智能路燈控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

何穎 林智慧 王振鐸 張星陽(yáng)

摘要：智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于考慮到路燈照明浪費(fèi)能源、路燈整夜照明、城市環(huán)保等方面的因素，使用聲光控制路燈的照明，采用AT89C51單片機(jī)、駐極體話筒、光敏電阻、繼電器等完成聲音控制和光照控制路燈的亮滅。白天時(shí)，光線比較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻檢測(cè)到光強(qiáng)的信號(hào)，燈不會(huì)亮，晚上光線比較暗時(shí)并且有人發(fā)出聲音時(shí)，駐極體話筒就會(huì)振動(dòng)，燈就會(huì)亮，人走之后延遲一會(huì)，燈會(huì)自動(dòng)熄滅。設(shè)計(jì)是全自動(dòng)智能控制，實(shí)用、方便、成本低、節(jié)約了電力能源。

關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī);光敏電阻;駐極體話筒;繼電器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）33-0014-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

隨著科技的發(fā)展，城市的美化很重要，路燈的裝飾也就伴隨著越來(lái)越重要?，F(xiàn)在，大多數(shù)城市及街道的路燈都采用人工去控制，每天傍晚時(shí)分，天快黑時(shí)，工人就去開(kāi)燈，到早上天快亮?xí)r，還要去關(guān)燈，而且由于天氣，四季的變化，開(kāi)燈時(shí)間不準(zhǔn)，對(duì)人為的影響很大 [1-2];其次就是在后半夜城市街道的人越來(lái)越少，整夜開(kāi)著路燈非常浪費(fèi)資源，當(dāng)人們都熟睡時(shí)，用電量少，電壓很高，城市的路燈就會(huì)越發(fā)的亮，電的耗損很大，不能控制燈的亮暗。使用智能路燈，首先節(jié)約了耗電，路燈不會(huì)一直處于亮的狀態(tài)，其次使用很方便，不用手動(dòng)去找開(kāi)關(guān)開(kāi)燈，用聲音和光照代替手動(dòng)開(kāi)關(guān)，還有成本低[3]。

本次智能路燈的設(shè)計(jì)，主要由AT89C51單片機(jī)為中央處理器、駐極體話筒為感應(yīng)聲音及聲音的放大控制路燈、光敏電阻感應(yīng)光照強(qiáng)弱及放大控制路燈、繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)導(dǎo)通電路，從而控制路燈的自動(dòng)亮滅。因此，現(xiàn)代智能路燈的技術(shù)，給人們帶來(lái)的將會(huì)是更加的快捷高效的生活，人們半夜起來(lái)不用摸黑，去找燈的開(kāi)關(guān)在哪，只需要通過(guò)聲音，燈就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，白天通過(guò)光照的強(qiáng)弱，就能控制燈的亮滅，避免了由于陰雨天燈不亮。還有這樣的設(shè)計(jì)很大限度地節(jié)約了耗電的浪費(fèi)，全自動(dòng)智能控制，實(shí)用、方便、成本低。

1智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

此方案主要由51單片機(jī)AT89C51控制，分別由兩部分來(lái)控制路燈的亮滅，首先由外界的光照強(qiáng)度通過(guò)光敏電阻，光敏電阻對(duì)光的敏感性很強(qiáng)，然后也可以在夜晚或者陰雨天天色比較暗時(shí)，同時(shí)外界有聲音傳來(lái)，通過(guò)駐極體話筒來(lái)判斷，這兩部分分別將聲和光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。最后用單片機(jī)去辨識(shí)控制路燈。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)工作原理

本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于聲信號(hào)和光信號(hào)的采集以及轉(zhuǎn)換來(lái)控制電路，光信號(hào)通過(guò)對(duì)光敏電阻對(duì)光照的接收以及經(jīng)過(guò)放大器放大，然后單片機(jī)去識(shí)別。聲信號(hào)通過(guò)駐極體話筒對(duì)聲音的接收也經(jīng)過(guò)放大，單片機(jī)識(shí)別轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)傳給繼電器，繼電器通過(guò)電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)來(lái)控制路燈的亮滅。智能路燈控制主要根據(jù)聲控電路和光控電路組成，分別使用駐極體話筒和光敏電阻的工作原理這兩部分控制路燈亮滅。系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示。

