单片机控制LED智能路灯系统设计

摘要：本控制系统以STC89C58RD单片机为控制器，主要由恒流源电路、时钟定时电路、显示电路、光敏感应电路、红外接收电路、声光报警电路等组成。能设定路灯（LED）开灯关灯时间（用LED12864显示相关信息）。路灯（LED）通过恒流源电路正常工作，即使遇到短路、电压不稳定等情况也不会烧掉，电路起恒流保护作用。而系统遇到环境明暗变化时，路灯会自动关闭和打开，并且根据道路上交通状况自动调节亮灯情况，且有定时功能。

　　0 引言

　　随着数字技术和网络技术的发展，路灯数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜晚和保证城市夜间出行安全等，已经成为对照明系统的一项基本要求。社会文明的不断发展、城市规模的急剧膨胀，城市照明已不仅局限于道路的照明，社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性、路灯的节能要求也不断增高。城市的扩大，路灯数量的迅速增长，人工控制方式在故障实时监控处理、按需控制、节能等方面已越来越不能适合城市的发展。因此对于路灯所采取的智能控制和节能措施已经非常有意义。

　　本文设计的LED智能路灯控制系统以STC89C58RD单片机作为主导控制芯片，可实现时钟定时开关灯，根据环境明暗变化实现开关灯，根据交通情况自动调节亮灯状况，路灯出现故障实施声光报警等一系列智能化行为。

　　1 系统总体设计方案

　　系统采用光敏二极管检测环境明暗变化，用红外接发器作为根据交通情况自动调节亮灯的器件，将红外发射器安装在路灯杆上，红外接收器安装在路灯支架上面，当光敏二极管检测不到光源，且红外接收器检测到红外信号时，路灯会点亮，相反则不亮。采用编程来实现定时，设计路灯开灯关灯时间，选用LCD12864作显示器件，并作相应显示。系统结构框图如图l所示。

　　图1系统结构框图

　　2 单元模块设计

　　2.1时钟定时部分

　　我们选择的STC89C58RD芯片，本身有可编程的定时/计数器，可以通过软件编程实现定时/计数。当到达设定的时间，就执行相应的定时设定任务。

　　2.2光敏二极管部分

　　该电路采用光敏二极管作为主控元件（见图2），当没有光照时，反向电阻很大，反向电流很小；当有光照时，光子打在PN结附近，于是在PN结附近产生电子一空穴对，它们在PN结内部电场作用下作定向运动，形成光电流。光照越强，光电流越大。所以根据环境的明暗输出不同的电压信号。

　　图2 光敏电路

2.3红外接收发射部分（检测交通情况路灯亮灭）

　　按要求分别在道路两旁路灯杆上安装红外接收器（见图3），信号的接收端连到单片机，当车辆或者行人经过时，接收器检测到红外，信号端检测到高电平输入，从而控制路灯的亮灭。

　　图3 红外发射传感器

　　2.4声光报警部分

　　路灯故障时，LED0点亮，蜂鸣器响起，达到声光报警功能（见图4）。单片机P0.7-个脚给高电频时，LED0点亮，并且三极管导通，蜂鸣器也发出声响。

　　图4声光报警

　　2.5显示部分

　　该部分用LCD128*64作为显示（见图5），采用该显示器的主要原因是，可以显示图片和字符，功能十分强大，通过显示提示控制整个电路的控制。

　　图5 显示电路

　　2.6恒流源部分

　　该电路提供一个恒定不变的电流（见图6），Q3端接负载，使负载稳定工作。负载加大也不会影响电流的变化。

　　这样所接的路灯能稳定工作。通过调节输入端电压可以相应改变电流的输出。而TIP122达林顿管的集电极C的基准电压可以是l2-20 v.

　　图6 恒流源电路

2.7路灯好坏检测部分

　　该电路运用了一个LM358搭建的两个电压比较器，分别可以检测P1、P2端的两个路灯的好坏。当路灯导通工作时，比较器的2脚、6脚会有电压，而比较器的3脚、5脚通过滑动电阻调节电压，并且3脚、5脚的调节电压要分别比2脚和6脚的工作电压小，但不能调至0 V.所以路灯正常工作时，单片机P0.5脚和P0.6脚输出低电平，路灯有故障时，P0.5脚和P0.6脚就会输出高电平。

　　3 系统软件设计

　　系统软件框图如图7所示。

　　图7 系统软件框图

　　4 系统测试结果

　　LED路灯驱动电流输出端电压、电流的测试结果（见表1和表2）。

　　表1负载一（一个灯）

　　表2 负载二（两个灯）

　　5 结论

　　本文提出了一种基于单片机的路灯智能控制系统的设计方案，并完成了硬件和软件的设计。智能控制装置能根据交通情况自动调节亮灯状态：当车辆或行人靠近路灯时，路灯逐渐变亮；当车辆或行人远离时，路灯自动变暗并且最后熄灭。控制器还能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。该系统总体性价比高，维护成本低，功耗低，工艺环保，符合绿色经济和节约型社会的要求。