CN103634994B - 一种路灯控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种路灯控制器，它包括单片机电路(1)、超声波发射电路(2)、超声波接收电路(3)、红外发射电路(4)、红外接收电路(5)和路灯控制电路(6)。这种路灯控制器利用超声波传感器监测公路有没有行人和车辆及前进方向，利用红外线实现两个路灯控制器间的通讯，当监测到行人和车辆时，打开控制器自身控制的路灯，并沿行驶方向依次打开前方其它3路灯，路上始终保持4个路灯工作，这样即节能又保持有一定的照明距离，保证了行人和车辆的安全。

Description

一种路灯控制器
技术领域
本发明涉及一种路灯控制器，具体地说，涉及一种通过监控公路上行人与车辆情况控制路灯工作的控制器，属于电气技术领域。
背景技术
为了实现节能和实用方便人们设计了多种类型的路灯控制器，这些路灯控制器的节能方法都是从控制路灯的工作时间来实现的。但是一些公路所处位置比较偏远，路上根本没有行人或车辆，而整条公路的路灯全部亮着，造成了电能的浪费。
发明内容
本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种利用超声波传感器监测公路有没有行人及车辆及前进方向，利用红外线实现两个路灯控制器间的通讯，监测到行人和车辆时打开自身控制的路灯，并沿行驶方向依次打开前方其它3路灯，路上始终保持4个路灯工作。
本发明解决的技术方案如下：所述一种路灯控制器包括单片机电路、超声波发射电路、超声波接收电路、红外发射电路、红外接收电路和路灯控制电路；
所述单片机电路通过接受超声波接收电路的信号，判断路上有没有行人和车辆及行驶方向，控制红外发射电路沿行驶方向发射通讯信号，还接受红外接收电路的通讯信号，输出信号给路灯控制电路；
所述超声波发射电路接受单片机电路发出的脉冲信号，放大后驱动超声波发射器向外发射超声波信号；
所述超声波接收电路接受由超声波发射电路发射，被行人和车辆折射回的超声波信号，处理后输出信号给单片机电路；
所述红外发射电路接受单片机电路控制信号，对信号进行编码和调幅处理，沿公路轴线方向向其它路灯控制器发出红外通讯信号；
所述红外接收电路接收其它路灯控制器发给的红外通讯信号，经处理后输入给单片机电路，实现路灯控制器间的通讯；
所述路灯控制电路接受单片机电路的控制信号，放大处理后控制路灯电源。
所述超声波发射电路和超声波接收电路安装于路灯杆内，距地面0.5m-0.8m的位置，与公路轴线成45°角放置。
所述红外发射电路中设有两个红外发射管，两个红外发射管沿公路轴线相向安装，根据行人和车辆行驶方向分别启动两个红外发射管，向下一个路灯控制器发射通讯信号。
所述红外发射电路发出的通讯信号为调幅编码信号，红外发射电路采用专用红外遥控芯片HS5104，芯片HS5104的3-7脚为功能码控制端，这5个脚不同连接能产生32种功能编码。本发明利用了其中的三种编码信号：监测到行人和车辆时启动路灯，并控制芯片HS5104的3脚接地，为低电平“0”，其它脚为高电平“1”，红外发射电路沿人车行驶方向发射第一种编码信号；相邻路灯控制器接收到第一种编码信号后启动路灯，并控制4脚为接地为低电平“0”，其它脚为高电平“1”，并沿人车行驶方向发射第二种编码信号；相邻路灯控制器接收到第二种编码信号后启动路灯，控制5脚接地为低电平“0”，其它脚为高电平“1”，沿人车行驶方向发射第三种编码信号；相邻路灯控制器接收到第三种编码信号后只开启路灯，但不发射信号。红外遥控芯片HS5104的1脚和2脚为用户码控制端，为了实现只在两个相邻路灯控制器间通讯，对每个路灯控制器的做出标注，1号机用户码为“00”，2号机为“01”，3号机为“10”，3号机为“10”。在使用路灯控制器时，按1、2、3、4顺序循环排列，这样相隔远的第5个路灯控制器超出红外发射距离行不到通讯信号，较近的3、4码号不同无效。
