智能路燈控制系統的研究與設計

2021-12-17 23:52何穎林智慧王振鐸張星陽
電腦知識與技術 2021年33期
關鍵詞:繼電器

何穎 林智慧 王振鐸 張星陽

摘要:智能路燈控制系統的設計,由于考慮到路燈照明浪費能源、路燈整夜照明、城市環保等方面的因素,使用聲光控制路燈的照明,采用AT89C51單片機、駐極體話筒、光敏電阻、繼電器等完成聲音控制和光照控制路燈的亮滅。白天時,光線比較強時,光敏電阻檢測到光強的信號,燈不會亮,晚上光線比較暗時并且有人發出聲音時,駐極體話筒就會振動,燈就會亮,人走之后延遲一會,燈會自動熄滅。設計是全自動智能控制,實用、方便、成本低、節約了電力能源。

關鍵詞:AT89C51單片機;光敏電阻;駐極體話筒;繼電器

中圖分類號:TP311? ? ? ?文獻標識碼:A

文章編號:1009-3044(2021)33-0014-03

開放科學(資源服務)標識碼(OSID):

隨著科技的發展,城市的美化很重要,路燈的裝飾也就伴隨著越來越重要?,F在,大多數城市及街道的路燈都采用人工去控制,每天傍晚時分,天快黑時,工人就去開燈,到早上天快亮時,還要去關燈,而且由于天氣,四季的變化,開燈時間不準,對人為的影響很大 [1-2];其次就是在后半夜城市街道的人越來越少,整夜開著路燈非常浪費資源,當人們都熟睡時,用電量少,電壓很高,城市的路燈就會越發的亮,電的耗損很大,不能控制燈的亮暗。使用智能路燈,首先節約了耗電,路燈不會一直處于亮的狀態,其次使用很方便,不用手動去找開關開燈,用聲音和光照代替手動開關,還有成本低[3]。

本次智能路燈的設計,主要由AT89C51單片機為中央處理器、駐極體話筒為感應聲音及聲音的放大控制路燈、光敏電阻感應光照強弱及放大控制路燈、繼電器的吸合與斷開來導通電路,從而控制路燈的自動亮滅。因此,現代智能路燈的技術,給人們帶來的將會是更加的快捷高效的生活,人們半夜起來不用摸黑,去找燈的開關在哪,只需要通過聲音,燈就會自動開啟,白天通過光照的強弱,就能控制燈的亮滅,避免了由于陰雨天燈不亮。還有這樣的設計很大限度地節約了耗電的浪費,全自動智能控制,實用、方便、成本低。

1智能路燈控制系統設計方案

此方案主要由51單片機AT89C51控制,分別由兩部分來控制路燈的亮滅,首先由外界的光照強度通過光敏電阻,光敏電阻對光的敏感性很強,然后也可以在夜晚或者陰雨天天色比較暗時,同時外界有聲音傳來,通過駐極體話筒來判斷,這兩部分分別將聲和光信號轉換成電信號。最后用單片機去辨識控制路燈。系統設計框圖如圖1所示。

2系統工作原理

本次設計重點在于聲信號和光信號的采集以及轉換來控制電路,光信號通過對光敏電阻對光照的接收以及經過放大器放大,然后單片機去識別。聲信號通過駐極體話筒對聲音的接收也經過放大,單片機識別轉換后的電信號傳給繼電器,繼電器通過電路的導通和斷開來控制路燈的亮滅。智能路燈控制主要根據聲控電路和光控電路組成,分別使用駐極體話筒和光敏電阻的工作原理這兩部分控制路燈亮滅。系統工作原理圖如圖2所示。

2.1電源電路

此次設計用的是5V電源電路。電源電路其功能為,它能將強電壓和弱電壓分隔開,具有對電路的保護作用。比如:保護電路短路、對電壓過壓或者欠壓。穩定電壓的作用,使電壓一直保持一定的值。

2.2光控電路

在白天的時候,光照強度大的情況下,其電阻減小,如果現在有聲音傳來,燈也不會亮,此時運算放大器低電平,在傍晚之后或者遇上陰雨大霧天使,光線就會暗些,并且加上有聲音傳來,燈就會亮,運算放大器的輸入都為高電平 [4]。

由光照控制智能路燈的亮滅,光線的強弱用以光敏電阻判斷,主要是看光電阻值得大小變化。光照強度較大時,電阻減小,光照強度較小時,電阻增大。

2.3聲音控制電路模塊

在晚上或者陰雨大霧天,沒有光照,燈就不會亮,所以設計了聲音控制電路,夜晚當人發出聲音時,系統采用感應聲音的元器件是駐極體話筒,采集到聲音時,隨即它將聲信號轉化成電信號,電信號經放大器放大,然后轉換成方波信號,最后根據單片機控制燈的亮滅。

2.4單片機控制電路

單片機控制電路主要使用最小系統,使用5V的電源,單片機芯片中P3.0到P3.4的作用是用于輸入端口,都是低電平。還有一個復位按鍵,當無光照和沒有聲音時,處于復位狀態 [5,6]。

2.5繼電器電路

繼電器吸合和斷開來充當開關,當晚上時,光線會變得暗,并且這時有聲音時,繼電器就會吸合,燈就會亮,延時一段時間,當感應不到聲音時,繼電器斷開,燈就會自動滅。

3 智能路燈控制系統軟件設計

3.1智能路燈控制系統軟件設計步驟

智能路燈控制系統主要由AT89C51單片機處理器,在軟件這一塊中主要設計了聲光控制信號的采集,數據的處理、繼電器判斷是否吸合等主要的相關程序設計構成了系統軟件設計。系統使用C51語言編寫程序,需要以下幾步:

