单片机的智能路灯设计
单片机的智能路灯设计[20200131184555]
【摘 要】
本设计以AT89S52单片机为控制核心，结合MQ-2光照强度检测模块、放大器、ADC0832转换芯片及1602液晶显示器来设计智能路灯控制系统。该系统能够光照强度自动调节照射路灯亮度，从而实现节能减排的目的。该系统具有操作方便，可靠性高，功能灵活多样，实用性强等特点，可以广泛地应用于公路、广场或者其它场所的智能控制。
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关键字:】AT89S52；ADC0832；MQ-2；智能控制；
一、引言 1
二、系统原理框图设计 1
三、各组成电路模块设计 2
（一）光照强度检测电路 2
（二）信号放大电路 2
（三）A/D转换电路 3
（四）单片机控制电路 3
（五）路灯控制电路 4
1. 路灯控制原理 4
2. 控制电路设计 5
（六）显示电路 5
（七）系统电路原理图 6
四、系统软件设计 7
（一）程序设计流程图 7
（二）系统仿真 7
五、总 结 8
谢辞 9
参考文献 10
附录一 11
一、引言
随着社会的发展，能源问题已经成为全球最为关注的问题之一，能源危机由于全球性能源危机已经成为全人类所面临的主要危机，特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧，电力紧张阻碍着我们的日常生产，生活，甚至严重影响到我国经济发展与社会文明的进步，世界普遍重视可再生能源的利用与研究。节能路灯以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后费用的维护和开支，无需架设过多输电线路或挖沟铺设电缆．可以方便安装在广场、校园、公园等多方面的优点而越来越受到重视。
在城市亮化，美化大潮的趋势下，城市路灯照明耗电也吞噬着我们的电力资源，而发电企业投资和建设需要一个较长的周期，快速的经济发展需要更多更充足的电力供应，电力的资源供不应求。电力供应缺口很难在短时间内得到解决，发展与节约二者不可兼得。此时路灯照明行业节电也成为了我们的必然选择。
伴随我国城市现代化建设的突飞猛进，城市路灯照明虽取得了一些辉煌成果，成为一项蓬勃发展的公用事业，然而中国电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重，而且在今后相当长的一段时间内将继续存在，致使能源紧张和城建规模化发展形成了很大的矛盾，所以节约电能、提高路灯系统管理水平，已经是急需要解决的课题。随着电子技术及单片机的飞速发展，选择单片机来控制路灯的亮度是一个有效的途径。本文基于AT89S52单片机为控制核心来设计一个智能路灯控制系统。
二、系统原理框图设计
为了节约路灯的耗电量，在光照强度不算低的时候，路灯可以不用全压运行，随着光照强度的下降，开始自动调光，增大路灯的亮度，那么它就可以在调光的同时也大幅度降低了电耗，节约了有功电耗。
本设计以AT89S52芯片为控制核心，结合MQ-2光照强度检测模块、放大器、ADC0832转换芯片及1602液晶显示器构成的对光照强度进行检测系统，共同构成了智能路灯控制系统，系统原理总框图如下图1所示。
图1 系统整体设计框图
通过光敏传感器将检测到的光照强度转换为电信号，然后通过信号放大电路将信号放大，放大后的信号仍为模拟信号，由ADC0832转换芯片来实现信号的模数转换送至单片机，单片机进行分析并作出指令来控制路灯调节电路。设计的系统还具有显示功能，能够显示已坏路灯或出故障的路灯。
三、各组成电路模块设计
（一）光照强度检测电路
将“光信号”转换为“电信号”采用的是MQ-2光电传感器。 MQ-2光电传感器所使用的光敏敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，对阳光的灵敏度高，检测也很理想，是一款适合多种应用的低成本传感器，具有价格便宜，市场采购方便，使用简单的优点。
当传感器接收到光信号时，传感器的电导率随空气中光照强度增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与光照强度相对应的输出信号。光照强度检测电路设计如下图2所示，对光照强度进行检测，输出一个0~5V的模拟信号。从而达到将“光”转换为“电”的目的。MQ-2的1与3端接5V电压，让传感器接收阳光，6端接放大电路把转换成的电信号传给放大电路。
图2光照强度检测电路
（二）信号放大电路
