智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、2009年12月第23卷 第4期陰山學(xué)刊YI NS HAN ACADEM I C J OURN AL D ec .2009Vo1.23 No .4智能路燈控制器的設(shè)計與實現(xiàn)*邊文俊(包頭師范學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,蒙古包頭014030摘 要:本文在介紹了國內(nèi)城市路燈照明控制現(xiàn)狀和出現(xiàn)的問題后,完成了AT89C51單片機和日歷時鐘DS1302組成的智能路燈控制器的設(shè)計,使智能路燈控制器實現(xiàn)精確的時間控制。關(guān)鍵詞:城市路燈;照明控制;AT89C51;日歷時鐘DS1302中圖分類號:TP273 文獻標識碼:A 文章編號:1004-1869(200904-0028-041 前言路燈是城市的窗口和標志,

2、是城市重要的公共設(shè)施,它直接反映了城市的建設(shè)水平和城市風貌,更加顯示了城市的現(xiàn)代化程度。因此,讓路燈保持良好的運行和工作狀態(tài),對城市的美化和建設(shè)都是十分重要的。建國以來特別是改革開放之后,城市路燈已從單純的照明發(fā)展成為美化城市環(huán)境改善投資形象的重要組成部分。在現(xiàn)代化的大中城市,政府管理部門以及富裕起來的市民對城市亮麗風景線的道路照明及發(fā)展水平,提出了越來越高的要求。長期以來,國內(nèi)大多數(shù)城市路燈照明控制廣泛采用傳統(tǒng)控制方式,傳統(tǒng)的控制方式不能嚴格按照室外自然光照度進行控制,不僅實時性差,故障率高,而且浪費嚴重。另外,傳統(tǒng)控制方式要求人不離崗,及時控制燈光的開啟和關(guān)閉,由于人工控制誤差而造成電能浪

3、費非常驚人。采用定時器控制方式時,由于一年四季的時差,要經(jīng)常對定時器進行人工調(diào)整,從夏至到冬至,日出時間推遲、日落時間提前,從冬至到夏至,日出時間提前、日落時間推遲,這就要求開關(guān)燈時間作出相應(yīng)調(diào)整。這樣不僅消耗大量人力資源,還可能由于調(diào)整不及時而造成浪費。為了徹底解決上述問題、以適應(yīng)城市發(fā)展對路燈照明控制系統(tǒng)的需求,本人設(shè)想對傳統(tǒng)的城市路燈照明控制進行改造,開發(fā)一套智能路燈控制系統(tǒng)。2 智能路燈控制器的方案設(shè)計智能路燈控制器是根據(jù)世界上任意一城市的經(jīng)緯度,精確計算出一年每一天的日出日落時間,在此基礎(chǔ)上,通過可調(diào)的提前或推后的修正時間,實現(xiàn)全年無人職守市外照明的自動時間控制,其以電腦芯片為控制核

4、心,停電后內(nèi)有充電電池維持時鐘繼續(xù)進行記數(shù)工作,實現(xiàn)真正的智能控制。2.1 智能路燈控制器的組成及功能2.1.1 組成控制器由控制核心單片機、日歷時鐘、人機通訊模塊、繼電器驅(qū)動電路、看門狗電路、鍵盤、顯示等組成。如圖1所示。 圖1:智能路燈控制器的組成*收稿日期:2009-07-062.1.2 功能實現(xiàn)無人職守自動控制;精確的日出關(guān)燈日落開燈控制;隨著季節(jié)的改變,根據(jù)經(jīng)緯度自動的更正當?shù)氐娜粘鋈章鋾r間,實現(xiàn)智能控制。2.2 智能路燈控制器的設(shè)計方案城市路燈照明系統(tǒng)由電力變壓器將高壓供電電源降至三相380伏或單相220伏照明用電,經(jīng)低壓架空線或地下電纜送至各路燈供電。路燈從市電母線獲得電力。路燈