所述红外接收电路包括左红外接收电路和右红外接收电路，两个红外接收电路沿公路轴线相向安装，有相同结构。
所述超声波发射电路由四运放的第一运放U2-A、电阻R2～R6、电容C4～C5、三极管T1～T2、变压器Tr和超声波发射器Y1组成；电阻R2一端接单片机N1的39脚，另一脚接U2-A的反相输入端2脚；电阻R3一端电源VDD，另一端接电阻R4与U2-A的同相输入端3脚，电阻R4的另一端接地；第一运放U2-A的输出端1脚接电阻R5，电阻R5的另一端接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接电阻R6和三极管T2基极，电阻R6的另一端接地，三极管T2的发射极接地，三极管T1和三极管T2的集电极相连后接变压器Tr的一次绕组，变压器Tr的二次绕组接电容C4，C4的另一端接电容C5与超声波发射器Y1，电容C5另一端与超声波发射器Y1另一端接地。
所述超声波接收电路由四运放U2的第二运放U2-B、超声波接收器Y2、电阻R7～R10、电容C6组成；超声波接收器Y2与电阻R7并联，上端接电容C6，电容C6的另一端接第二运放U2-B反相输入端6脚；电阻R8、R9串联与电源VDD与地之间，R8与R9接点连第二运放U2-A的同相相输入端5脚，第二运放U2-B的输出端7脚接电阻R10，电阻R10的另一端接单片机N1的38脚。
所述红外发射电路由红外遥控芯片N3、电阻R11～R18、电容C7～C8、三极管T3～T9、晶振G2和红外发射管D1～D2组成；单片机N1的37、36和35脚分别接电阻R11、R12和R13，电阻R11、R12和R13的另一端分别接三极管T3、T4和T5的基极，三极管T3、T4和T5的发射极相连后接地，三极管T3、T4和T5的集电极分别接红外遥控芯片N3的3脚、4脚和5脚；红外遥控芯片N3的1脚和2脚分别接双向开关K1和K2，双向开关K1和K2两个换向端分别接电源VDD和地；晶振G2两脚分别接红外遥控芯片N3的12、13两脚，电容C7一端接晶振G2与红外遥控芯片N3的12脚的接点，电容C7的另一脚接地；电容C8一端接晶振G2与红外遥控芯片N3的13脚的接点，电容C8的另一脚接地；红外遥控芯片N3的15脚接电阻R15，电阻R15的另一端接三极管T6的基极，三极管T6的发射极接三极管T7基极与电阻R16的接点，电阻R16的另一端接地，三极管T7的发射极接地，三极管T6、T7的集电极一起连接三极管T8、T9的发射极，三极管T8、T9的集电极分别接红外发射管D1、D2的负极，红外发射管D1和D2的正极一起接电阻R14，电阻R14的另一端接电源VDD的正极，三极管T8、T9的基极分别接电阻R17、R18，电阻R17、R18的另一端分别接单片机N1的34和33脚。
所述红外接收电路的左红外接收电路由红外接收芯片N4、电阻R19～R21、四运放U2的第三运放U2-C组成；红外接收芯片N4的1脚接电源，2脚接地，3脚第三接运放U2-C的反相输入端10脚；电阻R19一端接电源VDD，另一端接电阻R20和第三运放U2-C同相输入端9脚，电阻R20的另一端接地，第三运放U2-C的输出端8脚接电阻R21，电阻R21的另一端接单片机N1的32脚。
所述路灯控制电路由电阻R25～R30、电容C9～C11、三极管T10、光电耦合器VT1和晶闸管VT2组成；单片机N1的27脚接电容C9和R25的接点，C9的另一端接地，R25的另一端接三极管T10的基极与电容C10的接点，电容C10另一端接地，三极管T10的发射极接地；三极管T10集电极接电阻R26和R27的接点，电阻R26另一端接电源VDD，电阻R27另一端光电耦合器VT1的1脚，光电耦合器VT1的2脚接地，光电耦合器VT1的3脚接电阻R28，电阻R28的另一脚接晶闸管VT2阳极A，光电耦合器VT1的4脚接电阻R29，电阻R29的另一脚接晶闸管VT2控制极G，晶闸管VT2阳极A接电阻R30与控制输出端，电阻R30另一端接电容C11，电容C11的另一端接晶闸管VT2阴极K，晶闸管VT2阴极K接另一个控制输出端；路灯控制电路的两个控制端接路灯电源。