2.1電源電路

此次設(shè)計(jì)用的是5V電源電路。電源電路其功能為，它能將強(qiáng)電壓和弱電壓分隔開(kāi)，具有對(duì)電路的保護(hù)作用。比如：保護(hù)電路短路、對(duì)電壓過(guò)壓或者欠壓。穩(wěn)定電壓的作用，使電壓一直保持一定的值。

2.2光控電路

在白天的時(shí)候，光照強(qiáng)度大的情況下，其電阻減小，如果現(xiàn)在有聲音傳來(lái)，燈也不會(huì)亮，此時(shí)運(yùn)算放大器低電平，在傍晚之后或者遇上陰雨大霧天使，光線就會(huì)暗些，并且加上有聲音傳來(lái)，燈就會(huì)亮，運(yùn)算放大器的輸入都為高電平 [4]。

由光照控制智能路燈的亮滅，光線的強(qiáng)弱用以光敏電阻判斷，主要是看光電阻值得大小變化。光照強(qiáng)度較大時(shí)，電阻減小，光照強(qiáng)度較小時(shí)，電阻增大。

2.3聲音控制電路模塊

在晚上或者陰雨大霧天，沒(méi)有光照，燈就不會(huì)亮，所以設(shè)計(jì)了聲音控制電路，夜晚當(dāng)人發(fā)出聲音時(shí)，系統(tǒng)采用感應(yīng)聲音的元器件是駐極體話筒，采集到聲音時(shí)，隨即它將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)放大器放大，然后轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，最后根據(jù)單片機(jī)控制燈的亮滅。

2.4單片機(jī)控制電路

單片機(jī)控制電路主要使用最小系統(tǒng)，使用5V的電源，單片機(jī)芯片中P3.0到P3.4的作用是用于輸入端口，都是低電平。還有一個(gè)復(fù)位按鍵，當(dāng)無(wú)光照和沒(méi)有聲音時(shí)，處于復(fù)位狀態(tài) [5，6]。

2.5繼電器電路

繼電器吸合和斷開(kāi)來(lái)充當(dāng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)晚上時(shí)，光線會(huì)變得暗，并且這時(shí)有聲音時(shí)，繼電器就會(huì)吸合，燈就會(huì)亮，延時(shí)一段時(shí)間，當(dāng)感應(yīng)不到聲音時(shí)，繼電器斷開(kāi)，燈就會(huì)自動(dòng)滅。

3 智能路燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1智能路燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)步驟

智能路燈控制系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)處理器，在軟件這一塊中主要設(shè)計(jì)了聲光控制信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)的處理、繼電器判斷是否吸合等主要的相關(guān)程序設(shè)計(jì)構(gòu)成了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)使用C51語(yǔ)言編寫(xiě)程序，需要以下幾步：

第一，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案，設(shè)計(jì)智能路燈的程序流程圖。

第二，了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，根據(jù)要求完成設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。

第三，編寫(xiě)源程序，按功能模塊編寫(xiě)程序，用注釋注明每句程序的意思。

第四，進(jìn)行軟件的調(diào)試與仿真。

第五，對(duì)程序進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，使其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的要求。

3.2 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

本設(shè)計(jì)智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)AT89C51處理器，可以采用MCS-51語(yǔ)言，其中包括匯編語(yǔ)言、C51高級(jí)語(yǔ)言。本設(shè)計(jì)使用C51高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)程序，首先根據(jù)設(shè)計(jì)方案，編寫(xiě)軟件程序流程圖，編制源程序，進(jìn)行仿真軟件調(diào)試 [7-8]。Keil編譯器是MCS-51單片機(jī)開(kāi)發(fā)中常用到的編譯軟件和調(diào)試軟件，Keil編譯器可以編寫(xiě)C程序以及匯編程序，生成hex文件。在keil中運(yùn)行如圖3所示。

3.3軟件設(shè)計(jì)總體框架

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求以及單片機(jī)的工作原理，實(shí)現(xiàn)聲音和光照強(qiáng)度對(duì)路燈的控制，整個(gè)軟件部分設(shè)計(jì)可分為聲光控制信號(hào)的采集，然后通過(guò)數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)采集到是聲音控制路燈時(shí)，駐極體話筒就感應(yīng)到，當(dāng)采集的是光照控制路燈，光敏電阻就起作用，然后判斷繼電器是否吸合來(lái)控制路燈的亮滅。

