摘要：為解決城市路燈照明系統(tǒng)存在的燈光控制方法和管理手段落后，所用燈具科技含量低等問題，設計了一個模擬路燈控制系統(tǒng)。采用高效節(jié)能LED路燈作為光源，采用AT89S52單片機作為控制中心，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊來實現(xiàn)，根據環(huán)境、交通等因素，單片機采集光敏電阻或光電開關的信號控制路燈的亮滅，具有自動檢測故障報警等功能；采用切換多種模式方式設定并實現(xiàn)PWM調光功能，按規(guī)定時間開關燈功能。測試結果表明，路燈驅動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自動減小，該功率能在20％～100％范圍內設定并調節(jié)，調節(jié)誤差小于2％，實現(xiàn)了路燈的智能化控制，節(jié)省了電力能源和人力資源。
關鍵詞：LED；路燈控制；單片機；恒流源

    隨著城市的發(fā)展，作為城市公用設施的城市路燈照明系統(tǒng)對人民生活和交通安全起著重要作用。城市路燈控制系統(tǒng)已在我國得到廣泛應用，因此節(jié)能和易于控制成為路燈控制的核心問題。
    本文采用節(jié)能環(huán)保的LED燈作為光源，采用科學有效的檢測與控制技術，實現(xiàn)了光電控制、時間控制、交通情況檢測、故障自動檢測與報警等功能，節(jié)省了人力和電力資源，降低了系統(tǒng)運行成本，性價比較高。

1 系統(tǒng)總體方案設計
    系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。該系統(tǒng)設計由單片機控制、傳感器感應、恒流源輸出、控制顯示和路燈亮度調節(jié)等5大模塊構成。其中，控制器采用l片AT89S52單片機作為中心控制器，其外圍電路比較簡單，具有高速、高可靠性、低功耗、超強抗干擾、價低格等優(yōu)點，應用廣泛。采用光電開關作為傳感器感應模塊的重要元件。在每個路燈位置處分別放置光電開關裝置，當物體經過這些點時，光電開關發(fā)射的光被
物體遮擋，則接收端因無法接收該光而使其一引腳輸出電平發(fā)生變化，單片機處理該信號繼而控制路燈的亮暗。光電開關具有長壽命、高可靠性、靈敏度高等特點，且價格較低。

    采用LED驅動電源電路SN3350，其具有輸出350 mA恒流的特性，穩(wěn)定度高，且具有過壓保護、過溫保護、體積小和外圍電路簡單等特點，能較好的滿足本系統(tǒng)設計要求。采用1602LCD液晶和數碼管同時顯示。該模塊占用單片機I／O口較少，且可通過程序實現(xiàn)級聯(lián)菜單功能。
    由單片機控制PWM。恒流源芯片SN3350的3引腳為PWM，可調節(jié)輸出電流的PWM，從而控制輸出功率。該模式下，只要單片機控制PWM即可實現(xiàn)調節(jié)方式O～100％范圍內調光，實現(xiàn)路燈的無級亮度調節(jié)。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 LED監(jiān)測環(huán)境模塊
    LED路燈能檢測外界環(huán)境的明暗，從而自動開燈和關燈。本設計采用光敏電阻進行環(huán)境監(jiān)測，具體電路如圖2所示。

    白天時，光敏電阻因感光阻值無窮大，則1 MΩ電阻上的電壓很?。寒斠鼓唤蹬R，光敏電阻的阻值變?yōu)?～20 kