智能路灯控制系统设计实现
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智能路灯控制系统设计实现
摘 要： 传统的路灯管理和维护采用人工巡查的方式，效率低下，费时费力。城市智能路灯控制系统借助无线传感器和GPRS，实现对路灯实时控制和检测。系统采用C/S结构，以PC为客户端，通过GPRS无线通信方式接入服务器终端，实现基站与客户终端的连接。PC客户端通过处理数据来提醒用户基站存在的异常和手动控制基站。实验测试表明，系统运行正确，稳定可靠。0 引言城市路灯系统是现代城市建设中重要的组成部分，它服务于交通安全和人们的出行、休闲及生活，美化了城市容貌。目前，国内大多数城市的路灯控制系统采用“全夜灯恒照度”的模式，其能源利用率低、资源浪费大。路灯分布在城市道路的每个角落，自然或者人为的损坏时常发生，由于其分布广泛，给路灯的管理、维护工作带来极大的困难。路灯管理部门多采用上路巡查的办法来发现故障、排除故障，不仅反应迟缓，且费时费力费钱，很难满足高“亮灯率”的管理要求，也远远落后于现代化道路照明的需要[1-3]。本文设计的智能路灯控制系统将无线传感网络与现有移动通信网络相结合，整个智能路灯控制系统由无线传感网络（WSN）、移动通信网络、服务器、计算机控制中心等部分组成。无线传感器网络负责路灯运行状态数据的收集和路灯的亮度控制，而移动通信网络将相关数据在基站和网络服务器间传输[4-5]。计算机控制中心监控全部路灯的运行，对整个区域的光能进行合理优化，以减少电能消耗。1 智能路灯控制系统总体设计基于WSN的智能路灯控制系统由路灯控制节点、路灯协调器、远程终端控制系统组成，系统各部分连接图如图1所示。路灯控制节点安装在每个路灯上，其与路灯协调器通过无线传输方式连接，多个路灯协调器及其所管辖的路灯控制节点组成了整个无线传感器网络（WSN）。整个智能路灯控制系统通过部署在无线网络节点上的传感器采集路灯运行过程中的光照强度、周围温度等状态信息，并通过nRF905芯片的无线传输方式将路灯运行状态信息传送至路灯协调器，路灯协调器负责对信息进行分类、计算、转化等初步分析。路灯协调器与GPRS模块直接相连，经GPRS网络将路灯运行状态信息储存至网络服务器。远程终端控制系统的操作人员只需登录Internet运行路灯控制程序即可了解路灯运行过程中的相关信息，同时将对路灯进行相关操作的控制信息发送到无线网络节点，进而控制运行中的每一盏路灯。1.1 GPRS通信方式GPRS是基于GSM的移动分组数据业务，在现有GSM网络基础上叠加的一个新网络，可为用户提供端到端的、广域无线IP连接。GPRS是一项无线高速数据传输技术，以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可在移动状态下使用各种高速数据业务。本系统采用GPRS无线通信方式。各个无线传感网络节点处采集的信息通过无线方式（nRF905芯片）传输到路灯协调器，在路灯协调器的微处理器中进行分析、计算、转化等信息处理，处理后的信息传送至GPRS模块等待发送出去，并利用GPRS网络将处理后的信息传输至网络服务器并存储，其过程如图2所示。1.2 路灯控制节点路灯控制节点是系统重要组成部分，安装在每个路灯上，其不仅能接受来自控制中心的命令对该节点路灯进行控制和检测，还能通过温度和光传感组成的传感器电路采集外界自然环境状态信息，经STC52（MCU）处理传感器电路采集的信息，进而由自适应调光电路实现路灯的自动控制。其结构框图如图3所示。2 软件设计该智能路灯控制系统以PC为客户端，在软件开发中使用Net Framework 4.0搭建应用开发环境进行系统开发，使用VS2010和C#语言开发应用程序，其框架图如图4所示，主要包含PC服务终端模块和PC客户端模块两个部分。PC服务终端模块主要功能是为基站和客户终端建立联系，以及提供一些能够自动处理的功能。它包含数据收发和数据处理两个模块，数据收发模块负责数据的网络传输和识别；数据处理模块处理终端的数据请求和逻辑请求，对远程基站进行控制，这些控制信息将由用户界面交互得到，同时还具备数据异常处理功能。PC客户端的主要功能有数据收发、数据处理和界面交互。其中数据处理是终端的核心，用户通过界面交互了解到基站的相关信息，从而手动控制基站。