一種模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計

摘要：提出了一種模擬路燈控制系統(tǒng)，主要由道路模型、移動物體、LED照明燈支架及單元控制器、支路控制器等模塊組成。整個模擬路燈控制系統(tǒng)電路主要由支路控制器和單元控制器組成。支路控制器可通過控制每個路燈下面的單元控制器來對路燈進(jìn)行實時監(jiān)測和控制。從而使整個系統(tǒng)便于以后改建和升級。
關(guān)鍵詞：模擬路燈控制；單片機；紅外傳感；光敏電阻

0 引言
    隨著路燈照明工程的開展，路燈數(shù)量在迅猛增長。近幾年，路燈安裝工程項目很多都是在城郊、城鄉(xiāng)結(jié)合部，離現(xiàn)行路燈監(jiān)控系統(tǒng)中繼站的距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)行路燈無線模擬控制系統(tǒng)的信號不能很好的對此類地區(qū)進(jìn)行覆蓋，也就是說，現(xiàn)行的監(jiān)控系統(tǒng)不能夠?qū)@些地區(qū)的路燈進(jìn)行很好的監(jiān)控。由于信號的收發(fā)受到了極大影響，所以經(jīng)常出現(xiàn)通信失敗的故障，對現(xiàn)場的情況不能做及時地反饋，現(xiàn)行路燈無線模擬控制系統(tǒng)失去了作用。
    本文提出了一種基于單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)，主要由道路模型、移動物體、LED照明燈支架及單元控制器、支路控制器等模塊組成。該模擬路燈控制系統(tǒng)使用不受地域限制、不受無線電干擾的路燈無線監(jiān)控系統(tǒng)來代替現(xiàn)行監(jiān)控系統(tǒng)，對離中繼站較遠(yuǎn)地區(qū)的路燈進(jìn)行監(jiān)控。

1 模擬路燈控制系統(tǒng)的功能
    模擬路燈控制系統(tǒng)可直接由220 V交流電供電，硬件系統(tǒng)取電方便，控制簡單。電路具有實時時鐘的功能，能顯示實時時鐘。并且當(dāng)在掉電的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部的時鐘還繼續(xù)在工作，保證了時鐘的準(zhǔn)確性。當(dāng)在模式一時，系統(tǒng)中路燈能根據(jù)環(huán)境的明暗變化，自動的開燈和關(guān)燈。當(dāng)天色變暗時，路燈能自動點亮，當(dāng)天色變亮?xí)r，關(guān)閉路燈。在模式二時，能通過按鍵來設(shè)定整條路的路燈和每個單一路燈的開關(guān)燈時間，并通過支路控制器來控制這些路燈的按時開燈和關(guān)燈；在模式三時，支路控制器能根據(jù)交通的情況自動調(diào)節(jié)亮滅燈狀態(tài)：當(dāng)可移動物體從左至右移動到路燈(LED1)前方一定距離時，該燈點亮；當(dāng)物體移動到離該燈一定距離時，該燈熄滅，下一個路燈(LED2)點亮。當(dāng)物體從右至左移動時，則亮燈次序與上相反。在模式四時，當(dāng)某路燈出現(xiàn)故障時(燈該亮?xí)r不亮)，能自動檢測到具體哪路燈出現(xiàn)故障并由支路控制器發(fā)出聲光報警信號，同時顯示出有故障路燈的地址編號。
    控制路燈電路中的電源由恒流驅(qū)動電源提供，并能在單元控制器中任意控制路燈的調(diào)光，能使路燈驅(qū)動電源輸出功率在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小，該功率應(yīng)能在20％～100％的范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)。
    模擬路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。路燈控制器系統(tǒng)針對實際情況的需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在本設(shè)計中，先設(shè)計只有兩個支路路燈的控制，由于兩個支路路燈能得到成功的控制，以后可根據(jù)其進(jìn)行擴(kuò)展進(jìn)而控制和監(jiān)測整條路的路燈及整個地區(qū)的路燈。

