路灯节电控制电路的功能 路灯节电控制电路功能简介

路灯节电控制电路的功能 路灯节电控制电路功能简介

只要功夫深铁杵磨成针-拖地的过程作文

数控技术 ｌ数字技术 寸ｒ ａ

－￣．Ｎｉ．．１１１

节能路灯控制电路的设计与实现

曹金玲

（天津电子信息职业技术学院天津３００１３２）

摘要：路灯控制系统在城市中的用途很广泛，但大部分的路灯设计是根据规定好的时间开灯和关灯，整夜路灯是开着，这样浪费了大量的

能源为了节肖能源，设计了该节能路灯控制系统，能根据环境明暗变化自动开灯和关灯，平常夜晚灯是低照度，有车和人过来时，在有效范

围内，灯亮度达到最亮 该系统基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法实现了理想设计效果，达到了节能的目的

关键词：模拟路灯时钟传感器节能

中图分类号：ＴＰ３６８．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１ ６（２０１１）１０—００ｌ４—０３

１、前言

近 来，Ｉ 家大力提倡节能减排，而传统的路灯控制方式多

数避集中、定时控制 开天状态，Ｉｍ且孑Ｆ 些城市中，除ｒ：卜Ｔ

道外，还彳『很多支１ 道币ｌ】小的路段，这些街道在夜晚的人流量和

１ 流 都比较少，但足， 使没有人或１ 经过，这些路灯也是长

期 亮的，电能就被［Ｊ ＬＪ浪费掉 。如果我们采取一定的 ｌＪ Ｎｕ措

施，比 说人流少的码路实现自动控制路灯，就可以收到明显的

能效 。 能源ｒｔ益紧张的今天，特别是很多城市存在电力小

的 ，这儿疑足非常什意义的。…丁以ｆ 原冈，我ｆ『Ｊ设计ｒ

种鬲效率的 能＝ｔｌｔ －．Ｈ￣ Ｇ路灯控制系统。能根据环境明暗变化自动

灯ｆ【ｌ火灯，甲常傻晚路灯设计是低照度，当有车辆经过时，红

仃设范…『Ｊ、Ｊ，路灯 度达到最亮。 １ 辆通过以后，路灯恢复到

低照度，这样就可以最人限度的提高路灯的照明效率，达到节约

能源ｎ勺『１的。

２、方案论证

２．１单片机的选择

纠能节电路灯控制电路最关键的部件是单片机，单片机选择有

多利ｔ 案：

办集 ：采用ＦＰＧＡ作为系统控制器。ＦＰＧＡ功能强人，可以

符种复 的 辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成

・块 ” ，减少ｒ体 ，提高ｒ稳定性，并且 应用ＥＤＡ软

什仿 、州试，易ｒ进行功能扩展。ＦＰＧＡ采用ｌ许行的Ｉ／ＯＦｌ方式，

提高厂系统的处理速度，适合作为大规模吱时系统控制核心。但

…Ｊ 小 计对数据处理的速度要求不高，ＦＰＧＡ的高速处理的优

