CN101742754A

CN101742754A - 智能型路灯控制系统

Info

Publication number: CN101742754A
Application number: CN200810152900A
Authority: CN
Inventors: 靳忱; 廖帮全; 金东万
Original assignee: Tianjin Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Tianjin Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-06-16

Abstract

本发明涉及一种智能型路灯控制系统，包括灯光设备，还包括光强检测和定时设置电路、存储软件程序的单片机、复位电路、定时时间显示电路及可控硅电路，光强控测和定时设置电路依次与单片机、定时时间显示电路、可控硅电路及灯光设备连接，复位电路与单片机连接。本发明的有益效果是：结构设计简单、成本低、节约能源。该系统可广泛应用于路灯灯光控制、照明系统、霓红灯及广告灯的控制，它能延长灯泡的使用寿命，避免有触点开关产生的火花的现象，适宜在易燃易爆的特殊场合使用。

Description

智能型路灯控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种路灯系统，特别涉及一种智能型路灯控制系统。

背景技术

[0002] 随着计算机控制技术的迅猛发展，用单片机实现的智能控制层出不穷。路灯作为城市基础设施的一部分，是夜晚车辆和人员出行安全的保证。现有的路灯自动控制器，无论是采用光电放大器推动继电器，还是用其他方法控制路灯的开启和关闭都存在线路复杂、成本高、能源利用率不高等不足。

发明内容

[0003] 本发明为提高路灯智能化控制水平，提供了一种智能型路灯控制系统。它能按照每天日升、日落时间自动调节路灯的开关时间，并且，它可根据需要，实现路灯一部分全夜开而另一部分深夜开。另外，它还具有时间计时和显示的功能。系统的实时时钟由软件来实现，它消除了由于长时间的工作而带来的时间差。采用电隔离技术，可以有效防止由于外部的干扰而带来的误动作。软件设有输出记忆延时程序，它能保证在阴雨天及有短暂光线干扰的环境下能正常工作。

[0004] 本发明为实现上述目的所采取的技术方案是：一种智能型路灯控制系统，包括灯

光设备，其特征在于，还包括光强检测和定时设置电路、存储软件程序的单片机、复位电路、

定时时间显示电路及可控硅电路，所述的光强控测和定时设置电路依次与单片机、定时时

间显示电路、可控硅电路及灯光设备连接，所述的复位电路与单片机连接。

[0005] 本发明的有益效果是：系统软硬件均采用模块化、结构化设计，硬件复位电路和软

件抗干扰技术的应用增强了系统的可靠性、可维护性。系统在设计中，采用光敏元件控制触

发可控硅作开关元件，将感光元件（光敏电阻）安装在装有聚光透镜的喇叭形圆筒内，提高

了控制精度。在控制器面板上设有测光调整旋钮，以满足用户在不同安装场合的需要。运用

了光耦隔离技术使强电与弱电隔离，显示电路采用6位共阳极数码管来显示定时时间。一

块控制板能控制多路灯光输出，硬件控制板根据需要可以任意扩充，只要电源变压功率相

应增大即可。

[0006] 该系统实现了在单片机控制下，自动跟踪日出、日落和环境光亮度的变化，即它能根据使用需要，达到时间定时控制，使路灯一部分全夜开而另一部分深夜开，使路灯的开启和关闭完全实现了自动控制。

[0007] 总之结构设计简单、成本底、节约能源。该系统可广泛应用于路灯灯光控制、照明系统、霓红灯及广告灯的控制，它能延长灯泡的使用寿命，避免有触点开关产生的火花的现象，适宜在易燃易爆的特殊场合使用。

附图说明

[0008] 图1为本发明的电路连接框图并作为摘要附图。

3[0009] 图2为本发明的电路原理图。[0010] 图3为本发明的软件主程序流程图。[0011] 图4为本发明的时间控制程序流程图。

具体实施方式

[0012] 如图1、2、所示，智能型路灯控制系统，包括灯光设备，还包括光强检测和定时设置

电路、存储软件程序的单片机、复位电路、定时时间显示电路及可控硅电路，光强控测和定

时设置电路依次与单片机、定时时间显示电路、可控硅电路中的电阻R6 —端及接地端分别

与灯光设备连接，复位电路与单片机连接，该单片机控制程序步骤为：

[0013] (1)、复位；

[0014] (2)、关中断，设置堆栈；

[0015] (3)、有上电复位标志，如是热启动恢复正常进入下一步，如否冷启动全面初始化进入下一步；

[0016] (4)、P2.6 = 0(P2.6端口是否开启）；如否进入开启或关闭控制代码步骤，如是进入下一步；

[0017] (5)、按键普查，进入时间控制；[0018] (6)、设置定时时间值，并显示；[0019] (7)、开始计时，并显示；

[0020] (8)、到定时时间，如否则返回（7)步骤，如是进入下一步；

[0021] (9)、到点工作程序；

[0022] (10)、开启或关闭控制代码；

[0023] (11)、结束、返回第一步；

[0024] 其时间控制程序步骤为：

[0025] 第一步、中断入口；

[0026] 第二步、保护现场；

[0027] 第三步、计数值（10000次）减1 ;

