多功能led路燈控制系統(tǒng)單元控制器的設計

1、<p>　　多功能LED路燈控制系統(tǒng)單元控制器的設計</p><p>　　摘要：針對傳統(tǒng)路燈控制系統(tǒng)使用中存在的問題，提出了以單片機為控制核心，由RS485通信、光電檢測物體運動和PWM調制恒流驅動模塊共同組成的LED路燈控制系統(tǒng)設計方案。該控制系統(tǒng)主要由單元控制器和支路控制器組成。單元控制器具有移動物體檢測、環(huán)境光線檢測、路燈驅動及故障檢測等功能；支路控制器具有人機交互、故障報警、日歷顯示等功能。整個

2、控制系統(tǒng)設計了四種自動開關燈模式，模式之間可以任意切換，實現(xiàn)了LED路燈系統(tǒng)多模式智能控制。 </p><p>　　關鍵詞：LED路燈；控制系統(tǒng)；單片機；單元控制器；智能控制 </p><p>　　中圖分類號：TU2 文獻標識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　當前，能源短缺已成為

3、人類經濟社會發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)，國家“十二五”規(guī)劃綱要提出，節(jié)能環(huán)保產業(yè)作為七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)之首被委以重任。城市路燈工程讓現(xiàn)代化大都市日益靚麗，交通出行更加便利。但是，很多城市路燈控制存在亮燈的時間管理不夠科學，不能根據(jù)季節(jié)的變化及時調整路燈的控制模式，造成電能的浪費。 </p><p>　　LED燈1 LED燈2 </p><p>　　圖1 路燈控制系統(tǒng)示意圖 </p>

4、<p>　　1路燈控制系統(tǒng)方案的選擇 </p><p>　　圖1是路燈控制系統(tǒng)的示意圖，經過查閱大量文獻資料，發(fā)現(xiàn)目前的國內外路燈控制系統(tǒng)都是基于各種有線和無線網(wǎng)絡的嵌入式應用，主要實現(xiàn)方案有以下幾種：方案一：基于GSM、GPRS、ZigBee無線網(wǎng)絡的路燈管理，它具有施工方便的優(yōu)點，并且利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡基礎實施，管理方便，便于查詢和存儲數(shù)據(jù)，管理效率高，但是這些技術方案實現(xiàn)成本普遍較高。 </p

5、><p>　　方案二：采用工業(yè)以太網(wǎng)、LonWorks、CAN總線等有線網(wǎng)絡的路燈管理系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡相比，施工布線復雜，后期的維護成本高。 </p><p>　　方案三：采用低廉的RS-485有線網(wǎng)絡方式構建路燈管理系統(tǒng)，突出的優(yōu)點是成本低，技術上更易于實現(xiàn)。 </p><p>　　經過綜合考慮，決定采用方案三構建LED路燈管理系統(tǒng)。 </p><p

6、><b>　　2系統(tǒng)方案設計 </b></p><p>　?。?）系統(tǒng)的總體設計 </p><p>　　本路燈模擬系統(tǒng)由一個支路控制器和四個單元控制器組成。支路控制器和四個單元控制器組成。支路控制器和單元控制器都采用MSC-51單片機為主控制器，它們之間采用RS-485的數(shù)據(jù)通信方式。支路控制器通過RS-485實現(xiàn)對各單元路燈的開關定時、燈光亮度調節(jié)、時間顯示、

7、光線檢測、故障檢測、從機數(shù)目查詢、各單元控制器的工作狀態(tài)顯示等，系統(tǒng)方案如圖2所示。 </p><p>　?。?）單元控制器的方案設計 </p><p>　　單元控制器主要由處理器模塊、光線檢測模塊、移動物體檢測模塊、路燈故障檢測模塊、路燈調節(jié)驅動模塊組成，如圖3所示。單元控制器將傳感器檢測到的環(huán)境光線信號和移動物體的方向，經過當前設置的工作模式的控制，產生相應的PWM信號，通過單片機I/

8、O口來實現(xiàn)開、關路燈以及路燈燈光亮度的調節(jié)。 </p><p>　　3單元控制器的硬件電路設計 </p><p>　?。?）環(huán)境光線檢測電路 </p><p>　　環(huán)境光線檢測電路如圖4所示，該電路主要根據(jù)光照情況來檢查白天和黑夜。此部分電路采用高性價比的光敏電阻作為光學傳感器件，其亮阻為5kΩ左右，暗組值100kΩ左右。將它與一個電阻相連，將光信號轉換為電信號的高

9、低電平，供單片機處理，電路簡單，成本低。 </p><p>　?。?）故障檢測電路 </p><p>　　故障檢測電路主要檢測路燈應該發(fā)光卻不發(fā)光存在的故障。因此可以在路燈的下方附近安裝一個光敏電阻，此光敏電阻在晚上天黑的時候只接受本路燈發(fā)出的光照呈現(xiàn)亮阻，如果路燈壞了不發(fā)光，則光敏電阻呈現(xiàn)暗阻，從而可判斷出路燈的損壞情況。該電路原理和上述光敏檢測電路結構相似，不再重述。 </p&g

