基于单片机的智能路灯设计

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基于单片机的智能路灯设计

作者:冯哲 田莎莎

来源:《电脑知识与技术》2017年第10期

摘要:传统的手动控制路灯已不能满足市场和社会的需求,而单片机以其体积小,价格低廉等优点在各个自动控制领域受到人们青睐。本系统采用AT89C52单片机和其他外围电路实现了智能控制路灯,本系统可以根据光线的明暗自动开关路灯,还可以实现节能控制和定时控制。该路灯照明系统更加实用,方便人们出行安全,达到了节能环保的目的。 关键词:单片机;光照;智能控制;节能 中图分类号:TP274 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2017)10-0138-04

随着经济和技术的发展,城市照明设施的功能从简单的照明发展到了美化环境,改善城市形象。单片机以其体积小,价格低廉被广泛运用于智能控制领域。因此用单片机进行路灯的智能控制既可以提高路灯控制系统的性能,又可以在一定程度上减少能源消耗。

据统计中国已经安装了大约有2亿盏路灯,并以每年2000万盏的速度增加。另外,我国大部分地区都采用人工或定时控制,全国如此多的路灯,开关控制也占用了大量的人力,而在定时控制上也有许多不合理的部分,冬夏季节的白天黑夜时间相差较大,只使用定时控制并不能解决这个问题,时时出现天还没黑路灯已在工作,冬天早晨天还未完全亮,而路灯已经熄灭,以及阴雨雾霾天气造成的能视度太低这样的特殊问题,大大影响了人们的日常出行,并间接导致交通意外的增多。本设计通过使用AT89C52单片机对路灯进行智能控制,让系统根据光照的强弱来自动开关路灯,达到节约电能并确保在需要的时候方便正确打开和关闭路灯。 1.AT89C52简介

AT89C52是美国ATMEL公司生产的高性能、低电压和低功耗的8位单片机,片内置Flash存储单元和通用的8位CPU,功能强大,在许多控制场合都可以使用。

AT89C52单片机一共有四十个引脚,本次设计中主要用到的单片机引脚介绍如下: 1)XTALl,XTAL2,RST这三个引脚用于单片机的晶振复位; 2)P2.1引脚连接光电检测电路,为单片机提供光电检测的信号;

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3)P0.1-P0.7,P2.4-P2.6引脚连接LED显示时间;

4)P3.0-P3.3引脚用于连接按键模块,调节当时时间和定时时间; 5)P3.4-P3.6引脚连接实时时钟模块,用于提供实时信息;

6)PI.O,P1.1,P1.2,P2.2和P2.3五个引脚连接路灯的驱动电路,控制路灯的打开关闭。

2.光控路灯的设计与概括

智能路灯系统的电路部分包括:主控制器、时钟、光线检测、液晶显示和按键,其需要实现的功能为:

1)根据光照的强弱智能打开关闭路灯。 21可以用按键设置时间,实现定时开关路灯。 3)在凌晨之后实现隔一亮一效果,避免浪费电资源。

如图1所示,主控制器模块的核心是AT89C52系列单片机;液晶显示模块采用LCD液晶,其功耗小,可直接与单片机连接,使用起来简单方便;光线检测模块采用光敏电阻反映外部光照强度,与电压比较器组成光电检测电路;时钟模块采用专用的时钟芯片,提供实时的时间信息,单片机可以直接读取芯片中的时钟信息,节约系统资源;按键控制模块采用X4独立键盘,较为经济实惠和简洁方便。 3.电路设计 3.1晶振电路

如图2所示为晶振电路,单片机要能正常工作,必须要使用时钟进行驱动,ATM89C52自带一个时钟振荡器,但是单片机内部振荡电路不稳定,需要外接一个振荡源才能起振,所以单片机的晶振频率是由外部振荡源决定的,大多数电路中的外部振荡源选择使用石英晶体振荡器,在这里也使用了石英晶体振荡器,将振荡器两端接到单片机的XTALl与XTAL2引脚。 AT89C52单片机的第9号引脚RST为硬件复位端,如图2所示,这里采用点触开关进行手动复位,当按下电路中的按键时,电容C3放电,对RST输出高电平,将单片机复位。 3.2光电检测电路

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光电检测电路使用光敏电阻反映外部环境的光照强度,利用了光敏电阻在不同光照强度下呈现不同阻值的特点。如下图3所示,使用LM393组成一个比较电路,作为光电检测电路的接收信号端,它的内部具有两个比较器,1、2、3号引脚为一组,5、6、7号引脚为另一组。8、4号引脚分别接电源和地。图3中用滑动变阻器来模拟光照强度的改变。当光线变强的时候,光敏电阻的阻值变小,滑动变阻器阻值下调,由于总电压不变,导致光敏电阻上面分得的电压变小,R3承担大部分电压,同相输入端电压高于反相输入端,输出管截止,输出高电平给单片机P2.1口,此信号是用于控制路灯开关的一个条件。反之,当光线暗的时候,光敏电阻的阻值变大即滑动变阻器上调增大电阻,同相输入端电压低于反相输入端,输出管导通,输出低电平给单片机P2.1口。 3.3LCD液晶显示电路

设计采用1602液晶器,该液晶显示器体积较小,重量很轻。液晶显示1602与单片机的连接如图4所示,当前时间以及定时时间由单片机传递给1602液晶显示屏,由液晶显示屏显示出来。

3.4DSl302时钟芯片电路

时钟模块由DS1302芯片实现,向单片机提供实时时间信息,DS1302上电工作时,必须把复位脚置为1,且将地址和命令送人寄存器中才能把数据初始化。它有VCCl,VCC2两个电源引脚,当给VCC2加入5V电源时,时钟芯片开始工作;关掉电源时,VCCl供电,可以防止断电丢失时间日期数据,使时钟能够连续运行。

如图5所示,DSl302的5,6,7号引脚分别接单片机的16,15,14号引脚。在凌晨和早晨五点,会通过这三个引脚给单片机发出信号,让单片机做出相应的置位操作来改变控制电路开通关断。 3.5按键电路

按键电路有四个功能:设置当前时间、设置开关路灯时间、数字加一、数字减一。如图6所示,按键与单片机的P3.0,P3.1,P3.2和P3.3四个引脚相连接。当按下第三个按键时,进入当前时间设置程序,第一个设定值“年份”开始闪烁,此时前两个按键用来调整年份数值的加一或者减一,调到正确值时,再次按下第三个按钮,“年”恢复常亮,“月”开始闪烁等待设置,依此类托。按下第四个按键,进入定时时间设定,开灯时间的“时”开始闪烁等待设置,设置方法与调整当前时间一致。 3.6路灯控制电路

路灯控制电路是整体电路中最重要的部分,起控制作用的元件是单片机,其控制功能主要通过指令来实现。

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