[0028] 第四步、计数值为O，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；[0029] 第五步、设置下次计数值（10000次）；[0030] 第六步、秒值加1 ;

[0031] 第七步、到60秒，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；[0032] 第八步、秒值清0，分钟加1 ;

[0033] 第九步、到60分，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；[0034] 第十步、分值清0，小时加1

[0035] 第i^一步、到59小时，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；[0036] 第十二步、小时值清0;[0037] 第十三步、恢复现场；[0038] 第十四步、中断返回。

[0039] 此程序为防止程序飞跑的时间延时程序，每一步骤都是实现时间循环的作用。[0040] AT89C51单片机是该系统的核心件，其主要功能：（1)灯光控制的软件编程；（2)干扰信号的处理及复位；（3)自然光强度和时间定时的检测及控制处理。单片机的控制程序通过对光强或时间的检测，自动开启（夜间）或关闭（白天）灯光系统，每一路灯光设备与AT89C51单片机内存控制位相对应，单片机通过P2.6 口实现不同控制代码的输出，从而完成了灯光设备的开启或关闭，并通过PO 口控制时间的自动循环显示。[0041] 光强检测和定时设置电路：

[0042] 当AT89C51单片机Pl. 3的控制开关拨到+5V时，选择由光照强度决定路灯电路开关的控制方式，系统的开启或关闭由自然光的光照强度控制。当光线较强时（白天），光敏电阻的阻值变小，电位器R0上的电压变大，即三极管的基极电压Ube上升，使三极管T0导通。TO在导通状态下，集电极与发射极的之间的压降非常小，可以忽略不计。AT89C51单片机的Pl. 4与地相连通，Pl. 4为低电平；当光线变暗时（夜间），光敏电阻的阻值变大，三极管T0截止，AT89C51单片机的P1. 4通过电阻R2与+5V电源相连接，Pl. 4为高电平。AT89C51单片机的控制程序每隔一定时间（约5ms)采样一次P1.4端的状态，然后根据其电平的高低来选择开启或关闭相应的灯光控制信号的发送，从而实现了利用自然光的光照强度来控制灯光设备的开启或关闭。定时时间显示电路中，通过调整与三极管基极相连的可调电位器R0的阻值，可以调整三极管Ql的截止导通状态，从而实现对灯光控制的微调，使路灯在黄昏过后可见度较低的时刻开启，在黎明来临时刻关闭。

[0043] 当AT89C51单片机Pl. 3的控制开关拨至接地状态时，实现选择时间定时控制路灯开关的控制方式。AT89C51单片机程序进入时间控制子程序，单片机把内部定时器0设置成日历时钟计数，采用定时方式2工作，即计数初值清零时，不需要重新设定，定时精度达到秒。此时，可以通过按键S1、S2、S3来手动设置路灯的开启和关闭时间，并在数码管上显示。当程序查询到设置的开启或关闭初值与单片机时钟当前值相同时，则自动发送相应的开启或关闭输出控制信号。从我们国家的地理和气象条件、地球经纬度与日出日落的关系、四季的变化规律等方面考虑，确定经纬度的日出日落时间来达到精确控制的目的。设置的开启或关闭初值与单片机时钟当前值相同时，将计数初值清零，重新开始定时下一个状态的时间。在时间控制子程序中实现不间断的定时循环，所以，此控制器还可以应用在霓红灯，多路塑料管灯及广告灯的控制中。