第一,根據系統設計的方案,設計智能路燈的程序流程圖。

第二,了解系統設計的要求,根據要求完成設計中需要注意的問題。

第三,編寫源程序,按功能模塊編寫程序,用注釋注明每句程序的意思。

第四,進行軟件的調試與仿真。

第五,對程序進行進一步的優化,使其實現系統功能的要求。

3.2 軟件開發環境

本設計智能路燈控制系統的設計是利用單片機AT89C51處理器,可以采用MCS-51語言,其中包括匯編語言、C51高級語言。本設計使用C51高級語言編寫。根據設計要求編寫程序,首先根據設計方案,編寫軟件程序流程圖,編制源程序,進行仿真軟件調試 [7-8]。Keil編譯器是MCS-51單片機開發中常用到的編譯軟件和調試軟件,Keil編譯器可以編寫C程序以及匯編程序,生成hex文件。在keil中運行如圖3所示。

3.3軟件設計總體框架

根據系統設計要求以及單片機的工作原理,實現聲音和光照強度對路燈的控制,整個軟件部分設計可分為聲光控制信號的采集,然后通過數據的處理,當采集到是聲音控制路燈時,駐極體話筒就感應到,當采集的是光照控制路燈,光敏電阻就起作用,然后判斷繼電器是否吸合來控制路燈的亮滅。

軟件總程序主要由聲音控制路燈程序、光照控制路燈程序、繼電器控制路燈程序等部分組成。軟件設計框圖如圖4所示。

3.3.1聲音控制路燈

聲音控制主要是來自駐極體話筒感應,在夜晚沒有光照的情況下,人們通過聲音控制路燈,當晚上光線暗且有聲音傳來時,駐極體中的膜片就會根據聲音的大小而開始振動,然后就會將傳來的聲信號轉換成了電信號,再通過場效應管放大,然后繼電器就會吸合,隨即燈就會自動亮起來 [9],持續一段時間,直到駐極體話筒感應不到聲音時延遲一會,繼電器就會斷開,燈也就滅了。

3.3.2光照控制路燈

光照控制主要是來自光敏電阻感應光照,在白天的時候,通過光照控制電路,當光線比較暗時,燈就會亮,用作指示,然后有聲音,繼電器就吸合,持續十秒,就會自動熄滅。當光線亮時,燈不會亮,當有聲音時,繼電器會處于斷開狀態。

3.3.3繼電器控制電路

繼電器控制路燈,模擬路燈的開關,是繼電器的吸合和斷開來控制路燈的亮滅。其原理是將電路中的開關電路改成繼電器控制電路,也就是繼電器驅動電路[10]。

4 智能路燈控制系統的綜合調試

系統采用Protues軟件對程序進行仿真。Protues是一個功能強大的電路仿真軟件,使用它可以對單片機仿真,實現單片機的設計,它支持Keil C51軟件編譯以及調試環境,原路圖和PCB板的設計。

在夜晚時候,主要靠聲音控制路燈的亮滅,通過單片機的P1.4端口控制聲音,用P3.4端口繼電器控制燈,通過駐極體得到的聲音,駐極體話筒將聲信號轉成電信號,經過放大器放大,然后將放大后的信號用遲滯比較器轉換成單片機能夠識別的電信號,繼電器吸合,路燈就會亮。在白天時,主要靠光照控制路燈亮滅,通過單片機P1.0端口控制光敏電阻,將按鍵開關打開,燈亮,說明光線較暗,把按鍵按下去燈就會滅,說明此時光線亮,當感應到光強時,將關閉繼電器,然后將光信號轉化成電信號,以此來控制光對路燈的控制。智能路燈控制系統實物效果圖如圖5所示。

5 結語

本次設計是通過光敏電阻感應光照強度的變化,使得電阻阻值的變化,從而影響電壓的變化來控制單片機的程序,使其在白天的時候路燈的開關一直處于關閉狀態,同時,通過駐極體話筒感應聲音的強弱,將聲信號轉變成電信號,通過放大器放大電路,然后將電信號轉換成單片機能識別的信號,以此來控制開關的閉合,從而引起發光二極管的亮滅,用聲音和光照控制路燈的亮滅。這個系統能實現聲光控制燈的亮和滅,是一個結構簡單,性能穩定,方便實用以及節能的智能路燈。

參考文獻:

[1] 丁正祁.智能路燈控制系統的設計[J].福建電腦,2020,36(6):14-17.

[2] 蔣明強,宗強,宋宇欽,等.智能路燈控制系統設計及其應用[J].集成電路應用,2020,37(4):114-115.

[3] 孫之明.新型智能路燈控制系統設計研究[J].中國設備工程,2019(10):144-145.

[4] 張晟昱,段金英.智能路燈控制系統設計[J].電子測試,2019(Z1):27-28,33.

[5] 江育杰.LED智能路燈控制系統設計[J].現代制造技術與裝備,2018(10):112-113.

[6] 張偉,楊森林.基于單片機控制的智能路燈控制系統設計[J].現代電子技術,2018,41(14):110-113.

[7] 張少夫.一種智能路燈照明控制系統的設計與實現[J].智能建筑與智慧城市,2018(6):85-86.

[8] 朱鵬,徐潔.基于NB-IOT窄帶物聯網智能路燈云端控制系統的設計與實現[J].電腦知識與技術,2018,14(12):218-220.

[9] 何楓,周雪芹,何文德,等.基于STM32的智能路燈控制系統設計[J].科技與創新,2018(6):137-139.

[10] 劉小艷,劉秉坤.模擬智能路燈控制系統的設計[J].實驗科學與技術,2018,16(1):4-8.

【通聯編輯:朱寶貴】

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