多功能led路燈控制系統(tǒng)單元控制器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　多功能LED路燈控制系統(tǒng)單元控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：針對(duì)傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)使用中存在的問(wèn)題，提出了以單片機(jī)為控制核心，由RS485通信、光電檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)和PWM調(diào)制恒流驅(qū)動(dòng)模塊共同組成的LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該控制系統(tǒng)主要由單元控制器和支路控制器組成。單元控制器具有移動(dòng)物體檢測(cè)、環(huán)境光線檢測(cè)、路燈驅(qū)動(dòng)及故障檢測(cè)等功能；支路控制器具有人機(jī)交互、故障報(bào)警、日歷顯示等功能。整個(gè)

2、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四種自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈模式，模式之間可以任意切換，實(shí)現(xiàn)了LED路燈系統(tǒng)多模式智能控制。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：LED路燈；控制系統(tǒng)；單片機(jī)；單元控制器；智能控制 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　當(dāng)前，能源短缺已成為

3、人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)，國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要提出，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首被委以重任。城市路燈工程讓現(xiàn)代化大都市日益靚麗，交通出行更加便利。但是，很多城市路燈控制存在亮燈的時(shí)間管理不夠科學(xué)，不能根據(jù)季節(jié)的變化及時(shí)調(diào)整路燈的控制模式，造成電能的浪費(fèi)。 </p><p>　　LED燈1 LED燈2 </p><p>　　圖1 路燈控制系統(tǒng)示意圖 </p>

4、<p>　　1路燈控制系統(tǒng)方案的選擇 </p><p>　　圖1是路燈控制系統(tǒng)的示意圖，經(jīng)過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)目前的國(guó)內(nèi)外路燈控制系統(tǒng)都是基于各種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)方案有以下幾種：方案一：基于GSM、GPRS、ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路燈管理，它具有施工方便的優(yōu)點(diǎn)，并且利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)實(shí)施，管理方便，便于查詢和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，管理效率高，但是這些技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)成本普遍較高。 </p

5、><p>　　方案二：采用工業(yè)以太網(wǎng)、LonWorks、CAN總線等有線網(wǎng)絡(luò)的路燈管理系統(tǒng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，施工布線復(fù)雜，后期的維護(hù)成本高。 </p><p>　　方案三：采用低廉的RS-485有線網(wǎng)絡(luò)方式構(gòu)建路燈管理系統(tǒng)，突出的優(yōu)點(diǎn)是成本低，技術(shù)上更易于實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)綜合考慮，決定采用方案三構(gòu)建LED路燈管理系統(tǒng)。 </p><p

6、><b>　　2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) </b></p><p>　?。?）系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) </p><p>　　本路燈模擬系統(tǒng)由一個(gè)支路控制器和四個(gè)單元控制器組成。支路控制器和四個(gè)單元控制器組成。支路控制器和單元控制器都采用MSC-51單片機(jī)為主控制器，它們之間采用RS-485的數(shù)據(jù)通信方式。支路控制器通過(guò)RS-485實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元路燈的開(kāi)關(guān)定時(shí)、燈光亮度調(diào)節(jié)、時(shí)間顯示、

7、光線檢測(cè)、故障檢測(cè)、從機(jī)數(shù)目查詢、各單元控制器的工作狀態(tài)顯示等，系統(tǒng)方案如圖2所示。 </p><p>　?。?）單元控制器的方案設(shè)計(jì) </p><p>　　單元控制器主要由處理器模塊、光線檢測(cè)模塊、移動(dòng)物體檢測(cè)模塊、路燈故障檢測(cè)模塊、路燈調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)模塊組成，如圖3所示。單元控制器將傳感器檢測(cè)到的環(huán)境光線信號(hào)和移動(dòng)物體的方向，經(jīng)過(guò)當(dāng)前設(shè)置的工作模式的控制，產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)I/

8、O口來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)、關(guān)路燈以及路燈燈光亮度的調(diào)節(jié)。 </p><p>　　3單元控制器的硬件電路設(shè)計(jì) </p><p>　　（1）環(huán)境光線檢測(cè)電路 </p><p>　　環(huán)境光線檢測(cè)電路如圖4所示，該電路主要根據(jù)光照情況來(lái)檢查白天和黑夜。此部分電路采用高性價(jià)比的光敏電阻作為光學(xué)傳感器件，其亮阻為5kΩ左右，暗組值100kΩ左右。將它與一個(gè)電阻相連，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的高

9、低電平，供單片機(jī)處理，電路簡(jiǎn)單，成本低。 </p><p>　　（2）故障檢測(cè)電路 </p><p>　　故障檢測(cè)電路主要檢測(cè)路燈應(yīng)該發(fā)光卻不發(fā)光存在的故障。因此可以在路燈的下方附近安裝一個(gè)光敏電阻，此光敏電阻在晚上天黑的時(shí)候只接受本路燈發(fā)出的光照呈現(xiàn)亮阻，如果路燈壞了不發(fā)光，則光敏電阻呈現(xiàn)暗阻，從而可判斷出路燈的損壞情況。該電路原理和上述光敏檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)相似，不再重述。 </p&g