此外，终端软件本身具备通过数据处理来提醒用户基站存在的异常（比如路灯损坏等）的功能。2.1 PC服务终端软件设计PC服务终端的基本原理是：建立一个专用的接收连接主服务，在接收到连接后建立一个专用的处理数据逻辑的数据处理服务，这个处理服务将接收和处理来自客户终端的获取和控制请求[6]。该部分的实现主要由以下函数构成：public void Run//处理客户端请求public Socket Accept//建立数据服务功能On Start Server//提供开关服务器服务接口流程图如图5所示。主要工作流程如下：（1）服务端程序启动，并开启数据监听程序。系统采用TCP协议进行网络数据传输，所以对运行监听程序的服务器要求有对外独立的可供访问的IP地址，本系统的对外IP是210.40.16.55，开放端口为7777。由于监听程序将处于一直循环监听状态，如果该监听程序在界面UI线程中运行，将会导致UI反应迟钝，故将监听程序放到一个新的线程中运行。（2）当监听程序接收到连接后，为改连接开启一个数据处理服务。连接来源有三种：基站、PC客户端以及手机终端。之后建立一个数据处理服务程序，并将其放到一个新的线程中去运行。（3）在数据处理服务开启后，它将一直处于数据接收状态，并预处理数据接收，直到数据接收完毕。该部分的功能主要是数据接收功能。本文制定的网络传输协议包括基站与服务端的协议、PC客户终端与服务器的网络协议、手机客户终端与服务器的网络协议。（4）将接收到的数据转换成系统数据转换器，数据转换器保存需有数据的类型以及真正需要交互的数据。（5）根据转换器得到处理类型，不同处理类型作相应的处理并发回客户终端。如果发送成功，程序将继续回到步骤（3），如果发送过程出现异常或连接断开等情况时，数据处理接听程序将结束。2.2 PC客户端软件设计PC客户端的工作原理是：建立一个数据处理监听程序不停地监听由界面交互产生的数据处理命令，并根据处理命令与服务器进行交互，提交相应的命令和控制[7-8]。该部分的实现主要由以下函数构成：Private void Window_Loaded（object sender，RoutedEventArgs e）//初始化UI界面Private void btn_Click（object sender，Routed Event Args e）//建立界面与服务器交互Void Timer_Elapsed（object sender，System.Timers.Elapsed Event Args e）//定时向服务请求更新数据Void run//与终端保持数据接收，处理数据请求Void command（string cmd，object data）//命令组织发送接口Void CloseAll（bool isturnon）//控制所有灯泡信息开关主要工作流程为：（1）程序开启，连接服务器。通过固定的服务器IP：210.40.16.55，端口7777连接到远程服务器。（2）连接成功，建立数据处理程序，与服务器进行交互，定时系统开启。其中包括数据的接收预处理、数据处理程序开启、定时命令提交系统三个部分。数据网络传输是基于TCP协议，通过预处理可以得到数据转换器。定时命令提交系统中会定时向系统服务器提交由交互界面产生的控制命令。（3）响应或提交处理命令。该部分是客户终端的核心部分，针对不同的数据处理请求相应的操作。用户界面交互产生对服务器的控制信息，控制信息发送给服务器并得到响应后获取到SET请求，再解析数据转换器中基站信息，检查基站更新数据，如发现异常信息，界面交互提醒用户，最后更新到本地数据缓存，界面刷新，从而达到同步显示的目的。用户可以根据同步显示的信息或系统提醒的异常信息向客户终端提交相应的用户处理请求，这些请求最终转换成基站信息，然后通过CONTROL请求发送给服务器，从而实现客户终端对远程基站的实时监控与控制。PC客户端程序流程图如图6所示。3 系统测试（1）服务端运行结果服务端运行结果如图7所示。从图7中可以看到整个连接的过程：①启动服务器程序；②服务端程序接收到PC终端连接；③服务端程序接收到基站连接。接下来服务端程序就可以处理PC终端请求并发回基站。（2）PC终端运行测试结果当路灯运行故障时，PC客户端错误消息窗口给出错误提醒，如图8所示。