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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。