10、t;<p>　　（3）移動(dòng)物體檢測(cè)電路 </p><p>　　移動(dòng)物體檢測(cè)電路如圖5所示，它能根據(jù)路上的人流量來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉路燈，當(dāng)檢測(cè)到有人走來(lái)時(shí)，前方的路燈隨著人的向前移動(dòng)逐次點(diǎn)亮；同時(shí)，后方的路燈逐次熄滅，由于減少了路燈的亮燈時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的效果。 </p><p>　?。?）白光LED驅(qū)動(dòng)電路 </p><p>　　路燈控制系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程中采用1W

11、的白光LED作為路燈，經(jīng)測(cè)試，該燈泡最大功率工作時(shí)需要流過(guò)約350mA的電流，當(dāng)流過(guò)的電流不同時(shí)，亮度也跟著改變，只有恒流驅(qū)動(dòng)時(shí)，燈光亮度才不會(huì)閃爍，達(dá)到照明的要求。因此，路燈的正常發(fā)光需要一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)電路，考慮到路燈亮度的調(diào)節(jié)范圍，對(duì)應(yīng)要求路燈的恒流源電流也要在20%-100%范圍內(nèi)變化，并能可靠工作。 </p><p>　　最常用的路燈驅(qū)動(dòng)方案有：基于運(yùn)放和大功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的恒流源；利用穩(wěn)壓源和大功

12、率三極管構(gòu)成恒流源；采用專用的大功率白光LED驅(qū)動(dòng)集成電路。 </p><p>　　由于本系統(tǒng)采用的LED功率不大，因此，采用一個(gè)常用的LM7805和S8050三極管就可以驅(qū)動(dòng)，并且電路簡(jiǎn)單、成本低廉，因而被采用。 </p><p>　　利用單片機(jī)定時(shí)中斷的方式產(chǎn)生PWM脈沖，對(duì)一只NPN型的8050三極管通斷控制。當(dāng)PWM的頻率超過(guò)50Hz時(shí)，人眼覺(jué)察不到燈的閃爍，并且利用PWM的脈寬變

13、化實(shí)現(xiàn)了路燈的亮度調(diào)節(jié)，此電路可達(dá)到對(duì)PWM脈沖寬度步進(jìn)1%進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路燈亮度的20%-100%的可調(diào)。實(shí)驗(yàn)證明，該方案性能穩(wěn)定可靠。具體電路如圖6所示。 </p><p>　　4單元控制器的軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　通電后，單元控制器執(zhí)行完初始化程序，就處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，主要是接受支路控制器的查詢和設(shè)置，從而選擇自己的工作模式，并一直工作在這種模式，直到支路控制器發(fā)來(lái)新的命令。

14、在天黑點(diǎn)亮路燈的時(shí)候，單元控制器還一直檢測(cè)路燈的工作狀態(tài)，發(fā)生故障時(shí)，能夠主動(dòng)通知支路控制器。在光電模式中，單元控制器必須能夠及時(shí)獲得它兩側(cè)光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)信號(hào)，借以決定當(dāng)前路燈的開(kāi)和關(guān)。系統(tǒng)流程圖如圖7所示。 </p><p>　　圖7單元控制器流程圖 </p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試 </b></p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試使用數(shù)字萬(wàn)用

15、表及GWS-2202雙通道示波器，對(duì)本控制系統(tǒng)所用的白光LED燈進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。 </p><p>　　表1單顆粒LED的測(cè)量值（單位：A/v/w） </p><p><b>　　PWM </b></p><p>　　占空比 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% </p><

16、p><b>　　電流 </b></p><p>　?。ˋ） 0.08 0.11 0.15 0.19 0.23 0.27 0.32 0.36 0.40 </p><p><b>　　電壓 </b></p><p>　　（V） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 </p>

17、<p><b>　　功率 </b></p><p>　　（W） 0.4 0.55 0.75 0.95 1.15 1.35 1.60 1.80 2.0 </p><p>　　通過(guò)測(cè)量分析，可見(jiàn)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了路燈亮度的有效調(diào)節(jié)功能。另外，還對(duì)進(jìn)行移動(dòng)物體檢測(cè)、環(huán)境光線檢測(cè)、故障檢測(cè)等功能驗(yàn)證及測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了LED路燈系統(tǒng)多模式智能控制。 </p>&

18、lt;p><b>　　6結(jié) 論 </b></p><p>　　本系統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)、測(cè)試，成功開(kāi)發(fā)了一種智能LED路燈控制系統(tǒng)單元控制器。系統(tǒng)控制方便，運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到最初設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)捷，成本低廉，性價(jià)比高。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　黃智偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)

19、練教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　白林，梁宏寶.大功率自光LED路燈發(fā)光板設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)技術(shù)[J].發(fā)光學(xué)報(bào)，2009，30（4）：487-494. </p><p>　　蘇建龍，張曉雷，陸文娟.LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電氣技術(shù)，2009（10）：57-58. </p><p>　　楊恒.LED照明驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與實(shí)例