CN104981053B - 具备环境光控及故障检测的智能升降路灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备环境光控及故障检测的智能升降路灯；其特征在于：包括路灯环境光控及故障检测系统和路灯部分；路灯环境光控及故障检测系统由电源电路、单片机、温度采集及检测电路、光照强度采集电路、A/D转换电路、显示电路、复位电路、振荡电路组成；所述路灯部分包括灯杆、滑轮支架、灯盘、电机、卷扬机。本发明所述的环境光控及故障检测系统经过改进，结构设计合理，利用效率高，运行费用降低，广泛用于路灯控制领域。如果灯座或LED灯需要检修时，电路控制板此板能控制电机运转，使其带动卷扬机卷动不锈钢主钢绳，使其带动三根副钢绳，从而达到灯盘升降的目的，不用电工爬上爬下。

Description

具备环境光控及故障检测的智能升降路灯

技术领域

本发明涉及一种智能路灯，具体来讲是一种具备环境光控及故障检测的智能升降路灯。

背景技术

随着时代的发展，城市现代化建设步伐的不断加快，对城市道路照明及城市亮化工程需求也越来越大，城市路灯照明系统规模的增大，如何高效地管理城市路灯系统变得越来越重要。传统的光控电路只能实现简单的人工控制或定时开关，其存在以下的缺点：(1)不能对用电情况实时监测致使浪费电能；(2)不能远程集中控制使其管理麻烦；(3)无故障报警，发生的故障得不到及时排除；(4)同时耗费大量人力和物力，城市路灯的管理效率也非常低下。

因此，对城市路灯的管理与控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法，对开关灯及时性与准确性、节约能源、亮灯率等指标提出了更高的要求。为了适应这一发展的需要，提高城市道路照明的管理水平，就必须加快城市道路照明的科技进步和现代化建设进程，用新型的路灯监控系统来替代原来较为落后 、繁琐的路灯运行方式，将有限的人力节约下来，得以发挥其应有的作用，创造更好的社会效益和更多的经济效益。城市环境路灯光控及故障检测电路控制管理方式的发展可以划分为三个阶段 :第一阶段是单纯的定时控制，在变电柜内安装定时器，根据标准的晨昏时间控制开关；第二个阶段是光控，感光模块根据光照度的强弱来控制开关；第三阶段就是智能控制，即采用远程监控系统的方式，通过监控中心集中监测，实现市内各道路的路灯的远程监控。

目前路灯监控系统在多数大城市得到了普及，但是很多中小城市仍然采用采用传统的时钟控制或光控开关控制、人工巡检的方式。这些控制方式由于没有远程数据采集和通讯功能，无法实现集中监控，所以运行、操作结果不能集中监视、记录和统计，因此存在许多难以克服的问题。

开关随季节的变化需要经常调整，人工调整时钟控制时间工作量大，若不经常调整，会造成开关灯时间不准确、不统一。天不黑灯己亮、天不亮灯己灭的现象时有发生。遇到特殊天气(如阴雨天)需临时调整开关灯时间，用人工更难做到，既影响路灯服务质量，又造成电能浪费。光控开关虽然是按照亮度值控制路灯的开关，不用人工调整，但光控元件易受环境影响产生误动作，如晚上受外界散光照射、光敏元件受灰尘污染导致光控失灵等，另外，光控方式也不能实现半夜灯控制。人工巡检路灯运行情况，盲目性大，费时费力，对路灯设施的运行状况无法进行实时监测，很难保证维护的及时性。

也正是因为路灯的重要性已经成为城市道路或小区生活里不可缺少的一部分；夜间，在灯火通明的市区，全靠路灯予以照明，让车辆、行人得以通行。对于路灯整体结构来讲，灯座通常安装在灯杆顶端，且位置相对固定，倘若对灯座进行检修或更换的话是需要电工爬上去进行操作，费时费力并且很不方便。

发明内容

本发明的目的在于在此提供一种具备环境光控及故障检测的智能升降路灯。如果灯座或LED灯需要检修时，电路控制板此板能控制电机运转，使其带动卷扬机卷动不锈钢主钢绳，使其带动三根副钢绳，从而达到灯盘升降的目的，不用电工爬上爬下。

