【導(dǎo)讀】路燈是城市建設(shè)中不可缺少的公用設(shè)施，是城市形象的重要標(biāo)志之一。照明的維護管理水平不僅反映城市的建設(shè)水平，而且體現(xiàn)城市的現(xiàn)代化程度。我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，市政建設(shè)取得了極大進步。出日落時間，實現(xiàn)全年無人職守市外照明的自動時間控制。本控制器可用于路燈，霓虹燈，廣告燈，航標(biāo)燈，工礦企業(yè)，小區(qū)照明。等室外照明燈具的自動控制。此控制器適應(yīng)性強，節(jié)省人力，提高了市政的路燈管理水平。關(guān)鍵詞：AT89C51;日歷時鐘DS1302;修正時間.

　　

【正文】 管對的輸入端都有輸入鉗位二極管。在輸入端加有兩個輸出鉗位二極管，這兩個二極管中，上面一個是用于鉗制高電位，抑制在高電平上發(fā)生的正向過沖；下面一個是用于鉗制低電位，抑制在低電平上發(fā)生的負(fù)向過沖，從而對輸出管起到保護作用。在使用時，為了滿足要求輸出更大電流的需要，在每塊電路中，可以將各自獨立的達林頓管對并聯(lián)使用，使輸出電流的能力增加。達林頓晶體管陣列在每一個封裝中有七個各自獨立的管對，在工作時可以只有一個管對導(dǎo)通工作，也可以有幾個管對同時 導(dǎo)通工作，但每一塊電路的總的輸出電流不能超過規(guī)定值 (扁平封裝時不得超過 500mA，雙列直插式封裝時不得超過 )，否則不能保證電路正常工作。 MC1416組件共有七通道每個通道可以輸出 200mA電流，但每個組件總的輸出電流不能超過 500mA。 單片機于反向器 74HC14和 MC1416連接電路如圖 317。 MC1416的五個輸出能連接五個繼電器，對其進行開關(guān)控制。 圖 317 單片機于反向器 74HC14和 MC1416連接電路 26 選用的繼電器與接觸器 繼電器使用的是固態(tài)繼電器 JGX10F，工作原理圖如圖 318所示 [10]。 圖 318 固態(tài)繼電器 JGX10F的 工作原理 耦合電路以光耦合器作為輸入 /輸出間的通道，在電器上完全隔離，以防止輸出端對輸入端的干擾。過零電路保證使輸入信號在開關(guān)器件兩端電壓為零時瞬間觸發(fā)開關(guān)器件，從而完成電壓過零條件下的通斷動作，減少干擾。 吸收回路由 R、 C組成，用以防止電源中帶來的尖峰電壓，浪涌電流對開關(guān)器件的沖擊和干擾。 所說的過零電壓并不是指的零伏，而是正負(fù) 10V— 正負(fù) 20V的區(qū)域內(nèi)。繼電器的輸入電壓為 — 14V，當(dāng)電壓是 5V時輸入電壓為 20mA；額定輸出電壓是 25— 250V，額定輸出電流 10A。 接觸器使用的是 CJX112交流接觸器，額定電流 12A?？刂破魑迓份敵鼋映?4路繼電器控制電路，即能同時控制四條馬路的路燈。還有一路也有輸出用以必要時的擴展使用 [6]。 上位機通信芯片 MAX232 MAX232是 MAXIN公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的 IC芯片 [10]，適用于各種 RS232C的通信接口。 MAX232與單片機的連接電路如圖 319示。 控制器通 過MAX232進行電平轉(zhuǎn)換、通信，對控制器進行仿真與調(diào)試。 27 圖 319 MAX232與單片機的連接電路 MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的 +5V電源電壓變換成為RS232C輸出電平所需的 177。 10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的 +5V電源就可以了。 MAX232的引腳和原理電路如圖 320示。 C1C4及電壓 V+、V為電源變換部分，器件對電源噪聲敏感。 Vcc與 C5起去耦作用，連接時應(yīng)盡量靠近器件，下部分為發(fā)送和接收部分， T為發(fā)送器， R為接收器。 圖 320 MAX232的引腳和原理電路 28 控制器供電電源的設(shè)計 電子設(shè)備中所用的電源絕大部分是直流電源，而電網(wǎng)所提供的是交流電源，因此需要把交流電變換成直流電。直流穩(wěn)壓電源就是用來完成這一功能的。具體變換過程是先用變壓器從電網(wǎng)上獲得一定大小的交流電壓，然后利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷鹤儞Q成一個單方向的脈動電壓，再通過濾波電路濾掉其中的脈動成分從而得到比較平穩(wěn)的直流電壓。這個過程稱為整流和濾波，最后通過穩(wěn)壓電路 使輸出電壓基本上不隨電網(wǎng)電壓或負(fù)載的改變而改變 [4]。 