基于单片机的校园智能路灯控制系统
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摘要：系统以单片机STC89C51为主控制器，利用时钟芯片DS1302对路灯进行时控开关控制；由光敏器件完成对环境光照的采集和路灯故障的检测，从而实现光控开关灯和故障路灯的编号显示。该系统具有时控、光控相结合的路灯开关智能控制功能，同时还具备路灯故障检测并显示故障路灯编号的功能。
关键词：STC89C51 时钟芯片DS1302 光敏器件
中图分类号:TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)02-0025-01
1、引言
校园路灯作为校园道路交通必不可少的照明设施，既要在节约电能、提倡绿色照明环境前提下还要保证其合理的照度以确保师生的行路安全。目前绝大部分学校路灯照明控制多为“人工控制”和“光控”。“人工控制”受恶劣天气的影响及其它干扰，并且巡视困难；“光控”容易受外部环境干扰，灵敏度低而且可靠性较差，二者均不能实现控制开关灯的合理性、科学化，从而会出现开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象，不但造成电力资源的浪费，还对校园治安有所影响。
智能化道路照明系统通过在单片机的预先设计控制，实现能够使其在每天不同时段或者光照度不同情况下，对道路照明实现动态智能化管理。从而控制路灯在不同情况下工作在不同状态实现多样化的道路照明场景，从以提高其照明质量的同时获得最佳的节能效果。
2、硬件设计
基于单片机的校园智能路灯控制系统主要由控制、时钟、显示、检测和声光报警模块组成。系统以STC89C51为主控制器，采用DS1302时钟芯片计时，利用光敏电阻实现对环境光照度的采样同时实现路灯出现故障时的声光提示，用液晶LCD1602显示故障路灯的编号。系统结构图如图1所示。
2.1 时钟模块
为了实现精确的时钟功能并节省单片机I/O口资源，本系统时钟芯片选用高性能、低功耗、带RAM实时时钟芯片DS1302[1]。时钟芯片DS1302提供时钟信号给STC89C51单片机，单片机由此按照不同时段的光照度实现时控开关灯：(1)冬季时间早晨7：00关灯，晚上17：30开灯;(2)夏季时间早晨6：00关灯，晚上19：30关灯;(3)春季时间早晨6：30关灯，晚上18：30关灯。
如果想改变时控开关灯的工作时段可以通过通信模块将指令写入STC89C51芯片内，其修改操作在上位机完成。
2.2 环境明暗检测模块
环境明暗检测采用光敏电阻实现对周围光照度采样通过A/D转换从而实现。由于光敏电阻受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大[2]，从而实现光电转换通过A/D转换后提供给单片机。光敏电阻对外部光线进行采样，当光线强时，光敏电阻阻值小，A/D采集的值小，单片机控制灯灭；当光线弱时，光敏电阻阻值大，A/D采集的值大，单片机控制的灯亮。本系统中A/D芯片采用美国TI公司生产的TLC2543的12位串行模数转换器[3]。
2.3 声光报警和液晶显示模块
在本系统中采用光敏二极管的通断进行路灯设备故障的检测，由于光敏二极管的PN结装在管的顶部，可以直接受到光照射。其在电路中一般是处于反向工作状态，在没有光照射时，反向电阻很大，反向电流很小；当光照射在PN结上时，光子打在PN结附近，使PN结附近产生光生电子和光生空穴对，它们在PN结处的内电场作用下作定向运动，形成光电流。光的照度越大，光电流越大。因此光敏二极管在不受光照射时，处于截止状态，受光照射时，处于导通状态。由此采用光敏二极管检测路灯是否正常工作，如果出现故障STC89C51启动声光报警装置，同时由LCD1602显示故障路灯的编号。
3、软件设计
本系统的软件程序主要包括液晶显示程序、A/D转换程序、时钟管理程序、通信程序、设备故障检测程序、开关程序、声光报警程序，并通过调用上述程序完成系统的全部功能。
4、结语
本系统以单片机为主控制器，利用时钟芯片对路灯进行时控开关控制；由光敏器件完成对环境光照的采集和路灯故障的检测，从而实现光控开关灯和故障路灯的编号显示。该设计的智能化路灯控制系统具有时控、光控相结合，在提高师生校园夜间行走的安全感、有效防止校园犯罪活动、美化校园环境、节省电力资源构建良好的校园环境上具有一定的实用价值。
致谢：本文得到了李祖欣博士的细心指导，在此表示感谢！
参考文献
[1]杨文显.微型计算机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,2006.
[2]王庆有.光电传感器应用技术[M]. 机械工业出版社,2007.
[3]李健,蒋全胜,任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机,2010,23(6):110-112.
[4]王玉巧,胡玉玺.基于单片机的路灯智能控制系统[J].山东轻工业学院学报,2010,24(4):70-72.