本发明是这样实现的，构造一种具备环境光控及故障检测的智能升降路灯；其特征在于：包括路灯环境光控及故障检测系统和路灯部分；

所述路灯环境光控及故障检测系统由电源电路、单片机、温度采集及检测电路、光照强度采集电路、A/D转换电路、显示电路、复位电路、振荡电路组成；光照强度采集电路与A/D转换电路连接，A/D转换电路与单片机连接，所述电源电路、温度采集及检测电路、复位电路和振荡电路分别与单片机连接，单片机与显示电路连接；

所述路灯部分包括灯杆、滑轮支架、灯盘、电机、卷扬机： 滑轮支架位于灯杆的顶部；三根不锈钢副钢绳以 120°排列安装于固定结构的支撑架上，六个滚轮分三组将副钢绳引入灯杆内，一个连接法兰将三根副钢绳与一根不锈钢主钢绳连接；灯盘上设置有定位销；三根不锈钢副钢绳用于连接灯盘对应的定位销；滑轮支架的上端通过防水固定法兰设置有防水盘，防水盘上端设置有避雷针；灯杆下端设置有门框；门框对应的灯杆内设置电机、卷扬机；电机与卷扬机连接，不锈钢主钢绳设置在卷扬机上；门框对应的盖板上设置有控制板；灯杆的底部设置有穿线管；并且灯杆的底部是通过地基架和加强筋固定在砼基础上；灯盘上用于安装LED灯。

根据本发明所述具备环境光控及故障检测的智能升降路灯，其特征在于：光照强度采集电路由可见光照度传感器On9658来测量光照强度以实现光照强度采集；温度采集检测电路由温度传感器DS18B20实现；单片机采用AT89S52实现；A/D转换电路采用TLC549实现。

根据本发明所述具备环境光控及故障检测的智能升降路灯，其特征在于：对应滑轮支架的下面是 3 个挂钩盒，也为 120°排列均布。

本发明所述的环境光控及故障检测系统经过改进，结构设计合理，利用效率高，运行费用降低，广泛用于路灯控制领域。如果灯座或LED灯需要检修时，电路控制板此板能控制电机运转，使其带动卷扬机卷动不锈钢主钢绳，使其带动三根副钢绳，从而达到灯盘升降的目的，不用电工爬上爬下。本发明利用传感器技术、单片机、A/D转换技术来实现路灯的环境光控及故障检测。目的是解决当前城市路灯管理中存在的不能对用电情况实时监测致使浪费电能，不能远程集中控制，耗费大量人力和物力，管理效率也非常低下;无故障报警，发生的故障得不到及时排除等等诸多缺点。随着国内经济持续快速发展，城市建设发展很快，道路扩宽，城区扩大，市政在路灯方面的投资也开始加大，因此路灯环境光控及故障检测系统的研制具有很大的市场前景。

附图说明

图1是本发明路灯部分结构示意图

图2是本发明整体结构模块图

图3是单片机AT89S52的引脚图

图4 是单片机AT89S52电路连接图

图5是光照强度采集电路中光强传感器电路图

图6是A/D转换电路中TLC549连接示意图

图7测温原理示意图

图8是温度采集及检测电路中测温传感器连接图

图9显示电路示意图

图10本发明整个原理图。

具体实施方式

下面将结合附图1-10对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种具备环境光控及故障检测的智能升降路灯；与传统路灯不同在于：本升降路灯包括路灯环境光控及故障检测系统和路灯部分。

所述路灯环境光控及故障检测系统由电源电路1、单片机2、温度采集及检测电路3、光照强度采集电路4、A/D转换电路5、显示电路6、复位电路7、振荡电路8组成；光照强度采集电路4与A/D转换电路5连接，A/D转换电路5与单片机2连接，所述电源电路1、温度采集及检测电路3、复位电路7和振荡电路8分别与单片机2连接，单片机2与显示电路6连接。光照强度采集电路4由可见光照度传感器On9658来测量光照强度以实现光照强度采集；温度采集检测电路3由温度传感器DS18B20实现；单片机2采用AT89S52实现；A/D转换电路5采用TLC549实现。