5、開關(guān)控制則可由變壓器一次側(cè)或二次側(cè)的開關(guān)設(shè)備實現(xiàn)。開關(guān)設(shè)在變壓器一次側(cè)可避免變壓器白天空載損耗,但高壓開關(guān)價格昂貴且使用維護不便,故采用在變壓器二次側(cè)也就是路燈的三相供電電網(wǎng)上接交流接觸器進行控制。由自動控制裝置實現(xiàn)對接觸器的開關(guān)控制,從而實現(xiàn)對路燈的開關(guān)控制。路燈系統(tǒng)電氣接線圖如圖2所示。 圖2:路燈系統(tǒng)電器接線圖 圖3:輸出開關(guān)量及中斷顯示流程圖控制器通過單片機和時鐘的精確控制,準確的得出每天的日出日落開關(guān)燈時間,輸出開關(guān)電平,通過繼電器控制接觸器,實現(xiàn)路燈的開關(guān)控制。同時還有鍵盤,顯示單元,可對時鐘進行對時和調(diào)整。3 智能路燈控制器的詳細設(shè)計根據(jù)智能路燈控制器的組成模塊,分別進行詳細介紹

6、。3.1 AT89C51單片機AT89C51是美國AT MEL 公司生產(chǎn)的低電壓,高性能C MOS 8位單片機,片內(nèi)含4K EPRO M 和128bytes 的RA M,器件采用AT M EL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和4K 閃存。三級加密程序存儲器,32個可編程I /O 口線,2個16位定時/計數(shù)器,6個中斷源,可編程串行UART 通道,低功耗空閑和掉電工作模式。3.2 日歷時鐘DS1302DS1302是DALL AS 公司推出的涓流充電時鐘芯片,內(nèi)含有一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RA M,通過簡單的串行接口與單片機進行通

7、信。實時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、月、年的信息,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整。時鐘操作可通過A M /P M 指示決定采用24或12小時格式。DS1302與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信,僅需用到三根線:(1復(fù)位,(2數(shù)據(jù)線,(3串行時鐘。時鐘/RA M 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低,保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW 。DS1302有雙電源管腳,用于主電源和備份電源供應(yīng),能實現(xiàn)斷電后時鐘的繼續(xù)工作,正好滿足時鐘不間斷又準確的設(shè)計要求。使用DS1302芯片的幾點注意:1DS1302芯片第一次加電有起始日期和時間,必

8、須校時后才能使用。2對DS1302芯片校時寫入數(shù)據(jù)時必須對其它中斷封鎖,否則會引起校時的錯誤。3注意DS1302的硬時鐘與處理器工作時鐘之間的同步問題,否則可能造成時鐘誤差。4秒寄存器的位7(C H 是時鐘標志位,為0則正常走時,為1則停止走時,故系統(tǒng)上電和復(fù)位時應(yīng)先對DS1302的C H 位置0,以保證正常走時。5DS1302芯片具有功耗小、功能強、計時精度高等突出優(yōu)點,且體積小,成本低,已被廣泛應(yīng)用。單片機與DS1302控制輸出開關(guān)電平及相應(yīng)的顯示程序流程如圖3,時間的顯示由定時中斷完成,以避免CPU 長時間延時顯示造成資源浪費。3.3 鍵盤環(huán)節(jié)鍵盤是智能路燈控制器中一個重要的部件,它向單

9、片機輸入數(shù)據(jù),發(fā)出外部中斷,進行對時狀態(tài)和工作狀態(tài)的切換并對DS1302進行設(shè)定時間和校正時間的操作。3.4 顯示環(huán)節(jié)顯示環(huán)節(jié)是采用六個LED 數(shù)碼管對時間和日期在鍵盤的操作下進行切換顯示,同時在對時鐘進行對時操作時對對時過程進行顯示。單片機P0口做字型的輸出口。3.5 看門狗芯片X25045X25045把看門狗定時器、電源監(jiān)控電路和三種常用功能組合在單個封裝內(nèi),增大了電路密度,減少了體積,提高了系統(tǒng)的可靠性?？撮T狗定時器可對微控制器提供獨立的保護系統(tǒng)。當系統(tǒng)故障時間超過了預(yù)置的超時周期后,X25045的看門狗將從復(fù)位信號作出響應(yīng)。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計時可以從三個可選的預(yù)置值中選定一個合適的超時周期。

10、該器件的主要特點為:可編程操作;1MH z 的時鐘頻率;低功耗C MOS 工藝,工作電流很小(3mA ,備用工作方式下電流更低(10L A ;電源電壓范圍(2.75.5V;內(nèi)設(shè)上電/掉電保護;高可靠,數(shù)據(jù)保存期為100年;5128位串行E 2PRO M;X24045為復(fù)位控制,高電平有效。由于路燈控制器要基于各地的經(jīng)緯度對開關(guān)燈時間進計算,所以在初始使用設(shè)置時要對其輸入經(jīng)緯度,其值在投入使用以后只要不再更換地點就不會變化了,因此使用X25045看門狗芯片,在初始設(shè)定時將經(jīng)緯度值存如X25045的E 2PRO M 中,這樣在以外斷電或重起控制器之后,經(jīng)緯度值不會丟失,也不用對它進行重復(fù)設(shè)置。3.

