智能路灯控制系统
1、需求分析
1．1设计背景
城市亮化作为形象工程的重要组成部分，越来越被政府所重视，大量的资金投入进行建设和改造，使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但问题也随之而来，能耗的逐年攀升，由此产生的某些问题亦逐渐显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难；光污染现象严重……这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，急切加以解决。
尤其是在当前环境条件每况愈下的形势下，低碳、节能、环保越来越收到人们的重视。
旧式的控制系统存在功耗大，公共资源得不到充分应用，效率低等消极影响。
伴随着微电子技术的发展和单片机技术在各行各业中的应用，近几十年来,基于单片机的交通灯智能控制系统对城市路灯系统进行全面的升级,不仅实现了智能控制，而且降低了运行成本。
因此，智能路灯控制系统的推广，可以改变城建系统企业传统的管理服务方式，提高服务效率，并对提高城市形象起到了极大的推动作用。
智能照明调控系统为照明设备提供各种自动化控制功能，通过电脑控制和管理软件实现无故障智能化和无人值守，提高安全可靠性，实现城市照明智能化管理。
更深远意义在于，通过节约可观的电能消耗，就可以有效的减少火力发电厂(2002年火力发电占我国年总发电量的81．83%)对大气CO、SO、NO和粉尘、灰渣的排放量，减少污染，保护环境。
本系统正是本着节能减排，保护环境的目的，开发设计的一个模拟路灯控制系统。
通过软件控制，来分别实现路定时开关路灯，路灯开关灯时间可调，跟据环境明暗状况自动开关灯，跟近车辆经过情况自动调节路灯亮灭，以及故障报警、功率调节等功能。
1．2 设计意义
路灯节能系统产生的直接及间接的社会经济效益是巨大的。
1．我们可以通过直观的计算来判断：单从电费支出上可以看出，采用智能路灯节能控制设备后，以最低节电率计算，每年可节省大量的财政支出；
2．路灯控制系统技术的提升，又可大大降低全市路灯的维护量，缩减运行维护成本，节约财政支出。
3．倘若全国路灯管理部门都能积极采用新技术的话，除了节约大量电费和维护资金以外，同时还可节约大批的原煤等资源，更有利于环境保护，既节约了能源又落实了国家可持续发展的方针政策。
高科技技术节能产品的应用如果能够在我国城市路灯行业得以全面推广和
应用，那么它所创造巨大的社会效益及其产生的深远影响都是不可估量的。
1、3系统设计目标
基于此，我们设计了基于单片机控制的智能交通路灯控制系统，能实现一下功能要求：
1）．基本要求
（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。
（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。
（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图1．2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。
（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。
（5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。
图1．1 示意图
图1．2
2）．发挥部分
（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。
（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。
（3）其它（性价比等）。
3）．说明
（1）光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。
（2）自制的LED驱动电源不得使用产品模块。
（3）自制的LED驱动电源输出端需留有电流、电压测量点。
（4）系统中不得采用接触式传感器。
2、总体设计
本设计由主控单元、LCD显示模块、物体检测模块、环境明暗检测模块、电源模块、功率调节等模块组成，其结构框图如图2．1所示。
图2．1 模拟路灯控制系统结构框图
方案：支路控制器采用AT89S52单片机为核心，控制两个单元电路。
应用独立式按键进行功能选择，通过12864液晶实时显示设定时间、故障路灯编号和功率调节的范围。
通过光敏电阻检测环境明暗程度实现自动开灯和关灯功能，同时还能检测路灯故障。
应用漫反射式红外光电开关对物体运动状态进行检测，当物体经过设定位置时，光电开关把检测到的信号传给支路控制驱动模块，主控单元发出指令，通过单元控制驱动模块来调节LED路灯工作状态。
