【正文】 不足 [2]。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 目前我國(guó)城市照明的年用電量約占全國(guó)總發(fā)電量的 7%～ 8%， 隨著 “ 十 二五 ” 規(guī)劃及節(jié)能減排綜合性工作方案等國(guó)家政策的出臺(tái) ，照明節(jié)電已成為除動(dòng)力節(jié)電外的另一重大節(jié)電項(xiàng)目。 實(shí)際上道路的照明水平大多是由外部環(huán)境因素決定的 ， 如道路交通流量 、 周?chē)h(huán)境亮度和天氣狀況 [3]。 例如：在深夜，車(chē)流人流稀少的時(shí)間段路燈照明存在著一定的浪費(fèi)現(xiàn)象；在突如其來(lái)的雨雪，大霧的能見(jiàn)度不高的天氣時(shí)缺乏必要的道路照明；一旦路燈出現(xiàn)故障，只能通過(guò)路燈巡查人員檢查發(fā)現(xiàn)，不能及時(shí)的反映到照明控制系統(tǒng)中，給相應(yīng)的維護(hù)工作帶來(lái)不便。 因此在原有的路燈控制系統(tǒng)下與現(xiàn)代自動(dòng)化管理的結(jié)合是當(dāng)前路燈控制系統(tǒng)的必然趨勢(shì)。 是對(duì)路 燈照明系統(tǒng)的節(jié)能研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo) 、 推動(dòng)城市現(xiàn)代化建設(shè)有著重大意義 。 國(guó)內(nèi)路燈控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)的路燈 控制 系統(tǒng)從上世紀(jì)八十年代末至今，已走過(guò)了二十 幾 年 [4]。 我國(guó)目前大部分城市都采用全夜燈的方式進(jìn)行照明，普遍都存在著一定的問(wèn)題，比如后半夜車(chē)輛、行人稀少，采用全夜燈的方式浪費(fèi)太大。雖然，有的地方根據(jù)這種情況采取前半夜全亮，后半夜全滅的照明方式，這種方式也節(jié)約了電費(fèi)支出，但是，卻帶來(lái)了相應(yīng)的社會(huì)治安和交通安全問(wèn)題。 我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)的路燈關(guān)開(kāi)控制方式都是采用人工控制或者定時(shí)控制，這 樣也存在著許多不利之處：若采用人工控制，則路燈開(kāi)關(guān)存在著一定的不確定性，同時(shí)也占用了一定的人力資源；定時(shí)控制則存在著四季晝夜時(shí)間不同的情況，使得經(jīng)常出現(xiàn)天還沒(méi)暗路燈就開(kāi)，天還沒(méi)亮路燈就滅的情況，大大影響了人們的日常生活。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 2 頁(yè) 共 26 頁(yè) 近年來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展，各種路燈控制系統(tǒng)也被不斷的研究出來(lái)。其中，美國(guó)和日本主要集中在緊湊型熒光燈和鎮(zhèn)流器熒光燈兩個(gè)方面的研究。我國(guó)目前的市場(chǎng)上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品的出現(xiàn)。 路燈 控制系統(tǒng) 采用的電子元部件 也 隨著微電子技術(shù)不斷的進(jìn)步發(fā)展 ， 從分離元部件、晶體管到現(xiàn)在集成度 很高的大規(guī)模集成電路 ，體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)大，穩(wěn)定性越來(lái)越高 [5]。 綜上所述，未來(lái)的路燈控制系統(tǒng)必定向著更安全、更環(huán)保、更節(jié)能、更高效率的方向發(fā)展。 主要研究?jī)?nèi)容 根據(jù)路燈控制系統(tǒng)要求，通過(guò)模擬生活中道路兩邊路燈對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在定時(shí)方式的基礎(chǔ)上，利用外界光照強(qiáng)度作為控制系統(tǒng)的起始點(diǎn)，對(duì)外界光照亮度進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)路燈的開(kāi)關(guān)控制；當(dāng)檢測(cè)到道路上人流、車(chē)流 稀少的時(shí)間段時(shí)，使控制系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮度；當(dāng)檢測(cè)到路燈出現(xiàn)故障，故障信息將立即向到路燈控制系統(tǒng)發(fā)送，并顯示故障路燈編號(hào)，給路燈檢修和維護(hù)工作帶來(lái)了一定的 方便。本次路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)根據(jù)路燈控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行路燈控制系統(tǒng)的整體分析。 (2)查找相關(guān)資料，對(duì)路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。 (3)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)論證，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得出結(jié)論。 (4)通過(guò) 對(duì)相關(guān)參數(shù)值 的 設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同 時(shí)間段進(jìn)行不同的開(kāi)燈模式 。 (5)對(duì)路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)調(diào)試。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 3 頁(yè) 共 26 頁(yè) 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)是模擬生活中兩邊路燈的控制系統(tǒng)，如圖 所示，將 系統(tǒng) 分成 顯示 設(shè)備 、控制 系統(tǒng) 和 2 個(gè)單元控制 系統(tǒng)。 對(duì)于顯示 設(shè)備來(lái)說(shuō) ，顯示 設(shè)備必須能夠顯示控制系統(tǒng)相關(guān)控 制信息 。 控制 系統(tǒng)控制 2 個(gè)單元控制 系統(tǒng)的 LED 燈 1 和 LED 燈 2的電源 輸入 和輸出。 根據(jù)系統(tǒng)的組成，分別對(duì)控制系統(tǒng)、顯示設(shè)備和單元控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 顯 示 設(shè) 備控 制 系 統(tǒng)單 元 控 制 系 統(tǒng) 1 單 元 控 制 系 統(tǒng) 2L E D 燈 1 L E D 燈 2? ? 圖 模擬路燈控制示意圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求 （ 1） 控制系統(tǒng)必須具有通信模塊，能夠完成控制器和 PC機(jī)之間的信號(hào)傳遞。 （ 2）控制系統(tǒng)必須具有 時(shí)鐘模塊 ，能夠顯示和設(shè)定開(kāi)關(guān)路燈的時(shí)間，并能控制整條支路按時(shí)開(kāi)燈和關(guān)燈。 （ 3）控制系統(tǒng)具有信號(hào)采集模塊，其中信號(hào)采集包括 亮度檢測(cè)模塊和物體檢測(cè)模塊，能夠根據(jù) 外界光線亮度的變化 和夜間 交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈開(kāi)關(guān)及亮度狀態(tài)。 （ 4）控制系統(tǒng)具有分別獨(dú)立控制支路上每只路燈的開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間。 （ 5）控制系統(tǒng)具有 聲光報(bào)警模塊，當(dāng) 路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），能夠發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并能顯示有故障路燈的編號(hào)。 單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求 （ 1）單元控制系統(tǒng)具有燈光亮度調(diào)節(jié)功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在 20%～ 100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)。 （ 2）單元控制系統(tǒng)必須性價(jià)比高，工作穩(wěn)定。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 4 頁(yè) 共 26 頁(yè) 3 系統(tǒng)硬件設(shè) 計(jì) 系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計(jì)分析 本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 路燈控制方面可實(shí)現(xiàn)的功能為 :路燈可工作在三種模式 ，分別為 人工方式 ,定時(shí)方式 ,光控方式 [6]。人工方式是對(duì)路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行人工開(kāi)關(guān)控制。定時(shí)方式是根據(jù)一年四季的晝夜長(zhǎng)短不同，對(duì)系統(tǒng)設(shè)定不同的開(kāi)關(guān)路燈時(shí)間。光控方式是對(duì)道路上的信號(hào)采集，在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析判定達(dá)到對(duì)路燈開(kāi)關(guān)的控制作用。