智能路灯设计报告.docx

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智能路灯设计报告

智能路灯控制系统设计

摘要

本文详细描述了智能路灯控制系统的设计方法及智能路灯控制系统的优点。

该系统全部用数字控制，分为四个模块：

单片机控制及显示模块、红外感应模块、故障检测与报警模块、供电来源模块。

以单片机控制模块为核心，主要由各感应器件采集信号，通过单片机处理各种接受信号（包括光电检测信号），从而控制LED灯各种模式下的亮和灭，并用LCD液晶显示屏显示各类数据；红外感应模块通过红外控制技术检测有没有人或车辆通过；路灯故障检测与报警模块可以检测各路灯单元电路的工作状态；供电来源模块有太阳能和风能以及备用电源为路灯提供电能。

关键词：

数字控制红外感应故障检测路灯控制

这里加英文

一、调研

1、目的

现状分析：

1、校园里的路灯都是一整夜一整夜的亮，有人没人的时候也一直在亮、比较浪费电能。

2、现在的路灯是靠时间来控制的，它时间到才会亮，而有些地方天黑的较早，而灯没亮，极不方便。

3、现在的路灯没有故障检测与报警装置，哪里有问题或故障，检修起来比较麻烦，且不易找到故障源，不能进行及时的检修;

4、太阳能路灯总的来说还是节能环保安装时不需要投入大量电线电缆，一般情况下阴雨天气蓄电池可以保障10天左右照明按每天8-10小时算。

当然照明度对于一般路灯来说差一点适合工厂公园小区内使用还是不错的。

5、目前只有在一些景观照明上用太阳能路灯，绿色环保，但成本太高，同时也是需要维护的。

6、风光互补路灯系统具备了风能和太阳能产品的双重优点，没有风能的时候可以通过太阳能电池组件来发电并储存在蓄电池，有风能，没有光能的时候可以通过风力发电机来发电，储存在蓄电池。

风光都具备时，可以同时发电。

在白天可以利用太阳光和风力资源发电，晚上利用风力发电机发电，弥补了风能供电或太阳能供电的单一性，使供电系统更具稳定性和可靠性。

运行的时候通过蓄电池向负载放电，为负载提供电力。

路灯开关无须人工操作，由智能时控器自动感应天空亮度进行控制。

7、风光互补路灯系统是一套独立供电系统，不受电源点的影响，也不需要开挖路面做埋管工程，现场施工和安装都很方便。

综合经济效益好。

特别是对已建成的道路增设路灯非常方便。

在市郊公路、公园道路、沿海公路和高速公路上安装风光互补路灯比常规路灯有明显的优势。

1、使用热感应器的路灯上可以实现节约电能，保护环境，减少污染，

2、节能：

以太阳能光电转换提供电能，取之不尽、用之不竭。

3、环保：

无污染、无噪音、无辐射。

4、安全：

绝无触电、火灾等意外事故。

5、方便：

安装简洁，不需要架线或“开膛破肚”挖地施工、也没有停电限电顾虑。

6、寿命长：

产品科技含量高、智能化设计，质量可靠。

2.意义

1、把热感应器用在风能和太阳能的路灯上，在晚上路灯一定范围内如果有热感应，路灯就会亮。

没有热感应就不会亮，这样可以节约很多的电能。

2、热红外人体感应器在夜间监视动情，只要人在一定范围内时，就能开启监视显现灯光，并串接防盗报警，对高层和多层建筑楼道的开关灯光十分安全。

工作电压：

AC180----250V；频率：

50Hz±10%；负载功率：

15----200W；负载特性：

白炽灯、排气扇、报警器。

3、一种可探测静止人体的红外热释感应器，由透镜，感光元件，感光电路，机械部分和机械控制部分组成。

通过机械控制部分

（1）和机械部分

（2），带动红外感应部分（3）做微小的左右或圆周运动，移动位置（4），使感应器和人体（5）之间能形成相对的移动。

所以无论人体是移动还是静止，感光元件都可产生极化压差，感光电路发出有人的识别信号，达到探测静止人体的目的。

此红外热释感应器可应用于人体感应控制方面，并实现红外防盗和红外控制一体化，扩大了人体红外热释感应器的应用范围。

种红外热释感应器，包括透镜、感光元件和感光电路，还包括由控制部分驱动的机械部分，其特征在于：

所述透镜和感光元件安置在机械部分上。

4、随着社会的发展，能源问题日益成为人们广泛关注的问题，在我国电力能源更是日益紧张，在许多沿海城市电力能源供应比较紧张。

由此，国家加大调控力度采用“西电东送”等工程从我国西部调用电力资源来缓解东部沿海城市对电力的需求。

3内容

内容：

智能路灯控制系统采用单片机作为处理器，利用光学传感器检测环境的亮度并用电信号传给处理器，经过处理器的运算处理通过I/O接口控制过零触发器来实现路灯开灭的管理，在亮度比较低或者午夜12点后关闭一半的路灯，在亮度低的情况下开启全部路灯实现照明。