从图8可以看到，3号灯出现故障，系统初步判定是光敏电阻出现异常。图9显示了PC客户端工作的界面，系统建立连接并可以正常进行数据通信。路灯控制节点接收来自控制中心的命令对该节点路灯进行控制和检测。如图9所示，当1、2号节点亮度不足时，终端发出指令调节1、2号节点的亮度，直至达到所需亮度。另外，可以很直观地看到3号灯出现故障并报警，同时系统初步判定是光敏电阻处出现异常。4 结论本文设计的城市智能路灯控制系统将无线传感器技术与GPRS无线通信技术相结合，由无数个路灯节点、多个中心节点（基站）、服务器和手机/PC客户端组成。各个部分通过通信介质传达控制命令，实现远程控制路灯。经实验测试，本系统不仅可以对故障路灯进行远程监控和定位，还可以通过移动或PC终端实现对路灯亮度的调节，大大提高了路灯管理水平和服务质量，实现了合理照明、美化照明及安全照明的理念。参考文献[1] 项新建.城镇路灯智能控制系统的研究[J].仪器仪表学报，）：194-197.[2] 贺一鸣，王崇贵，刘进宇.智能路灯控制系统设计与应用研究[J].现代电子技术，2010（1）：207-210.[3] 黎洪生，刘苏敛，胡冰，等.基于无线通信网络的智能路灯节能系统[J].计算机工程，）：190-192.[4] 宋成艳，李扬，梅运华.基于无线通信的城市路灯监控管理系统[J].微计算机信息，）：19-20.[5] 张伟，王宏刚，程培温.基于GPRS的智能路灯远程监控系统的研究[J].计算机测量与控制，）：.[6] 刘三梅，程韬波，胡战虎.基于GPRS/WEBGIS路灯节能监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，）：187-189.[7] 张艳，赵衍娟，杨眉.基于WSN技术的路灯控制系统的设计与实现[J].东北电力大学学报，）：84-87.[8] 胡开明，李跃忠，卢伟华.智能路灯节能控制器的设计与实现[J].现代电子技术，）：143-145.
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模拟路灯控制系统设计
[导读]摘要：模拟路灯控制系统以SCT89C58为控制核心。以DS1302为时钟源，以红外线传感器、光学传感器对移动物体和环境明暗变化进行信息采集，通过软件编程能实时显示时钟和设定、显示开关灯时间，控制整条支路根据设定时间
摘要：模拟路灯控制系统以SCT89C58为控制核心。以DS1302为时钟源，以红外线传感器、光学传感器对移动物体和环境明暗变化进行信息采集，通过软件编程能实时显示时钟和设定、显示开关灯时间，控制整条支路根据设定时间、环境明暗、交通情况自动开灯、关灯、调节亮灯状态或独立控制单灯开和关，并能根据布设在支路单元上的光敏器件的采集信息进行路灯故障声光报警。在设计中编程语言使用了C51，并采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。因此，本系统具有性能优良、稳定可靠、节能环保的优点。
关键词：SCT89C58；路灯控制；人机接口；节能环保
&&& 照明工程迅猛发展，其路灯数量的增大，而且功耗和性能大不提高，因而对路灯定时器控制的要求比较精确。目前，路灯开关灯控制方法多为传统的&钟控&和&光控&。因此，系统不能适应天气突变与季节变化等自然情况，且容易受外部环境干扰，灵敏度低，可靠性也较差。从而会出现：开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象。前者会造成巨大的电能浪费，后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。本设计利用微型计算机技术对传统的两种方式进行了优化，使之能实现控制开关灯的合理化、科学化。
1 总体系统设计
