一种模拟路灯控制系统设计

摘要：提出了一种模拟路灯控制系统，主要由道路模型、移动物体、LED照明灯支架及单元控制器、支路控制器等模块组成。整个模拟路灯控制系统电路主要由支路控制器和单元控制器组成。支路控制器可通过控制每个路灯下面的单元控制器来对路灯进行实时监测和控制。从而使整个系统便于以后改建和升级。
关键词：模拟路灯控制；单片机；红外传感；光敏电阻

0 引言
    随着路灯照明工程的开展，路灯数量在迅猛增长。近几年，路灯安装工程项目很多都是在城郊、城乡结合部，离现行路灯监控系统中继站的距离较远，现行路灯无线模拟控制系统的信号不能很好的对此类地区进行覆盖，也就是说，现行的监控系统不能够对这些地区的路灯进行很好的监控。由于信号的收发受到了极大影响，所以经常出现通信失败的故障，对现场的情况不能做及时地反馈，现行路灯无线模拟控制系统失去了作用。
    本文提出了一种基于单片机的模拟路灯控制系统，主要由道路模型、移动物体、LED照明灯支架及单元控制器、支路控制器等模块组成。该模拟路灯控制系统使用不受地域限制、不受无线电干扰的路灯无线监控系统来代替现行监控系统，对离中继站较远地区的路灯进行监控。

1 模拟路灯控制系统的功能
    模拟路灯控制系统可直接由220 V交流电供电，硬件系统取电方便，控制简单。电路具有实时时钟的功能，能显示实时时钟。并且当在掉电的情况下，系统内部的时钟还继续在工作，保证了时钟的准确性。当在模式一时，系统中路灯能根据环境的明暗变化，自动的开灯和关灯。当天色变暗时，路灯能自动点亮，当天色变亮时，关闭路灯。在模式二时，能通过按键来设定整条路的路灯和每个单一路灯的开关灯时间，并通过支路控制器来控制这些路灯的按时开灯和关灯；在模式三时，支路控制器能根据交通的情况自动调节亮灭灯状态：当可移动物体从左至右移动到路灯(LED1)前方一定距离时，该灯点亮；当物体移动到离该灯一定距离时，该灯熄灭，下一个路灯(LED2)点亮。当物体从右至左移动时，则亮灯次序与上相反。在模式四时，当某路灯出现故障时(灯该亮时不亮)，能自动检测到具体哪路灯出现故障并由支路控制器发出声光报警信号，同时显示出有故障路灯的地址编号。
    控制路灯电路中的电源由恒流驱动电源提供，并能在单元控制器中任意控制路灯的调光，能使路灯驱动电源输出功率在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20％～100％的范围内设定并调节。
    模拟路灯控制系统结构如图1所示。路灯控制器系统针对实际情况的需要进行优化设计。在本设计中，先设计只有两个支路路灯的控制，由于两个支路路灯能得到成功的控制，以后可根据其进行扩展进而控制和监测整条路的路灯及整个地区的路灯。

    整个模拟路灯控制系统电路主要由支路控制器和单元控制器组成。支路控制器可通过控制每个路灯下面的单元控制器来对路灯进行实时监测和控制。从而达到便于以后改建和升级。

2 系统控制电路设计
    模拟路灯控制系统的电路结构如图2所示。该模拟路灯控制系统从电路层面来看由单片机硬件最小系统、按键电路、显示电路、数据存储单元、交通情况监测电路、光敏监测电路和声光报警电路等部分组成。下面分别叙述其主要部分。

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2．1 按键电路设计
    系统按键电路如图3所示，单片机采用ATMEL公司研制生产的MCS-51系列AT89S52。对路灯功能进行设置时，需要按下不同的按键。模拟路灯设计了四个按键，分别设定为“按键1”、“按键2”、“按键3”和“按键4”四个键。由于所需按键较少，采用简单的独立式按键实现。判断某按键是否被按下的方法是：先置各输出为1，然后一起将四个口的电平状态读入。如果有键按下，从而使行输入不全为1，则判断出有按键被按下。接着进一步判断究竟是哪一个按键被按下。键盘中哪个键按下的判断方法是：一个一个口逐个判断，为0那个键，即为按下的键，要注意，按键一定要判断抖动与否。一旦找到哪个按键按下，就可以赋键值，该键值就对应于不同的功能。

2．2 输出显示电路的设计
    液晶显示器(LCD)由于功耗低、抗干扰能力强等优点，日渐成为各种便携式产品，仪器仪表以及工控产品的理想显示器。LCD种类繁多，按显示形式及排列形状可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型。单片机系统中主要使用后两种。输出显示电路如图4所示。

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2．3 D／A转换电路设计
    由于在电路中使用了两盏LED路灯，所以应用两个D／A对其进行控制，但根据芯片TLC5615的时序图可知CS选用通端可将其共用一个端口进行控制，只是在时序上有时间差，可以在将其接一反相器来控制，从而达到了节约单片机资源的效果。其连接电路图如图5所示。

2．4 光敏检测电路的设计
    图6为光敏检测电路。当光照射到光敏电阻时，光敏电阻阻值降低，反向输入端电压随之降低，当低于反相器74HC04的门槛电压时，则反相器发生翻转，提供单片机一高电平，控制LED灯的关闭。当弱光或无光照时，由于光敏电阻的暗电阻很大，反向输入端电压较高使得反相器输出为低电平，单片机则控制LED灯的自动开启。

3 系统软件设计
    系统软件设计采用模块化思想，主要由单片机完成，实现LCD显示、数据转换和存储。系统软件设计主要由红外蔽障传感器检测、故障检测程序、路灯执行时间、环境光控制路灯亮灭等9个子程序组成。其中，路灯执行开关时间和环境决定路灯亮灭流程图如图7所示。

4 结论
    本文设计了一种模拟路灯控制系统，该系统具有实时时钟的功能，能根据环境的明暗变化，自动开灯和关灯，自动调节亮灭灯状态，且当路灯出现故障时(灯该亮时不亮)，能自动检测到并由支路控制器发出声光报警信号，并能显示出有故障路灯的地址编号。从而使整个系统便于以后改建和升级，具有广泛的应用价值。