本发明采取以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点：本路灯控制器实现了对路上行人和车辆监测，在路上没有行人和车辆时及时关闭路灯实现了节能目的；在监测到有行人和车辆时打开本路灯，并通过两个路灯控制器间的通讯打开前方的三个路灯，路上始终保持4个路灯工作，既保证了安全照明距离，又保证了行人和车辆的安全。
下面结合附图和实施对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1为本发明实施例中路灯控制器的结构图；
附图2为本发明实施例中单片机电路的结构图；
附图3为本发明实施例中超声波发射电路的结构图；
附图4为本发明实施例中超声波接收电路的结构图；
附图5为本发明实施例中红外线发射电路的结构图；
附图6为本发明实施例中红外接收电路的结构图；
附图7为本发明实施例中路灯控制电路的结构图；
图中，
1-单片机控制电路，2-超声波发射电路，3-超声波接收电路，4-红外线发射电路，5-红外接收电路，6-路灯控制电路，7-左超声波接收电路，8-右超声波接收电路。
具体实施方式
实施例，如图1所示，一种路灯控制器包括单片机电路1、超声波发射电路2、超声波接收电路3、红外发射电路4、红外接收电路5和路灯控制电路6。
如图2所示，单片机电路1中单片机芯片N1型号为AT89C52，单片机芯片N1的9脚为RST端，接启动电路，启动电路由电容C1和电阻R1组成。单片机芯片N1的18、19和20脚接时钟电路，时钟电路由晶体G1、电容C2和C3组成。单片机芯片N1的39～32和28～27共10个脚，分别为P0.0～P0.7和P2.7～P2.6口，通过总线与其它电路实现数据交换。
如图3所示，超声波发射电路2由四运放的第一运放U2-A、电阻R2～R6、电容C4～C5、三极管T1～T2、变压器Tr和超声波发射器Y1组成；电阻R2一端接单片机N1的39脚(P0.0口)，另一脚接U2-A的反相输入端2脚；电阻R3一端电源VDD，另一端接电阻R4与U2-A的同相输入端3脚，电阻R4的另一端接地；第一运放U2-A的输出端1脚接电阻R5，电阻R5的另一端接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接电阻R6和三极管T2基极，电阻R6的另一端接地，三极管T2的发射极接地，三极管T1和三极管T2的集电极相连后接变压器Tr的一次绕组，变压器Tr的二次绕组接电容C4，C4的另一端接电容C5与超声波发射器Y1，电容C5另一端与超声波发射器Y1另一端接地。
如图4所示，超声波接收电路3由四运放U2的第二运放U2-B、超声波接收器Y2、电阻R7～R10、电容C6组成；超声波接收器Y2与电阻R7并联，上端接电容C6，电容C6的另一端接第二运放U2-B反相输入端6脚；电阻R8、R9串联与电源VDD与地之间，R8与R9接点连第二运放U2-A的同相相输入端5脚，第二运放U2-B的输出端7脚接电阻R10，电阻R10的另一端接单片机N1的38脚(P0.1口)。
超声波发射电路2和超声波接收电路3安装于路灯杆内距地面0.5m-0.8m的位置，与公路轴线成45°角放置。当行人和车辆行驶方向与超声波发射方向相反时为，反射回来的超声波频率增加，判断为人车驶近；行人和车辆行驶方向与超声波发射方向相同时，反射回来的超声波频率减小，判断为人车驶远。
