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2021-04-11
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1 引言
在倡导绿色用电的今天，路灯节能控制日益成为人们关注的话题，这里设计并制作一套模拟路灯节能控制系统。节能控制系统结构如图1 所示。
图1 模拟路灯节能控制系统结构图
模拟路灯节能控制系统实现的功能： 支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯; 能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯，能根据交通情况自动调节亮灯状态;并能分别独立控制单只路灯的开灯和关灯时间; 当图1 模拟路灯节能控制系统结构图路灯出现故障时（ 灯不亮） ，支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20% ～100% 范围内设定并调节，调节误差≤2%。
2 总体设计方案
2. 1 设计思路
设计采用PWM 脉宽调制技术和恒流源电路对路灯的驱动和亮度调节。通过单片机和传感器及其检测电路完成路灯工作状态的控制。显示部分利用液晶显示模块，菜单式操作，显示时间、故障路灯地址、支路开关灯时间、每只灯的开关时间等功能。
2. 2 设计原理
根据模拟路灯节能控制系统结构图，将整体电路分成为五部分： 环境控制电路、时钟电路、交通状况的传感器检测电路、显示控制模块、LED 恒流驱动及故障检测电路。
2. 2. 1 环境控制电路
利用光敏电阻的阻值与光照度呈反比例关系，采样其两端的电压信号，利用采样的电压信号通过施密特触发器输出的TTL 电平来控制LED 灯的开关。电路可靠，有效地避免由于短时间光照剧烈变化引起的误动作，操作者可以通过电位器方便的进行调试。
2. 2. 2 时钟电路
使用时钟专用芯片DS1302 进行时钟控制， 通过外加很少的电路就可以实现高精度的时钟信号。
外围电路简单可靠，时间精度高，采用串口通信可以节省I /O 口的资源，通过外接锂电池后可以实现时间信息储存。
2. 2. 3 交通状况的传感器检测电路
使用红外传感器， 来判断物体是否通过相关位置，并送入单片机判断执行相关程序。它具有光电传感器的优点，又避免了LED 灯的灯光干扰。
2. 2. 4 显示控制模块
使用128 × 64 液晶点阵进行信息显示，使用独立键盘进行功能切换和时间调整。信息量大，外围电路简单，通过下拉式菜单方便操作，人机界面友好。
2. 2. 5 LED 恒流驱动及故障检测电路
利用三端可调稳压集成块LM317，实现恒流输出。PWM 脉宽调制法来控制灯的亮度，可以精确的控制灯的亮度和功率，而且LED 灯在从暗到亮的变化中过度平滑。可以选用单片机内部集成有两路PWM脉宽，能方便的产生所需要的PWM 脉宽调制信号。
2. 3 系统组成
2. 3. 1 根据以上的设计思路及设计原理确定系统组成框图如图2。
图2 系统组成框图
2. 3. 2 每只LED 灯控制逻辑关系图
每只LED 灯控制逻辑关系图如图3 所示。在规定的时间条件成立（ 开灯时间） 或环境明暗条件成立（ 暗到一定程度） 的情况下开灯; 当有物体（ 如人、车等） 通过到规定的区域内时灯亮， 当物体离开规定区域时灯灭，实现节能要求。
图3 LED 灯控制逻辑关系图
3 单元
3. 1 环境光控制电路
环境控制电路是对环境光亮度的检测，将检测信号送单片机P15， 从而实现自动开灯关灯。图4为环境控制电路图。
明暗检测采用光敏电阻RG1 和R12 （ RP2 ） 分压，提取电压信号，送到由555 定时器组成的施密特触发器。当环境暗到一定程度（ 通过RP2 可以方便的调节） ，RG1 阻值上升，施密特触发器翻转， 将电平信号送单片机处理。C8 为抗干扰设计， 如天暗时，闪电的干扰，C8 使555 的2 脚电压不会突变，防止误动作。D2 为指示灯，方便调试。
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