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节能路灯控制系统设计指导老师：贺科学学生：李浩敏学号：200784250137专业：电子信息工程目录系统软件的设计4绪论1系统总体方案设计2系统硬件的设计3总结与展望51.1课题研究的背景及意义路灯作为城市亮化工程的主要组成部分，在夜晚，起到了非常重要的作用。路灯不仅提供夜间交通安全照明，更是维持夜间治安必要的设施，从路灯设施的好坏可以看出一个城市现代化的水平，因此世界各城市对路灯设施的建设均非常重视。据资料显示，目前我国用于照明的年用电量达3216亿度，约占全国总发电量的13%，而城市照明（指景观照明和功能照明的统称）的年用电量约占全国总发电量的7%～8%。在这些数据的背后隐藏着诸多城市在积极注重城市形象建设和品位提升的同时，也造成了城市亮化照明用电消耗的大幅提升。特别是随着近几年来能源价格的大幅上涨，庞大的路灯电费开支也成了当地政府的一大负担，缺电和照明落后成为制约经济发展的瓶颈。近年来，照明节电问题被列为除动力节电以外的另一重大节电项目，这无疑对推动用电节能工作的开展，具有非常重要的意义。1.2课题研究的内容与目的课题研究内容包括：（1）单个路灯控制子系统，能根据路上人车流量的大小和光线的强弱调节路灯的强弱；（2）支路控制系统，能控制支线中某个路灯的开启与关闭；（3）通信系统，采用RS-485总线的方式，将支路中各路灯组成一个完整的控制系统。课题着眼于照明设计中路灯的控制系统，通过设计一个能自动调节光线、自动开启和关闭的智能化路灯系统，从而达到节能的目的。2.1路灯节能控制系统框图主控制器（主机）AT89S51单元控制器（从机1）AT89S51单元控制器（从机2）AT89S51恒流源1显示器时钟模块光传感器红外对管检测模块按键A/DD/A恒流源2A/DD/A串口串口串口LED1LED2声光报警模块本设计方案是基于单片机控制的路灯控制系统，以若干个AT89S51单片机为主、从控制器，利用红外对管检测定位对路面交通情况、外界环境亮度等信息进行采集，实现对路灯的智能化节能控制。此套系统具有较多的实际意义：一是省电节能，灯泡大部分实际不工作，而且节电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制；另外，维护方便快捷，接线简单，安装方便，是公共场所照明开关的理想选择。系统设置开关灯时间表，可实现路灯全夜灯和半夜灯自动定时控制，管理人员可针对具体的情况对某一个或多个终端随时进行开关控制（分组、分区、全部开关等方式）；还可根据日光的变化进行“光控”，通过主站控制器采样个时段日照强度，通过RS-485通信的方式控制从站，实现路灯的光照强度的改变，达到“光控”的目的，这样不仅节约电能，而且也保护了路灯，延长了它们的使用寿命；还可根据分站控制器的传感器感应公路上行车和行人，将这些信息反馈给主站控制中心，由主站智能控制器决定是否打开灯，以及打开灯的数量和光照强度。2.1路灯节能控制系统框图2.2支路控制框图显示装置支路控制器RS-485单元控制器1单元控制器2LED灯1LED灯2支路模块有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯；能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯；能根据交通情况自动调节亮灯状态；并能分别独立控制单只路灯的开灯和关灯时间。3.1硬件结构框图数码管显示主控制单片机按键485芯片通信时钟系统从控制单片机路灯光敏感应模块（感应外界光线强度）红外发射接收模块（感应有无车辆通过）3.1硬件结构框图本硬件结构分为两个大的模块：主机模块与支路模块，两个模块都选用MCS51系列中的AT89S51单片机作为微控制器，选择两个四联的共阴极数码管组成8位显示模块，在总体设计上采用MAX485芯片来完成主机与支路之间的通信。主机通过通信模块来接收支路上的信息，并且控制支路上路灯的亮与灭。硬件系统的工作原理为：光信号通过光电传感器转变成模拟信号，经变送器输入至A/D转换器，实现系统的开启和关闭。噪声信号通过噪声传感器转变成电信号，通过模糊控制算法实时处理人车流量信息，动态调节灯光强弱度，实现节能控制。3.2RS-485通信模块R1RE2DE3D4VCC8B7A6GND5U18MAX485RXDRT_CSTXDR77120C77VCCSINSOUTRS-485通讯是一种半双工通讯，发送和接收共用同一物理信道。在任意时刻只允许一台单机处于发送状态。因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通讯对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通讯瘫痪，无法正常工作。3.3光感应电路VCCR?RES350KRES1P1.2光敏电阻光电感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，感应器将收到之光线讯号转变成电器信号，此电器信号更可进一步作各种不同的开关及控制动作。3.4红外检测电路D?LEDQ?NPNR?1KR?390VCCP11D?LEDVCCR?470KQ?9013R?5.1KVCC3.4红外检测电路红外检测电路由电阻R、三极管Q和红外发射二极管D等元器件构成，红外发射二极管由红外辐射效率高的材料制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发中心波长为830-950nm红外光。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。红外发射二极管辐射功率随环境温度的升高（包括其本身的发热所产生的环境温度升高）会使其辐射功率下降。红外灯特别是远距离红外灯，热耗是设计和选择时应注意的问题。4.1主机程序流程图初始化发送检测LED指令有键按下？N键盘处理Y读取时间值是否为开灯时间？是否为关灯时间？环境光亮强度？环境光亮度低？红外检测到物体？通知从机关闭LED通知从机点亮LEDYN通知从机关闭LEDNY通知从机关闭LEDYN通知从机点亮LEDYN通知从机点亮LEDYN4.1主机程序流程图对于主控制器模块，系统上电后首先进行初始化，随后利用LED指令的方式对主控制系统的按键进行检测判断。若有键按下则进行手动工作模式的切换，再读取时间值；若无，则自动读取时间值。然后根据光线强度、道路人车流量从而对时钟时间、单路开关灯时间、整体开关灯时间进行设定与调整，在对各项参数的设定过程中，可以即时将调整信息通过LCD进行显示，并同步传送至各个从控制器中。4.2从机程序流程图开始初始化判断环境在明暗判断人车流量判断LED灯好坏设置实时时间、开关灯时间显示并输出相应动作对于从控制器模块，系统上电后首先进行初始化，随后利用红外检测模块与光感应模块对道路上的人车流量和光照强度的情况进行不间断的检测，并对检测信息进行即时处理，通过显示模块所显示的道路上人车流量和光照强度的情况，进而对路灯做出相应的处理。5总结与展望通过对本课题的设计与研究可以得出以下结论：(1)路灯节能控制系统采用了智能化技术，能够根据时间控制以及环境控制来需要选择控制方式，它的控制单元以插件形式安装，为维护和迅速更换元件提供了方便；(2)设计了基于单片机AT89S51芯片，红外对管检测电路、单片机外围电路等硬件电路，并实现能调光与恒照度控制功能；(3)路灯节能控制系统使用方便，制造成本合理，维护较容易，从经济角度与技术角度综合来看，具有广阔的应用前景，用一套装置可以同时控制路灯的起动和停止，且重复性好。今后可从以下几方面对系统进行改进：(1)路灯节能控制系统的智能化程度还可以进一步提高，可以朝实现远程监控方向努力，对路灯的群控和时控要进一步的研究；(2)对路面进行有针对性的研究，节能不仅仅是靠改变电压，还与路灯的设计和路面情况有很大的关系，既要保证人的照明视力，也要节约电能。