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多模式智能路灯控制系统
 

近年来,随着经济的高速发展和城市化进程的不断深入,对相应的各项市政配套设施也提出了更高的要求。路灯作为现代城市的公共基础设施,在城市的日常运作和人们的生活中起着重要作用,路灯控制系统的先进程度标志着座城市的现代化水平。目前全球面临能源危机,电力资源已经成为紧缺资源。我国存在着严重的电力资源浪费现象,因此节能降耗是需要大力推行的政策。当前很多城市路灯系统基本只能实现按时开关灯的功能,仅仅是根据设定的时间来对路灯进行相关控制,使用全夜亮灯的方式,造成了很多电能资源的浪费。随着机动车保有量的逐年上升和人口密集化发展,传统的城市路灯照明系统也显现出很多其他缺点和不足。例如:暴雨天气时即使在白天天色也是阴暗的,却缺乏必要的道路照明;在深夜及人流、车流量稀少时,路灯整夜照明,存在定程度的电力浪费问题;另外,旦路灯出现故障,只能通过路灯巡查人员检查发现,不能及时反映到照明控制系统中,给维护工作带来不便。因此,建立套具有多种工作模式的智能路灯控制系统就显得十分必要。

  单片机、1C芯片和传感器等技术的大力发展给智能路灯控制和照度模糊控制3系统的发展提供了前提和基础。采用智能化路灯控制系统不仅能够满足正常的道路照明功能,还能有效节约电力资源,使得城市的路灯系统更具科学性和人性化,同时也提高了路灯系统维护和检修的工作效率,一定程度上减少了市政工作人员的劳动强度。

  本文设计的智能路灯控制系统不仅具备基本的按时开关灯功能,而且能够根据实际道路交通的需要灵活地设置工作模式,从而实现自动控制路灯的启闭,以便能够最大程度地实现节能。另外,路灯如果发生故障,系统能够自动报警并及时通信到控制中心。

  1硬件系统结构智能路灯控制系统硬件结构如所示。该系统以AT89S52为主控模块,以DS1302为时钟模块,以光电开关H22A2为红外感应模块,以光敏电阻为测光模块,以LCD1602液晶为显示模块,以通信芯片MAX232为通信模块。另外,系统还包括故障检测模块、键盘模块和报警模块。

  2硬件电路设计21键盘模块分别与单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P1.4相连。在初始状态下,按键K1进入巷口工作模式,按键K2进入定时工作模式,按键K3进入道路工作模式。通过按键K5退出当前所在的工作模式。在定时工作模式下,首先通过按键K1、K2、K3分别对DS1302时钟芯片进行时分秒的设置并由K4键确定,之后通过按键K1、K2、K3分别对DS1302时钟芯片进行年月日的设置并由K4键确定,从而实现对DS1302时钟芯片进行时间设置及定时设置的修改。

  2.2测光模块光敏电阻器又称光导管,具有在光照射的条件下其阻值迅速减小的特性,可用于检测可见光。光检测电路如所示,NE555组成比较器并利用三极管的开关特性将信号转换为方波,其输出端与单片机的P1. 7口连接。当环境光线强度超过设定值时,光敏电阻只g1阻值减小,NE555输出低电平,三极管截止,LED指示灯灭,光检测电路往P1. 7口输出高电平,控制系统不启动工作模式;当环境光线强度低于设定值时,光敏电阻只g1阻值增大,NE555输出高电平,三极管导通,LED指示灯亮,光检测电路7口输出低电平,控制系统启动所设置的工作2.3红外感应模块红外感应电路如所示。系统工作在巷口模式时,采用红外传感器H22A2检测是否有行人及车辆的通过,并沿道路依次按照a―c所示顺序安放红外传感器,当有人、车通过红外传感器1时,传感器输出高电平,单片机对红外传感器1对应的计数值进行加1计数;当有人、车通过红外传感器2时,传感器输出高电平,单片机对传感器2对应的计数值进行加1计数,而传感器1对应的计数值进行减1计数;当有人、车通过红外传感器3时,传感器输出高电平,单片机对传感器3对应的计数值进行加1计数,而传感器2对应的计数值进行减1计数;当红外传感器对应的计数值不为0时,由路灯控制电路开启该传感器所对应的路灯;当红外传感器对应的计数值为0时,由路灯控制电路关闭该红外传感器所对应的路灯。

