模擬路燈控制系統設計

摘要：模擬路燈控制系統以SCT89C58為控制核心。以DS1302為時(shí)鐘源，以紅外線(xiàn)傳感器、光學(xué)傳感器對移動(dòng)物體和環(huán)境明暗變化進(jìn)行信息采集，通過(guò)軟件編程能實(shí)時(shí)顯示時(shí)鐘和設定、顯示開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，控制整條支路根據設定時(shí)間、環(huán)境明暗、交通情況自動(dòng)開(kāi)燈、關(guān)燈、調節亮燈狀態(tài)或獨立控制單燈開(kāi)和關(guān)，并能根據布設在支路單元上的光敏器件的采集信息進(jìn)行路燈故障聲光報警。在設計中編程語(yǔ)言使用了C51，并采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。因此，本系統具有性能優(yōu)良、穩定可靠、節能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：SCT89C58；路燈控制；人機接口；節能環(huán)保

照明工程迅猛發(fā)展，其路燈數量的增大，而且功耗和性能大不提高，因而對路燈定時(shí)器控制的要求比較精確。目前，路燈開(kāi)關(guān)燈控制方法多為傳統的“鐘控”和“光控”。因此，系統不能適應天氣突變與季節變化等自然情況，且容易受外部環(huán)境干擾，靈敏度低，可靠性也較差。從而會(huì )出現：開(kāi)燈早，關(guān)燈晚；或者開(kāi)燈晚，關(guān)燈早的現象。前者會(huì )造成巨大的電能浪費，后者會(huì )損害城市形象、影響社會(huì )治安和交通安全，從而影響城市的投資環(huán)境。本設計利用微型計算機技術(shù)對傳統的兩種方式進(jìn)行了優(yōu)化，使之能實(shí)現控制開(kāi)關(guān)燈的合理化、科學(xué)化。

1 總體系統設計
該模擬路燈控制系統選用STC89C58作為整個(gè)模擬路燈控制系統的控制芯片，利用優(yōu)化的C語(yǔ)言編程方案實(shí)現路燈的控制功能?？刂破饕訢S1302為時(shí)鐘源，通過(guò)12864液晶顯示模塊適時(shí)顯示時(shí)鐘和監測系統運行狀態(tài)，并利用4鍵獨立式鍵盤(pán)提供用戶(hù)設置界面。系統提供2種工作模式：人工控制模式和自動(dòng)控制模式。在人工控制模式下，操作員通過(guò)主控制臺上的按鈕設置路燈的開(kāi)關(guān)時(shí)間，也可直接控制單燈的開(kāi)與關(guān)；在自動(dòng)控制模式下，光敏電阻采集路燈所處環(huán)境的光亮度，紅外對管識別是否有物體通過(guò)。從而使控制器完成對路燈及時(shí)控制的目的。如果路燈出現故障，布設在支路單元上的光敏器件就會(huì )采集LED燈的故障信息，然后由單片機控制路燈故障聲光報警機構報警。LED燈以恒流電源為驅動(dòng)源，單片機根據設定信息通過(guò)控制器可使恒流源工作或者停止工作實(shí)現LED調光功能。系統硬件方框總圖如圖1所示。