如图5所示，红外发射电路4由红外遥控芯片N3、电阻R11～R18、电容C7～C8、三极管T3～T9、晶振G2和红外发射管D1～D2组成；红外遥控芯片N3型号为HS5104，单片机N1的37、36和35脚分别接电阻R11、R12和R13，电阻R11、R12和R13的另一端分别接三极管T3、T4和T5的基极，单片机N1的37、36和35脚分别为单片机N1的P0.2、P0.3和P0.4口，三极管T3、T4和T5的发射极相连后接地，三极管T3、T4和T5的集电极分别接红外遥控芯片N3的3脚、4脚和5脚，红外遥控芯片N3的3脚、4脚和5脚分别是机器码控制端K1、K1和K1。红外遥控芯片N3的1脚和2脚为用户码控制端，接电源编码为“1”，接地编码为“0”，两个控制端的不同接法可实现4种用户编码。为了实现只在两个相邻路灯控制器间通讯，对每个路灯控制器的做出标注，1号机用户码为“00”，2号机为“01”，3号机为“10”，3号机为“10”。在使用路灯控制器时，安1、2、3、4顺序循环排列，这样相隔远的第5个路灯控制器超出红外发射距离行不到通讯信号，较近的3、4码号不同无效。为实现用户编码红外遥控芯片N3的1脚和2接双向开关K1和K2，双向开关K1和K2两个换向端分别接电源VDD和地。红外遥控芯片N3的15脚为输出脚接电阻R15，电阻R15的另一端接三极管T6的基极，三极管T6的发射极接三极管T7基极与电阻R16的接点，电阻R16的另一端接地，三极管T7的发射极接地，三极管T6、T7的集电极一起连接三极管T8、T9的发射极，三极管T8、T9的集电极分别接红外发射管D1、D2的负极，红外发射管D1和D2的正极一起接电阻R14，电阻R14的另一端接电源VDD的正极，三极管T8、T9的基极分别接电阻R17、R18，电阻R17、R18的另一端分别接单片机N1的34和33脚(既P0.5、P0.6口)。
晶振G2两脚分别接红外遥控芯片N3的12、13两脚(既脉冲产生脚)，晶振G2的型号为455E，电容C7一端接晶振G2与红外遥控芯片N3的12脚的接点，电容C7的另一脚接地；电容C8一端接晶振G2与红外遥控芯片N3的13脚的接点，电容C8的另一脚接地。
路灯控制器有4个工作状态：第一种状态是路灯控制器监测到行人和车辆及行驶方向时，启动本路灯工作，三极管T3导通，机器码控制端K1接地，产生第一种机器码，同时单片机电路1根据行人车行驶方向控制三极管T8或T9导通，启动红外发射管D1或D2工作；第二种状态是接收到相邻路灯控制器发出的第一种通讯信号，路灯控制器启动本路灯工作，三极管T4导通，机器码控制端K2接地，产生第二种机器码，同时单片机电路1根据行人车行驶方向控制三极管T8或T9导通，启动红外发射管D1或D2工作；第三种状态是接收到相邻路灯控制器发出的第二种通讯信号，路灯控制器启动本路灯工作，三极管T5导通，机器码控制端K3接地，产生第三种机器码，同时单片机电路1根据行人车行驶方向控制三极管T8或T9导通，启动红外发射管D1或D2工作；第四种状态是接收到相邻路灯控制器发出的第三种通讯信号，路灯控制器启动本路灯工作，不发射通讯信号。
如图6所示，红外接收电路5由左红外接收电路7和右红外接收电路8两部分构成。左红外接收电路7红外接收芯片N4、电阻R19～R21、四运放U2的第三运放U2-C组成；红外接收芯片N4的1脚接电源，2脚接地，3脚第三接运放U2-C的反相输入端10脚；电阻R19一端接电源VDD，另一端接电阻R20和第三运放U2-C同相输入端9脚，电阻R20的另一端接地，第三运放U2-C的输出端8脚接电阻R21，电阻R21的另一端接单片机N1的32脚(P0.7口)。右红外接收电路8红外接收芯片N5、电阻R22～R24、四运放U2的第四运放U2-D组成；红外接收芯片N5的1脚接电源，2脚接地，3脚第三接运放U2-D的反相输入端13脚；电阻R22一端接电源VDD，另一端接电阻R24和第四运放U2-D同相输入端12脚，电阻R24的另一端接地，第四运放U2-D的输出端14脚接电阻R24，电阻R24的另一端接单片机N1的28脚(P2.7口)。
