基于AT89S52芯片的LED路灯控制系统的设计

蒋婵静，罗志荣

(玉林师范学院 物理科学与工程技术学院，广西 玉林 537000)

引言

随着城市路灯的数量日渐增多，以及人们对路灯的要求(开关灯的精确性、路灯故障检测和维修的及时性、节能环保等)的逐步提高，城市现有的部分路灯已难以满足城市照明管理以及人们对道路照明部分的新要求[1，2]。为此，我们设计了一款以AT89S52单片机技术为核心的节能路灯控制系统，该系统将太阳能和路灯结合，实现实时智能监控外界动态来控制路灯。

1 系统的整体设计

本系统基于AT89S52单片机，控制系统结构图和实物图如图1和图2所示。路灯的硬件电路设计有以下几部分：单片机、传感器检测电路、故障检测电路、报警电路、LED路灯、舵机、太阳能电池板、蓄电池。该系统将路灯、外界环境的变化、太阳能的利用等紧密地联系起来。其中，太阳能电池板给蓄电池充电供整个路灯系统使用；传感器检测电路中的光电传感器电路和红外传感器电路分别检测外界的光照度及道路车人情况共同决定路灯的开关；此外，路灯系统还要依据当时区域环境的光照度利用单片机产生的PWM波对LED灯光进行调节[3]；同时也确定太阳能电池板的转向；故障检测电路时刻监控路灯的运行若有故障即刻通过GSM短信反馈有关信息[4]。

图1 系统结构框图Fig.1 Structure diagram of system

2 硬件设计

1)系统的核心控件。AT89S52采用CMOS工艺生产的高性能、低功耗的8位微型控制器，可使用串口下载，被用于众多控制系统中[5]。本系统采用AT89S52作为主控芯片，利用该芯片对反馈回来的电信号进行读取，经分析反馈回来的电信号所蕴含的外界信息判断环境发生的变化，进而通过单片机控制信号I/O口[6]输出相应的电位跳变来控制路灯的开关和亮度、太阳能板的向光转动以及发出故障警报。

2)传感器模块电路的设计。红外传感器电路见图3。当红外传感器的检测方向遇到行人或车时，信号反射回来被接收管接收，通过数字传感器接口返回到微处理器主机，微处理器即可根据红外返回的信号来识别周围环境的变化从而控制路灯的亮灭。光电传感器电路见图4。光电传感器与红外传感器的原理相同，只是前者用于检测光照的强弱，同样是将反馈回来的信息交给微处理器再进行相应的动作。

图3 红外传感器电路图Fig.3 Circuit diagram of infrared sensor

图4 光电传感器电路图Fig.4 Circuit diagram of photoelectric sensor

图3和图4中，两电路都以集成运算放大器LM393芯片[7]为核心控件，作为电压比较器。以图4说明其工作原理：当电压比较器输入引脚5管脚的输入电压高于参考电压即4管脚的电压时，输出电压为高电平；输入引脚5管脚的输入电压低于参考电压即4管脚的电压时，输出电压为低电平；输出电压值的大小取决于D1的阻值。光敏电阻的制成是根据半导体的光电效应原理，其电阻随光照强度的变化而改变。

3)报警电路。本系统的报警电路以GMS模块为主要控件，GMS和单片机之间通过串口连接，利用AT指令进行通信[8]。首先通过检测路灯电流来判断是否出现故障，如有故障再通过GMS用短信的方式将路灯出故障的信息告知相关管理人员，以达到及时报警的目的。

4)太阳能蓄电。太阳能蓄电模块由太阳能电池板、蓄电池和舵机等组成。此部分在系统中置于路灯一旁，其工作原理是由太阳能电池板将太阳的辐射能量转换成电能，然后储蓄在蓄电池中，转换效率约为15%[9]。其中舵机的主要作用是使与太阳能板相连的轴发生转动，其转动是由单片机产生PWM波来驱动的，而转动方向则由外界环境的光照度决定，发生转动所需光照度的大小可由人的意愿进行调节。这部分设计的工作过程可归纳为：首先由光电传感器检测太阳辐射最强方向，然后反馈电信号给单片机，进而单片机接收信号进行处理并确定舵机需要转动角度。设计依据是系统能够充分地收集和使用太阳能。

3 系统软件设计

系统软件设计主要是对由外界环境变化反馈回来的电信号进行分析判断，单片机根据电信号信息对系统其他硬件设施进行相应的动作控制程序。系统有传感器检测、判断光照度及车人情况、LED路灯灯光的PWM调节、舵机转动即太阳能板的向阳追踪、GSM故障报警等执行程序。系统软件设计的流程图如图5所示。

4 结束语

设计智能化和高效节能的LED路灯控制系统是城市照明节能和按需照明的要求。我们设计的LED路灯控制系统可以根据外界环境情况来控制路灯的开关状态，在很大程度上减少了能源的损耗。在路灯出故障时可自动报警，使路灯及时得到处理，提高了工作效率，有效地解决了路灯故障不能及时处理给人们生活带来的不便。该系统使现有的智能路灯与传统路灯得到了进一步的优化和提高，让人们 的安全有了更高的保障，同时也提高了用电效率。

图5 系统的程序流程图Fig.5 Program flow chart of system