小纠允分体现，评Ｈ．具成本偏高，引脚较多，硬件电路ｍ线

。

案 ：采Ｈｊ人ＶＲ单Ｈ机作为系统控制器。ＡＶＲ的运行速度

伙，１／Ｏｌ Ｉ功能灶，具 Ａ／１）￣换等电路。 ｉ价格比较高，考虑刨本

系统 求迎度不岛，所以放弃采川ｆ ＡＶＲ作为控制器。

，Ｊ案 ：采Ｊ｛ｊ八 ＦＭＨ 公１ｄ的ＡＴ８９Ｓ５２作为系统摔 器…。单片

机算术运 功能 ，软什编 活、门山度大，斤儿 功耗低、体干Ｊｌ

小、技术成熟和成小低 优点。

，Ｊ案ｌＪｕ：采川Ｔｌ公州 ｆｉ 的低功耗ＭＳＩ ４３０单 机ｌ 。优点功耗

低、稳定 Ｐｌ－ ，体ｌ干！ 小、价格通中，软什编 灵活、Ｉ ｉ由度人，＿『ｌｆ Ｈ｛软

什编 脱各种算法干ｕ逻辑控制。

以 分析拟¨办案四，由ＭＳＰ４３０Ｆ４１３作为控制核心，其

功耗低，稳定性妤。

２．２主控制器（支路控制器）和单元控制器

ｉ！控制器包含有：ＣＰＵ、键盘、 示、时钟电路、声光报警电路、

无线模块、测光电路、测物电路。

单元控制器包含有：ＣＰＵ、厄线模块、恒流源控制模块、检测

电路、灯‘。．ｉｉ控制器和单元控制器之间通过无线模块￥４４３２完成

通信。

ｊ！控制器ｎ丁以通过键盘可设灯的开灯时间和关灯Ｈ４１＇．Ｊ；存数码

管Ｊ 显示时『白】等信息；测光电路可以完成光的检测等功能ｌ３】，当检测

纠光线暗时，控制灯开启，光线亮时，灯灭。测物电路 贵检测足

有人和物体通过，灯光处Ｊ 开启状念，同时检测刨厄人和物体通过，

这时各个灯的光线处于低照度状态，当第‘个 元控制器榆测到

人或物体通过时，灯的光线从最暗逐渐变亮，人或物体钊达灯下＿Ｉ１『

灯光达到最亮，然后，灯光从最亮逐渐变纠最暗，第 个灯重复进

第一・个灯的动作，依次类推。

单元控制器上要负责开关灯、接收主控制器信号 通信工作、

调灯光的亮度、检测灯打开否 。通信主要Ｔ作足收 ＇Ｌ控制器命令做

＿Ｊｆ灯、关灯、灯的亮度从２０％一１００％变化，町分成８档控制，恒流源

电路接一片４０５１ 片，完成８档自动控制。如果有故障向ｊ卜控制器发

出命令，告知故障信息，并通过声光报警。

２．３通信方式

通信方式可以采用有线通信和凡线通信两种方式。有线通信布

线 难，成本高，以后维护成本也高。现在的无线通信技术已经很成

熟，各种ｆ 家、各种型号品种齐全，通信距离也能达到很远，综合性

能价格比分析，决定采用无线模块Ｓｉ４４３２。

Ｓｉ４４３２无线收发器是Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｓ公刮ＥＺＲａｄｉｏＰｒｏ） Ｉ ｉ线 ｝１

