【導讀】后的學習和工作打下良好的基礎(chǔ)；根據(jù)設(shè)計要求完成系統(tǒng)的總體設(shè)計方案；此基礎(chǔ)上完成原理圖的繪制以及PCB圖繪制和封裝；本設(shè)計主要研究智能路燈控制系統(tǒng)，通過對時間的定時。和光敏傳感器的應(yīng)用，達到對路燈的亮滅控制。對下半夜的路燈節(jié)能模式的開啟。和聲敏系統(tǒng)的安全模式的跳轉(zhuǎn)。對燈泡的亮滅進行采集，達到報警的程序描述；依據(jù)原理圖列元器件清單，制作PCB板，購買元器件，進行。電路板焊接，最后進行實物調(diào)試，完成實物的制作。

　　

【正文】 221 312121212121243 12 43 12 43 124 3124321432112121212121212121212 12 12 12 12 121 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 21 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 212 1212 122 1213123123123123123125 201 4 153 6 14131211109872 191716 181816 17 192 7 8 9 10 11 12 13 1463 1541 205122 1567843213121 21243 12678 5 2349141516 13 101112 100 主模塊 PCB圖 10 3 軟件設(shè)計 主程序流程及相關(guān)說明 本系統(tǒng)的軟件由集成開發(fā)工具 KeiluVision 專業(yè)版開發(fā)。軟件主程序流程圖如圖 所示 [5]。本系統(tǒng)的工作 過程大致為：系統(tǒng)開機后， LCD 顯示屏顯示當前時間，對于該系統(tǒng)調(diào)試，先設(shè)置好當前時間 。根據(jù)北京時間設(shè)定，這作為開路燈和關(guān)路燈的時間參照。 再設(shè)置開啟路燈時間和關(guān)閉路燈時間，這些都可以直接在LCD1602 上顯示。 LCD1602 相當于一個電子表，總的程序就是圍繞著這個時序運轉(zhuǎn)的。在白天，是屬于關(guān)燈的時間，但是當 光照強度低于 15LUX 的時候， 通過光敏開關(guān)感應(yīng)到光 強的變化 ，路燈就自動開啟。方便白天川流不息的車輛和行人。也可以在白天人為開啟路燈，當有路燈壞了的時候，蜂鳴器會報警而且會在LCD1602 上面顯示 “Lamp Bad”。 在傍晚到了快要開燈的時間， 根據(jù)之前設(shè)定的開燈時間， 路燈自動開啟路燈，這個時候處于正常照明時間。當晚上十二點的時候，系統(tǒng)自動開啟節(jié)能模式，這個時候的人和車輛都是很少的，因為這個時候 人們 普遍都休息了，所以按照之前那樣 正常照明模式 開啟全部路燈，很浪費電也很沒有必要。所以采用相間隔亮滅的方式來節(jié)能，能節(jié)約一半的能源。這樣不會給道路照明帶來大的問題，配合著聲敏控制開關(guān)，當有行人和車輛經(jīng)過的時候，聲敏開關(guān)檢測到 分貝的變化 ，就開啟因為節(jié)能滅掉的燈，這樣如前半夜一樣，給交通帶來方便，當車輛已經(jīng)過了的時候，燈又會恢 復(fù)成節(jié)能模式。當夜晚有燈壞了的時候，也會如白天一樣報警，如果此時有工作人員值班，也能及時的發(fā)現(xiàn)問題?？梢员M早安排第二天早上去維修，及時排除故障。 此課程設(shè)計的創(chuàng)新之處就是白天 當關(guān)照強度低于 15LUX 的時候， 路燈會自動開啟，方便車輛和行人通行 [6]。