11、6 控制路燈開關(guān)的開關(guān)量輸出部分3.6.1 開關(guān)量輸出電路的結(jié)構(gòu)控制路燈開關(guān)的開關(guān)量由單片機的P2.0P2.4五個口輸出,經(jīng)過反向器74H C14與大功率驅(qū)動芯片MC1416連接用以驅(qū)動繼電器,再驅(qū)動接觸器來控制三相四線的電網(wǎng)電路。結(jié)構(gòu)圖如圖4 。圖4:開關(guān)量輸出電路結(jié)構(gòu)圖當單片機上電后,各個輸出口都是高電平,所以加了74H C14反向器,采用低電平控制,防止上電時輸出的電平閃動影響控制。3.6.2 MC1416的功能M C1416有較強的負載能力可直接驅(qū)動繼電器。一般負載電壓可接530V 。性能特點:集電極電流可達500mA 輸出電壓可達100V 有輸出鉗位保護二極管輸入端同多種集成電路相容

12、特別適合于驅(qū)動繼電器MC1416邏輯圖和外引線功能端排列如圖5。 圖5:MC1416邏輯引腳圖3.6.3 選用的繼電器與接觸器繼電器使用的是固態(tài)繼電器J GX-10F 。耦合電路以光耦合器作為輸入/輸出間的通道,在電器上完全隔離,以防止輸出端對輸入端的干擾。過零電路保證使輸入信號在開關(guān)器件兩端電壓為零時瞬間觸發(fā)開關(guān)器件,從而完成電壓過零條件下的通斷動作,減少干擾。3.7 上位機通信芯片MAX232MAX232是MAXIN 公司生產(chǎn)的、包含兩路接收器和驅(qū)動器的I C 芯片,適用于各種RS -232C 的通信接口。MAX232與單片機連接?？刂破魍ㄟ^MAX232進行電平轉(zhuǎn)換、通信,對控制器進行仿真

13、與調(diào)試。4 結(jié)論隨著現(xiàn)代化建設(shè)的迅速發(fā)展,市政建設(shè)取得的極大發(fā)展進步。傳統(tǒng)的路燈控制與維護手段已不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化的要求。單片機、IC 芯片等技術(shù)的大力發(fā)展給智能路燈控制發(fā)展提供了前提和基礎(chǔ)。本文主要介紹了單片機和時鐘芯片DS1302組成的時鐘控制部分和鍵盤對DS1302的對時部分,使控制器實現(xiàn)精確的時間控制。智能路燈控制器安全可靠,極大地提高了路燈控制自動化水平,減小管理人員的工作量,降低物資消耗,完成了預(yù)期任務(wù),提高了市政路燈管理水平。隨著微機及電子器件發(fā)展,路燈控制自動化水平還將不斷提高,控制器將更加完善。1參考文獻21王振宏.智能路燈控制器J.信息產(chǎn)品與節(jié)能,2000,(2:1416.

14、2朱裕良.路燈控制用智能定時器J.電器時代,2001,(4:41.3李中年.控制電器及應(yīng)用M .北京:清華大學(xué)出版社.2007.4黃小波.基于AT89S52單片機與DS18B20的溫度監(jiān)控系統(tǒng)J.微計算機信息,2008,24(29:119-120.Design and App lication of the C on troller of In telligence Street L am pBI A N W en-j u n(Faculty of Inf or m ati o n Sc ience and Technology ,Baotou Teachers College ,Baotou 014030Abstr act :I ntroduc i n g present situation of ill u m inati o n con trol of ur ban street la mp and so me questi o n at ho me i n the paper ,I co mplete a desi g n of the controller of i n te lli g ence street la mp i n mak i n g u