的－・款非常有代表性的 ：片，支持频率范围２４０—９３０Ｍｔｔｚ，输…功

率最大为＋２０ｄＢｍ，灵敏度达一１１７ｄＢｍ，距离可以达到ｌ公 有 Ｊ。

Ｓｉ４４３２卜ｊ主机ＭＣＵ之间的通信是通过ＳＰＩ ｅ２，线！ 脱的 ｉ０ 涉及

ＳＣＩ Ｋ、ＳＤＩ、ＳＤＯ和ｎＳＥＬ四个引脚。通常‘个ｓＩ Ｉ总线改。刊柴作ｆｊＪ以

卜儿部分绀成：渎写标志（１ｂｉｔ），地址（７ｂｉｔ）币¨数 （８ｂｉｔ）。陵 ｊ杯

位指示当ｆ，｝ｉ＿『操作是读还足写；７位地址指示操作埘象， ・ｆ ．址ｌ２８个

８位控制寄存器ｒ｛ｔ的任意‘个；数 域包含 人或漠…Ｖ，Ｊｓｉ４４３２『Ｊ、Ｊ

部寄存器的内脊。 ｛ 每８个时钟信 ，Ｓｉ４４３２￣１４＇ｆ：地址或数｛ｌｆ 域ｒｌ１

的内容。Ｓｉ４４３２ｑ ｓｃＩ Ｋ串行时钟信号的述率ｉｔ ＪＩ 没定，最人＿ＩＪ

１０ＭＩ１Ｚ。埘ｒ陂操作， 卡ＪＬＭＣＵ发送ｌ６ 操作ｉｑ嵛（陂。ｊ杯 化

设定为０，７位地址没定为要读取的奇仃 地址，这ｔｉ，｝８位数 ：被忽

略） 。 接卜）Ｉ∈的８个时钟信号周期Ｉ｝ｌ，饵个川 的低ＩＵ、｛ 阶段，做

选择的寄行器内容中的各位被依次锁仃ｆｑＳ１）Ｏ总线 化 ｍ，

低位布后）。

２．４传感器的选择

方案・：使用光电传感器。其优点是结构简单，价格低廉；缺点

是精度低、不灵敏。

数字技术 数控技术

方案二：选用汽牛地感传感器。成本高、不延年。

方案三：选择霍尔传感器。因其工作可靠、寿命长、功耗低、复定

位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。

夺设计采＿Ｌ｝ｊ方案 ，实现定他点的检测。

３、理论分析与设计

３．１系统总体设计

根据选择的方案，系统总体设计 如同ｌ所示。

示

・Ｉ钟电路Ｌ １

Ｉ １

ｌｌ 制

ｉ声比 ｌ

ｌ｛【迁篱； ▲ ▲

ｆｔＺ源 ｌ＿此，江眨ｌ

乜 伶测Ｉ

Ｉ ＥＤ １ ＥＤ

▲ 一 ▲

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控制器；ｊ控制器 Ｉ

ｊ

▲ ▲

ｌ

图１系统框图

Ｆｉｇｕ ｒｅ １ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂｌｏｃｋ Ｄｉａｇｒａｍ

３ ２信号采集模块的设计

信号采集慢块也括物体检洲侵块和环境明暗榆洲侵块，阿 功

能 １卜：

３．２ １物体检测模块

该模块需 检测小 的移动，并根据小１Ｉ的移动进 路灯

开关的自动控制。基丁此目的采用探测距离远、灵敏度高的反

射式比电传感 进行检测，当传感器检洲到小牟时，传感器给

单片机‘个信号，然后 片机对路灯进行俞 控制，达到题目

要求。

３．２．２环境明暗检测模块

该模块需要检ｉｌ）１１】环境光的变化，根据环境光的明暗进行路灯

关的自动控制。 Ｊ 此要求采用由光敏电阻组成的分压电路进

仃俭测。光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阳

值迅速减小， 用丁榆测可见光。 不 的光强下，光敏电阻的电

阻值会发生ＨＪＪ 变化，光敏电阻器足利用半导体ｒＹ，ｊ￣电效Ｊ，，Ｙ．ｆｌｉＩ成

的‘种电 值随入射比的强弱 改变的电阻器；入射光强，电

减小，入射光通过俭测 川光强 电ｍ值的变化量来控制路灯的

开和关。

３．３恒流源模块

３ ３ １原理介绍

恒流源足输ｆｌＩ ＩＩＺ流保持 变的『乜流源，而 想『『勺 流源为：

ａ）小 饥裁（输…电Ｊｌ ）变化而政 。

ｂ）不 环境濉度变化 改变。

Ｃ）ｌＪ、ＪｌｊＩ【为尤限人。

