【正文】 偏僻的路段，這些路段在夜晚的人流量 和車流量都比較小，特別是在半夜 12 點以后。在能源緊張的今天，很多城市存在電力不足的情況，這種嚴重浪費的現象不僅影響經濟的發(fā)展而且與建設節(jié)約型社會的要求不相符合。單片機應用及其廣泛，在智能儀表中應用可促進儀表多功能化、智能化、數字化；在家用電器中應用于洗衣機、微波爐、電冰箱等；在工業(yè)過程中應用于機器人控制、雷達導航控制以及路燈的控制 [3]。 沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 2 1 智能路燈控制系統(tǒng)概述 國內外路燈控制技術 國外路燈現狀 近幾十年來，國外照明節(jié)能技術有了很大的發(fā)展并且也在廣泛的使用。它以天然的竹子為原料燈體是竹筒，這些竹筒有序地螺旋排列于燈柱上。發(fā)射高頻電波能量，通過電磁感應并繞有線圈的磁環(huán)套在燈管外，將高頻電波能量耦合進充有混合惰性氣體和汞合金的放電燈管內，管內帶電粒子運動使汞合金分子發(fā)生電離與激發(fā)，產生紫外分子，這些光子打擊涂有熒光粉的殼內壁上，就會產生可見光輻射。初期成本較 高，但運行成本低 [4]。正常工作時要求外觸發(fā)高壓鈉燈燃點電路外觸發(fā)高壓鈉燈燃點電路中要有配套鎮(zhèn)流器串聯使用外，還要在燈泡兩端并聯一個觸發(fā)器才能使高壓鈉燈正常工作。其缺點是不能熱啟動、頻繁啟動光源容易損壞、有閃頻、有眩光刺眼、有汞污染并長生大量的廢棄光源。還可以對路燈進行軟啟動，故障自動旁路，分時段進行自動降壓，對電網無污染，投資少回報快，安裝簡便?？煽毓枋潜容^傳統(tǒng)的電力電子器件，該技術的原理是利用可控硅在路燈配電柜或箱式變處讓交流電壓在一個周期內間斷的通過或斷開來達到低電壓的目的，但是不足之處是可控硅交流調壓會產生高次諧波和線路振蕩。 路燈無線監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝復雜，投資規(guī)模較大，不適合現階段的大規(guī)模推廣 [5]?？梢酝ㄟ^蓄電池向負載放電，為負載提供電力。 課題研究的目的及意義 本設計方案摒棄了 “全夜開，夜晚全滅或半 滅燈 ”的傳統(tǒng)控制路燈的模式，采用了光線、時間和車流量的三重模式控制，在很大程度上實現了 “隨需而控 ”，不僅節(jié)約能源，沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 4 而且在節(jié)約能源的基礎上到達了設備使用壽命長、控制方式靈活和照明質量更加高的效果。 ⑴ 其中的自動模式按照時間、光照度綜合控制。 ⑵ 手動模式下路燈的亮滅則完全由人工通過按鍵分段分區(qū)控制。 像這種智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)高科技技術節(jié)能產品的應用如果能夠在我國城市路燈行業(yè)得以全面推廣和應用，那么該系統(tǒng)將創(chuàng)造巨大的社會效益及其產生的深遠影響都是不可估量的 [6]。 這些傳統(tǒng)節(jié)能方式均存在著較為明顯的缺憾，在國內大多數城市路燈的開 /關燈控制都是由各變壓器 (配電箱 )分散的來控制的，盡管城市路燈運行擁有專門控制線，只有控制功能而無法實現監(jiān)測。從冬至到夏至，日出時間會提前、日落時間也會推遲，據此天氣的現象，要求路燈開關時間根據日出日落的時間對應進行調整。具體實現功能如下： ⑴ 利用單片機的 PWM 發(fā)生器控制 LED 燈的亮滅。設置好每天開關路燈的時間，在此基礎上又加了光照控制和傳感器檢測車流量的方式。 系統(tǒng)總體設計方案 系統(tǒng)原理簡介 本設計主要由硬和件軟件組成，是本著有實際使用的價值來設計的。其中的自動模式按照時間、光照度綜合控制，手動模式下路燈的亮滅則完全由人工通過 按鍵控制。 ⑶ 在以上時間段以 外的時間如果天氣發(fā)生變化使得道路能見度很低時，用光敏電阻檢測路面上的光照強度小于 15 勒克斯的時候路燈就會點亮，來保證道路交通的順暢。 這是一種數字式多點開關控制電路系統(tǒng)及其控制器，該電路系統(tǒng)包括若干負載回路，電路系統(tǒng)設置有一微控制器，每個負載回路中串接若干常閉點觸開關、一繼電器開關及點觸開關信號采樣模塊，各采樣模 塊輸出端口與微控制器信號輸入端連接，微控制器的控制端經電流放大電路與相應繼電器開關的控制端連接。 