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們采用定時(shí)方式和光控方式結(jié)合的工作模式 。 為了實(shí)現(xiàn)上述功能，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)在定時(shí)工作方式的基礎(chǔ)上， 利用光照強(qiáng)度作為路燈的起控點(diǎn)， 當(dāng)光照強(qiáng)度 較亮?xí)r， 實(shí)現(xiàn)路燈的 自動(dòng)關(guān)閉 ；當(dāng)光 照強(qiáng)度 較暗時(shí)， 實(shí)現(xiàn)路燈 自動(dòng)開(kāi)啟 ；當(dāng)夜間檢測(cè)到行人，車(chē)輛時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈的亮度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的控制 。通過(guò)對(duì) 常用路燈控制的各種方法，及各自的優(yōu)缺點(diǎn) 的了解 ， 并 通過(guò) 他們之間的 相互比較，確定設(shè)計(jì)方案，并對(duì)所用傳感器進(jìn)行選型，同時(shí)加以電路的設(shè)計(jì)與分析 。對(duì)于系統(tǒng)的總體模塊設(shè)計(jì)，我們將 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模塊化，就是把整個(gè)硬件電路分為幾個(gè)模塊，這樣使設(shè)計(jì)更加明確，也有利于以后對(duì)各模塊的調(diào)試的檢測(cè)。 如圖 所示，整個(gè)路燈控制系統(tǒng)的模塊包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)， LED 數(shù)碼管模塊，時(shí)鐘模塊，信號(hào)采集模塊，故障檢測(cè)模塊和聲光報(bào)警模塊，電源控制模 塊，通信模塊，單元控制系統(tǒng)。 通 信 模 塊L E D 數(shù) 碼 管時(shí) 鐘 模 塊信 號(hào) 采 集 模 塊故 障 檢 測(cè) 模 塊聲 光 報(bào) 警 模 塊單 片 機(jī)S T C 8 9 C 5 2電 源 控 制 模 塊單 元 控 制 系 統(tǒng) 圖 路燈控制系統(tǒng)組成示意圖 在路燈控制系統(tǒng)模塊中，單片機(jī)最小系統(tǒng)，采用 STC89C52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)；時(shí)鐘模塊，主要采用 DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)； LED數(shù)碼管模塊是本系統(tǒng)的顯示模塊，由 4個(gè) LED數(shù)碼管組成，用來(lái)顯示故障路燈的編號(hào)；信號(hào)采集模塊可分為亮度檢測(cè)模塊和物體檢測(cè)模塊， 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 5 頁(yè) 共 26 頁(yè) 亮度檢測(cè)模塊采用光敏電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)周?chē)h(huán)境光照度的采樣，物體檢測(cè)模塊采用紅外線收發(fā)傳感等設(shè)備對(duì)經(jīng)過(guò)的車(chē)輛進(jìn)行檢測(cè)計(jì)數(shù)；故障檢測(cè)模塊，主要采用光敏二極 管通斷進(jìn)行路燈設(shè)備故障的檢測(cè)；聲光報(bào)警模塊，實(shí)現(xiàn)路燈出現(xiàn)故障時(shí)的聲光提示，電源控制模塊，不僅給整個(gè)硬件系統(tǒng)提供電源，還給硬件系統(tǒng)提供中斷信號(hào)；通信模塊，用于傳輸來(lái)自上位機(jī)的指令；單元控制系統(tǒng)，主要能夠根據(jù)路燈控制系統(tǒng)輸出的信號(hào)，對(duì)路燈的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 路燈系統(tǒng)控制模塊主要 采用 STC89C52單片機(jī)作為控制核心 ， 其外圍電路比較簡(jiǎn)單 ，具有高速 、 高可靠性 、 低功耗 、 超強(qiáng)抗干擾 、 價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn) ， 應(yīng)用廣泛 [7]。 應(yīng)用 STC89C52芯片，構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，如圖 STC89C52單 片機(jī)的最小系統(tǒng)圖，主要包括時(shí)鐘電路，復(fù)位電路等。 V C CP 1 . 0 / T 2 V C CP 1 . 1 / T 2 E X A D 0 / P 0 . 0P 1 . 2 A D 1 / P 0 . 1P 1 . 3 A D 2 / P 0 . 2P 1 . 4 A D 3 / P 0 . 3P 1 . 5 A D 4 / P 0 . 4P 1 . 6 A D 5 / P 0 . 5P 1 . 