∽ 一（等…击 一 【口ｊ～ Ｕ ｌ一－Ｕｔ—ｌ＝ ． ∞ｔｆＣｌ 。输出电压燹化 Ａ

（６） 。＿ｆ

ｋ ａＴ ０］一 １矗度变化 。 』

从 假箭特 ［１ｆｌ线ｌｌＪ ，一：ｆｉ￣ｌＸ： ｆ（，３ＩＣ受ＩＩｊ影响， ＶＣＩ￡埘ＩＣ

的影响 微。 此， ｉ婴ＩＩ３俯…定，Ｉｃ亦都＿Ｉ『以 定，输ｆｆＩ电流ＩｏＥＩＩ

流经负载的Ｉｃ。

，ｏ＝１ｃ

ｚ声×，Ｊ

＝卢 一声等 ０ ｆ３—２） 假授 ＞ ．材）

电流镜电路，电流镜是‘个输入电流Ｉ 与输出电流Ｉ 目等的电路：

Ｑｌ和Ｑ２的特性相同，￣［ＪＶＢＥ１＝ＶＢＥ２，Ｂ １＝ｐ ２。

由於 ∞－，曩

∞

（１ｅ・８／ ．｜）

（，ａ一， －』０）

．

Ｖ∞一ＶＨ

圮。— 一 ｆ ３－３１

≈＂

’－Ｅ －－，ｏ（‰＞＞ｃｎ）

３．３．２恒流源电路设计

恒流源电路如罔３所示， 中的第‘组运放电路是跟随器，对输

入的电压取样电路进行阻抗变换。最前面的双向开关负责将正负

１２Ｖ电Ｊ上接入，这个电压是运放的供电电压，并提供给其他线路作

为电源输入，Ｃ２４￣ｌｌＣ２５电容足运放正负电源端的滤波电容，紧靠运

放电源引脚。Ｉ｛ｌ１和电化器Ｉ ｗ４绀成ｒ 个电压取样电路，通过改

变电 器ＲＷ４滑动端的位置取ｔｆｊ小同的电压值，同时这个取 的

电压值也是输…［乜流的止比例控制值，电位器滑动头的电压就按照

巾联分压ｎ々方式计算得…， 端的Ｒ１５和电容Ｃ２０作为取Ｊｈ电压信

号的叭容滤波电路， 为后端接的是运放的正端，电位器的滑动头

１ 输…电流。运放的１脚输ｔｔ 々电 等丁３脚的电压，既是电位器滑

动端的电雎值。如果 【｝ｊ 机控制恒流源电路，就需要把电位器

ＲＷ４换成４０５１ 片，或背换成数字电位器９３ｌ３，这样，就可以完全

实现光线从暗到亮，或从亮列暗自动控制。运放 面的Ｒ１２￣ＩＩＤ９是

供电电源１２Ｖ的指尔电路，１２Ｖ通过开关供给后Ｄ９发光指示电压正

常。

图２恒流源电路

Ｆｉｇｕ ｒｅ ２ Ｃｏｎｓｔａｎｔ ＣＵ ｒｒｅｎｔ ｓｏｕ ｒｃｅ ｃｉｒｃｕｉｔ

Ｇｉｔ￣ｆ＠‘组运放越实现电压刮恒流的转换，电路中仃正反馈也

仃负反馈， 线路足稳定的状念，计算的时候运放也是按照虚短卡¨

虚凼ｉｒｆＪ￣－析 ‘式，ｃ２ｌ足电 信号的滤波电容，假设 ・组运放ｌ脚

输…ｌ，『勺ｆｔＵＥ址Ｖ，第 组运放５脚 端的电 是Ｖｌ，那么电阻ＲＳｌ

端的电Ｊ 为２Ｖｌ，ｆ 为ｄ２１；ｔ【Ｉ １６ａｌＩ １ ８足牛ＩＪ 的数值。电阻ＲＳｌ什

端的Ｉ 按照１ ｌ ３干¨Ｉ｛１４分Ｊｌｉ『乜路计算的 数ｆｌＩ｛． Ｖ１一（Ｖ—Ｖ１）

２ｖｌ Ｖ，这样我们就Ｉ叮以 算…ｔ Ｉ Ｓｌ 端的电』１ｉ是Ｖ，所以流过

ＲＳｌ ｄＪ，ＦＩｌ的电流址 定的，，ｊ外考虑钏ＲＸｌ干¨Ｒｌ３相，￣ｊＩ￣Ｓ１和 载

ｆ１＂３Ｉ；Ｉ【值小 川‘个数带级，比他们人好多倍， 此流过ＲＳ１的电流

基本部流 负载，很少 ｌ佝电流流向Ｉ １３￣Ｉ１ＲＸ１，所以输…的电流

基本足恒定的。在以上的计算中Ｖ１的数值是不确定的，他是根据负

载的人小变化的， 是不沦Ｖ１的数值怎么变化，通过计算可以知道

流过电ＦＨＲＳ１的电流是不变的，它两端的电压是Ｖ，而Ｖ这个电压值

一

～

一一 ｝ＩＬ ． 磊

数控技术

是第一组运放的输出，在电位器不调节的时候Ｖ的数值是固定的，

流过ＲＳ１的电流不变，所以输出电流也不变，实现恒流控制。

后面 一组运放电路中ｑ４三极管的作用时增大运放的电流输出

能力，因为负载比较小，运放驱动能力可能不够，Ｒ１９基本没有作用

在电路中，ＲＸ１可能是负载或者假负载，比如输出不接任何负载，电

流基本都流过ＲＸ１，如果不接ＲＸ１，在没有负载的情况下输出就是