本設計采用第二種方案來應用控制，這種方案主要靠硬件設計與軟件編程來實現，能夠更好的完成想要達到的 目的，方便控制，簡單易行。但是占用 I/O 接口過多而繁瑣，這樣增加了硬件電路的復雜性，從而增加了成本。如果用動態(tài)顯示電路就必須加驅動器進行驅動因為顯示數據需要動態(tài)掃 描， 占 大量運行周期。本設計用的是 1602 字符型液晶，是一種專門用來顯示字母、數字、符號的點陣型液晶模塊。 本設計采用 LCD1602 液晶顯示器方案三，符合本設計顯示的需求。芯片有一個內置的電源感應電路，具有掉電檢測和電池切換不丟失的功能。采用的是三線接口與 CPU 進行同步通信，可以一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號 RAM 數據。采用單片機定時器計時，程序運算量大，時間精確度不高，而且斷電時間即復位，無法實現與實時時間保持同步。必須在其管殼軸線與射光方向接近的一個方位，取決于透鏡的對稱性和管芯偏離中心的程度，入射光恰好聚焦在管芯所在的區(qū)域，光電管的靈敏度才最大。沒有極性，使用時可加直流電源也可以加交流電源。如果有障礙物紅外線遇到了，被反射到接收頭，檢測這個信號傳送給單片機。 綜上所述，采取方案一的傳感器是更合適在夜晚檢 測車輛和行人的一種傳感器。當夜晚來臨時再用以光電傳感器根據交通是否有車輛行人通過，來控制路燈的亮滅。 STC12C5A60S2單片機 STC12C5A60S2系列 單 片機是 70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模的集成電路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O接口和中斷系統(tǒng)構成的芯片。單片機的優(yōu)點是體積小、重量輕、超強的抗干擾能力、低功耗、對環(huán)境要求不高、價格低廉、可靠性很高、靈活性好、開發(fā)也較為 容易。 STC12C5A60S2 單片機中的芯片均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結構，如圖 所示 是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。連接外部儲存器或 者擴充外設時，作為低 8位地址線和 8位數據線， P0口可作為一個數據的輸入、輸出口。 P3口（ ）： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的準雙向 I/O端 口，另外還兼有中斷、定時 /計數器、串行通信 等控制功能。單片機剛接上電源時，其內部各E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10/ T1P 11/ T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10V C C40G N D20U1S T C 12C 5A 60S 2P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27A D _1P 11P 12P 13I N T 0P 33P 34P 35P 36P 37P 30P 31P 14P 15P 16P 17沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 13 寄存器處于隨機狀態(tài)，當此輸入端保持兩個機器周期的高電平時，就可以完成復位動作。 ALE/ （ 30引腳） ：地址鎖存允許信號端。是對片內帶有 4KB EPROM的單片機編程寫入時的編程脈沖輸入端 [9]。 EA為低電平時，表示選擇內部程序存儲器。 XTAL1（ 19腳） ：接外部晶體的一個引腳。時鐘引腳外接晶體與片內的反相放大器構成了一個 振蕩器，可以提供單片機的時鐘信號。 在閑置模式下， CPU會自動 停止工作。所以選用作為本設計的主機電路核心器件。作用是為了內部電路提供復位信 號 ，而且當在掉電時也可以為 RAM存儲器提供了備用電源。 ⑵ 時鐘電路：有內部時鐘電路和外部時鐘電路。單片機內雖然有內部振蕩電路，但是要形成時鐘電路，還要有外接元件。光敏電阻一般用于光的測量，光的控制和光電轉換。 圖 光照檢測電路圖 R11 0 KP R 11 0 K+ 5 VA D _ 1R2 1 0 KC11 0 4沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 16 紅外光電 傳感器檢測電路的設計 本設計對于檢測車輛與行人的通行采用了紅外光電傳感器。 