系统提供了四个按键和一个四位LED显示器的人-机界面，可以通过键盘来进行各种设置。

使用了电流传感器检测路灯电路的工作电压，并将即时数据传输给处理器，由处理器判断是否存在故障。

提供一个声音报警器在故障时报警。

整个系统模块划分为：

人-机界面模块，光学传感器模块，路灯开关模块，故障检测模块，声音报警模块。

系统具有以下特点：

1.根据街道光亮度的情况控制路灯的打开和关闭；这样就不需要工作人员定时地去合上路灯开关或者拉下路灯开关，而且能在天气比较暗，但是又没有到开灯时间时自动点亮路灯；

2.系统把一天的二十四小时分成了两段（二个时间点）在0：

00时，街道上的路灯只亮一半，这样既有利于节约能源，也不妨碍照明，因为那段时间几乎没有行人，只有车辆，而车辆又有自己的照明灯。

在系统时间到达7：

00时，街道上的路灯由光敏传感器控制。

3.有良好的抗干扰性能，我们在系统中采用智能延迟技术，对于在夜间突然的亮光，比如在闪电或者放烟花时都不会影响路灯的正常工作；

4.可以灵活选择自动/人工两种工作方式；

5.保护器件的功能，过零触发器避免了接通电源瞬间给线路上的元件带来损坏的可能；

6.动检测线路故障的功能，系统通过对线路上电流进行采样比较，如果和正常状态的电流值相差到一定值，系统就提示线路中有故障，将其线路号显示在LED上，并用声音提示操作员检查故障；

7.不必改造路灯和现有的线路；

8.成本底，效益高，我们选用的芯片都比较便宜，而且能控制大范围的路灯，可减少员工，提供经济效益。

一、约用电的意义：

1、节约电能，也就是节约发电所需的一次能源，从而使全国的能源得到节约，可以减轻能源和交通运输的紧张程度；

2、节约电能，也就意味着相应地节省国家对发供用电设备需要投入的基建投资；

3、节约电能，必须依靠科学与技术的进步，在不断采用新技术、新材料、新工艺、新设备的情况下，节电同时必定会促进工农业生产水平的发展与提高；

4、节约电能，要靠加强用电的科学管理，从而会改善经营管理工作，提高企业的管理水平；

5、节约电能，能够减少不必要的电能损失为企业减少电费支出，降低成本，提高经济效益，从而使有限的电力发挥更大的社会经济效益，提高电能利用率，更为有效地利用好电力资源。

二、热红外人体感应器

一种可探测静止人体的红外热释感应器，由透镜，感光元件，感光电路，机械部分和机械控制部分组成。

通过机械控制部分

（1）和机械部分

（2），带动红外感应部分（3）做微小的左右或圆周运动，移动位置（4），使感应器和人体（5）之间能形成相对的移动。

所以无论人体是移动还是静止，感光元件都可产生极化压差，感光电路发出有人的识别信号，达到探测静止人体的目的。

此红外热释感应器可应用于人体感应控制方面，并实现红外防盗和红外控制一体化，扩大了人体红外热释感应器的应用范围。

种红外热释感应器，包括透镜、感光元件和感光电路，还包括由控制部分驱动的机械部分，其特征在于：

所述透镜和感光元件安置在机械部分上。

二、实现半夜灯、景观灯、广告灯启/闭时间的可编程控制。

支持可编程操作，自主编写时间表，实现不同启/闭控制方案，控制灵活，合理节约能源，控制光污染，拓展路灯运行系统的功效。

三、多种报警方式，高效灵活。

远程RTU终端数据自动/手动回传，故障以图像、语音、短信等方式向操作及维修人员报警，提高路灯维护效率。

体现了城市照明管理部门的管理水平，大大提升了社会效益。

四、数据采集、记录全面，可靠。

建立照明控制数据库，自动记录各段路灯的启/闭时间、电压、电流、亮灯率、累计电量、功率因数等数据，方便查询。

提供任意组合、任意时间段的查询界面，提高夜景照明监控的管理水平。

采用超声波测距，可以检测小车与LED灯之间的距离，但电路比较复杂，程序比较麻烦，而且很难达到测距误差≤2cm。

方案二：

采用红外反射测距，可以检测小车与LED灯之间的距离，从而实现不同交通情况下自动调节灯亮状态的功能。

但需要测量相位差，测量程序比较复杂。

方案三：

设置红外感应点，即在规定距离的跑道上设置S、B、S`三个感测点，将采集到信息传回，由单片机控制灯亮状态，实现自动亮灯。

方案论证：

以上三种方案都可以实现不同交通情况下自动调节灯亮状态的功能，前两种方案比较复杂，而且要求感应精度较高，不易实现。

方案三比较简单易行，出于综合考虑，我们采用方案三中的设置红外感应点方案。

1.2模块电路设计与论证

1单片机控制及显示模块

主控制器采用STC12C5A60S2单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，具有很高的性价比。