电压最大值接近１２Ｖ，在这种电压输出下，运放的正负端会有较大

的压差，有可能会损坏运放ＬＭ３５８。同时在线路的设计上也要保证

负载流过恒定电流产生的电压值不能超过１２Ｖ，如果超过电源供电

电压，不能实现恒流工作性能。

３．４故障自动报警电路

单元主板故障报警，路灯故障报警。

４、软件设计

４．１系统软件设计说明

在进行微机控制系统设计时，除ｌｒ系统硬件设计外，火量的工

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

件设计和算法在微机控制系统设 ‘中占重要地位。

本系统软件采用模块化结构，由主程序、定时了程序、中断了

程序显永了程序、算法了程序构成。

４．２单片机的１／０口分配

单片机与硬件电路的连接，Ｐ１．（卜Ｐ１．４口控制键盘，Ｐ２．６，Ｐ２．

７，Ｐ３．２为检测点接『］，ＰＯｕ控制液晶１６０２的数据口，Ｐ１．５、Ｐ１．６、

Ｐ１．７分别控制１３０２的ＳＣＫ、Ｉ／０、ＲＳＴ，Ｐ３．４控制１６０２使能，Ｐ３．５控

制Ｒｓ，Ｐ３．６控制蜂鸣器，Ｐ３．０控制发光管，Ｐ２．０、Ｐ２．１分别控制

ＬＥＤ１和ＬＥＤ２。

５、结语

本电路经过硬件电路设计和软件编程，通过实测，计量准确，精

度高，操作方便，关键是节省ｒ电能，是大力推广节能的项ｒ｛。

参考文献

［１］何宏．单片机原理及接口技术教程［Ｍ］．北京：国防工业出版社，

２００６．

……上接第ｌ３页

３、结语

本次设计的目的就是运用先进的控制装置ＰＬＣ控制烟厂加湿

炉的运行。烟，一加湿炉的电控系统是采用“继电器逻辑”控制，虽然

其控制逻辑已经比较精练、严密，但由丁其逻辑控制部分是由继电

器触点实现的，故障率较高，而且控制柜布线复杂，给确定故障范

围， 找故障带来较大困难。用ＰＬＣ来代替继电器——接触器构成

Ｉ，１勺逻辑控制装置，既提高帮个系统的口 靠性指针，又可以满足 作

现场对低故障葺｜的要求，并且在满足使用的情况 卜，选经济实用的

。

改造后烟厂加 炉电控系统改 ＰＩ Ｃ具有以卜功能：

（１）自动控制功能性，Ⅱ向应速度快，能按事先输入的控制程序

ｎ动逻辑顺序拎制， ｌ『靠性高，抗Ｔ扰能力较强，动作快述忡妤。

（２）系统编辑灵活，修改程序方便，便丁系统变更、控制功能的

增加 减少。

（３）除完成以往继电器系统具有的功能外，还增加一些特殊软

件功能。

（４）编辑简单，使用方便，便于现场维护管理。

［２］沈建华等．ＭＳＰ４３０系列ｌ ６位超低功耗单片机原理与应用［Ｍ］．北

京：清华大学出版社，２００４．

［３］高吉祥．全国大学生电子设计竞赛系列教程［ ］．北京：电子工业出

版社，２００７．

［４］刁呜．常用电路模块分析与设计指导［Ｍ］．北京：清华大学出版社，

２００８．

［５］基于Ｓｉ４４３２的无线射频收发系统设计，ｈｔｔｐ：／／ｅｍｂｅｄ．ｃｈｉｎａｉｔｌａｂ．

ｃｏｍ／ｗｘｃｏｍ／Ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ］．

基金项目

天津市高等学校科技发展基金计划项目（２００８０ ７１ ４）

作者简介

曹金玲（１ ９ ６ １一），女，天津市人，副教授，主黑研究电子

控制及应用。

（５）加湿系统运行安垒性和＿ｕｆ靠性人人捷高。

（６）后备保护功能；

（７）当前湿度、温度显尔功能。

参考文献

［１］《＝传感器》，《电力电子变流技术》，《自动控制》．

［２］有关ｐｌｃ控制加热装置方面的论文．

［３］付家寸．《工业控制工程实践技术》．『匕学工业出版社，２００３

［４］阿希才．《新型集成电路及其应Ｊ｝］ 俐》．科学出版 ，２００２