圖 紅外光電傳感器檢測電路圖 外部時鐘電路設計 DS1302 是一種高性能、低功耗、帶 RAM 實時的時鐘電路，能對年、月、日、時、分、秒進行計時，還具有閏年補償等功能，工作電壓范圍為 ～ 。 X1 和 X2 是振蕩源，外接 的晶振。 RST 輸入有兩種功能：第一， RST 接通控制邏輯，允許地址 /命令序列送入移位寄存器中；第二， RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據傳送的手段。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。這一部分電路主要有 10 個 LED燈、 10 個 1K 的電阻和電源。并且該液晶顯示模塊的軟硬件都比較簡單。 L E 2R E DL E 3R E DL E 4R E DL E 5R E DL E 6R E DL E 7R E DL E 8R E DL E 9R E DL E 1 0R E DL E 1 1R E D+ 5 V+ 5 VR42KR52KR62KR72KR82KR92KR 1 02KR 1 12KR 1 22KR 1 32KD A T A 0D A T A 1D A T A 2D A T A 3D A T A 4D A T A 5D A T A 6D A T A 7D A T A 8D A T A 9沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 18 LCD1602 主要技術參數 ⑴ 工作電壓： ； ⑵ 工作電流： ； ⑶ 顯示容量： 16x2 個字符 。當 3FFH=FFH 時，屏幕右下角顯示一條短亮線。 按鍵部分電路設計 本設計中硬件使用了 8 個按鍵，實際使用時需要根據控制范圍的大小來決定按鍵的多少，從而完成手動模式下對各段路燈亮滅的控制和系統(tǒng)設置的功能。鍵盤接口電路如圖 所示 。 8位串行輸入， 8 位串行或并行輸出。所以本設計就采用了 74HC595 這樣的一個 8 位串入并出移位寄存器，這樣就可以產生多個的數字輸出。 圖中 J1 為接線端子， SK 為雙路自鎖開關， D1（ IN4007）是起到保護作用的二極管，防止電源接反而燒毀電路，電容 C C2 為輸入輸出的濾波作用的電容，將此電路接入+9~+12V 電壓就會 穩(wěn)定輸出 5V 直流電 壓 ，供智能路燈的電路使用。缺點是占用資源多。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)的調試工具。 沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 22 圖 主程序流程圖 上圖是本系統(tǒng)的主程序，系統(tǒng)初 始化主要是液晶顯示 LCD1602 初始化，設置后將開始 是否為自動模 式？ Y N 鍵盤控制亮滅 定時時刻是否到？ Y 光照度小于 15勒克斯？ N N 時間是否在23:003:00？ 是否有車輛 /行人？ Y Y Y N N 手動模式 系統(tǒng)初始化 調用鍵盤掃描子程序 調用定時時間設置子程序 燈滅 燈亮 開中斷 調用顯示子程序 沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 23 屏幕清屏。若是時間模式調用 定時時刻設置子程序，判斷時間是否在設置好的時間段內，在就點亮，不在時間段內是熄滅的。 沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 24 圖 DS1302 時鐘芯片流程圖 DS1302 與微處理器進行數據交換時，先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，最高位D7=1，若 D7=0 禁止寫則就是寫保護。 鍵盤掃描子程序 鍵盤掃描子程序流程圖如圖 所示。 顯示子程序 顯示子程序流程圖如圖 所示。 開始 對 1602 初始化寫入顯示設置命令 延時一段時間 檢查忙標志 BF=7？ 設置字符顯示位置 延時一段時間 向 1602 中寫入數據 LCD 顯示內容 返回 N Y 沈陽 工業(yè) 大學 繼續(xù)教育 學院 畢業(yè)設計 (論文 ) 28 圖 中斷子程序流程圖 開始 T0_Com= T0_Com+1 T0_Com = 0？ T0_