【文章內容簡介】 LED 的顯色性優(yōu)于鈉燈，分辨人的狀況更加清晰，較有優(yōu)勢。 LED 路燈的壽命： 使用壽命應立足于整個燈的壽命。高壓鈉燈稱標準壽命目前已超過 2 萬小時，實際應用 3 年左右，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器不會低于 20 度，燈具也是如此。 LED 路燈標稱使用壽 命是 5 萬小時以上，這是芯片的理想壽命，芯片的封裝、燈具散熱等因素都有可能光衰減，還有驅動電路（以電子元器件為主）的壽命顯然也不能達到 5 萬小時。美國能源之星制訂的要求，分為不低于 35000h 和 25000h 兩檔，主要是 LED 芯片壽命很長，卻與封裝后的溫度，散熱等諸多因素有關，另外還有驅動電路裝置的電子元器件壽命問題。 LED 路燈的維護： 對于光源的維護，高壓鈉燈若直接更換光源電器，成本較高。而對于 LED 路燈，現在很多大功率 LED 燈珠內部集成了齊納二極管，單顆 LED 燈珠損壞不會影響整體燈具的亮度，不需要更換，但是 要整個光源更換，現場的維護就無法進行了。一旦出現整體故障時，只能整個燈具進行替換維護，這對使用單位來說是很不方便的，還有待今后解決。 3 LED 路燈的統(tǒng)一標準： LED路燈在產品規(guī)格方面缺少統(tǒng)一的技術標準，目前還沒有統(tǒng)一的 LED路燈生產技術標準，每個廠家都按自己的標準生產自己的產品，彼此之間是很難通用的。而高壓鈉燈由于技術標準的統(tǒng)一，燈具、光源、電器方面通用性較強，不同廠家之間的產品是可以互用的，從維護角度考慮，這是很重要的，而維護對于路燈管理單位來說則又是重中之重，只有這樣才可以及時對熄滅路燈進行維護，保證高 的亮燈率，同時大大降低維護成本。 LED路燈還沒有標準可循，對訂購、使用、維護都不利。 本設計是采用 MSC51系列單片機 AT89C51和相關的光電檢測設備來設計智能光控路燈控制器，實現了能根據實際光線條件通過 8051 芯片的 P1 口控制路燈開關的功能。照明系統(tǒng)能夠根據不同區(qū)域的不同功能需求，在每天不同時段、不同自然光照度或者不同交通流量情況下，按照特定的設置，實現對道路照明的動態(tài)智能化管理，即 TPO 管理(TIME 時間／ PLACE 地點／ OCCASION 場合 )。智能化道路照明控制系統(tǒng)，通過綜合考慮和分析與道路照明密 切相關的時間、路段、環(huán)境照度和交通流量等因素的場景控制方法，在微機中按照預設的控制策略，對道路照明進行動態(tài)智能化管理，控制路燈在不同情況下工作在不同狀態(tài)實現多樣化的道路照明場景，從而在提高照明質量的同時獲得最佳的節(jié)簡單的相控技術，不足之處是元器件較容易發(fā)熱損壞。而為了更好的達到控制的目的，現在國內外都開始采用智能控制方式，如光控、聲控、時控等，國外甚至開始采用太陽能供能光控能效果。隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。社會對亮燈率、開關燈的準確率、故障檢測的實時性和維修的及時性要求不斷提高，利用 51 系列單片機可編程控制八位邏輯 I/O 端口實現路燈的智能化，達到節(jié)能、自動控制的目的 ,避免了傳統(tǒng)電路對能源的浪費，且路燈的自動控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實用性強、操作簡單。 現在許多生產廠家大功率 LED 的熱沉散熱殼體應用基本采用不同的合金鋁材料，其導熱系數不一，一些材料的散熱速率難以滿足 LED 工作條件。不可忽略的鋁基板及導熱硅膠，硅脂材料的導熱環(huán)節(jié)，使用材料的實際壽命質量，將直接影響 LED 的工作散熱條件。如何減少中間環(huán)節(jié)，直接與熱沉散熱近距離接 觸將熱量快速達到平衡的有效散熱，是現今高質量的 LED 燈具產品開發(fā)需考慮的方向。從對比上看，最好的散熱材料也并不是鋁材。銅和鋁的對比中形成了一種新型的工藝 —— 銅鋁結合。所謂的銅鋁結合就是把銅和鋁用一定的工藝完美的結合到一塊，讓銅快速的把熱量傳給鋁，再由大面積的鋁把熱量散去，這不但增充了鋁的導熱不及銅，還彌補了銅的散熱不如鋁，有機的結合從而達到急速傳熱快速散熱的效果。多篇文章中都闡述了散熱是靠面積而不是看體積的大小，許多企業(yè)都了解了個中道理，殼體采用多層翅片散熱，但對熱沉散熱殼體的翅片忽略了防塵和積塵，日積月累 將會影響殼體的散熱效果。應從在自然條件下規(guī)避積塵的最小化，不同方向的風和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性。保證熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環(huán)境的影響，散熱通道的暢通，做到真正的長壽命。大家共同來探討一個設計方 4 式：散熱是靠面積的道理顯而易見，是否可以將散熱面做成柱狀或多面形錐體。