如图7所示，路灯控制电路由电阻R25～R30、电容C9～C11、三极管T10、光电耦合器VT1和晶闸管VT2组成；单片机N1的27脚(P2.6口)接电容C9和R25的接点，C9的另一端接地，R25的另一端接三极管T10的基极与电容C10的接点，电容C10另一端接地，三极管T10的发射极接地；三极管T7集电极接电阻R26和R27的接点，电阻R26另一端接电源VDD，电阻R27另一端光电耦合器VT1的1脚，光电耦合器VT1的2脚接地，光电耦合器VT1的3脚接电阻R23，电阻R23的另一脚接晶闸管VT2阳极A，光电耦合器VT1的4脚接电阻R28，电阻R28的另一脚接晶闸管VT2控制极G，晶闸管VT2阳极A接电阻R30与控制输出端，电阻R30另一端接电容C11，电容C11的另一端接晶闸管VT2阴极K，晶闸管VT2阴极K接另一个控制输出端；路灯控制电路的两个控制端接路灯电源。

Claims (8)

1.一种路灯控制器，包括单片机电路(1)、超声波发射电路(2)、超声波接收电路(3)、红外发射电路(4)、红外接收电路(5)和路灯控制电路(6)；
其特征在于：所述红外发射电路(4)接受单片机电路(1)控制信号，对信号进行编码和调幅处理，沿公路轴线方向向其它路灯控制器发出三种红外通讯信号；三种调幅编码信号是：监测到行人和车辆启动的红外发射电路(4)发射第一种编码信号；接收到第一种编码信号的路灯控制器启动路灯工作，并沿人车行驶方向发射第二种编码信号；接收到第二种编码信号的路灯控制器启动路灯，并沿人车行驶方向发射第三种编码信号，接收到第三种编码信号的路灯控制器只开启路灯，但不发射信号；
所述单片机电路(1)通过接受超声波接收电路(3)的信号，判断路上有没有行人和车辆及行驶方向，控制红外发射电路(4)沿行驶方向发射通讯信号，还接受红外接收电路(5)的通讯信号，输出信号给路灯控制电路(6)；
所述超声波发射电路(2)接受单片机电路(1)发出的脉冲信号，放大后驱动超声波发射器向外发射超声波信号；
所述超声波接收电路(3)接受由超声波发射电路(2)发射，被行人和车辆折射回的超声波信号，处理后输出信号给单片机电路(1)；
所述红外接收电路(5)接收其它路灯控制器发给的红外通讯信号，经处理后输入给单片机电路(1)，实现路灯控制器间的通讯；
所述路灯控制电路(6)接受单片机电路(1)的控制信号，放大处理后控制路灯电源；
所述单片机电路(1)与超声波发射电路(2)、超声波接收电路(3)、红外发射电路(4)、红外接收电路(5)和路灯控制电路(6)电连接。
2.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述红外发射电路(4)中设有两个红外发射管，两个红外发射管沿公路轴线相向安装，根据行人和车辆行驶方向分别启动两个红外发射管，向下一个路灯控制器发射通讯信号。
3.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述红外接收电路(5)包括左红外接收电路(7)和右红外接收电路(8)，两个红外接收电路沿公路轴线相向安装，有相同结构。
4.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述超声波发射电路(2)由四运放的第一运放U2-A、电阻R2～R6、电容C4～C5、三极管T1～T2、变压器Tr和超声波发射器Y1组成；电阻R2一端接单片机N1的39脚，另一脚接U2-A的反相输入端2脚；电阻R3一端电源VDD，另一端接电阻R4与U2-A的同相输入端3脚，电阻R4的另一端接地；第一运放U2-A的输出端1脚接电阻R5，电阻R5的另一端接三极管T1的基极，三极管T1的发射极接电阻R6和三极管T2基极，电阻R6的另一端接地，三极管T2的发射极接地，三极管T1和三极管T2的集电极相连后接变压器Tr的一次绕组，变压器Tr的二次绕组接电容C4，C4的另一端接电容C5与超声波发射器Y1，电容C5另一端与超声波发射器Y1另一端接地。