本系统采用液晶显示，这样可以显示更多的信息，接口电路简单，控制方便。

液晶显示的内容有，开始界面、时钟、星期、路灯点亮情况、功能模式等。

2红外感应模块

设置三个感应点，采用红外对射感应采集信息，可精确检测到小车与各路灯的相对位置，从而作出路灯开关判断。

3cds光敏感应模块

利用cds光敏电阻检测环境明暗变化，自动控制开灯和关灯

4恒流驱动源模块

使用PWM波调节，通过改变PWM波的占空比来实现数字调节恒流源输出功率，从而改变路灯亮度。

5路灯故障检测模块

路灯发生故障可有两种情况，一是路灯短路，二是路灯断路。

此模块通过在路灯前端采集电压信号，通过电压比较器来判别路灯导通情况，并返回信息，在液晶屏上显示故障路灯编号。

2系统设计

2.1总体设计

总体设计框图如图2-1所示。

图2-1总体框图

2.2软件流程图

软件流程图如图2-2所示。

图2-2软件流程

2.3主控电路

主控电路图如图2-3所示

图2-3主控电路图

3测试数据与分析

3.1模块测试

（1）主控及显示模块

接通电源，演示各种按键动作，并用电压表测试各控制接口的电平高低情况，并观测液晶显示是否与按键动作同步，且达到预定显示要求。

（2）红外感应模块

如图3-1所示，接通电源，对接红外发射与接收感应头，先看信号指示灯是否点亮，若点亮，则说明红外发射与接收成功，然后用障碍物挡住红外接收头，再用万用表测量Q1的发射极是否为高平且指示灯熄灭，则表明障碍物检测成功。

图3-1红外感应电路

（3）恒流源模块

本模块是通过一个小型单片机输出PWM波控制恒流源电路的输出功率，达到调节路灯亮度的目的。

如图3-2所示，接通电源，连接好各类信号线，按加减键调节输出PWM波的占空比，同时观测路灯的亮度变化。

图3-2恒流源与单元控制器电路

（4）路灯单元控制模块

本模块主要是用来控制LED的开和关的，用继电器作开关元件，利用ULN2003驱动继电器工作。

接通电源，连接好各类信号线，给ULN2003的7C口一个低电平，这时继电器导通，LED等发亮。

（5）故障检测与报警模块

路灯发生故障可有两种情况，一是路灯短路，二是路灯断路，我们通过采集电压信号，用电压比较器来判断LED灯的导通情况。

接通电源，连接好数据线，设置路灯为点亮状态，然后断开LED灯，听见蜂鸣器的“嘀嗒”声，并伴有指示灯（发光二级管）闪烁。

3.2整机调试

将各模块装入跑道的相应位置，连接好所有的电源线和信号控制线，检查线路是否正确无误。

打开电源，通过按键设置路灯点亮参数。

分别测试路灯的各种功能，需调试的功能有时钟显示、定时开关灯、环境明暗感应、交通自控、路灯故障检测、数字调光等，重复以上步骤，直到达到要求为止。

3.3测试结果

项目

完成情况

基本

要求

显示时钟功能，定时开关灯

完成

根据环境明暗变化，自动开灯和关灯

完成

根据交通情况自动调节亮灯状态（S、B、S`三点）

完成

分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间

完成

LED故障检测，显示地址，并发出声光报警信号

完成

发挥

部分

自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源

完成

调光功能，电源输出功率定时自动调节

完成

全数字控制

完成

语音报警

完成

4系统特色

1.增强控制能力：

系统具有定时控制和人工控制等多种控制方式，能随时调整灯光的开/关灯时间，实现路灯开/关灯自动控制。

2.节约电能：

系统能预置合理的开、关灯时间方案，在满足对亮化工程的照明需求时，有效地减少了开灯时间，从而节约了大量的电能。

系统还设置了省电模式，3分钟内无按键动作，自动关闭显示器。

3.报警处理：

当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器发出声光报警

信号，并显示有故障路灯的地址编号。

4.全数字控制：

本路灯系统的所有功能都可由用户通过键盘输入控制，简单方便直观，更具人性化设计。

5.系统模块化设计:

系统采用了模块化技术架构，具有良好的持续升级和功能扩展能力。

随着技术的发展和用户功能需求的变化而不断升级。

6.全中文液晶显示：

采用液晶显示可以显示更多的信息，接口电路简单，控制方便，显示直观，便于用户设置路灯参数。

7.数据掉电保护：

遇到掉电情况，自动保护用户设置的控制参数，使得控制电路更稳定。

8.自制简便路道：

简单美观的道路模块，方便路灯系统的整体测试，增强整个系统的稳定性和可靠性。

5总结

我们在整个设计制作过程中，始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重的原则，我们采取了诸多的有效措施，基本完成了设计题目所规定的指标和要求，而且对于有些指标进行了扩展设计，功能提高。

同时考虑到性价比和人机互动，简化电路，改善显示界面，优化整机构造，提出更人性化的设计。

模拟路灯控制系统是我们团队互相合作、共同努力完成的一个项目，虽然在设计制作过程中遇到很多的麻烦和困难，但我们始终如一、同心协力，把困难一一克服了，展现了我们良好的团队合作精神。

我们希望在未来的努力中可以更加团结，达到更加完美的地步。