作為解決辦法，導熱介質就應運而生了，它的作用就是填充兩個接觸表面之間大大小小的空隙，增大發(fā)熱源與散熱片的接觸面積。導熱硅脂是我們最常見的導熱介質。 導熱硅脂是用來填充鋁基板與散熱片之間的空隙的材料的一種，這種材料又稱之為熱界面材料 。其作用是用來向散熱片傳導鋁基板散發(fā)出來的熱量，使鋁基板溫度保持在一個可以穩(wěn)定工作的水平，防止鋁基板因為散熱不良而損毀，并延長使用壽命。有關人士正研究在熱沉材料上進行特殊的陶瓷化處理直接安裝線路，經過這樣的優(yōu)化后將會根本解決散熱的導熱環(huán)節(jié)。 主要研究的內容 本課題主要以模擬路燈控制系統(tǒng)為背景，采用高效 LED 路燈光源，以 AT89C51 單片機作為控制中心，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊等來實現。根據環(huán)境、交通等因素，單片機采用光敏電阻或光電開關的信號控制路燈的亮滅，具有自動檢查故障報警等功能； 采用切換多種模式設定并實現 PWM 調光功能，實現了光電控制、時間控制、交通情況檢測、故障自動檢測與報警功能，節(jié)省了電力能源和人力資源。 設計主要包括硬件和軟件的設計，硬件設計可分為傳感器模塊和光控路燈模塊，包括：調光方式設計、時鐘芯片的選擇、液晶顯示器的選擇。 軟件的設計包括：畫出程序框圖、主程序設計、鍵盤和顯示軟件設計、各功能程序設計及清單注釋。 方案論證 傳感電路部分 方案一：使用光敏電阻與電源相連，通過上拉電阻給 51 單片機輸入信號，并進行相應的后續(xù)程序操作。 方案二：使用光敏電 阻和三極管聯合驅動的方式，提供給單片機輸入傳感信號。 由于方案二 提供的輸入信號相對來說對環(huán)境的要求較高，難以實現且不符合系統(tǒng)在現實生活中的實用性等原則，故選取方案一。 執(zhí)行電路部分 方案一： 由單片機端口對相應電路進行操作； 方案二：使用 LM324 芯片，含有四個運算放大器，電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用。 方案三：由單片機對后續(xù)的執(zhí)行元件進行操作，如繼電器等相關的執(zhí)行元件。 由于方案二使用 LM324 芯片等相關元件，使系統(tǒng)的設計更加接近實際應用，在實際應用中，系統(tǒng)是由電子電路→電氣電路的控 制，使用 LM324 等可使系統(tǒng)的現實性大 大增強。 5 第 2 章 總體設計 設計要求 本設計是采用高效 LED 路燈光源，以 AT89C51 單片機為核心，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊等來實現路燈智能化控制。 根據日照設置光控參數、時間參數； 可同時控制多路照明、單雙間隔開啟照明； 系統(tǒng)要求可自動、手動、緊急三種模式操作； 系統(tǒng)要求有 LED 檢測模塊、聲光報警模塊、時鐘模塊。 設計思路 一個大型的單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含兩部分內容： 一是系統(tǒng)擴展，二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，要設計合適的接口電路。硬件電路部分主要包括以下幾個部分：單片機最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、光電檢測電路部分。 6 其中最小系統(tǒng)是 51 單片機的最基本的組成部分，雖然 51 單片機的引腳只有四十，但是它有很多的擴展功能，根據相應的課題設計要求可以設計相應的外圍電路。 根據任務書的要求，分析出需要的功能有：具備時鐘功能、時間調節(jié)的調節(jié)、二極管 (模擬路燈 )的顯示功能、定時開燈關燈的時間調整功能、按鍵控制功能，光電控制路燈功能。 通過硬件電路的分析，當開機后，經過上 電復位，時鐘顯示為 17： 59： 50，這時可以調整時、分、秒按鈕進行精確調整到當前時間，進行正常走時。開機后系統(tǒng)內部自定義開路燈時間為 18： 00： 00，關路燈時間為 6： 00： 00，如果不做調整的話，時間就是下午六點鐘開燈，早晨 6 點鐘關燈，但春、夏、秋、冬四季的晝夜并不相等，為了更好的節(jié)省資源（電力）。本設計中可以進行手動調整，根據四季的變化來調整開路燈和關路燈的時間，更有效的節(jié)省資源。本設計中另外的一大特點就是在夜晚 12： 00 的時候，路燈會熄滅一半，這種設計也是為了節(jié)省資源，因為夜深人靜的時候，并不需要太多的 路燈照明整個路面，只需要點點燈光就行。然后到早晨六點鐘或自己重新設定的時間的時候在關閉其它的路燈。本次設計中共用到了五個按鈕和四個發(fā)光二極管，用來控制路燈和調整時間。按鈕上到下編號為①、②、③、④、⑤。①為進入調整開燈、關燈的時間按鈕 ,還有為退出調整開燈和關燈的按鈕，只有通過它才能有效的退出定義開燈和關燈的調整狀態(tài)；②為調整加一小時的按鈕，③為調整減一小時的按鈕，④為調加一 分鐘的按鈕，⑤為調整減一分鐘的按鈕。