十二點之后的節(jié)能模式也是創(chuàng)新點，這個可以節(jié)約特別多的能源，并且又不只是那樣，通過聲敏開關(guān)，有行人和車輛經(jīng)過的時候，系統(tǒng)自動開啟，所以完全不會對交通和照明有任何影響，這樣做到了節(jié)能和方便快捷于一起，符合新型的路燈系統(tǒng)的要求。不足之處是雖然該系統(tǒng)能實現(xiàn)報警，并且可以在 1602 上面顯示，但是只顯示有燈泡壞了，沒有考慮到城市的路燈那么多，單純的報警和顯示壞了，還是不能精確到哪一盞燈，這給維修和排查帶來一些不便，自己將更加完善去實現(xiàn)。 11 設(shè) 定 開 路 燈 / 關(guān)路 燈 時 間時 間 顯 示是 否 有 人 手動 控 制 開 關(guān)是 否 是 我 開燈 時 間開 啟 所 有 的 燈是 否 有 燈 泡壞 了開 啟 節(jié) 能 模 式是 否 有 行 人和 車 輛 經(jīng) 過是 否 到 了1 2 : 0 0是 否 有 燈 泡壞 了蜂 鳴 器 報 警 和L C D 顯 示YNYNYNYYYNNN是 否 有 大 面積 烏 云NY開 始 圖 主程序流程圖 12 各硬件模塊驅(qū)動程序流程及相關(guān)說明 初始模式驅(qū)動程序 對于每個系統(tǒng)都有其初始程序和模塊，系統(tǒng)的初始模塊是系統(tǒng)運行的前提。該系統(tǒng)采用的是串行傳輸數(shù)據(jù)，將源程序通過串行口下載到單片機中。系統(tǒng)上電后進行復(fù)位。隨即在 1602 上面會顯示初始設(shè)定時鐘值，工作人員可以通過 “SET”來設(shè)定當前時間，按一下是設(shè)置當前 時間，按兩下 “SET”，是用來設(shè)定定時開路燈的時間，按下三下是設(shè)置定時關(guān)路燈時間?？偣灿兴膫€按鍵，第三個是設(shè)置時按鍵，第四個是設(shè)置分按鍵。 開 始源 程 序串 口 通 信單 片 機 系 統(tǒng)設(shè) 定 當 前 時 間設(shè) 定 開 燈 時 間設(shè) 定 關(guān) 燈 時 間結(jié) 束 圖 初始模式驅(qū)動程序流程圖 初始化程序流程過程如圖 所示。將源程序在 Keil 中仿真生成 HEX 文件，把這個文件通過串口電路燒寫到單片機中，本設(shè)計 USB 串口既是串口線路，也是電源電路，通過 USB 供電，以供整個系統(tǒng)運行。 LCD1602 是整個系統(tǒng)的顯示模塊，通過顯示屏顯示當前時間，并設(shè)置當前時間、開路燈時間、關(guān)路燈時間。 白天系統(tǒng)工作模式驅(qū)動程序 13 開 始是 否 有 人 開 路燈是 否 有 大 面 積烏 云開 所 以 路 燈是 否 有 燈 泡 壞了報 警YNYNYN 圖 白天系統(tǒng)工作模式驅(qū)動程序流程圖 白天系統(tǒng)工作模式是整個系統(tǒng)的運行的有創(chuàng)意的一個點，就是光敏控制開關(guān)的那個模塊。當清晨，單片機的檢測時間到了定時關(guān)路燈時間，此時路燈全部關(guān)閉。在整個白天時鐘運行中，除了工作人員檢測是否有燈泡壞了，一般都不會亮燈。當 光照強度低于 15LUX 的時候， 通過光敏控制開關(guān)，檢測到光線 強度的變化 ，系統(tǒng)則自動開啟路燈系統(tǒng)。當光 照強度 又恢復(fù)的時候，光敏檢測到光 照強度超過 15LUX 時 ，則關(guān)閉路燈。不會造成浪費也會給交通帶來更安全的保障。 上半夜系統(tǒng)工作模式驅(qū)動程序 開 始路 燈 開 啟是 否 有 路 燈 壞了報 警YN 圖 上半夜系統(tǒng)工作模式驅(qū)動程序流程圖 上半夜的模式就是現(xiàn)在很多城市的普通照明方式，這種方式在上半夜的時候很適用，那個時候的人流量和車流量特別的多。