该模块需要把光电传感器传递过来的电信号进行放大，主要由光敏三极管来完成。它集电极电流不只是受基极电路和电流控制，同时也受光辐射的控制。从而使光电传感器把光信号转换为电信号传递到这里经放大后传给ADC0832模数转换器。信号放大电路结构如图3所示。
图：3信号放大电路
（三）A/D转换电路
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。由于它体积小，兼容性，性价比高得到广泛应用，A/D转换模块就是基于ADC0832来设计的。
当要接收到放大电路传来的放大信号后，进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，把电信号进行转换，并把转换后的信号传给单片机，电路图如图4。
图4 A/D转换电路
（四）单片机控制电路
本系统的控制核心选择的是AT89S52单片机芯片，单片机工作需要时钟信号，晶体振荡器的振荡频率可以6MHZ、12MHZ、24MHz。本设计采用的是12MHz晶振，同时为了谐波干扰，在晶振两端并联两个20pF的电容，然后在VSS口接10pF的电容到5V电源再并联19K电阻接地，用来检测是否出故障，电路图如图5所示。
图5 最小控制系统原理图
（五）路灯控制电路
1. 路灯控制原理
当单片机接收到ADC0832模数转换器传来的转换后的信号，进行分析并发出指令，指令传给路灯控制电路和1602液晶显示器。
路灯控制过程如图6所示，当触发装置收到来自单片机控制器的控制信号，触发板输出脉冲信号则使功率变换单元按要求改变继电器的导通情况，继电器的导通情况不同直接决定了可变电抗变压器二次线圈的电压或电流发生变化由于电磁感应使电抗器一次侧电抗值发生变化，进而改变路灯的输入电压，当显示器显示的光照强度小于40lux,增大路灯两端的电压从而增大路灯的亮度。当显示器显示的光照强度大于40lux时，减小路灯两端的电压降低路灯的亮度，当显示器显示的光照强度大于60lux时，关掉路灯。
图6路灯控制程序图
2. 控制电路设计
路灯控制系统采用两个继电器(RELAY)控制如图7，单片机控制路灯的开光通过继电器成功的实现了弱信号对强点的控制。当单片机I/O输出的dang1与dang2间有一个电压差两个继电器就会发生不同的吸合，从而分担整个电路的电压，使路灯灯泡两端的电压、电流不同，路灯的亮度从而得到控制。
Dang1 1 1
Dang2 0 1
档位1 档位
图7路灯的控制电路图
（六）显示电路
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点。
【摘 要】
本设计以AT89S52单片机为控制核心，结合MQ-2光照强度检测模块、放大器、ADC0832转换芯片及1602液晶显示器来设计智能路灯控制系统。该系统能够光照强度自动调节照射路灯亮度，从而实现节能减排的目的。该系统具有操作方便，可靠性高，功能灵活多样，实用性强等特点，可以广泛地应用于公路、广场或者其它场所的智能控制。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:】AT89S52；ADC0832；MQ-2；智能控制；
一、引言 1
二、系统原理框图设计 1
三、各组成电路模块设计 2
（一）光照强度检测电路 2
（二）信号放大电路 2
（三）A/D转换电路 3
（四）单片机控制电路 3
（五）路灯控制电路 4
1. 路灯控制原理 4
2. 控制电路设计 5
（六）显示电路 5
（七）系统电路原理图 6
四、系统软件设计 7
（一）程序设计流程图 7
（二）系统仿真 7
五、总 结 8
谢辞 9
参考文献 10
附录一 11
一、引言
随着社会的发展，能源问题已经成为全球最为关注的问题之一，能源危机由于全球性能源危机已经成为全人类所面临的主要危机，特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧，电力紧张阻碍着我们的日常生产，生活，甚至严重影响到我国经济发展与社会文明的进步，世界普遍重视可再生能源的利用与研究。节能路灯以其不用专人管理和控制，安装一次性投资无需日后费用的维护和开支，无需架设过多输电线路或挖沟铺设电缆．可以方便安装在广场、校园、公园等多方面的优点而越来越受到重视。
在城市亮化，美化大潮的趋势下，城市路灯照明耗电也吞噬着我们的电力资源，而发电企业投资和建设需要一个较长的周期，快速的经济发展需要更多更充足的电力供应，电力的资源供不应求。电力供应缺口很难在短时间内得到解决，发展与节约二者不可兼得。此时路灯照明行业节电也成为了我们的必然选择。