發(fā)光二極管從上至下的標號是①、②、③、④。①、③為路燈的左邊一排。②、④為路燈的右邊一排 。 系統(tǒng)框圖 單片機光 敏 電 阻聲 光 報 警鍵 盤液 晶 顯 示路 燈 控 制 系 統(tǒng)驅動電路數 碼 管 顯 示 圖 21 系統(tǒng)框圖 7 第 3 章 硬件設計 單片機概述 單片機的簡介 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母縮寫 MCU表示單片機。它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機是 采用超大規(guī)模技術把具有數據處理能力（如算術運 算、邏輯運算、數據傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU）、隨機數據存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、輸入 /輸出電路（ I/O 口）等電路集成到單片芯片上，構成一個最小而完善的計算機系統(tǒng)。有時還包括定時器 /計數器，串行通信口、顯示驅動電路（ LCD 或 LED 驅動電路）、脈寬調制電路（ PWM）、模擬多路轉換器以及 A/D 轉換器等電路，并具有獨立的指令系統(tǒng)。這些電路能在軟件控制之下，準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。它能夠單獨地完成現代工業(yè)控制系統(tǒng)所要求的智能化控制功能。 單片機的功能很多：比較器；模數 /數模轉換器； PWM；多種多樣的接口； LCD 驅動；存儲器等等。同時它也是計算機 — 單片微型計算機。部分單片機的計算能力已經比早期 PC 的 CPU 強大，速度也越來越快。甚至也有類似雙核 CPU 的設計出現。因為能夠運行程序，所以可以做很多的事情。幾乎您上網用的計算機能做的事情，它都同樣能做。只是能力沒那么強大。比如：可以讀寫硬盤、可以接受按鍵輸入、可以顯示輸出、可以驅動打印、您甚至可以給它接個鼠標。當然這可能涉及一些接口的問題，但是 CPU 8 也不是直接做這些事情的。它的輸入輸出，如前面所說，也是多種多樣的?？梢允悄M量，也可 以是數字量，標準的 USB 接口也已經集成在了單片機內部。此外，單片機的體積小、價格低、可靠性高、適用面寬、有著其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各行各業(yè)都得到廣泛應用。 單片機控制系統(tǒng)已基本取代了以前復雜的電子線路或數字電路構成的控制系統(tǒng)，用軟件來實現產品的智能化?，F在，單片機的控制范疇無所不在，其應用領域也越來越廣泛。 單片機的應用意義遠不限于它的應用范疇或由此帶來的經濟效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設計理念，向著嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展和在各行各業(yè)的深入應用，人們的電子設 備的小型化、智能化的要求也越來越高。在航空航天、機械加工、工程控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)等領域，單片機都正在發(fā)生著非常重要的作用。單片機應用技術業(yè)已成為現代電子技術應用領域十分重要的高新技術之一，是電子工程技術人員必備的知識技能，它能使你設計出更具智能化和方便的產品。 單片機的特點 單片機及其應用系統(tǒng)之所以能發(fā)揮著如此重要的作用，歸納起來原因如下： ① 單片機具有體積小、功能強、價格低、使用靈活等特點，具有明顯的優(yōu)勢和廣闊的應用前景。 ② 單片機具有獨立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設計思 想充分表達出來，使產品智能化。 ③ 系統(tǒng)配置以滿足控制對象的要求出發(fā)點，使得系統(tǒng)具有較高的性價比。 ④ 應用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內（外） ROM 中，抗干擾能力強，可靠性高，使用方便。 ⑤ 單片機本身并不具備開發(fā)能力，一般情況下，需要借助專用的開發(fā)工具在相應的開發(fā)環(huán)境下，進行系統(tǒng)的開發(fā)和調試，但最終形成的產品簡單實用，成本低，效益高。 ⑥ 單片機應用系統(tǒng)所使用的存儲芯片可選用 EPROM、 EEPROM、 OTP 芯片或利用掩膜形式生產，便于批量生產和應用。大多數單片機如 51 系列，開發(fā)芯片和擴展應用芯片相互配套，降低 了系統(tǒng)成本。 ⑦ 由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強、體積小，便于嵌入被控設備內，大大推動了產品的智能化。 隨著微電子