經緯型智能路燈控制系統(tǒng)

摘要：為了使路燈照明更加節(jié)能、高效，以時鐘芯片DS12887和單片機為核心設計智能路燈控制電路，根據日期和路燈所在地的經、緯度，計算出談地當天天黑時間和天亮時間，設定為時鐘芯片DS12887的鬧鈴，以鬧鈴觸發(fā)單片機中斷，控制路燈天黑而開、天亮而關。該智能路燈控制系統(tǒng)能提高路燈的自動化管理水平，使路燈開關控制更加及時、合理。
關鍵詞：智能路燈；DS12887時鐘芯片；ATM89C54；中斷控制

0 引言
    隨著我國經濟高速發(fā)展，人民生活水平日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺已成為制約國民經發(fā)展的突出矛盾。目前我國照明消耗的電能約占電生產總量的10％～20％，而城市公共照明則在照明用電中占30％，并且近幾年隨著讓城市亮起來口號的提出，全國路燈的數(shù)量仍在迅猛地增長。公共路燈節(jié)的口號便由此而提出。通常的節(jié)能途徑有兩個：一個采用節(jié)能光源；二是采用合理的控制線路。本文在使用節(jié)能光源的情況下采用經緯型路燈控制器來實現(xiàn)路燈節(jié)能。
    經緯型路燈控制器，采用單片機技術，模擬日照規(guī)律，天黑能自動開燈，天亮能自動關燈。它具有光控開關自動變換開關時間的優(yōu)點，克服了光控開關易受干擾的缺點；具有定時開關定時精確的長處，克服了定時開關不會自動變換開關時間的短處。這類路燈控制器開關燈時間合理、準確，有利于節(jié)省電力，目前路燈管理部門大都使用這類產品。但是目前經緯型路燈控制系統(tǒng)中多采用DS1302時鐘芯片，該芯片沒有鬧鈴功能，只能采用查詢方式，能耗開支較大，這也是目前國內下位機設計的通病。本文設計的經緯型智能路燈控制系統(tǒng)采用DS12887時鐘芯片，該芯片具有鬧鈴功能，鬧鈴時間到可觸發(fā)單片機中斷，通過中斷方式控制路燈開關，免去了查詢開支，降低了能耗，提升了下位機的工作效率。

1 DS12887時鐘芯片概述
    實時鐘是電子控制和通信設備中常用的器件。美國DALLAS公司推出的實時鐘芯片DS12887，外圍電路簡單，除具有精確時鐘外，還帶有114 B掉電不易失的通用RAM，因此深受用戶的歡迎。8位地址數(shù)據總線分時復用的DS12887與同樣外部總線結構的MCU接口連接非常方便。DS12 887主要特性如下：
    (1)內含一個鋰電池，斷電后運行十年以上不丟失數(shù)據；
    (2)可計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能；
    (3)采用二進制數(shù)碼或BCD碼表示時間、日歷和定鬧；
    (4)采用12小時或24小時制，12小時時鐘模式帶有PM和AM指示，有夏令時功能；
    (5)可選Motorola和Intel總線時序；
    (6)可編程方波信號輸出；
    (7)有128 B RAM單元與軟件接口，其中14 B作為時鐘和控制寄存器，114 B為通用RAM，所有RAM單元數(shù)據都具有掉電保護功能；
    (8)中斷信號輸出(IRQ)和總線兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時鐘更新周期結束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進行測試。