&&& 该模拟路灯控制系统选用STC89C58作为整个模拟路灯控制系统的控制芯片，利用优化的C语言编程方案实现路灯的控制功能。控制器以DS1302为时钟源，通过12864液晶显示模块适时显示时钟和监测系统运行状态，并利用4键独立式键盘提供用户设置界面。系统提供2种工作模式：人工控制模式和自动控制模式。在人工控制模式下，操作员通过主控制台上的按钮设置路灯的开关时间，也可直接控制单灯的开与关；在自动控制模式下，光敏电阻采集路灯所处环境的光亮度，红外对管识别是否有物体通过。从而使控制器完成对路灯及时控制的目的。如果路灯出现故障，布设在支路单元上的光敏器件就会采集LED灯的故障信息，然后由单片机控制路灯故障声光报警机构报警。LED灯以恒流电源为驱动源，单片机根据设定信息通过控制器可使恒流源工作或者停止工作实现LED调光功能。系统硬件方框总图如图1所示。
2 硬件组成与原理
&&& 硬件设计是整个系统的基础，要考虑的方方面面很多，除了实现模拟路灯控制系统基本功能以外，主要还要考虑如下几个因素：1)系统稳定度；2)器件的通用性或易选购性；3)软件编程的易实现性；4)系统其它功能及性能指标。因此只有合理的硬件设计才能更好的与软件控制相结合，从而达到整体性好，人性化强、可靠性高的优点。
2．1 控制电路
&&& 控制电路实质是单片机最小系统。控制电路是系统的核心，考虑到程序的大小选用了STC89C58单片机。它由晶体振荡电路以及轻触按键构成复位电路构成，主要是实现对外围电路的控制功能，使各模块电路正常有序的工作。
&&& 晶体震荡电路结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，作用是为系统提供基本的时钟信号。
&&& 单片机复位电路的作用是使单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，本设计中用的是按键电平复位，即当电路已在运行当中时，按下复位键后松开，即能使RST为一段时间的高电平，从而实现复位的操作。
2．2 独立式键盘电路
&&& 独立式键盘相互独立，每个按键占用一根I／O口线，每根I／O口线上按键的工作状态不会影响其他按键的工作状态。单片机在上电运行后，连接到键盘一端的I／O口默认为高电平，键盘的另一端共地，当有按键动作产生时，相应连接该按键的I／O口会被接地线拉成低电平，同时，与键盘连接的四输入与门输出到中断口的电平为低，如果处理器允许中断产生则会作出响应，否则，响应其他操作。
2．3 显示电路
&&& 显示电路用于在人机接口中反馈信息，主要由液晶模块构成。硬件设计中选用了带KS0108控制器的12864全点阵图形式液晶。通过编程可实现对液晶显示屏的任意位置的显示、滚动显示和反显等功能。
2．4 实时时钟电路
&&& 本系统采用实时时钟电路DS1302，它是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，工作电压宽达2．5～5．5 V。DS1302在硬件电路中与CPU的连接仅需要3条线。即SCLK、I／O、RST。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。
2．5 LED灯驱动电路
&&& 由于单片机的I／O口不能够直接驱动LED灯发光，因此采用了驱动电路来识别单片机发出的开关灯信号，并控制路灯的亮灭。单片机给出的信号只有高低电平，为了避免开机时单片机的I／O口处于高电平而使路灯发光，开灯信号使用了低电平，关灯信号使用了高电平。对应两盏灯与单片机的接口线为：灯1连接到P3．6，灯2连接到P3．7。
2．6 交通检测与环境感应电路
&&& 这两个电路都是使用传感器实现外部信号的采集，然后送给单片机进行处理。在器件上分别使用了红外对管和光敏电阻，红外对管用于移动物体适时监测，包括红外线发射管和红外线接收管，是一种红外线发射电路、接收电路一体使用的反射型感应开关模块，本身发射出一束红外光线，在该红光线的射程内如果有一物体挡住红外光线，并将红外光线反射回模块，从而传输给单片机；光敏电阻通过光线的强弱来判断是白天还是黑夜，在白天，光线较强，光敏电阻处于高阻值的状态，因而传给MCU低电平，在黑夜，则正好相反。
&&& 硬件设计中，交通检测电路有3个测试点，与单片机接口线分别为P1．5、P1．6、P1．7，光敏电阻电路只输出一个高低电平状态，与单片机通信的口线为P1．4。
2．7 故障判断与报警电路