[0044] 定时时间显示电路：采用六个七段LED数码管，显示定时时间及计时时间。LED显示用动态扫描法。P0 口输出段选信号，P2 口输出位选信号。由于LED是电流发光器件，为了增加位选信号的驱动能力，以使其达到正常的亮度，用三极管9012做电源驱动输出。AT89C51单片机的输出口能吸收20mA的电流，故采用单片机直接驱动LED数码管，这样就使硬件显示电路更加简单。电路中八个330Q电阻的作用是限制流过LED中的电流，保证二极管发光时不因电流过大而烧坏。六个七段LED数码管从高位到低位依次显示时、分、秒，其中与T5、 T3对应的的数码管的dp段为长亮状态，以示区分时、分、秒的显示。[0045] 可控硅电路：由于驱动的负载为路灯（属于电阻性负载），电压为220V交流电，电流在1个安培左右，因此，AT89C51单片机工作部分与可控硅触发部分需要采用M0C3021双向可控硅输出型光电耦合器进行强电与弱电的隔离，以提高系统的稳定性。M0C3021输出端的额定电压为400V，最大输出电流为1A，最大隔离电压为7500V，输入端控制电流小于15mA。电阻R6的作用是限制M0C3021输入端的电流，使其保持在15mA左右。如图5所示，可控硅触发控制电路用于触发双向晶闸管，不需要另外的触发电源，它用双向晶闸管的工作电源作为触发电源。

[0046] 当AT89C51单片机的P2. 6端输出低电平时，同向驱动器7407输出低电压，

M0C3021的输入端有电流输入，输出端的双向晶闸管导通，触发外部的双向晶闸管TR导通。

当AT89C51单片机的P2. 6端输出高电平时，同向驱动器7407输出高电平，M0C3021的输出

端的双向晶闸管关断，外部的双向晶闸管也关断。这样就通过P2.6端输出高低电平的变

化，来控制双向晶闸管TR的导通或关断，从而实现路灯控制的自动开或关。

[0047] 由于单片机的输出电流的能力不如流入电流的能力强，所以在P2.6输出信号端

串入同向驱动器7407，他同时具有缓冲作用。电阻R6的作用是限制流过M0C3021输出端的

电流不超过1A。 R6的大小由下式计算：

[0048] R6 = Up/Ip

[0049] 式中Up——工作电压的峰值；

[0050] Ip——M0C3021输出端的最大允许电流。

[0051 ] 当工作电压为220V时：

[0052] R6= Up/Ip = 220V5/1 = 311 Q

[0053] R6取330Q。由于串入了电阻R6，使得触发电路有一个最小触发电压，当低于这个

电压时晶闸管TR不导通，直到高于这个电压时才导通。最小触发电压U由下式计算：

[0054] Ut = R6 • Igt+Ugt+Utm

[0055] 式中Igt——晶闸管TR的最小触发电流；

[0056] Ugt——晶闸管TR的最小触发电压；

[0057] Utm-M0C3021输出端压降，取3V。

[0058] 设可控硅TR的门极触发电流为50mA，触发电压为2V，则最小触发电压为： [0059] Ut = R6 • Igt+Ugt+Utm = 330X0. 05+2+3 = 21. 5V [0060] 对应的最小控制角a为： [0061]

.", . "21.5 m。

a = sin ——=sin - — 3.74°

330

[0062] 即控制角不能小于3. 74° ，小于3. 74°也必须等到3. 74°时双向晶闸管才导通。 [0063] 单片机工作回路的抗干扰措施：由可控硅电路可知，光耦电路利用M0C4021将输入弱信号与输出强信号进行隔离，但在实际运行时，单片机系统仍有较强的干扰信号存在，常常出现死机或程序跑飞现象。分析认为，由于输出的大电流及电压均工作在开或关状态，输出高次谐波通过电源回路对AT89C51单片机产生了较大的影B向，因此，设计了硬件复位

电路，对电路的干扰进行了有效的控制。

[0064] 复位电路：74LS123为双路可再触发单稳态多谐振荡器，在14引脚和15引脚之间外接一定时电容，通过外接阻容参数，可产生不同宽度的正负脉冲。为改善脉冲宽度和重复性，在15引脚和Vcc之间外接一电阻，不同的电阻阻值可得到不同宽度的脉冲。输出脉冲宽度取值按下式计算： [0065] tw " 0. 28Rt • Ct (1+0. 7/Rt)

[0066] 式中：tw单位为ns ;Rt为外接电阻，单位为kQ ;Ct为外接电容，单位为Pf。 [0067] 其功能表如表l。[0068]

Delete A B 一 Q Q

X X L H

X H X L H

X H X H

H L t n u

H H ji i_r

t H ji u

[0069] 由表1及可控硅电路可知：A片74LS123的1脚（A)接地，2脚（B)接AT89C51单片机P1.7，正常运行时，循环程序不断从P1.7发送代码信号，使2脚（B)不断有上升沿出现，因此，13输出变化的脉冲，则B片74LS123的13引脚输出低电平，保持单片机RESET脚低电平的需要。当程序跑飞或死机时，A片74LS123的2脚（B)电位不再变化，使B片74LS123 的13引脚产生一高电平脉冲，促使AT89C51复位，重新启动，有效的遏制了系统出现死机和程序跑飞现象。