所述路灯部分包括灯杆18、滑轮支架14、灯盘15、电机22、卷扬机20： 滑轮支架14位于灯杆（18）的顶部；三根不锈钢副钢绳17b以 120°排列安装于固定结构的支撑架上，六个滚轮分三组将副钢绳17b引入灯杆18内，一个连接法兰26将三根副钢绳17b与一根不锈钢主钢绳17a连接；灯盘15上设置有定位销16；三根不锈钢副钢绳17b用于连接灯盘15对应的定位销16；滑轮支架14的上端通过防水固定法兰13设置有防水盘12，防水盘12上端设置有避雷针11；灯杆18下端设置有门框19；门框19对应的灯杆18内设置电机22、卷扬机20；电机22与卷扬机20连接，不锈钢主钢绳17a设置在卷扬机20上；门框19对应的盖板28上设置有控制板21；灯杆18的底部设置有穿线管23；并且灯杆18的底部是通过地基架24和加强筋25固定在砼基础上；灯盘15上用于安装LED灯29。对应滑轮支架的下面是 3 个挂钩盒27，也为120°排列均布。

如果灯座或LED灯需要检修时，电路控制板此板能控制电机22运转，使其带动卷扬机20卷动不锈钢主钢绳17a，使其带动三根副钢绳17b，从而达到灯盘升降的目的，不用电工爬上爬下。

如图2所示，本发明还具备路灯的环境光控及故障检测系统，路灯的环境光控及故障检测系统由电源电路1、单片机2、温度采集及检测电路3、光照强度采集电路4、A/D转换电路5、显示电路6、复位电路7、振荡电路8组成；光照强度采集电路4与A/D转换电路5连接，A/D转换电路5与单片机2连接，所述电源电路1、温度采集及检测电路3、复位电路7和振荡电路8分别与单片机2连接，单片机2与显示电路6连接。

路灯的环境光控及故障检测主要是利用传感器技术完成，传感器就是能感受或响应规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感技术是一项高速发展的高科技技术，是构成现代信息技术的主要技术之一，近年来发达国家对传感器在信息社会的使用有了新的认识和评价，世界传感器技术取得长足的发展，己广泛应用于各个领域。路灯的环境光控及故障检测中一个主要方面就是先控与温度来集，主要是通过光强传感器和温度采集传感器来实现的。

本发明采用可见光照度传感器On9658来测量光照强度以实现光照强度采集；经过A/D 转换将输入电压模拟量变为数字量的形式，再将数字量送入单片机进行光控处理，最终将得到的数据显示在 LED 数码管上来表示光照强度。其次是通过含有温度传感器DS18B20的温度采集检测电路，系统对环境的温度进行实时的采集，并实时的对采集的温度进行显示和判断，当温度异常时，发出异常处理，并进行相关处理。以实现光照强度采集和温度采集，最终实现路灯的环境光控及故障检测。

因此路灯的环境监控及其故障检测主要根据传感器中光敏电阻的特性来实现。传感器中光敏电阻值随受到的光照强度的变化而变化(光照强度越大，电阻值越小)。将传感器接入电路中，不同光照强度导致传感器内部光敏电阻值变化，于是光敏电阻上的电压发生变化，导致电路的输出电压也相应变化。根据电压-光照度函数关系，由电压计算得到光照强度值，然后以可视化界面形式输出(即 PC 机和 LED 数码管显示)，以供用户查看结果。

其中光敏电阻的特性是光敏电阻随受到的光照强度的变化电阳值发生变化，光照强度越强电阳越小，在分压，电路中获得电压越低。根据这一特性，结合光照强度和输出的模拟电压之间的关系，可以得到某一光照强度下的对应的模拟电压。将模拟电压通过AD转化器转换为数字电压 ，以便于计算机处理。然后再将数字电压转换成光照度。其次是 通过温 度来集检测电路，系统对环境的温度进行实时的采集 ，并实时的对采集的温度进行显示和判断，当温度异常时，发出异常处理，并进行相关处理。

路灯的环境光控及故障检测系统，光照强度采集电路4由可见光照度传感器On9658来测量光照强度以实现光照强度采集；温度采集检测电路3由温度传感器DS18B20实现；单片机2采用AT89S52实现；A/D转换电路5采用TLC549实现。