&&& 在对多盏路灯进行管理时，检测故障是一件费力的事情，采用故障判断电路能够减少人为判断的工作量，为了及时反映路灯故障的信息，通过报警电路加以提示，能够及时知道路灯的工作情况，故障时就能第一时间到达现场进行维修，以保证良好的交通环境。硬件设计中，故障判断利用了光学传感器实现，如果灯已开而灯未，即产生了故障，电路会传给单片机一个高电平信号，同时，单片机会控制报警电路工作，蜂鸣器发生且故障灯亮起。采集灯1和灯2故障信息的传感器对应连接到单片机的P3．0和3．1口，报警电路独立与单片机的P3．3口相连。
&&& 整机电路如图2所示。
3 系统软件设计
&&& 软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。这里我们选用了移值性好、结构清晰、能进行复杂运算的C语言来实现编程。程序设计中，包括实时监测、人工控制和自动控制、故障判断几个过程。
&&& 1)实时监洲过程
&&& 路灯的所有信息通过实时监测的都会在反映在液晶主界面上。检测频率是1秒进行一次，包括时间、控制方式、路灯故障信息、路灯工作状态。监测流程如图3所示。
&&& 2)人工控制过程
&&& 人工控制有两种方式：单灯控制和定时开关，单灯控制时，处理器对比设置的单灯状态；定时控制时系统会将当前时间与设定的开关灯时间对比，直到两者时间一致。然后，处理器就会控制驱动电路开灯和关灯，流程如图4所示。
&&& 3)自动控制过程
&&& 根据交通的情况来调节灯亮的状态能够进一步达到节能的目的，特别是在深夜，车辆和行人都相对较少，一直开灯而没很好的利用只是在白白浪费资源，因此，最有效的解决办法是只在有人或车辆通过时才开灯。如图5所示，当可移动物体M(在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置)由左至右到达S点时，灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；当物体M到达C点时，两灯均灭；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。
&&& 程序设计的流程图如图6所示。
&&& 4)故障判断与报警过程
&&& 路灯出现故障会对交通造成一定的影响，这就要求维修人员能够第一时间到达现场排除故障。本系统能够实时判断路灯的状态，出现故障时会发出声光报警信号，并且在液晶屏上会显示故障路灯的编号，可省去管理人员必须到现场才能判断故障的麻烦。程序流程如图7所示。
根据以上描述，全局控制的流程如图8所示。
4 系统仿真测试
&&& 仿真测试主要是对功能指标的测试。各项指标测试结果如表1所示。
&&& 通过以上数据分析，可得出本设计完全符合设计的所有要求，实现了模拟路灯控制系统。
&&& 该控制系统是采用单片机实时控制，主要由4个模块组成，第1个模块为支路控制器，能适时读取时钟芯片的信息并显示，能对来自红外对管、光敏器件的监测信号进行处理并控制其他电路；第2个模块为单元控制器，负责接收支路控制器发出的控制指令并监测移动物体将信息、路灯状态信息传给支路控制器做判断，从而控制LED灯的开关；第3个模块为输入、显示装置，是对系统工作状态以及用户更改设置、直观显示、人机交互的作用。作为控制执行部件，广泛应用于自动控制和精密机械等领域，尤其在需要精确定位时应用得更为广泛。
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中心议题： * 热释电红外传感器与菲涅耳透镜 * LED路灯智能控制系统硬件设计
* LED路灯智能控制系统软件设计 *实验结果及分析解决方案： * 以低功耗单片机MSP430为主控部件 * 采用热释电红外传感器检测人体及车辆发出的红外信号 * 运用光敏电阻检测背景光的强度 * 通过恒定电流源来控制LED灯光的强度0 引言近年来，随着经济的高速发展和汽车的逐渐普及，城市的交通问题已经引起人们越来
中心议题： * 热释电红外传感器与菲涅耳透镜 * LED路灯智能控制系统硬件设计