2 系統(tǒng)功能描述
2．1 自動定時開關燈
    智能路燈控制系統(tǒng)根據路燈所在地的經緯度與每天日期，運用一系列天文公式，自動計算出該天天黑時間和天亮時間。在系統(tǒng)時間設定后，系統(tǒng)自動把當前時間與當天天黑天亮時間作比較，確定初始路燈開關狀態(tài)，并把此時之后的第一個天黑時間或天亮時間設定為定時芯片DS12887的鬧鈴時間；鬧鈴時間到，引發(fā)系統(tǒng)中斷，通過繼電器開關改變路燈開關狀態(tài)，并把下一個天黑時間或天亮時間設定為鬧鈴時間，如此循環(huán)往復，自動根據每天天黑天亮時間開關路燈。
2．2 顯示、調整系統(tǒng)時間
    可以利用功能按鍵，觸發(fā)外部中斷，在LCD屏上顯示系統(tǒng)日期和時鐘，并可以手動對系統(tǒng)當前的年、月、日、時、分、秒等時間要素進行修改。日期和時間修改后，系統(tǒng)自動設定路燈開關鬧鈴。
2．3 顯示、調整鬧鈴時間
    可以利用功能按鍵，觸發(fā)外部中斷，在LCD屏上顯示下次鬧鈴時間，也就是查詢當天的天亮或天黑時間——路燈亮之前顯示的是路燈的開燈時間，路燈亮之后顯示的是路燈的關閉時間。此外，還可以針對日食、陰天等特殊情況手動調整鬧鈴時間，比如可以手動把開燈時間設定到日食前幾分鐘，路燈開啟之后，再手動把關燈時間設定在日食過后幾分鐘，下一個開燈時間則由系統(tǒng)自動按照正常情況設定。

3 硬件電路的設計
    智能路燈控制系統(tǒng)的硬件部分包括：復位電路、液晶顯示驅動電路、實時時鐘電路、鍵盤處理電路和繼電器驅動電路等部分。
    使用Proteus對該電路進行仿真，用Led燈模擬路燈的開關狀態(tài)，包括復位電路、液晶顯示驅動電路、實時時鐘電路和按鍵處理電路等；單片機采用了ATM89C54，也可以采用其他單片機；功能按鍵包括ITN0，S1，S2，S3，S4，分別用于觸發(fā)外部中斷、顯示時間、加一、減一、顯示鬧鈴。

4 程序設計
    程序采用C語言編寫。主程序流程如圖1所示。主程序初始化后，開外部中斷，隨即轉入空語句循環(huán)。系統(tǒng)功能主要在中斷服務程序中實現(xiàn)。2個主要中斷服務程序是按鍵中斷服務程序和鬧鈴中斷服務程序。

4．1 按鍵中斷處理
    按鍵中斷服務程序流程如圖2所示。當按下INT0鍵，觸發(fā)外部中斷，進入按鍵中斷服務程序，初始化LCD顯示。

    進入中斷后，按下S1鍵顯示系統(tǒng)時間；再次按下S1進入設置系統(tǒng)時間的年份設置狀態(tài)；繼續(xù)按下S1可以依次設置月、日、時、分、秒等；第8次按下S1時，系統(tǒng)根據設定好的日期計算當日天黑天亮時間，與當前時鐘對比，自動設定當前路燈開關狀態(tài)和下一個鬧鈴時間，并顯示；第9次按下S1退出顯示。按S2鍵可以對要設置的位加一，按S3鍵減一。
    進入中斷后，按下S4鍵顯示鬧鈴時間，再次按下S4進入設置鬧鈴時間的小時設置狀態(tài)，繼續(xù)按下S4可以依次設置分和秒，最后退出顯示。按S2鍵可以對要設置的位加一，按S3鍵減一。
    部分程序如下：
   
   
4．2 鬧鈴中斷處理
    開燈或關燈鬧鈴時間到時，由DS12887時鐘芯片引發(fā)單片機的外部中斷，系統(tǒng)進入鬧鈴中斷服務程序。
    在鬧鈴中斷服務程序中，首先讀取鬧鈴時間，與正午時間12：00：00進行對比，如圖3所示。如果鬧鈴時間晚于正午時間，說明此時為天黑時刻，系統(tǒng)通過繼電器開關打開路燈，然后計算出第二天的天亮時間，設定為下一次鬧鈴時間。相反如果鬧鈴時間早于正午時間，說明此事為天亮時刻，系統(tǒng)通過繼電器開關關閉路燈，然后計算出當天的天黑時問，設定為下一次鬧鈴時間。

    部分程序如下：
   
     

5 結語
    基于時鐘芯片DS2887的智能路燈控制系統(tǒng)提高了路燈的自動化管理水平，使路燈開關控制更加及時、合理。實際應用證明，該路燈控制系統(tǒng)具有實時性好、節(jié)能高效、穩(wěn)定可靠、便于控制、成本低廉等優(yōu)點，具有較高的實用價值和廣闊的社會前景。