因此本发明用到的硬件是On9658可见光照度传感器、DS18B20温度传感器、单片机AT89S52、A/D 转换芯片TLC549和八段 LED 数码管。其理由是：（1）选用含有光敏电阻的On9658可见光照度传感器，因为电路连接比较简单，输出电流与光强成线性关系，得到的模拟电压与光强也成线性关系，而且价格便宜。(2) DS18B20的优点如下：单线结构，只需一根信号线和CPU相连 ; 不需要外部元件，直接输出串行数据；不需要外部电源，直接通过信号线供电，电源电压范围为3.3V-5V;测温精度高，测温范围在10℃—85℃时，精度为±0.5℃;测温分频率高，当选用12位转换位数时，温度分辨率可达0.0625℃ ;数字量 的转换精度及转换时间可 以通过简单 的编程来控制;具有非易失性上 、下限报警设定的功能，用户可方便地通过编程修改上、下限的数值 ;可通过报警搜索命令识别哪片DS18B20 采集的温度超越上、下限。(3) AT89S52单片机是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和系统可编程 Flash，使得AT89S52 单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。(4) A/D转换芯片TLC549 和ADC0809 同样都能实现将模拟量转换为数字量，ADC0809 是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组件，引脚较多，而A/D转换芯片TLC549引脚较少，这样既有利于PCB的设计又本着节约资源的思想。(5)显示设备是八段LED数码管，没有选择LCD的原因如下：LCD特点: 占用空间小，功耗低，低辐射，能降低视觉疲劳，但是会出现闪烁现象。LED特点:与LCD相比，LED在亮度、功耗、可视度和刷新速率等方面更具有优势，其最显著的特点是使用寿命长，光电转换性能高，绿色环保。

硬件电路设计说明：

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 ，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位 CPU和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 。

复位电路：当 MCS-51系列单片机的复位引脚RST(全称 RESET) 出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

时钟电路：8052单片机的时钟信号通常用两种电路得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器，就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

温度采集：DS18B20测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1;高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入 ;计数器l和、温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值:计数器 l 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器l 重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数:如此循环直到计数器2 计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

DS18B20 硬件电路设计：环境监控其中的一个主要方面是温度采集与监控。系统对环境的温度进行实时的采集，并实时的对采集的温度进行显示和判断，当温度异常肘，发出异常处理，并进行相关处理。本系统温度来集部分采用硬件电路比较成熟的数 字式温度传感器 DS18B20 。由于其内部集成了采集和 AD 转换，因此电路连接简单、方便，只需接电源、GND，和一根数据线跟单片机通讯即可。

LED 显示电路：LED 发光二级管在本设计中采用八段发光二级管作为终端显示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种具备环境光控及故障检测的智能升降路灯；其特征在于：包括路灯环境光控及故障检测系统和路灯部分；

所述路灯环境光控及故障检测系统由电源电路（1）、单片机（2）、温度采集及检测电路（3）、光照强度采集电路（4）、A/D转换电路（5）、显示电路（6）、复位电路（7）、振荡电路（8）组成；光照强度采集电路（4）与A/D转换电路（5）连接，A/D转换电路（5）与单片机（2）连接，所述电源电路（1）、温度采集及检测电路（3）、复位电路（7）和振荡电路（8）分别与单片机（2）连接，单片机（2）与显示电路（6）连接；

所述路灯部分包括灯杆（18）、滑轮支架（14）、灯盘（15）、电机（22）、卷扬机（20）： 滑轮支架（14）位于灯杆（18）的顶部；三根不锈钢副钢绳（17b）以 120°排列安装于固定结构的支撑架上，六个滚轮分三组将副钢绳（17b）引入灯杆（18）内，一个连接法兰（26）将三根副钢绳（17b）与一根不锈钢主钢绳（17a）连接；灯盘（15）上设置有定位销（16）；三根不锈钢副钢绳（17b）用于连接灯盘（15）对应的定位销（16）；滑轮支架（14）的上端通过防水固定法兰（13）设置有防水盘（12），防水盘（12）上端设置有避雷针（11）；灯杆（18）下端设置有门框（19）；门框（19）对应的灯杆（18）内设置电机（22）、卷扬机（20）；电机（22）与卷扬机（20）连接，不锈钢主钢绳（17a）设置在卷扬机（20）上；门框（19）对应的盖板（28）上设置有控制板（21）；灯杆（18）的底部设置有穿线管（23）；并且灯杆（18）的底部是通过地基架（24）和加强筋（25）固定在砼基础上；灯盘（15）上用于安装LED灯（29）；

光照强度采集电路（4）由可见光照度传感器On9658来测量光照强度以实现光照强度采集；温度采集检测电路（3）由温度传感器DS18B20实现；单片机（2）采用AT89S52实现；A/D转换电路（5）采用TLC549实现；对应滑轮支架的下面是 3 个挂钩盒（27），也为 120°排列均布。