* LED路灯智能控制系统软件设计 *实验结果及分析解决方案： * 以低功耗单片机MSP430为主控部件 * 采用热释电红外传感器检测人体及车辆发出的红外信号 * 运用光敏电阻检测背景光的强度 * 通过恒定电流源来控制LED灯光的强度0 引言近年来，随着经济的高速发展和汽车的逐渐普及，城市的交通问题已经引起人们越来越多的关注，城市道路照明的重要性也日益增大。目前，我国大部分城市的路灯照明都采用&全夜灯恒照度&的方式，控制方式仍然是简单的光控和时控等传统方式，这大大增加了城市的用电量，为此，政府承担着巨额的财政支出，而路灯照明设备的使用寿命也大大降低。因此，引入智能交通系统（ITS）成为提高城市交通管理水平的一个重要途径。本设计以低功耗单片机MSP430为主控部件，采用热释电红外传感器检测人体及车辆发出的红外信号，运用光敏电阻检测背景光的强度，通过恒定电流源来控制LED灯光的强度。根据各个季节天黑的时间不同设置各自的路灯开启和关闭时间，在规定时间对移动物体进行检测，实现对路灯的智能化控制，提高了路灯照明的有效性，避免了电力资源的浪费。1 热释电红外传感器与菲涅耳透镜利用红外线传感器可以检测到物体发射出的红外线，从而可以检测到不同物体的存在。制造热释电红外传感器的材料，以陶瓷氧化物及压电晶体用得最多，这类材料具有强烈的自发极化性能，当受到热辐射而产生温度变化时介质的极化状态随之发生变化。由于内部电荷的速度远远高于表面电荷的变化速度，晶体两端会产生数量相等而极性相反的独立电荷，这就是电介质的热释电效应。热释电红外传感器就是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行探测的。热释电红外传感器被广泛应用到安防监控、电子防盗、自动控制照明和工业自动控制等领域。物体释放的红外线能量十分微弱，当直接用热释电红外传感器接收红外线时，灵敏度相对较低，一般情况下很难满足系统需求。为了提高热释电红外传感器的接收灵敏度，在其表面罩上一片菲涅耳透镜，其探测距离可以增加到原来的5~7倍。菲涅耳透镜[1]是一种由聚乙烯材料根据菲涅耳原理制成的塑料薄纹透镜，对红外线的透射率大于65%.根据菲涅耳透镜的工作原理可知，当有移动物体发射的红外线进入透镜的探测范围，菲涅耳透镜会产生一个交替的&盲区&和&高灵敏区&,热释电红外传感器的两个反向串联的敏感元件轮流检测运动物体，形成一系列光脉冲后，进入传感器。所以，热释电红外传感器无法检测到静止的物体。菲涅耳透镜在安装时与热释电红外传感器之间的距离应满足与菲涅耳透镜的焦距相等。2 LED路灯智能控制系统硬件设计控制系统硬件组成以MSP430为核心控制器，辅以外围电路如AD/DA 数据采集处理系统模块、热释电红外传感器模块、背景光检测模块和LED驱动模块等。其系统硬件框图如图1所示。LED路灯智能交通控制系统2.1 数据采集模块2.1.1 物体定位检测信号探测采用被动式双元热释电红外传感器P2288,并在其表面罩上一个菲涅耳透镜用来提高其探测灵敏度。它以非接触形式检测出人体及车辆放射出的微弱红外线能量并转化成电信号输出，物体定位检测电路如图2所示。当P2288探测到有人或者车辆进入到探测区域，P2288产生一个交变红外辐射信号，并输出一个微弱的电压信号（TTL电平）。物体定位检测信号经过二级运放后输入到双限比较器当中，其中RW3用来调节二级运放的放大倍数，RW4用来设定两个门限电平Uref1（U7处）和Uref2（U8处），当探测电压大于Uref1时，U7输出高电平，U8输出低电平，则D2导通而D3截止，热释电OUT 为高电平；当探测电压低于Uref2时U7输出低电平，U8输出高电平，则D2截止而D3导通，热释电OUT为高电平；当探测电压介于Uref1和Uref2之间时D2和D3都截止，热释电OUT为低电平。经过放大和整形的信号输入到单片机当中。2.1.2 背景光检测光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强度变化而改变的电阻器，入射光强时电阻值减小。背景光检测电路如图3（左）所示，三极管的集电极输出电压输入到A/D转换器当中。由于单片机当中已经集成了高精度的12位A/D 数模转换器，故选用其内部A/D转换器，其模拟量输入控制范围在0~5V,由单片机的存储及其控制寄存器Sref位确定。当背景光强度强时光敏电阻阻值减小，三极管处在非工作状态，三极管的集电极输出低电平；当背景光强度较弱的时候光敏电阻阻值增大，三极管处在工作状态，三极管的集电极输出高电平。当输出高于设定值时，物体定位检测子系统开启。