    整個模擬路燈控制系統(tǒng)電路主要由支路控制器和單元控制器組成。支路控制器可通過控制每個路燈下面的單元控制器來對路燈進(jìn)行實時監(jiān)測和控制。從而達(dá)到便于以后改建和升級。

2 系統(tǒng)控制電路設(shè)計
    模擬路燈控制系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。該模擬路燈控制系統(tǒng)從電路層面來看由單片機硬件最小系統(tǒng)、按鍵電路、顯示電路、數(shù)據(jù)存儲單元、交通情況監(jiān)測電路、光敏監(jiān)測電路和聲光報警電路等部分組成。下面分別敘述其主要部分。

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2．1 按鍵電路設(shè)計
    系統(tǒng)按鍵電路如圖3所示，單片機采用ATMEL公司研制生產(chǎn)的MCS-51系列AT89S52。對路燈功能進(jìn)行設(shè)置時，需要按下不同的按鍵。模擬路燈設(shè)計了四個按鍵，分別設(shè)定為“按鍵1”、“按鍵2”、“按鍵3”和“按鍵4”四個鍵。由于所需按鍵較少，采用簡單的獨立式按鍵實現(xiàn)。判斷某按鍵是否被按下的方法是：先置各輸出為1，然后一起將四個口的電平狀態(tài)讀入。如果有鍵按下，從而使行輸入不全為1，則判斷出有按鍵被按下。接著進(jìn)一步判斷究竟是哪一個按鍵被按下。鍵盤中哪個鍵按下的判斷方法是：一個一個口逐個判斷，為0那個鍵，即為按下的鍵，要注意，按鍵一定要判斷抖動與否。一旦找到哪個按鍵按下，就可以賦鍵值，該鍵值就對應(yīng)于不同的功能。

2．2 輸出顯示電路的設(shè)計
    液晶顯示器(LCD)由于功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點，日漸成為各種便攜式產(chǎn)品，儀器儀表以及工控產(chǎn)品的理想顯示器。LCD種類繁多，按顯示形式及排列形狀可分為字段型、點陣字符型、點陣圖形型。單片機系統(tǒng)中主要使用后兩種。輸出顯示電路如圖4所示。

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2．3 D／A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計
    由于在電路中使用了兩盞LED路燈，所以應(yīng)用兩個D／A對其進(jìn)行控制，但根據(jù)芯片TLC5615的時序圖可知CS選用通端可將其共用一個端口進(jìn)行控制，只是在時序上有時間差，可以在將其接一反相器來控制，從而達(dá)到了節(jié)約單片機資源的效果。其連接電路圖如圖5所示。

2．4 光敏檢測電路的設(shè)計
    圖6為光敏檢測電路。當(dāng)光照射到光敏電阻時，光敏電阻阻值降低，反向輸入端電壓隨之降低，當(dāng)?shù)陀诜聪嗥?4HC04的門檻電壓時，則反相器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，提供單片機一高電平，控制LED燈的關(guān)閉。當(dāng)弱光或無光照時，由于光敏電阻的暗電阻很大，反向輸入端電壓較高使得反相器輸出為低電平，單片機則控制LED燈的自動開啟。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化思想，主要由單片機完成，實現(xiàn)LCD顯示、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和存儲。系統(tǒng)軟件設(shè)計主要由紅外蔽障傳感器檢測、故障檢測程序、路燈執(zhí)行時間、環(huán)境光控制路燈亮滅等9個子程序組成。其中，路燈執(zhí)行開關(guān)時間和環(huán)境決定路燈亮滅流程圖如圖7所示。

4 結(jié)論
    本文設(shè)計了一種模擬路燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有實時時鐘的功能，能根據(jù)環(huán)境的明暗變化，自動開燈和關(guān)燈，自動調(diào)節(jié)亮滅燈狀態(tài)，且當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(燈該亮?xí)r不亮)，能自動檢測到并由支路控制器發(fā)出聲光報警信號，并能顯示出有故障路燈的地址編號。從而使整個系統(tǒng)便于以后改建和升級，具有廣泛的應(yīng)用價值。