單相全波橋式整流電路的結(jié)構(gòu)及輸出波形如圖 321所示其負(fù)載電阻上的電壓平均值 Uo 與變壓器副邊電壓 U2 的關(guān)系為 Uo= 圖 321 電源整流電路原理 實際的濾波電路種類很多，它們一般都是由具有儲能特性的電容及電感構(gòu)成的使用時一般直接接在整流電路的輸出端。本設(shè)計選用的濾波方式為簡單常用的電容濾波如圖 322所示它的輸出基本上是平滑的直流量。 圖 322 電源濾波電路原理 29 經(jīng)整流和濾波后的電壓已很平滑，在要求 不高時可作為直流電源使用。但由于其輸出電壓往往會隨交流電源電壓的波動和負(fù)載的變化而變動，為此在要求較高時整流和濾波電路之后還應(yīng)增加穩(wěn)壓措施以使負(fù)載上得到一個比較穩(wěn)定的直流電壓，本設(shè)計穩(wěn)壓環(huán)節(jié)使用的是三端集成穩(wěn)壓器如圖 323所示 [9]。 圖 323 電源電路 圖中 C2用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，以防止電路產(chǎn)生自激振蕩，其容量較小。C3用于消除輸出電壓中的高頻噪聲。 30 第四章 日出日落時間的確定 日出日落時間計算算法 日出日落時間計算 由于地理 位置 (即經(jīng)緯度 )不同，而且地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球和太陽平面傾斜，加之地球公轉(zhuǎn)作用，各地日出日落時間有別。為了精確控制開關(guān)燈時間，城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)需計算當(dāng)?shù)氐娜粘鋈章鋾r間，作為確定路燈開關(guān)時間依據(jù)。 日出日落時間是指假設(shè)地球為球形，并允許大氣折射影響存在的條件下，圓盤形太陽的上沿剛好到達地平線的時刻，這相當(dāng)于以觀察者所處的地平面為參考平面太陽處在 (計算時間時按角度計算， 180度 =12小時 )。計算日出時間時，首先假設(shè)太陽的位置即日出時間為 12h=180度，采用這個假設(shè)的位置計算日出位置并用這個 新位置采用迭代法重新計算大陽的位置，直到滿足要求的計算精度為止。具體算法 [2]： 已知：日出日落時太陽的位置 h = 。要計算地的地理位置，經(jīng)度 Long，緯度Glat，時區(qū) Zone， 0UT 為上次計算的日出日落時間，第一次計算時 0UT =180。 (1) 先計算出從格林威治時間公元 2021年 1月 1日到計算日的天數(shù) days； (2) 計算從格林威治時間公元 2021年 1月 1日到計算日的世紀(jì)數(shù) t ，則 t =（ days+ 0UT /360） /36525 (3) 計算太陽的平黃徑 L=+? t (4) 計算太陽的平近點角 G=+? t (5) 計算太陽的黃道經(jīng)度 ? =L+? sinG +? sin(2 )G (6) 計算地球的傾角 ? =? t (7) 計算太陽的偏差 ? = arcsi n( si n si n )??? (8) 計算格林威治時間的太陽時間角 GHA GHA= 0UT si n 0. 02 0 si n( 2 ) 2. 46 6 si n( 2 ) 0. 05 3 si n( 4 )GG ??? ? ? ? ? ? ? (9) 計算修正值 e s in h s in ( ) s ina r c c o s ( )c o s ( ) c o sG la te G la t ????? ? 31 (10) 計算新的日出日落時間 UT = 0 ()U T G H A lon g e? ? ?；其中“十”表示計算日出時間，“一”表示計算日落時間； (11) 比較 0UT 和 UT 之差的絕對值，如果大于 ，把 UT作為新的日出日落時間值，重新從第 (2)步開始進行迭代計算，如果 0UT 和 UT 之差的絕對值小于0007小時，則 UT 即為所求的格林威治日出日落時間； (12) 上面的計算以度為單位，即 180度 =12小時，因此需要轉(zhuǎn)化為以小時表示的時間，在加上所在的時區(qū)數(shù) Zone，即要計算地的日出日落時間為 / 15T UT Zone?? 上面的計算日出日落時間方法適用于小于北緯 60度和南緯 60度之間的區(qū)域，如果計算位置為西半球時，經(jīng)度 Long為負(fù)數(shù)。 呼和浩特某天的開關(guān)燈時間 根據(jù)算法計 算呼和浩特的某一天的開關(guān)燈即日出日落時間，假設(shè)計算 2021年 6月20日的日出日落時間，由公式有： 已知：日出日落時太陽的位置 h = 。呼和浩特的地理位置，經(jīng)度 ，緯度 ，時區(qū)東 7區(qū)， 0UT 為上次計算的日出日落時間，第一次計算時 0UT =180。 (1) 先計算出從格林威治時間公元 2021年 1月 1日到計算日的天數(shù) days； 2021年 1月 1日到計算日的天數(shù) days為 2725天 (2) 計算從格林威治時間公元 2021年 1月 1日到計算日的世紀(jì)數(shù) t ，則 t =（ days+ 0UT /360） /36525 =（ 2725+180/360） /36525 = (3) 計算太陽的平黃徑： L=+? t =+ = (4) 計算太陽的平近點角； G=+? t =+? = 32 (5) 計算太陽的黃道經(jīng)度： ? =L+? sinG +? sin(2 )G =+? sin +? si n( 2 )? =+（ ） + = (6) 計算地球的傾角： ? =? t =? = (7) 計算太陽的偏差： ? = arcsi n( si n si n )??? = a r c si n( si n si n )? = (8) 計算格林威治時間的太陽時間角 GHA： GHA = 0UT si n 0. 02 0 si n( 2 ) 2. 46 6 si n( 2 ) 0. 05 3 si n( 4 )GG ??? ? ? ? ? ? ? =? sin ? si n( 2 )? +? si n( 2 )? si n( 4 29 65 .5 54 5)?? = (9) 計算修正值 e = (10) 計算新的日出日落 時間 UT = 0 ()U T G H A lon g e? ? ?；其中“十”表示計算日出時間，“一”表示計算日落時間；以日落時間為例 日落時間： s in h s in ( ) s ina r c c o s ( )c o s ( ) c o sG la te G la t ????? ?s in ( 0 . 8 3 3 ) s in ( 4 0 . 8 1 ) s in ( 2 3 . 3 6 3 3 )a r c c o s ( )c o s ( 4 0 . 8 1 ) c o s ( 2 3 . 3 6 3 3 )e ? ? ?? ? 33 0 ()UT UT GH A lo ng e? ? ? ? =180（ +） = (11) 比較 0UT 和 UT 之差的絕對值，大于 0007小 時，把 UT作為新的日出日落時間值，重新從第 (2)步開始進行迭代計算，如此重復(fù)有當(dāng)滿足比較 0UT 和 UT 之差的絕對值，小于 0007小時 UT 為 。 (12) 上面的計算以度為單位，即 180度 =12小時，因此需要轉(zhuǎn)化為以小時表示的時間，在加上所在的時區(qū)數(shù) Zone，即要計算地的日落時間為： / 15T UT Zone?? =+7 = 即 6月 20日的日落時間為 8點零 8秒。 開關(guān)燈時間的確定 由于大氣層散射的存在，因此日落的時刻天還沒有完全黑，還要持續(xù)一段時間，且不同季節(jié)，持續(xù)的時間長短不一樣，夏季持續(xù)時間長，冬季持續(xù)時間短，這段時間稱為黃昏。黃昏可分為三段，民間黃昏、航海黃昏和天文黃昏。民間黃昏是指日落后天還很亮，可以進行一般的室外活動，這段時間一直到太陽位置為負(fù) 6度。航海黃昏是指天已比較黑，能夠看到明亮的星星，但還能看到地平線，這段時間一直持續(xù)到太陽位置為負(fù) 12度，天文黃昏是 指天空還比較亮，不能進行可靠的天文觀測，這段時間一直持續(xù)到太陽位置為負(fù) 18度。在日出之前，這一過程正好相反，這段時間稱為黎明。 由于黃昏、黎明的存在，因此不能將日出日落時刻直接作為路燈開關(guān)的時間，需要對日出日落時刻進行修正，這有利于降低電能消耗，節(jié)約運行成本。選擇大陽位置 h值，按選擇的 h值，計算黃昏黎明時刻并作為開關(guān)燈時間，通常 h在負(fù) 負(fù) 6度之間。 34 結(jié) 論 隨著現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展，市政建設(shè)取得的極大發(fā)展進步。傳統(tǒng)的路燈控制與維護手段已不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化的要求。單片機、 IC芯片等技術(shù)的大 力發(fā)展給智能路燈控制發(fā)展提供了前提和基礎(chǔ)。 智能路燈控制器主要包括時鐘芯片 DS1302和單片機 AT89C51組成的時鐘控制部分， LED管的顯示部分，鍵盤對時部分，開關(guān)量輸出驅(qū)動繼電器接觸器部分，看門狗部分和通信部分。本文主要介紹了單片機和時鐘芯片 DS1302組成的時鐘控制部分和鍵盤對 DS1302的對時部分，使控制器實現(xiàn)精確的時間控制，主要功能和特性如下： 1．根據(jù)經(jīng)緯度，對不同地區(qū)、不同地點準(zhǔn)確自動的時間控制，日出關(guān)燈，日落開燈； 2．隨時可進行對時操作，外部中斷進入對時子程序，使 CPU高效率使用，不會因鍵盤掃描浪費 CPU效率，也不會因長時間不使用，鍵盤故障而使程序進入死循環(huán)； 3．有看門狗芯片 X25045進行看護，不會因常時間無