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智能型节能自控路灯

添加时间:2017/02/10
  摘要:为了使夜间城市路灯能够更加环保和智能化,在普通的城市路灯中引入红外模块、光敏模块、声控模块等,设计了基于Msp430单片机的智能路灯控制系统方案,此系统设计各个模块之间相互协作,通过对周围环境的测量来控制路灯的照明,其工作稳定、可靠、智能、实用性强。
  
  关键词:太阳能;智能控制系统;发明创新
  
  1引言
  
  1.1研究背景及意义
  
  根据相关调查,我国小城市在十点以后,大中城市在一点以后,道路上几乎空无一人,而国内路灯照明系统大多采用“常亮”或者“间隔亮灯”的工作模式,电能浪费严重,而且会造成光污染。但如果城市缺少照明又会影响交通安全并且使犯罪率上升。为了更好地达到节能目的,有些国家和地区开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯,但市场上大多数的路灯节能控制产品,在功能和效果上还不尽人意。鉴于上述分析,国内的智能路灯在智能控制方面还有很大的提升空间,为此设计一种基于msp430单片机的智能型节能路灯,在实现节能的同时也包含了智能控制的理念。
  
  1.2研究现状分析
  
  (1)电源的稳定性和供电的及时性:太阳能供电收受外界环境影响较大,供电能力稳定性。
  
  (2)追光系统的准确性和及时性:保证电池能最大程度接收太阳能。
  
  (3)单片机控制的速度和稳定性:能够在多变的环境中始终保持稳定的工作状态,并及时对当前工作环境做出正确反映。
  
  (4)传感器的抗干扰能力和灵敏度。
  
  结合智能控制系统以及各类模块,设计了基于低功耗msp430单片机的智能节能自控路灯。
  
  2系统简介
  
  2.1系统总体框架
  
  该智能路灯由msp430单片机控制模块、光敏传感器模块、声控开关模块、人体红外传感器模块、电机驱动模块、电源模块等部分组成。
  
  2.2功能简介
  
  该智能路灯配有光敏模块,能够判断当前环境是否需要照明;单片机控制模块能够对各传感器传回的数据进行有效处理,判断当前的环境,然后发出控制信号,通过电机驱动模块和LED灯驱动电路调整路灯的亮度。
  
  2.3实现原理
  
  2.3.1传感器模块
  
  由人体红外感应模块、声控开关和光敏传感器组成。光敏传感器感应白天、黑夜及太阳的方位;人体红外感应模块和声控开关感应是否有人通过路灯。
  
  光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器,其敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。光敏传感器的种类繁多,常见类型如下:光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管等。该系统采用的是光敏电阻,其具有较高的精度、稳定可靠的工作能力和较长的使用寿命。该系统共有4个光敏传感器,相互配合,形成“追光”能力,获得最佳的照射角度。同时能够根据光强判断当前的工作环境是否需要照明,进而节省电能。
  
  人体红外感应模块和声控开关感应是否有人经过路灯。人体红外具有两种触发方式:不可重复和可重复。不可重复触发方式:感应输出高电平后,延时时间一结束,输出将自动从高电平变为低电平;可重复触发方式:感应输出高电平后,在延时时间段内,如果有人体在其感应范围内活动,其输出将一直保持高电平,直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段,并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。考虑实际情况,在有人期间LED灯保持较高亮度,故选择重复触发方式。为确保系统工作的可靠性,在使用人体红外感应模块的基础上,增加声控开关模块。两者均可在黑暗的环境中控制灯的工作。其触发方式与人体红外感应模块基本一致,此处不再赘述。
  
  系统总体框架图
  
  2.3.2msp430单片机控制模块
  
  msp430单片机是整个系统的核心模块,主要分为两个主要部分:接收传感器的返回信号并进行处理;发出控制信号,控制系统的正常运作。
  
  人体红外感应模块和声控开关模块的输出形式均为数字开关量输出(高低电平),可定义msp430的I/O端口来接收信号。而光敏传感器则是模拟量输出形式,需要进行AD转换才可以使用。msp430单片机内部集成有12位高精度AD转换模块,能够满足系统的精度要求。通过对人体红外和声控模块的高低电平检测,能够判断是否有人经过路灯。而通过AD转换,可以精确地了解光强的情况,判断所处环境。
  
  获取各传感器的数据后,对其进行滤波,综合分析,输出PWM信号高低电平,通过电机驱动模块和LED灯驱动电路控制系统的运行状态。
  
  2.3.3驱动模块
  
  该系统的驱动模块分为两部分:电机驱动模块和LED灯驱动模块。考虑到电机的转速极低,直接使用高低电平控制继电器的开关,进而控制电机的正反转。而LED的亮度要求连续可调,选用了MOS驱动电路模块,该电路的电流承受能力和耐受电压能力均较强,输入电压的范围较宽,工作稳定可靠,完全能够满足该系统的要求。
  
  2.4软件设计
  
  PWM初始化程序代码:
  
  代码
  
  3特色说明
  
  (1)利用太阳能:太阳能是一种新兴的可再生能源,其使用没有地域的限制,绿色环保。
  
  (2)采用LED照明:节能效果好,具有单向辐射特性,能量转化效率非常高,理论上与白炽灯比较能达到90%的节能,寿命超长,性能稳定。
  
  (3)采用MSP430超低功耗单片机:白天单片机进入储电状态,夜间进入智能照明工作状态。工作稳定,节能环保。
  
  (4)智能追光系统:控制太阳能电池板的角度,使其一直正对太阳,能最大程度地接收太阳能。
  
  (5)智能控制系统:人体红外传感器,声控开关和光敏传感器联合作用,工作稳定,可靠,智能。
  
  4结语
  
  针对智能型节能路灯,利用太阳能电池板提供电力,并有效结合传感器技术和单片机控制技术,能够对光照、行人进行检测,各个模块相互协作,以实现对路灯的自动控制。硬件设计过程中采用模块化设计思想,提高了系统的可靠性。该系统所用器件的选择均以性能稳定、安全可靠为原则,工作可靠,价格低廉。
  
  参考文献
  
  [1](苏联)格林什捷因。工业自动装置中的光敏电阻[M].上海科学技术出版社,1965.