7 A D 6 / P 0 . 6R S T A D 7 / P 0 . 7P 3 . 0 / R X D E A / V P PP 3 . 1 / T X D A L E / P R O GP 3 . 2 / I N T 0 P S E NP 3 . 3 / I N T 1 P 2 . 7P 3 . 4 / T 0 P 2 . 6P 3 . 5 / T 1 P 2 . 5P 3 . 6 / W R P 2 . 4P 3 . 7 / R D P 2 . 3T X A L 2 P 2 . 2T X A L 1 P 2 . 1G N D P 2 . 0S T C 8 9 C 5 2C 23 0 p FG N D晶振C 33 0 p FG N DR 21 0 KG N DV C CR 12 0 0C 11 0 u F S 圖 STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 STC89C52 芯片介紹 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳 統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 6 頁(yè) 共 26 頁(yè) STC89C52 芯片其主要功能如下： （ 1） 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ； （ 2） 8K 字節(jié)程序 存儲(chǔ)空間 ； （ 3） 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間； （ 4） 內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間 ； （ 5） 可直接使用串口下載 。 時(shí)鐘電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的單級(jí)反相放大器， 引腳 XTAL1 為反相器輸入端， XTAL2 為反相器輸入端。當(dāng)在放大器兩個(gè)引腳上外接一個(gè)晶振一個(gè)晶振和兩個(gè)電容（典型取值 30pF）組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件，便構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器。由此振蕩器的 XTAL1 端向內(nèi)部時(shí)鐘提供一定的頻率時(shí)鐘脈沖信號(hào)，并且此振蕩器的頻率由外接晶振決定的。 復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，一般需要一個(gè)硬件復(fù)位電路，用于手動(dòng)復(fù)位， RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù) 24個(gè)振蕩周期 (即二個(gè)機(jī)器周期 )以上。 該按鍵復(fù)位電路由兩個(gè)電阻（ R1=200， R2=10K），一個(gè)電容（ 10uF）和一個(gè)按鍵組成，接通電源后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 LED 數(shù)碼管模塊設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要正常的時(shí)鐘顯示模式控制 , 而且可以設(shè)定和調(diào)整時(shí)間 , 當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)地址編號(hào)也可顯示出來(lái) 。 根據(jù)實(shí)際顯示內(nèi)容可采用液晶顯示模塊或 LED數(shù)碼管。 液晶顯示比數(shù)碼管更能夠節(jié)省單片機(jī)的 I/O口 ,并且能夠直觀地顯示時(shí)間、出現(xiàn)故障的地址編號(hào)以及一些必備的字符 [10]。而 LED數(shù)碼管功耗更低，并且性價(jià)比較高，但顯示內(nèi)容有所限制。根據(jù)要求我們選用 LED數(shù)碼管作為顯示模塊設(shè)計(jì)的主要元件。 如圖 ，我們利用人眼的“視覺(jué)暫留”特性，采用動(dòng)態(tài)掃描態(tài)顯示 LED數(shù)碼管。在每隔一段時(shí)間循環(huán)點(diǎn)亮每個(gè) LED數(shù)碼管，每次只有一個(gè) LED數(shù)碼管被點(diǎn)亮。根據(jù)人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，當(dāng)循環(huán)點(diǎn)亮的速度很快的時(shí)候，可以認(rèn)為各個(gè) LED數(shù)碼管的顯示是穩(wěn)定的。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 7 頁(yè) 共 26 頁(yè) S 0S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7abcdefghR 3 0 2 0 0R 3 1 2 0 0R 3 2 2 0 0R 3 3 2 0 0R 3 4 2 0 0R 3 5 2 0 0R 3 6 2 0 0R 3 7 2 0 0Q 3