10、t;<p>　　（3）移動物體檢測電路 </p><p>　　移動物體檢測電路如圖5所示，它能根據(jù)路上的人流量來開啟和關閉路燈，當檢測到有人走來時，前方的路燈隨著人的向前移動逐次點亮；同時，后方的路燈逐次熄滅，由于減少了路燈的亮燈時間，達到節(jié)能的效果。 </p><p>　?。?）白光LED驅動電路 </p><p>　　路燈控制系統(tǒng)試驗過程中采用1W

11、的白光LED作為路燈，經測試，該燈泡最大功率工作時需要流過約350mA的電流，當流過的電流不同時，亮度也跟著改變，只有恒流驅動時，燈光亮度才不會閃爍，達到照明的要求。因此，路燈的正常發(fā)光需要一個恒流驅動電路，考慮到路燈亮度的調節(jié)范圍，對應要求路燈的恒流源電流也要在20%-100%范圍內變化，并能可靠工作。 </p><p>　　最常用的路燈驅動方案有：基于運放和大功率三極管或場效應管構成的恒流源；利用穩(wěn)壓源和大功

12、率三極管構成恒流源；采用專用的大功率白光LED驅動集成電路。 </p><p>　　由于本系統(tǒng)采用的LED功率不大，因此，采用一個常用的LM7805和S8050三極管就可以驅動，并且電路簡單、成本低廉，因而被采用。 </p><p>　　利用單片機定時中斷的方式產生PWM脈沖，對一只NPN型的8050三極管通斷控制。當PWM的頻率超過50Hz時，人眼覺察不到燈的閃爍，并且利用PWM的脈寬變

13、化實現(xiàn)了路燈的亮度調節(jié)，此電路可達到對PWM脈沖寬度步進1%進行控制，實現(xiàn)了對路燈亮度的20%-100%的可調。實驗證明，該方案性能穩(wěn)定可靠。具體電路如圖6所示。 </p><p>　　4單元控制器的軟件設計 </p><p>　　通電后，單元控制器執(zhí)行完初始化程序，就處于監(jiān)聽狀態(tài)，主要是接受支路控制器的查詢和設置，從而選擇自己的工作模式，并一直工作在這種模式，直到支路控制器發(fā)來新的命令。

14、在天黑點亮路燈的時候，單元控制器還一直檢測路燈的工作狀態(tài)，發(fā)生故障時，能夠主動通知支路控制器。在光電模式中，單元控制器必須能夠及時獲得它兩側光電開關的檢測信號，借以決定當前路燈的開和關。系統(tǒng)流程圖如圖7所示。 </p><p>　　圖7單元控制器流程圖 </p><p><b>　　5系統(tǒng)調試 </b></p><p>　　系統(tǒng)調試使用數(shù)字萬用

15、表及GWS-2202雙通道示波器，對本控制系統(tǒng)所用的白光LED燈進行測試，測試結果如表1所示。 </p><p>　　表1單顆粒LED的測量值（單位：A/v/w） </p><p><b>　　PWM </b></p><p>　　占空比 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% </p><

16、p><b>　　電流 </b></p><p>　?。ˋ） 0.08 0.11 0.15 0.19 0.23 0.27 0.32 0.36 0.40 </p><p><b>　　電壓 </b></p><p>　　（V） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 </p>

17、<p><b>　　功率 </b></p><p>　?。╓） 0.4 0.55 0.75 0.95 1.15 1.35 1.60 1.80 2.0 </p><p>　　通過測量分析，可見該系統(tǒng)實現(xiàn)了路燈亮度的有效調節(jié)功能。另外，還對進行移動物體檢測、環(huán)境光線檢測、故障檢測等功能驗證及測試，實現(xiàn)了LED路燈系統(tǒng)多模式智能控制。 </p>&

18、lt;p><b>　　6結 論 </b></p><p>　　本系統(tǒng)通過實驗、測試，成功開發(fā)了一種智能LED路燈控制系統(tǒng)單元控制器。系統(tǒng)控制方便，運行穩(wěn)定，達到最初設計要求。系統(tǒng)設計電路簡捷，成本低廉，性價比高。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓

19、練教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005. </p><p>　　白林，梁宏寶.大功率自光LED路燈發(fā)光板設計與驅動技術[J].發(fā)光學報，2009，30（4）：487-494. </p><p>　　蘇建龍，張曉雷，陸文娟.LED路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設計與應用[J].電氣技術，2009（10）：57-58. </p><p>　　楊恒.LED照明驅動電路設計與實例