同时为避免由于其他原因（如雷电、光源等）造成的影响，设置路灯开启判断时间为30s,30s后单片机检测到三极管的集电极输出确实高于预设值时，单片机发出物体定位检测开启信号。2.2 LED恒流源驱动模块及PWM 驱动方式LED由于寿命长、节能、环保和光电效率高等众多优点，成为了照明领域关注的焦点。根据LED的伏安特性曲线可知，LED正向伏安特性非常陡，微小的驱动电压的波动就会导致LED驱动电流的急剧变化，这将直接影响到LED的寿命、光通量和可靠性。LED 独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。因此为防止LED的损坏，要求所设计驱动能够精准控制LED的驱动电流。本系统设计的恒流源是在恒压源模式控制上增加了一个电流串联负反馈，恒流源的输出值也反映了电压源输出的大小，但其可以精确控制LED的驱动电流，从而稳定控制LED的亮度。恒流源驱动电路如图3（右）所示。电流串联负反馈由U4和Q3组成。系统采用PWM 对LED光亮度进行调节。用PWM 对LED进行调光实际上是某一固定直流电压经过以一定频率打开与闭合的开关，从而改变LED上的电压。假设某一固定直流电压能够提供的最大电流为Imax,开关频率为f 且闭合周期为t,则有通过LED的平均电流I为：因此只要改变闭合周期t就可以改变通过LED的平均电流，进而改变LED的亮度。假设系统输出的PWM 的占空比为&，PWM 的频率和输出电压分别为f 和UPWM,则由图3电路可知通过LED的电流值为：式中，t0=T&，i为电流的瞬时值，UPWM为PWM的输出电压。在获得同样的发光亮度时脉冲电流驱动方式比直流电流驱动方式所需要的电流值更小，所以脉冲电流驱动可以给系统带来高效性。3 LED路灯智能控制系统软件设计根据硬件设计时各个模块的功能和要求，系统软件的设计主要是和硬件电路相结合。本次设计将系统功能分为具有独立子功能的控制模块。设计采用模块化的方式更易于阅读和理解，软件结构更加清晰，而且利于软件调试。系统软件方案主要由初始化程序、背景光检测程序、人体红外信号检测程序和RS-485协议等[6]构成。电路上电启动后，单片机进行初始化操作，电路控制系统进入工作状态，该系统的工作流程图如图4所示。在规定亮灯时间内，如果背景光强度较弱，上位机向下位机发送开始工作命令和信息，否则下位机等待响应上位机发送命令。下位机响应后，当有人或者车辆进入红外探测区域单片机根据背景光的强度，输出脉宽调制信号PWM,驱动控制器点亮LED,保证LED光强度足以满足路面的可见度。如果下位机没有探测到红外信号，路灯LED熄灭。图4 LED路灯智能控制系统流程图4 实验结果及分析由于到达现场进行实验有一定的难度，所以实验仿真只对人体红外信号进行了检测。设置系统规定亮灯时间段为PM 6:00~7:00,将热释电红外传感器固定在实验室台上，传感器的输出端接在示波器的探头上，人走向传感器探测区域，观察示波器上有无波形输出。测试结果如表1所示，A表示传感器没有罩上菲涅耳透镜的输出结果；B表示传感器罩上菲涅耳透镜的输出结果。结果表明，系统可以精确控制智能路灯的开启时间；菲涅耳透镜可以显着提高传感器的探测灵敏度。表1 传感器检测输出结果测试恒流源驱动电路的时候选用1 W 的大功率LED灯珠，通过调节PWM 的占空比来检测通过LED的电流值。如果LED亮暗的频率超过100Hz,人眼看到的就是平均亮度，而不是LED的闪烁。实验仿真设定PWM 输出信号的频率为1kHz,实验仿真结果如表2所示。从表2看出，恒流源的误差精度在&4mA,LED的工作电流与PWM 输出信号的占空比成正比关系。恒流源驱动电路虽然简单，但其性能非常优秀。表2 LED路灯工作电流测试5 结 语研究设计智能化、运行可靠和高效节能的路灯控制系统，是智能交通系统的必然需求。LED路灯智能控制系统以低功耗单片机为系统控制核心，使用RS-485通信协议完成上位机对下位机的控制，通过热释电传感器探测人与车辆发出的红外信号，利用MSP430的内部资源PWM 实现了路灯的智能调光控制。系统设计完全从节能和性价比的角度出发提高了路灯的用电效率和智能化程度，在节约能源、电力资源合理利用的今天，该系统有着十分广阔的社会和商业前景。
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