一种光时双控智能路灯控制器的设计与实现

摘要： 本文介绍了一种基于AVR单片机智能控制的节能系统的设计与实现。采用光时双控定时、智能检测、无线信号收发等技术，设计完成了一种节能路灯控制器，可以根据当地的实际天气状况自动开启或关闭路灯。本系统可广泛用于郊区照明、偏僻路段的照明等节能控制领域。

Abstract： Based on the AVR MCU intelligent control， this paper introduces the design and implementation of an energy saving system. This paper， adopting the technologies like light dual control， intelligent detection， wireless signal transceiver， etc.， has completed the design of an energy-saving lamp controller， which can， according to the local actual weather conditions， automatically turn the lights on and off. The system can be widely used in the lighting of suburbs， remote sections and other energy-saving control fields. 关键词： AVR；光时双控；节能

Key words： AVR；control of light and time；energy saving

中图分类号：TM923.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）05-0061-020 引言 今年来随着城市化进程的加快，路灯成为城市中一道亮丽的风景，然而，在起着重要作用的同时也消耗了大量的能源。在能源日益紧张的今天，特别是很多城市存在电力不足的矛盾，这方面的研究无疑是非常有意义的[1]。为此，提出了一种光时双控智能路灯控制器的系统设计方案，光时双控路灯控制器可以根据当地的天气变化情况智能实现对路灯的控制，不仅节约了电能，还延长了路灯的使用寿命，此控制器经济实用[2-3]。 1 总体设计方案

整个电路由电源转换电路、时控电路、光控电路及无线模块等部分组成。电源转换模块为后续继电器电路提供稳定的电压。时控电路为控制系统提供一个时间基准。光控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光亮程度相对应的电压信号。无线模块主要当系统运行异常时发送报警信息。总体框图如图1所示。 2 系统功能模块的实现

2.1 光控模块 光控模块主要由感光元件和外围电路组成。外界光线越暗，输入端电压越高，反之，外界光线越强，输入端电压值越低。光敏检测部分输出经电压比较后送入到单片机的PA0脚，通过AD值得大小判断环境的明暗程度。当光线较强的时候，光敏电阻阻值很小，AD采集的值很小，单片机控制灯灭；光线较弱的时候，光敏电阻的阻值很大，AD采集的值很大，单片机控制灯亮。处理器通过判断采集AD值的大小来控制路灯的开启和关闭。 2.2 时控模块 系统利用定时器来控制道路照明电源线路，实现路灯自动开关。调整好定时器上的时间设置，就会根据设置的时间开启或关闭路灯。因为昼夜长短随季节变化而变化，定时器的设置必须随之调整。

时控模块的计时是由芯片DS1302来完成的，计时准确，通过单片机控制DS1302工作，同时进行键盘和显示操作。DS1302芯片是美国DALLAS公司推出的低功耗实时时钟芯片，其时钟校准比较容易，若采用专用的晶体振荡器，几乎无须调整即可达到国家要求的时钟误差标准。其硬件电路如图2所示。

DS1302的三条线RST、SCLK、I/O分别接到单片机的PB0、PB5、PB7脚，由于这三个端口上拉较弱，容易产生信号串扰，因此，在每个端口加上了一个10K电阻以加强信号的稳定性。

2.3 驱动电路 驱动电路上接一定功率的灯泡，其工作电路如图3所示，主要由电阻R301、R302、三级管9013和继电器等组成。当检测光强为高电平或定时开启时间到时置PD5为高电平，则三极管导通，经放大后触发继电器使其闭合驱动负载工作。当检测光强为低电平或定

时关闭时间到时置PD5为低电平，三极管截止同时触发继电器断开，负载停止工作。 2.4 单片机控制模块 本系统中单片机控制模块包括单片机和其外围电路组成。单片机控制模块原理图如图4所示。

单片机控制模块采用ATmega16型单片机，ATmega16是一种高性能、低功耗的8位AVR微处理器，片内含有16k Byte的非易失性可擦出Flash只读程序存储器，工作于16MHz时性能高达16MIPS。ATmega16具有32个可编程I/O口，8路10位ADC，两个可编程的串行USART及独立振荡器的实时计数器RTC。

基于ATmega16单片机，设计完成了与光控模块、时控模块、驱动电路等的接口电路的设计和PCB板的制作，采用C语言完成了控制软件的编写与调试。将此电路焊接调试完成后，固定在预先设计的塑料盒中，路灯控制器实物如图5所示。 3 系统软件的设计与实现

本系统软件的设计是基于ATMEL AVR Studio集成开发环境（IDE）设计的，AVR Studio是ATMEL公司免费提供的AVR单片机开发平台。其包括了AVR Assembler编译器、AVR Studio调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和JTAG ICE仿真等功能。系统软件设计流程图如图6所示，通过测取城市道路车辆及行人的“时间―车辆”统计规律，依此来设计单片机的控制程序，系统按照控制方式分路段总开关控制和各单个路灯智能控制。为实现全路段路灯根据当地日出日落的早晚、当天阴雨天或晴天实际亮度的不同而自动开启和关闭功能。系统采用光控、时控、光时双控三种模式完成设计，其智能控制系统流程如图6所示。

时间控制模式下系统根据预设的开启时间和关闭时间控制负载的开启与断开；光控模式下系统根据当天天气亮度控制继电器的吸合与断开，然而在后半夜人数较少甚至无人通过时，路灯仍然亮着，白白浪费了电能；光时双控模式下系统首先判断是否到达开启时间，若到达开启时间，再判断当时的天气亮度，满足条件开启路灯，否则继续判断直至达到开启条件，则继电器吸合，开启路灯，在后半夜自动关闭。这种方式避免了不必要的浪费，节约电能，同时延长了路灯的使用寿命。 4 结论

此智能路灯控制系统投资小、设备安装方便、操作维护简单，既能实现天黑开灯、天亮关灯的自动光控功能，还可根据实际需要进行控制，减少不必要的电能浪费，从而达到更好的节能效果。节能减排是我国的一项基本国策，对节能系统的开发与应用，既是响应国家的号召，也为我们带来了实实在在的好处。 参考文献： [1]黎洪生，刘苏敛，胡冰，等.基于无线通信网络的智能路灯节能系统[J].计算机工程，2009，35（14）：190-191，214.

[2]闫军威，林海杰，彭响方，等.基于Lon Works技术的路灯节能控制系统[J].电力电子技术，2009，43（9）：47-49. [3]胡开明，李跃忠，卢传华.智能路灯节能控制器的设计与实现[J].现代电子技术，2009（9）：143-145.

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