[0070] 软件部分：如图3、4所示为近一步提高系统的可靠性，在软件编程过程中应用了软件陷阱技术，防止程序跑飞。

[0071] 光强控制电路的精确调整：在光强控制电路部分，如何使三极管导通或截止状态与自然光的光照强度相对应是很关键的问题.在实验过程中发现，光敏电阻的阻值变化范围在20kQ (光照较强时）到8MQ (光线足够暗时）之间。如定时时间显示电路中，通过改变与光敏电阻并联的电阻R1的阻值，来调整并联后总的阻值变化范围，使三极管能适时的导通或关闭。经过反复的实验得知，运用这种方法，在较理想的情况下，并联后总的阻值变化范围44kQ〜150kQ阻值变化较明显，但在这种情况下，无论怎样调整电阻RO的阻值 (最终为一确定值），都不能使三极管基极电位在0. 5V以下（光线较暗时，三极管可靠截止）或达到5V(光线较强时，三极管导通）的情况同时存在，且R1的大小对其影响不明显。即三极管的可靠关断或导通没有得到保证。

[0072] 采取的解决方法是，由光敏电阻和Rl并联后总的阻值变化范围的大小确定了 Rl 的阻值为200k Q ，此时再调整R0，能够达到使三极管基极电位在0. 5V (光线较暗时，三极管可靠截止）〜5V(光线较强时，三极管导通）之间，且三极管基极电位对电阻RO的阻值变化反映较敏感，由实验最终确定了 R0的阻值为：

[0073] llkQ (可在10kQ〜12kQ之间调整）。R0为100kQ电位器，在控制器面板上将其设为测光调整旋钮，可以满足用户在不同安装场合的需要。

[0074] 双向可控硅的应用：双向可控硅触发电路原理简单，容易控制。但晶闸管过流过压能力很差，需要采取一定的保护措施。必要时可以采用RC阻容吸收网络，利用电容两端电压不能突变的特性限制电压上升率，确保晶闸管安全稳定运行。此方法常用在电感性负载电路，本设计中，路灯为电阻性负载，不必采取此种方法保护。一旦将其应用到电路后，由于交流电路中，电容会不断的充放电，使路灯在没有触发晶闸管的情况下，通过RC阻容回路点亮。充分考虑了晶闸管的过流、过压承受能力，选用型号为MAC97A6的双向可控硅，其最

7高耐压为400V，过流为1A。

[0075] 理论上，双向双向晶闸管的Tl和T2不能互换，否则会损坏管子和相关的控制电路。在试验中发现，虽然双向晶闸管的Tl和T2极都可以作为阳极使用，但双向晶闸管的Tl 极和T2极互换和加在双向晶闸管两端电源正负极的对调是两个完全不同的概念。如果将 Tl与T2极接错，就不能使晶闸管触发导通，甚至使管子损坏。通过实验得知，双向可控硅第一阳极T1与第二阳极T2间，无论所加电压极性是正向还是反向，只要控制极G和第一阳极 Tl间加有正负极性不同的触发电压，就可触发导通呈低阻状态，此时T1、T2间压降约为IV。

Claims

一种智能型路灯控制系统，包括灯光设备，其特征在于，还包括光强检测和定时设置电路、存储软件程序的单片机、复位电路、定时时间显示电路及可控硅电路，所述的光强检测和定时设置电路依次与单片机、定时时间显示电路、可控硅电路及灯光设备连接，所述的复位电路与单片机连接，该单片机控制程序步骤为：(1)、复位；(2)关中断，设置堆栈；(3)、有上电复位标志，如是热启动恢复正常进入下一步，如否冷启动全面初始化进入下一步；(4)、P2.6＝0(P2.6端口是否开启)；如否进入开启或关闭控制代码步骤，如是进入下一步；(5)、按键普查，进入时间控制；(6)、设置定时时间值，并显示；(7)、开始计时，并显示；(8)、到定时时间，如否则返回(7)步骤，如是进入下一步；(9)、到点工作程序；(10)、开启或关闭控制代码；(11)、结束、返回第一步；时间控制程序步骤为：第一步、中断入口；第二步、保护现场；第三步、计数值(10000次)减1；第四步、计数值为0，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；第五步、设置下次计数值(10000次)；第六步、秒值加1；第七步、到60秒，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；第八步、秒值清0，分钟加1；第九步、到60分，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；第十步、分值清0，小时加1第十一步、到59小时，如否进入恢复现场步骤，如是进入下一步；第十二步、小时值清0；第十三步、恢复现场；第十四步、中断返回。