這個時候需要光照特別強，以便 14 于交通安全，此時的交通安全是最重要的，當有路燈壞掉的時候，也會及時報警，這個時候一般情況下還有工作人員在值班，可以通過路況信息提醒廣大的司機用戶注意安全 [8]。 下半夜系統(tǒng)工作模式驅(qū)動程序 下半夜模式是該設(shè)計最大的亮點，和傳統(tǒng)的照明模式不同 [6]。設(shè)計的更加節(jié)能化，傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)，上半夜 和下半夜都是一樣的，下半夜的時候其實是人特別需要休息的時候，這個時候的車流量和人流量是很少的，如果仍全部開啟路燈，造成了太多的能源浪費，我們現(xiàn)在一直都倡導的是低碳和節(jié)能的生活，所以傳統(tǒng)的照明模式已經(jīng)很難滿足我們的要求了。所以采用的是在下半夜點亮相間隔的路燈，如點亮一三五七九，而關(guān)閉二四六八十，這樣不但能節(jié)約一 半 的能源，而且也不會給照明帶來大的影響。但是在節(jié)能的同時不能給交通帶來安全隱患，安全問題是最重要的問題，所以在設(shè)計添加了一個聲敏控制開關(guān)，當有行人和車輛經(jīng)過的時候，通過道路分貝的變化，聲敏開關(guān)檢測到分貝 變化，從而開啟節(jié)能模式下滅掉的燈，使道路的照明如前半夜一樣亮，確保交通安全保障 [9]。 開 始節(jié) 能 模 式是 否 有 行 人 和車 輛 經(jīng) 過是 否 有 燈 泡 壞了開 全 部 燈 報 警是 都 還 有 行 人和 車 輛 經(jīng) 過YNYNYN 圖 下半夜系統(tǒng)工作模式驅(qū)動程序流程圖 4 測試結(jié)果及分析 該設(shè)計接通電源后，會在 1602上面顯示程序設(shè)置初始值，如圖 。通過按下 “SET”鍵，來設(shè)定當前時間，如圖 。按下兩次 “SET”，是設(shè)定開燈時間，如圖 。按下三次 “SET”來設(shè)定關(guān)燈時間，如圖 。這些都是 15 系統(tǒng)的初始化，是系統(tǒng)運行的前提。通過對時間的設(shè)定，根據(jù)對四季不同的光照的強度來設(shè)定時間。作為主控制室， 1602又相當于一個數(shù) 字時鐘。該設(shè)計模塊的電源電壓是 +5V。通過 USB來作為電壓源。 圖 當前時間圖 圖 設(shè)定時間圖 圖 設(shè)定開燈時間圖 圖 設(shè)定關(guān)燈時間圖 每一個系統(tǒng)都有手動控制開關(guān)，這是一個系統(tǒng)最簡單的功能，如圖 所示。通過手動開關(guān)，在白天可以通過手動開關(guān)開啟路燈，看蜂鳴器是否報警和 1602是否有 “ Lamp Bad” 的字樣，這樣的話就知道是否有燈壞了， 可以及時派人去維修，不讓故障拖延，造成安全隱患。在白天， 如果光照低于 15LUX 時，此時光照強度很暗， 此時如果沒有工作人員及時開路燈，會是很危險的。通過光敏控制開關(guān)，感應(yīng)光 的強度 ，會及時開啟路燈，給道路照明，方便車輛和行人通行，如圖 所示。到了傍晚的時候，時間到達了定時開路燈的時候，會開啟路燈，如圖 所示。 16 圖 白天手動開燈圖 圖 白天黑暗天氣光敏開關(guān)開燈 圖 開燈后的正常模式圖 圖 節(jié)能模式圖 程序設(shè)置在 12:00 以后，開啟節(jié)能模式，節(jié)能模式就是在傳統(tǒng)的照明模式上做的一些小創(chuàng)新，采用相間隔的照明方式。在這 之后 的下半夜，路上的行人和車流量已經(jīng)很少了，這個時候再按照傳統(tǒng)的照明方式很浪費電。這個時候如果采用相間隔 的方式，根據(jù)光學的知識和光的照明程度，是不會給照明帶來大的問題的。