2 硬件組成與原理
硬件設計是整個(gè)系統的基礎，要考慮的方方面面很多，除了實(shí)現模擬路燈控制系統基本功能以外，主要還要考慮如下幾個(gè)因素：1)系統穩定度；2)器件的通用性或易選購性；3)軟件編程的易實(shí)現性；4)系統其它功能及性能指標。因此只有合理的硬件設計才能更好的與軟件控制相結合，從而達到整體性好，人性化強、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
2．1 控制電路
控制電路實(shí)質(zhì)是單片機最小系統?？刂齐娐肥窍到y的核心，考慮到程序的大小選用了STC89C58單片機。它由晶體振蕩電路以及輕觸按鍵構成復位電路構成，主要是實(shí)現對外圍電路的控制功能，使各模塊電路正常有序的工作。
晶體震蕩電路結合單片機內部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時(shí)鐘頻率，作用是為系統提供基本的時(shí)鐘信號。
單片機復位電路的作用是使單片機的復位操作使單片機進(jìn)入初始化狀態(tài)，本設計中用的是按鍵電平復位，即當電路已在運行當中時(shí)，按下復位鍵后松開(kāi)，即能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現復位的操作。
2．2 獨立式鍵盤(pán)電路
獨立式鍵盤(pán)相互獨立，每個(gè)按鍵占用一根I／O口線(xiàn)，每根I／O口線(xiàn)上按鍵的工作狀態(tài)不會(huì )影響其他按鍵的工作狀態(tài)。單片機在上電運行后，連接到鍵盤(pán)一端的I／O口默認為高電平，鍵盤(pán)的另一端共地，當有按鍵動(dòng)作產(chǎn)生時(shí)，相應連接該按鍵的I／O口會(huì )被接地線(xiàn)拉成低電平，同時(shí)，與鍵盤(pán)連接的四輸入與門(mén)輸出到中斷口的電平為低，如果處理器允許中斷產(chǎn)生則會(huì )作出響應，否則，響應其他操作。
2．3 顯示電路
顯示電路用于在人機接口中反饋信息，主要由液晶模塊構成。硬件設計中選用了帶KS0108控制器的12864全點(diǎn)陣圖形式液晶。通過(guò)編程可實(shí)現對液晶顯示屏的任意位置的顯示、滾動(dòng)顯示和反顯等功能。
2．4 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路
本系統采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302，它是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，工作電壓寬達2．5～5．5 V。DS1302在硬件電路中與CPU的連接僅需要3條線(xiàn)。即SCLK、I／O、RST。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調整時(shí)間。
2．5 LED燈驅動(dòng)電路
由于單片機的I／O口不能夠直接驅動(dòng)LED燈發(fā)光，因此采用了驅動(dòng)電路來(lái)識別單片機發(fā)出的開(kāi)關(guān)燈信號，并控制路燈的亮滅。單片機給出的信號只有高低電平，為了避免開(kāi)機時(shí)單片機的I／O口處于高電平而使路燈發(fā)光，開(kāi)燈信號使用了低電平，關(guān)燈信號使用了高電平。對應兩盞燈與單片機的接口線(xiàn)為：燈1連接到P3．6，燈2連接到P3．7。
2．6 交通檢測與環(huán)境感應電路
這兩個(gè)電路都是使用傳感器實(shí)現外部信號的采集，然后送給單片機進(jìn)行處理。在器件上分別使用了紅外對管和光敏電阻，紅外對管用于移動(dòng)物體適時(shí)監測，包括紅外線(xiàn)發(fā)射管和紅外線(xiàn)接收管，是一種紅外線(xiàn)發(fā)射電路、接收電路一體使用的反射型感應開(kāi)關(guān)模塊，本身發(fā)射出一束紅外光線(xiàn)，在該紅光線(xiàn)的射程內如果有一物體擋住紅外光線(xiàn)，并將紅外光線(xiàn)反射回模塊，從而傳輸給單片機；光敏電阻通過(guò)光線(xiàn)的強弱來(lái)判斷是白天還是黑夜，在白天，光線(xiàn)較強，光敏電阻處于高阻值的狀態(tài)，因而傳給MCU低電平，在黑夜，則正好相反。
硬件設計中，交通檢測電路有3個(gè)測試點(diǎn)，與單片機接口線(xiàn)分別為P1．5、P1．6、P1．7，光敏電阻電路只輸出一個(gè)高低電平狀態(tài)，與單片機通信的口線(xiàn)為P1．4。
2．7 故障判斷與報警電路
在對多盞路燈進(jìn)行管理時(shí)，檢測故障是一件費力的事情，采用故障判斷電路能夠減少人為判斷的工作量，為了及時(shí)反映路燈故障的信息，通過(guò)報警電路加以提示，能夠及時(shí)知道路燈的工作情況，故障時(shí)就能第一時(shí)間到達現場(chǎng)進(jìn)行維修，以保證良好的交通環(huán)境。硬件設計中，故障判斷利用了光學(xué)傳感器實(shí)現，如果燈已開(kāi)而燈未，即產(chǎn)生了故障，電路會(huì )傳給單片機一個(gè)高電平信號，同時(shí)，單片機會(huì )控制報警電路工作，蜂鳴器發(fā)生且故障燈亮起。采集燈1和燈2故障信息的傳感器對應連接到單片機的P3．0和3．1口，報警電路獨立與單片機的P3．3口相連。
整機電路如圖2所示。