經(jīng)緯型智能路燈控制系統

摘要：為了使路燈照明更加節能、高效，以時(shí)鐘芯片DS12887和單片機為核心設計智能路燈控制電路，根據日期和路燈所在地的經(jīng)、緯度，計算出談地當天天黑時(shí)間和天亮時(shí)間，設定為時(shí)鐘芯片DS12887的鬧鈴，以鬧鈴觸發(fā)單片機中斷，控制路燈天黑而開(kāi)、天亮而關(guān)。該智能路燈控制系統能提高路燈的自動(dòng)化管理水平，使路燈開(kāi)關(guān)控制更加及時(shí)、合理。
關(guān)鍵詞：智能路燈；DS12887時(shí)鐘芯片；ATM89C54；中斷控制

0 引言
隨著(zhù)我國經(jīng)濟高速發(fā)展，人民生活水平日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺已成為制約國民經(jīng)發(fā)展的突出矛盾。目前我國照明消耗的電能約占電生產(chǎn)總量的10％～20％，而城市公共照明則在照明用電中占30％，并且近幾年隨著(zhù)讓城市亮起來(lái)口號的提出，全國路燈的數量仍在迅猛地增長(cháng)。公共路燈節的口號便由此而提出。通常的節能途徑有兩個(gè)：一個(gè)采用節能光源；二是采用合理的控制線(xiàn)路。本文在使用節能光源的情況下采用經(jīng)緯型路燈控制器來(lái)實(shí)現路燈節能。
經(jīng)緯型路燈控制器，采用單片機技術(shù)，模擬日照規律，天黑能自動(dòng)開(kāi)燈，天亮能自動(dòng)關(guān)燈。它具有光控開(kāi)關(guān)自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，克服了光控開(kāi)關(guān)易受干擾的缺點(diǎn)；具有定時(shí)開(kāi)關(guān)定時(shí)精確的長(cháng)處，克服了定時(shí)開(kāi)關(guān)不會(huì )自動(dòng)變換開(kāi)關(guān)時(shí)間的短處。這類(lèi)路燈控制器開(kāi)關(guān)燈時(shí)間合理、準確，有利于節省電力，目前路燈管理部門(mén)大都使用這類(lèi)產(chǎn)品。但是目前經(jīng)緯型路燈控制系統中多采用DS1302時(shí)鐘芯片，該芯片沒(méi)有鬧鈴功能，只能采用查詢(xún)方式，能耗開(kāi)支較大，這也是目前國內下位機設計的通病。本文設計的經(jīng)緯型智能路燈控制系統采用DS12887時(shí)鐘芯片，該芯片具有鬧鈴功能，鬧鈴時(shí)間到可觸發(fā)單片機中斷，通過(guò)中斷方式控制路燈開(kāi)關(guān)，免去了查詢(xún)開(kāi)支，降低了能耗，提升了下位機的工作效率。

1 DS12887時(shí)鐘芯片概述
實(shí)時(shí)鐘是電子控制和通信設備中常用的器件。美國DALLAS公司推出的實(shí)時(shí)鐘芯片DS12887，外圍電路簡(jiǎn)單，除具有精確時(shí)鐘外，還帶有114 B掉電不易失的通用RAM，因此深受用戶(hù)的歡迎。8位地址數據總線(xiàn)分時(shí)復用的DS12887與同樣外部總線(xiàn)結構的MCU接口連接非常方便。DS12 887主要特性如下：
(1)內含一個(gè)鋰電池，斷電后運行十年以上不丟失數據；
(2)可計秒、分、時(shí)、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能；
(3)采用二進(jìn)制數碼或BCD碼表示時(shí)間、日歷和定鬧；
(4)采用12小時(shí)或24小時(shí)制，12小時(shí)時(shí)鐘模式帶有PM和AM指示，有夏令時(shí)功能；
(5)可選Motorola和Intel總線(xiàn)時(shí)序；
(6)可編程方波信號輸出；
(7)有128 B RAM單元與軟件接口，其中14 B作為時(shí)鐘和控制寄存器，114 B為通用RAM，所有RAM單元數據都具有掉電保護功能；
(8)中斷信號輸出(IRQ)和總線(xiàn)兼容，定鬧中斷、周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進(jìn)行測試。

2 系統功能描述
2．1 自動(dòng)定時(shí)開(kāi)關(guān)燈
智能路燈控制系統根據路燈所在地的經(jīng)緯度與每天日期，運用一系列天文公式，自動(dòng)計算出該天天黑時(shí)間和天亮時(shí)間。在系統時(shí)間設定后，系統自動(dòng)把當前時(shí)間與當天天黑天亮時(shí)間作比較，確定初始路燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并把此時(shí)之后的第一個(gè)天黑時(shí)間或天亮時(shí)間設定為定時(shí)芯片DS12887的鬧鈴時(shí)間；鬧鈴時(shí)間到，引發(fā)系統中斷，通過(guò)繼電器開(kāi)關(guān)改變路燈開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并把下一個(gè)天黑時(shí)間或天亮時(shí)間設定為鬧鈴時(shí)間，如此循環(huán)往復，自動(dòng)根據每天天黑天亮時(shí)間開(kāi)關(guān)路燈。
2．2 顯示、調整系統時(shí)間
可以利用功能按鍵，觸發(fā)外部中斷，在LCD屏上顯示系統日期和時(shí)鐘，并可以手動(dòng)對系統當前的年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間要素進(jìn)行修改。日期和時(shí)間修改后，系統自動(dòng)設定路燈開(kāi)關(guān)鬧鈴。
2．3 顯示、調整鬧鈴時(shí)間
可以利用功能按鍵，觸發(fā)外部中斷，在LCD屏上顯示下次鬧鈴時(shí)間，也就是查詢(xún)當天的天亮或天黑時(shí)間——路燈亮之前顯示的是路燈的開(kāi)燈時(shí)間，路燈亮之后顯示的是路燈的關(guān)閉時(shí)間。此外，還可以針對日食、陰天等特殊情況手動(dòng)調整鬧鈴時(shí)間，比如可以手動(dòng)把開(kāi)燈時(shí)間設定到日食前幾分鐘，路燈開(kāi)啟之后，再手動(dòng)把關(guān)燈時(shí)間設定在日食過(guò)后幾分鐘，下一個(gè)開(kāi)燈時(shí)間則由系統自動(dòng)按照正常情況設定。

3 硬件電路的設計
智能路燈控制系統的硬件部分包括：復位電路、液晶顯示驅動(dòng)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、鍵盤(pán)處理電路和繼電器驅動(dòng)電路等部分。
使用Proteus對該電路進(jìn)行仿真，用Led燈模擬路燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，包括復位電路、液晶顯示驅動(dòng)電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和按鍵處理電路等；單片機采用了ATM89C54，也可以采用其他單片機；功能按鍵包括ITN0，S1，S2，S3，S4，分別用于觸發(fā)外部中斷、顯示時(shí)間、加一、減一、顯示鬧鈴。

4 程序設計
程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。主程序流程如圖1所示。主程序初始化后，開(kāi)外部中斷，隨即轉入空語(yǔ)句循環(huán)。系統功能主要在中斷服務(wù)程序中實(shí)現。2個(gè)主要中斷服務(wù)程序是按鍵中斷服務(wù)程序和鬧鈴中斷服務(wù)程序。