行档相互结合，创建成为全压、高峰、正常、低估四个工作时间段，以当地实际情况划分。系统对比日历时钟芯片所读取和存储器芯片的开关灯时间，在开启各个档的时候切换档位，在关闭时段进行关闭，其他的时段监控[5]。

在高峰时间段中，对路灯足够照明度进行保证。基于正常情况中，路灯要投入到第一档运行。这个时候的电网电压较低，那么路灯就要全压运行。假如电网电压较高，那么路灯就要跳过第一档，直接投入到第二档中运行。在正常交通阶段中，要重视照明度和节能效果，一般路灯要投入到二挡运行。在电网电压在205V以下的时候，返回到第一档。在电网电压超过205V的时候，投入到第三档运行。在交通低谷阶段中，对节电效果进行全面的考虑。一般，都是投入到第三档运行，只有在电网电压较低的时候，路灯才能够返回到第二档进行运行。但是因为电网干扰或者波动，就会导致电压偶尔不正常的情况，如果检测电压超限就要切换档位，导致出现无操作，以此导致频繁切换。在设计过程中使用以下方法避免档位频繁操作：路灯在1-2档时间运行的时候，要求电压能够在208-236V之间，使用COUNT、COUNT1、COUNT2计数器对电压进行监测。

3 结束语

现代路灯能耗问题备受重视，全新的技术和路灯也不断涌现出来，路燈控制系统有了进一步的发展，逐渐朝着自动化、系统化及智能化的方向发展。智能路灯控制器能够节约人工，降低工作负荷，还能够实现路灯照明系统的二次调节，有效保护环境。

参考文献：

[1]张艳莉，葛良全，卢小丰等.基于ATmega16的小区路灯节能控制系统[J].电子测量技术，2014，37（04）：92-95.

[2]张伟，杨森林.基于单片机控制的智能路灯控制系统设计[J].现代电子技术，2018，v.41；No.517（14）：118-121.

[3]李朝.基于单片机的LED路灯控制系统设计[J].电子技术与软件工程，2016（18）：262-263.

[4]张永宏.基于单片机技术的新型路灯交流调压控制器设计[J].自动化与仪器仪表，2016（03）：29-31.

[5]黄进.智能全功率MPPT风光互补路灯控制器设计[J].测控技术，

2018，v.37；No.316（06）：143-149.

[6]王正，王洪诚，傅磊.基于单片机的智能型节能路灯控制系统[J].电气技术，2014，15（10）：55-58.