  2.4故障检测模块在每个路灯旁边各安装个故障检测电路(与光检测电路相同)。比较故障检测模块输出到单片机P3. 4口的信号与光检测电路输出到单片机P1.7口的信号,2种信号的高低电平若不同,单片机启动报警模块发出报警信号,并通过通信接口将故障信息传送到控制中心。

  2.5路灯控制模块及报警模块路灯控制模块主要由继电器电路构成。当P0. 4输出高电平时,三极管Q3截止,继电器不工作,即路灯控制模块保持关闭状态;当P0. 4输出低电平时,三极管Q3导通,继电器工作,路灯控制模块进入开启状态报警电路采用声报警方式。路灯故障时,单片机3口输出高电平,使得电路中的三极管导通,蜂鸣器也发出声响;当路灯无故障时,单片机P0. 3口输出低电平,报警电路不工作。

  2.6时钟模块DS1302是一款高精度时钟集成电路,它可以进行年、月、日、星期、时、分、秒计时,功能强大。时钟模块电路采用DS1302时钟芯片为该系统提供定时开关灯操作时所需的时钟信号,且时钟数据可通过键盘控制模块进行调整。

  2.7显示模块显示模块采用液晶LCD1602.在初始化模式下,液晶屏上会显示choosemode:1.IR;2.TM;3.SM分别对应着1.巷口模式;。定时模式;。道路模式“,可以根据实际需要通过按键进行模式选择。进入1.巷口模式”和道路模式“的情况下,液晶屏会根据从光检测电路输出的高、低电平,显示nowisdaytime晶屏显示”chooseT-Mode:。ai;2.al;3.on;4.tw,分别表示1.设置当前时间;2.显示2个灯定时开关的时间;3.设置第一个灯单独的开关时间;4.设置第二个灯单独定时的时间“,可以按键进行选择。在4个T-Mode模式下,在第一行显示年一月一日,第二行显示时一分一秒,并且时间可以通过键盘进行调整和设置。

  2.8通信模块系统中采用MAX232串口通信电路。由于计算机串口RS232电平是一10+10V,而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0+5V,MAX232是用来进行电平转换的,实现单片机与计算机之间的通信。通信电路如所示。

  3软件设计智能路灯控制系统运用了AT89S51单片机作为核心控制系统,通过编程来实现系统功能。主程序流通信电路程如所示。程序开始时,首先初始化单片机,然后进行智能路灯工作模式的选择,同时每次执行路灯控制模块之后都进行故障检测,当系统中光检测电路出现故障的时候,蜂鸣器就会报警,并且会在液晶LCD1602上显示出现故障的灯的编号;无故障时,开始正常工作,如光照强度弱或定时开灯时间到,则调用路灯控制子系统,否则继续判断。

  主程序流程在系统软件设计环节中须注意一些设计细节,如:按键模块的软件消抖部分是否正确有效;流量检测控制中的响应时间是否足够短,旦延迟时间太长会出现人流、车流通过后,路灯才增加亮度的无效操作;在光敏器件的抗干扰程序设计部分,采用多次判别确认的方式,2次判别间给予适当延时,确保检测到正确有效信号等。

  4结论该系统实现了多种工作模式,不仅可以自主设定、显示开关灯时间,根据环境光线明暗的变化自动判断是否启动所设置的工作模式,并利用红外检测技术很好地实现了车来灯亮、车走灯灭的功能。整个系统的工作模式可以根据实际需要进行灵活选择,性能稳定、操作简单方便、系统成本低、可靠性高。该系统具有多种工作模式选择和减少电能消耗的优点,具有一定的现实意义。

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