伴随我国城市现代化建设的突飞猛进，城市路灯照明虽取得了一些辉煌成果，成为一项蓬勃发展的公用事业，然而中国电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重，而且在今后相当长的一段时间内将继续存在，致使能源紧张和城建规模化发展形成了很大的矛盾，所以节约电能、提高路灯系统管理水平，已经是急需要解决的课题。随着电子技术及单片机的飞速发展，选择单片机来控制路灯的亮度是一个有效的途径。本文基于AT89S52单片机为控制核心来设计一个智能路灯控制系统。
二、系统原理框图设计
为了节约路灯的耗电量，在光照强度不算低的时候，路灯可以不用全压运行，随着光照强度的下降，开始自动调光，增大路灯的亮度，那么它就可以在调光的同时也大幅度降低了电耗，节约了有功电耗。
本设计以AT89S52芯片为控制核心，结合MQ-2光照强度检测模块、放大器、ADC0832转换芯片及1602液晶显示器构成的对光照强度进行检测系统，共同构成了智能路灯控制系统，系统原理总框图如下图1所示。
图1 系统整体设计框图
通过光敏传感器将检测到的光照强度转换为电信号，然后通过信号放大电路将信号放大，放大后的信号仍为模拟信号，由ADC0832转换芯片来实现信号的模数转换送至单片机，单片机进行分析并作出指令来控制路灯调节电路。设计的系统还具有显示功能，能够显示已坏路灯或出故障的路灯。
三、各组成电路模块设计
（一）光照强度检测电路
将“光信号”转换为“电信号”采用的是MQ-2光电传感器。 MQ-2光电传感器所使用的光敏敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，对阳光的灵敏度高，检测也很理想，是一款适合多种应用的低成本传感器，具有价格便宜，市场采购方便，使用简单的优点。
当传感器接收到光信号时，传感器的电导率随空气中光照强度增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与光照强度相对应的输出信号。光照强度检测电路设计如下图2所示，对光照强度进行检测，输出一个0~5V的模拟信号。从而达到将“光”转换为“电”的目的。MQ-2的1与3端接5V电压，让传感器接收阳光，6端接放大电路把转换成的电信号传给放大电路。
图2光照强度检测电路
（二）信号放大电路
该模块需要把光电传感器传递过来的电信号进行放大，主要由光敏三极管
图：3信号放大电路
（三）A/D转换电路
ADC0832是美国国家半导体公司
当要接收到放大电路传来的放大信号后，进行A/D转换时，须先将CS使能端
图4 A/D转换电路
（四）单片机控制电路
本系统的控制核心选择的是AT89S52单片机芯片，单片机工作需要时钟信号，晶体振荡器的振荡频率可以6MHZ、12MHZ、24MHz。本设计采用的是12MHz晶振，同时为了谐波干扰，在晶振两端并联两个20pF的电容，然后在VSS口接10pF的电容到5V电源再并联19K电阻接地，用来检测是否出故障，电路图如图5所示。
图5 最小控制系统原理图
（五）路灯控制电路
1. 路灯控制原理
当单片机接收到ADC0832模数转换器传来的转换后的信号，进行分析并发出指令，指令传给路灯控制电路和1602液晶显示器。
路灯控制过程如图6所示，当触发装置收到来自单片机控制器的控制信号，触发板输出脉冲信号则使功率变换单元按要求改变继电器的导通情况，继电器的导通情况不同直接决定了可变电抗变压器二次线圈的电压或电流发生变化由于电磁感应使电抗器一次侧电抗值发生变化，进而改变路灯的输入电压，当显示器显示的光照强度小于40lux,增大路灯两端的电压从而增大路灯的亮度。当显示器显示的光照强度大于40lux时，减小路灯两端的电压降低路灯的亮度，当显示器显示的光照强度大于60lux时，关掉路灯。
图6路灯控制程序图
2. 控制电路设计
路灯控制系统采用两个继电器(RELAY)控制如图7，单片机控制路灯的开光通过继电器成功的实现了弱信号对强点的控制。当单片机I/O输出的dang1与dang2间有一个电压差两个继电器就会发生不同的吸合，从而分担整个电路的电压，使路灯灯泡两端的电压、电流不同，路灯的亮度从而得到控制。
Dang1 1 1
Dang2 0 1
档位1 档位
图7路灯的控制电路图
（六）显示电路
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点。
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