軟件總程序主要由聲音控制路燈程序、光照控制路燈程序、繼電器控制路燈程序等部分組成。軟件設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

3.3.1聲音控制路燈

聲音控制主要是來(lái)自駐極體話筒感應(yīng)，在夜晚沒(méi)有光照的情況下，人們通過(guò)聲音控制路燈，當(dāng)晚上光線暗且有聲音傳來(lái)時(shí)，駐極體中的膜片就會(huì)根據(jù)聲音的大小而開(kāi)始振動(dòng)，然后就會(huì)將傳來(lái)的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成了電信號(hào)，再通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管放大，然后繼電器就會(huì)吸合，隨即燈就會(huì)自動(dòng)亮起來(lái) [9]，持續(xù)一段時(shí)間，直到駐極體話筒感應(yīng)不到聲音時(shí)延遲一會(huì)，繼電器就會(huì)斷開(kāi)，燈也就滅了。

3.3.2光照控制路燈

光照控制主要是來(lái)自光敏電阻感應(yīng)光照，在白天的時(shí)候，通過(guò)光照控制電路，當(dāng)光線比較暗時(shí)，燈就會(huì)亮，用作指示，然后有聲音，繼電器就吸合，持續(xù)十秒，就會(huì)自動(dòng)熄滅。當(dāng)光線亮?xí)r，燈不會(huì)亮，當(dāng)有聲音時(shí)，繼電器會(huì)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

3.3.3繼電器控制電路

繼電器控制路燈，模擬路燈的開(kāi)關(guān)，是繼電器的吸合和斷開(kāi)來(lái)控制路燈的亮滅。其原理是將電路中的開(kāi)關(guān)電路改成繼電器控制電路，也就是繼電器驅(qū)動(dòng)電路[10]。

4 智能路燈控制系統(tǒng)的綜合調(diào)試

系統(tǒng)采用Protues軟件對(duì)程序進(jìn)行仿真。Protues是一個(gè)功能強(qiáng)大的電路仿真軟件，使用它可以對(duì)單片機(jī)仿真，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的設(shè)計(jì)，它支持Keil C51軟件編譯以及調(diào)試環(huán)境，原路圖和PCB板的設(shè)計(jì)。

在夜晚時(shí)候，主要靠聲音控制路燈的亮滅，通過(guò)單片機(jī)的P1.4端口控制聲音，用P3.4端口繼電器控制燈，通過(guò)駐極體得到的聲音，駐極體話筒將聲信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器放大，然后將放大后的信號(hào)用遲滯比較器轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的電信號(hào)，繼電器吸合，路燈就會(huì)亮。在白天時(shí)，主要靠光照控制路燈亮滅，通過(guò)單片機(jī)P1.0端口控制光敏電阻，將按鍵開(kāi)關(guān)打開(kāi)，燈亮，說(shuō)明光線較暗，把按鍵按下去燈就會(huì)滅，說(shuō)明此時(shí)光線亮，當(dāng)感應(yīng)到光強(qiáng)時(shí)，將關(guān)閉繼電器，然后將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，以此來(lái)控制光對(duì)路燈的控制。智能路燈控制系統(tǒng)實(shí)物效果圖如圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)是通過(guò)光敏電阻感應(yīng)光照強(qiáng)度的變化，使得電阻阻值的變化，從而影響電壓的變化來(lái)控制單片機(jī)的程序，使其在白天的時(shí)候路燈的開(kāi)關(guān)一直處于關(guān)閉狀態(tài)，同時(shí)，通過(guò)駐極體話筒感應(yīng)聲音的強(qiáng)弱，將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過(guò)放大器放大電路，然后將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識(shí)別的信號(hào)，以此來(lái)控制開(kāi)關(guān)的閉合，從而引起發(fā)光二極管的亮滅，用聲音和光照控制路燈的亮滅。這個(gè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)聲光控制燈的亮和滅，是一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，方便實(shí)用以及節(jié)能的智能路燈。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】