本方案完全满足本题目需求，控制结构简单，成本低，许多功能通过软件实现，整个电路元器件少，系统完全由一个单片机控制，LCD液晶12864显示更直观、清晰，系统具有更好的稳定性，性价比高。
因此，我们采用方案二。
3、系统硬件设计
3．1 AT89S52单片机的内部组成
AT89S52内部有8 KB ROM，基本组成如错误!未找到引用源。
所示。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。
3．2 显示模块设计
采用点阵式液晶显示器（LCD）显示。
LCD功能强大，可显示各种字体的数字、汉字、图像，还可以自定义显示内容，显示灵活生动，同时配有4*4键盘更便于工作人员操作。
3．3 物体检测模块设计
本模块用来检测交通状况。
当车辆经过时，路灯自动亮灭变化，从而实现路灯根据交通状况自动调节其亮灭状态功能。
案二：采用漫反射式光电开关检测物体运动状态。
当物体经过某一指定地点时，传感器感应到物体，并把信号传给控制单元，再由控制单元发出指令控制路灯亮灭，从而有效实现路况检测功能。
该方案具有有效、直观，电路和程序控制更简单明了，稳定性也相对较强等优点。
因此我们选用了方案二。
3．4 环境监测单元设计
本单元采用光敏电阻检测环境明暗变化，
电阻感应到光线变化时，理，再由控制单元控制路灯的亮灭。
如图3．4共有四路检测单元，备用1路。
3．5 电源单元设计
（1）电压源：整流、滤波、稳压，向系统提供+5V 电源
（2）恒流源：该电流源将工频交流电经过变压、整流、滤波、电阻的分流、分压及三极管的稳流、放大，最后向1W LED 灯提供恒定300mA 的电流
3．6 功率调节单元设计
本单元利用单片机控制PWM 信号，再经过三极管、固态继电器进行功率放大，实现对功率的有效调节，使驱动功率在规定时间内自动减小，其调节范围可在20%~100%内设定。
如图3．9所示。
本电路可加稳压电源或恒流电源，可通过电路硬件进行设置。
同时负载电流和电压通过单元控制器的电压表和电流表进
行监视，由此可得：
8k
8
敏
Ω=--=
2001009
.12I
V R CC
3．7 系统各模块方案设定
（1）主控芯片：采用Atmel 公司的AT89S52作为控制核心；
（2）显示模块：采用12864液晶显示；
（3）物体检测模块：选用漫反射型光电开关检测物体运动状态；
（4）环境检测模块：使用光敏电阻来实现对环境明暗状况的检测；
（5）驱动模块：自制+5V稳压源和300mA恒流源；
（6）功率调节模块：单片机控制PWM信号调制。
总硬件电路图见附图1所示。
4、软件系统设计
4．1 系统软件设计说明
在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。
因此，软件设计在微机控制系统设计中占重要地位。
在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。
数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。
过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。
为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。
所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。
模块程序设计法的主要优点是：
单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；
模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；
模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。
4．2 程序结构框图
根据设计方案，系统结构框图如图4．1所示：
图4．1 系统结构框图
4、总结
1．本设计实现了题目所有的基本要求；
2．本设计实现了题目所有的发挥部分；
3．本设计采用的控制器资源有限，如果采用高级的控制芯片，我们会实现更多的控制功能，使系统更完善。
4．考虑到作品的性价比，外观设计尚有不足之处，应该进一步改进，使其更合理美观。
5．除此之外，本设计增加的创新部分功能如下：
（1）单元控制器的驱动部分能够分别采用稳压驱动和恒流驱动，两种电源供电方式。
选择方便，控制稳定。
（2）利用51系列单片机与液晶屏实现主菜单和多级子菜单功能选择、参数设定、运行与实时监控等功能，实现对路灯模拟控制系统的综合控制。
（3）增加了输出电压和电流表头指示，使输出结果和测试更直观，简便。
（4）本设计采用便宜的硬件，硬件功能通过软件实现，元件数少，可靠性高，成本低廉，性价比高，功能满足设计要求。
主程序流程图:
硬件电路原理图 :
恒流驱电源。