基于MSP430F149單片機的智能路燈控制系統(tǒng)

陳希湘 陳譽

摘 要： 為了解決城市照明存在的巨大能源浪費問題，提出一款基于MSP430F149單片機智能路燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機為控制核心，可對路燈進行定時開關(guān)；對發(fā)生故障的路燈進行報警；根據(jù)交通情況判斷是否需要開關(guān)路燈；對周圍環(huán)境中光線強度進行檢測，實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境自動亮滅燈和自動調(diào)節(jié)燈的亮度，體現(xiàn)了節(jié)能的作用；最后通過OLED實時顯示監(jiān)測界面。經(jīng)測試，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，具有操作簡單、穩(wěn)定可靠、節(jié)能無污染等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞： MSP430F149； 路燈控制； 節(jié)能； 智能控制； PWM； OLED

中圖分類號： TN344?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）20?0107?03

Abstract： An intelligent street lamp control system based on the microcontroller MSP430F149 is proposed to resolve the huge energy waste problem of urban lighting. In the system， with the microcontroller as the control core， regular switching of street lamps is realized， faulty street lamps are alarmed， whether to switch street lamps is judged according to the traffic situation， and ambient light intensity is detected， so as to realize automatic lamp switching and lamp brightness adjustment according to the environment， which reflects the function of energy saving. The monitoring interface is displayed in real time by using the OLED. The test results show that the system runs stably， and has the advantages of simple operation， high reliability， energy saving， and non?pollution.

Keywords： MSP430F149； street lamp control； energy saving； intelligent control； PWM； OLED

隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，電力消耗也隨之快速增長。電力資源已經(jīng)成為非常緊缺的資源。如何做到環(huán)保節(jié)能，已經(jīng)成為近年來的熱門話題。針對我國在城市照明上存在的巨大能源浪費問題，本文提出一套新型的智能路燈控制系統(tǒng)。其作用為：可對路燈進行定時開關(guān)；對發(fā)生故障的路燈進行報警；對路燈周圍環(huán)境中光線強度進行檢測，判斷是否需要開關(guān)路燈；深夜時分，路燈的開關(guān)可由路上車輛和行人進行智能化的判斷，減少夜間光污染和節(jié)約電能等。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的設(shè)計框圖

系統(tǒng)主要以MSP430F149單片機為智能控制核心，外圍電路主要包括定時開關(guān)燈模塊、故障檢測及報警模塊、按鍵模塊、顯示模塊、自動調(diào)節(jié)模塊等。系統(tǒng)的設(shè)計框圖如圖1所示。

1.2 控制中心的選擇

方案一采用STC公司的單片機STC89S51作為主控制芯片。此單片機運算能力強，并且I/O接口比較多，易于擴展外圍電路。方案二采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F149單片機，MSP430系列單片機的供電電源采用1.8～3.6 V，有獨特的時鐘系統(tǒng)，具有很強的運算處理能力，有廉價的USB仿真器，可以實現(xiàn)軟硬件聯(lián)調(diào)，方便在編程調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。綜合以上兩種方案，發(fā)現(xiàn)方案二有明顯的優(yōu)點，運行速度比51單片機快，還有較多內(nèi)置模塊，方便使用和簡化程序，所以選擇使用方案二做控制系統(tǒng)。

1.3 檢測環(huán)境明暗和燈光模塊

采用光敏電阻與10 kΩ電阻串聯(lián)，光敏電阻隨著光線變強阻值會變小。當環(huán)境較亮?xí)r，光敏電阻的阻值會變小，因此光敏電阻的負端的電壓值會變大；反之阻值變大，負端電壓值變小。采用單片機內(nèi)部12位ADC模塊進行電壓采集。高電平時，表示此時光線強；低電平時，表示此時光線弱，應(yīng)當開燈。光敏電阻對環(huán)境明暗變化很靈敏，但是光線強度并不能準確定義，所以加上一個以LM358構(gòu)成的電壓比較器，用1 kΩ和10 kΩ電位器串聯(lián)，調(diào)節(jié)電位器可以修改IN1-端的電壓值。將光敏電阻的負端電壓IN1+與之對比，若IN1+>IN1-時，OUT1為高電平，如圖2所示；若IN1+

1.4 報警模塊

報警電路由三極管、蜂鳴器和發(fā)光二極管構(gòu)成。單片機發(fā)出一個高電平時，三極管的b，e端導(dǎo)通，蜂鳴器響時，發(fā)光二極管同時點亮。報警電路圖如圖4所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件主程序主要包含的功能是界面的選擇，通過按鍵可以對需要顯示的界面進行切換，切換到運行所需的顯示界面。一般情況下，路燈安裝好正常工作后不需要對它進行再次設(shè)置和查看，所以本系統(tǒng)界面只顯示當前時間。只有當路燈開啟時，才對故障進行檢測故障，同時紅外檢測移動物體也只有當深夜才檢測。主程序流程圖如圖5所示。

3 測試結(jié)果

路燈布置示意圖6所示。

3.1 根據(jù)交通情況和環(huán)境自動亮滅燈測試

正向行駛時，當有物體通過S點時，燈1亮，燈2滅；當物體通過B點時燈1滅，燈2亮；當物體通過S點時，燈1燈2都滅。逆向行駛時，當有物體通過S點時，燈2亮，燈1滅；當物體通過B點時，燈2滅，燈1亮；當物體通過S點時，燈2燈1都滅。光線很亮的情況下，燈自動熄滅；光線很暗的情況下，燈會自行啟動。光線較亮?xí)r，燈的亮度會自動調(diào)低；光線較暗較暗時，燈的亮度會自動調(diào)高。如此便實現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境自動亮滅燈和自動調(diào)節(jié)燈的亮度，體現(xiàn)了節(jié)能的作用，測試結(jié)果如表1所示。

3.2 路燈故障檢測

若存在個別路燈未點亮，蜂鳴器發(fā)聲并且在顯示屏上能夠自動地顯示故障路燈的位置，測得結(jié)果見圖7。

3.3 PWM波調(diào)光測試

通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)PWM調(diào)光的功能，對于PWM調(diào)光的測試所用測試儀器為萬用表，測得的數(shù)據(jù)如表2所示。

單片機輸出低電平0 V時，三極管基極電壓為0 V，發(fā)射極電阻處為0 V，集電極燈泡處電壓為2.5 V。當單片機輸出高電平為3.6 V，其I/O輸出高電平到基極時，TIP122三極管基極正偏，集電極正偏，使三極管飽和導(dǎo)通。當三極管導(dǎo)通后測得基極電壓為2.267 V（見表3），發(fā)射極電阻處的電壓為0.866 V，集電極LED燈處電壓為1.508 V。硅晶體管的飽和壓降為0.3 V，TIP122內(nèi)部由兩個晶體三極管組成，所以飽和壓降為0.6 V，基極與集電極相差0.6 V左右，與飽和壓降基本相符合。

4 結(jié) 論

本文主要闡述智能路燈控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程，介紹智能路燈控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理、軟件設(shè)計及測試結(jié)果，實現(xiàn)了對路燈系統(tǒng)的監(jiān)測和控制。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制界面簡單友好，經(jīng)濟實用。

注：本文通訊作者為陳譽。

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