5.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述超声波接收电路(3)由四运放U2的第二运放U2-B、超声波接收器Y2、电阻R7～R10、电容C6组成；超声波接收器Y2与电阻R7并联，上端接电容C6，电容C6的另一端接第二运放U2-B反相输入端6脚；电阻R8、R9串联于电源VDD与地之间，R8与R9接点连第二运放U2-A的同相相输入端5脚，第二运放U2-B的输出端7脚接电阻R10，电阻R10的另一端接单片机N1的38脚。
6.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述红外发射电路(4)由红外遥控芯片N3、电阻R11～R18、电容C7～C8、三极管T3～T9、晶振G2和红外发射管D1～D2组成；单片机N1的37、36和35脚分别接电阻R11、R12和R13，电阻R11、R12和R13的另一端分别接三极管T3、T4和T5的基极，三极管T3、T4和T5的发射极相连后接地，三极管T3、T4和T5的集电极分别接红外遥控芯片N3的3脚、4脚和5脚；红外遥控芯片N3的1脚和2脚分别接双向开关K1和K2，双向开关K1和K2两个换向端分别接电源VDD和地；晶振G2两脚分别接红外遥控芯片N3的12、13两脚，电容C7一端接晶振G2与红外遥控芯片N3的12脚的接点，电容C7的另一脚接地；电容C8一端接晶振G2与红外遥控芯片N3的13脚的接点，电容C8的另一脚接地；红外遥控芯片N3的15脚接电阻R15，电阻R15的另一端接三极管T6的基极，三极管T6的发射极接三极管T7基极与电阻R16的接点，电阻R16的另一端接地，三极管T7的发射极接地，三极管T6、T7的集电极一起连接三极管T8、T9的发射极，三极管T8、T9的集电极分别接红外发射管D1、D2的负极，红外发射管D1和D2的正极一起接电阻R14，电阻R14的另一端接电源VDD的正极，三极管T8、T9的基极分别接电阻R17、R18，电阻R17、R18的另一端分别接单片机N1的34和33脚。
7.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述红外接收电路(5)的左红外接收电路(7)由红外接收芯片N4、电阻R19～R21、四运放U2的第三运放U2-C组成；红外接收芯片N4的1脚接电源，2脚接地，3脚第三接运放U2-C的反相输入端10脚；电阻R19一端接电源VDD，另一端接电阻R20和第三运放U2-C同相输入端9脚，电阻R20的另一端接地，第三运放U2-C的输出端8脚接电阻R21，电阻R21的另一端接单片机N1的32脚。
8.如权利要求1所述的一种路灯控制器，其特征在于：所述路灯控制电路(6)由电阻R25～R30、电容C9～C11、三极管T10、光电耦合器VT1和晶闸管VT2组成；单片机N1的27脚接电容C9和R25的接点，C9的另一端接地，R25的另一端接三极管T10的基极与电容C10的接点，电容C10另一端接地，三极管T10的发射极接地；三极管T10集电极接电阻R26和R27的接点，电阻R26另一端接电源VDD，电阻R27另一端光电耦合器VT1的1脚，光电耦合器VT1的2脚接地，光电耦合器VT1的3脚接电阻R28，电阻R28的另一脚接晶闸管VT2阳极A，光电耦合器VT1的4脚接电阻R29，电阻R29的另一脚接晶闸管VT2控制极G，晶闸管VT2阳极A接电阻R30与控制输出端，电阻R30另一端接电容C11，电容C11的另一端接晶闸管VT2阴极K，晶闸管VT2阴极K接另一个控制输出端；路灯控制电路(6)的两个控制端接路灯电源。
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