城市路灯监控器系统的设计

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城市路灯监控器系统的设计 

杨丽丽莫晓军 

(浙江邮电职业技术学院,浙江绍兴312016) 

【摘要】本文以单片机¥3F9454作为系统的核心控制元件,从电源电路、光敏传感器电路、主控制电路、路灯电路、按键和显示接口部分等 

五方面对该系统的设计作详细介绍。 

【关键词】单片机;监控;设计;光敏传感器 

1城市路灯监控器系统的实施意义 

城市照明是城市基础设施的一个重要组成部分.在城市的交通安 

全、社会治安、人民生活和展示市容风貌中居于举足轻重的地位。城市 

照明正朝着现代化、科学化、节能化方向高速发展。 

目前.中国城市照明控制领域主要运用的通过GPRS控制回路层 面.只能获得一条回路的电流等参数,无法满足现今应用需求。此外随 

着社会发展的进步.城市路灯已从城市主干道延伸至社区和背街小 

巷。照明环境的明显改善,使得居民出行更加便捷安全,社会治安也得 

到明显好转。但是由此也给路灯管理工作带来了不少难度。本系统采 用先进的数字信号处理技术、电源管理技术、无线通信技术、数据库管 

理技术等.实现了城市路灯照明系统的遥测遥控和路灯节能功能,在 

通信和软件处理方式上.系统通过GPRS无线通讯技术完成数据采 

集、传输、处理等功能。通过对道路照明设备的分布式控制和数字化管 理.实现对路灯照明设备的实时在线控制,降低管理成本,做到无人值 

守 

2系统设计方案阐述 

本系统总体设计要求:能根据环境明暗变化,自动开关灯;能根据 交通情况能自动调节亮灯状态:能独立控制每个路灯的开关时间并显 

示;能检测故障,发出报警,并显示出故障路灯的地址编码;自制可调 

恒流电源,控制并调节路灯亮度;当传感器失效时,控制器仍能按照内 

部设定时间进行正常开关灯:为完 成相应功能.路灯监控系统主要 

可分六部分:电源电路、光敏传感 

器电路、单片机部分、掉电保护部 

分、按键部分和显示接口部分。其 

中电源电路主要是给系统提供一 

个+5v的稳压直流电和+36V的稳 

压直流电.系统实现框图如图1所 

示 低的单片。 

本系统经过综合考虑选用了¥3F9454单片机作为主控器件 ¥3F9454是一款8位多功能通用型微控制器。适用于A/D转换. 

SIO等应用领域 ¥3F9454有2K字节的片内ROM和208字节的 

RAM,采了SAM88RCRI内核和自己独有的内部结构.扩展了片内寄 

存器卷,增加了内部数据寄存器空间。另外.¥3F9454内部特有的 

CMOS技术使芯片呈现出低功率消耗和宽电压工作范围的特性。 ¥3F9454在SAM88RCRI内核上集成了以下外围接口:3个可编 

程I/O口(18个引脚);4个中断源,同一中断优先级,一个中断向量;1 

个8位定,计数器:9路模数转换器。10位转换结果:1个8位PWM输 出。 

此款控制器在本系统的使用可以使系统在满足各项功能的基础 

上实现高稳定性、低成本、低功耗等,与本系统的工作环境和工作特性 

符合度较高 

2.2稳压电源电路 

稳压电源电路采用开关电源。它可靠性高.纹波低。交流输入电压 

为AC220V,对电路的短路、过载、过压或过温都具有保护作用,此外 

还具有可并联功能。方便快捷 设计电路如图所示.220V的市电经过变压器.以及桥式整流和滤 

波.通过7812转化成+12V的电压.然后用7805转换成+5V的直流电 

压 本电路中用到的是+5V的直流电压.能够供电给单片机系统和各 单元电路 

图1系统实现框图 

具体设计方案如下: 2.1主控电路设计 

在本系统中.主控电路主要完成路灯的亮暗开关控制:交通情况 

的监测及亮灯状态控制;路灯开启时间计算及控制;路灯故障自检、定 

位和报警等功能。从控制的程度分析,许多监测电路可以采用集成度 

较高的数字芯片直接给出数字信号.可以降低硬件电路的复杂度.但 会增加软件设计的难度。因此在主控器件选择上可以考虑采用成本较 图2直流稳压电源电路 

2.3键盘与显示界面 

根据系统的要求,本电路设计了4*2键盘电路。分别有时钟键、增 

键、减键、季节键、测量键、亮灯率键、亮度键、人工键这8个按键。时钟 

键用于显示时间,可显示至分钟;增、减键可进行范围的调整;季节键 可依据当前季节.调整路灯的开关时段.配合增减键也可调整系统默 

认时段;测量键用于显示当前路灯的工作电流和工作电流:亮灯率键 

用于统计路灯从上电到当前时刻的亮灯时间比例:亮度键可对打开路 

灯的亮度进行调节:人工键则可实现人工控制与自动控制之间的切 换。 

此外.由于本电路显示的数据较少.且未涉及到符号数的显示。因 此采用数码管显示,其显示亮度高,成本较低廉.驱动部分的软件简 

单,显示效果直观、明亮。设计时可采用1个4位数码管显示时钟、路 

灯开关时段,再用1个3位数码显示电压、亮灯率及亮度。根据不同季 

节,不同区域,不同昼夜,不同天气.来合理的安排路灯的亮灭,达到节 能目的和最优目标。根据不同季节。通过数码管来显示开灯的时间,为 

了节能,还可以通过时钟键、增/减键来合理的调节路灯的亮灭时间. 