雖然只是簡單的相間隔亮滅，但是對于一個很大的城市來說，可以節(jié)約一半的能源做到盡可能大的節(jié)能，如圖 所示。 道路安全問題是我們城市路燈最主要的負責的問題，所以不能一味的在強調(diào)節(jié)能，而忽視了道路 安全問題，雖然節(jié)能模式下的光照足以供整個城市道路運行，但是還是存在一定的安全隱患。于是設(shè)定一個 聲 敏控制開關(guān)，當有 行 人和車輛經(jīng)過的時候，通過道路分貝的變化反應(yīng)到聲敏中，就會啟動節(jié)能模式下滅掉的燈。這樣可以確保道路足夠的明亮來方便行人和車輛安全通行 。 如圖 ，是有車輛或行人經(jīng)過的時候，聲敏感應(yīng)到聲音變化，然后點亮 圖下滅掉的路燈。在任何一個模式或時間段下，只要有路燈壞了，系統(tǒng)通過蜂鳴器報警和通過 1602 顯 17 示 “Lamp Bad”的字樣，如圖 所示。 圖 節(jié)能模式下聲敏開關(guān)開燈圖 圖 路燈壞了時候 1602 的顯示圖 5 調(diào)試與使用說明 該數(shù)控穩(wěn)壓電源主要由單片機 STC89C5 LCD1602 液晶顯示器、按鍵、電源電路 +5V、時鐘電路、模擬路燈電路、聲敏控制開關(guān)、光敏控制開關(guān)、報警電路 [10]。實驗樣機如圖 所示 . 圖 主要硬件模塊組成分塊圖 (1) 檢查電路，看是否有未焊接好的元器件，有的話就焊接好。 18 (2) 檢查電源與地是否有短路的，無短路才可以進行下面的步驟。 (3) 如電源和地正常時才可以通電檢測。 (4) 將單片機的主控板和主要應(yīng)用板想連接。主控板包括單片機的最小系統(tǒng)和串口電路。如圖 所示，大的模塊是主要應(yīng)用板模塊，小的模塊是單片機的主控模塊。通過兩個串接接口連接起來。 圖 主控硬件模塊圖 圖 硬件電路模塊圖 (5) 連接串口到計算機的 USB，通過相應(yīng)的軟件把生成的 HEX 文件加載到 19 單片機中，按下復(fù)位，程序燒寫完畢。 (6) 通電，指示燈亮紅燈， 1602 上面有時間初始值和 “City Lamp sys”，即城市路燈系統(tǒng)。整個系統(tǒng)是通過 USB 供電作為電源，為 +5V。當檢測到這些的時候，說明系統(tǒng)已經(jīng)是初始化了，可以進行下面的步驟了。 (7) 按下 “SET”按鍵，設(shè)定好當前時間，開燈時間和關(guān)燈時間。一般情況下，程序會按照這個時間來開關(guān)燈。對于光敏和聲敏是該系統(tǒng)的外接電路，在操作的過程中， 在白天光照強度低于 15LUX 的時候， 光敏開關(guān)就會開啟路燈。在晚上12:00 過后，當有噪聲（模擬的行人和車輛的聲音），聲敏開關(guān)就會開啟節(jié)能模式下滅掉的燈。 Keil軟件中程序仿真圖 生成 HEX 文件圖 20 圖 硬件電路模塊分區(qū)表示圖 圖 主控電路模塊分區(qū)表示圖 本畢業(yè)設(shè)計是基于傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)上建立起來的，實現(xiàn)了多方式控制路燈，達到節(jié)能、報警、高效的方式。結(jié)合光敏控制開關(guān)可以實現(xiàn)在白天 光照強度低于15LUX 時開啟路燈 。聲敏控制開關(guān)可以實現(xiàn)在下半夜節(jié)能模式下，重新點亮路燈。這兩種方式都可以開啟路燈，給交通帶來便利。但是本設(shè)計我覺得最大的不足之處就是當有路燈壞了的時候， LCD 可以顯示有燈壞了，也通過蜂鳴器報警，但是不能精確到那盞燈壞了。這給維修帶來了一定的不方便性，因而存在些需要改進 的地方。 21 參考