还可以通过亮度键来调节路灯的亮度来达到最优。 2.4传感器电路设计 

作者简介:杨丽丽(1981一),女,汉族,浙江绍兴人,浙江邮电职业技术学院,讲师,从事应用电子技术的研究。 

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光 

图3光敏传感器电路 

路灯在工作状态时.当光敏传感器感应到强光时.立即自动关闭 

路灯:当强光消失后.路灯又会自动的打开。光敏电阻能根据日落和日 

出来控制路灯的开、关灯。光敏电阻阻值随光照强度变化,光线越强,阻 

值越小。电压减小.输出低电平.路灯自动关闭。光敏电阻是可调的,因 为本电路采用AD材料。光敏电阻的作用是通过电阻的变化.起到一 

个光控的作用。光敏电阻属半导体光敏器件.除具灵敏度高.反应速度 

快,光谱特性及r值一致性好等特点外,在高温,多湿的恶劣环境下, 

还能保持高度的稳定性和可靠性 2.5路灯电路的设计 

系统设计要求晚上12点后.每只路灯亮度减半.由此达到节能目 

的。该功能由PWM调压控制。时间控制子程序控制。能显示路灯亮 

灯率.可显示各路灯的状态.并通过LCD显示。 此电路是通过占空比实现灯的亮、灭,信号从PWM端输入 当信 

号为低电平时,三极管Q1为截止状态,导致三极管Q2导通。MOS管 

Q3、Q4、Q5导通,路灯亮。当PWM输入高电平时,三极管Q1为导通, 

导致三极管Q2截止。MOS管Q3、Q4、Q5截止,路灯灭。另外,此电路还 

具有电压、电流检测功能,可以将电压的模拟信号传人单片机中 R5、 R4提供电压、电流测量的信号,c3、E2为了使电压、电流更加光滑 以上即为本系统的总体设计方案,整机软件设计流程如图5。 

图5 e 

【参考文献】 [1]t东峰,等.单片机C语言应用100例[M】.北京:电子工业出版社,2009. [2]刘守义,等.单片机技术基础[M1.西安:西安电子科技大学出版社,2007. [3]钟富昭,等.8051单片机典型模块设计与应JEH[M].北京:人民邮电出版社 

2oo7. 

图4路灯电路的设计 [4]李平,等.单片机入门与开发[M1.北京:机械]二业出版社, 

2008. [5]周凯,郭黎利.基于MAX485实现Pc机与单片机通信的程 序设计【D】.哈尔滨工程大学信息与通信工程学院,2005(O4). 

(上接第31页)域物流的发展提供物联化功能支撑 

最后,港口物联网为公众感知物流、了解物流、进入物流提供一个 

了广阔的技术平台 3.3物联网系统在港口企业中的应用 

港口码头作业体系主要收集码头前沿作业的相关信息.主要采用 

视频监控、识别传感、GPS+GIS跟踪、自动分拣等技术。视频监控同时 

为海关等口岸部门和港口企业提供前沿的生产晴况.实现海关全区无 盲区监管,并可为港口企业中控室提供生产现场情况。识别传感是识 

别箱子相关信息的,根据港口昼夜生产计划,对具体每个箱子是否需 

要卸,在船舶的什么位置,是直取还是进库等信息进行识别,并反馈给 

中控和桥吊、集卡司机。GPS+GIS跟踪实现动态的箱子跟踪,方便货主 

查询和安排拖车出港。自动分拣.基于识别传感的信息,电脑自动给箱 

子加上某些属性.提高生产效率和准确性。 

堆场仓储作业体系主要收集港口库场和物流园区仓库里的相关 

信息.主要采用视频监控、湿度、热敏、烟感传感、气体传感定位传感等 

技术 视频监控方便货主和库场管理人员了解货物所处状态,特别是 

方便物流企业进行管理。湿度、热敏、烟感传感主要是出于消防的考 

虑.保证库场的安全.实现全天候自动检测仓库环境。气体传感,有些 货种对于空气环境要求很高.气体传感可以报告仓库空气的一些指 

标.辅助物流企业的管理 定位传感放在物品内,报告物品(箱子)所处 

科技视界Science&Technology Vision [责任编辑:丁艳] 

货架或者堆场的位置,方便查找。 

在物联网已经从单纯的技术上升为一种经济形态——物联网经 

济、物联网产业,更成为国家战略的今天,物流业如何正确认识物联 

网,如何借助物联网推动自身发展,已经成为亟待解决的问题。 

4港口物联网建设的建议方案 

第一.充分发挥市场配置资源的作用,调动企业的积极性.从满足 

物流需求的实际出发.注重投资的经济效益。政府要为前期港口口岸 

物流网的建设投资.并为其发展营造良好的政策环境.扶持重点项目 

建设。 第二.物流网所用数据传输格式应当与口岸电子政务平台和港航 

电子商务平台保持一致.以实现数据共享,更好地为港口公用物流信 

息平台服务。 第三.要充分利用整合现有资源,例如,视频监控可利用口岸远程 

监控和计算机联网系统.口岸信息要充分利用海关H2000系统、国检 

CIQ2000系统等.并在此基础上逐步开展各类细分的应用项目。 第四.采取大企业试点,然后逐步推广的方式。即首先让地方港口 

集团、物流仓储等大企业做试点工作,再逐步推广。● 

[责任编辑:王迎迎]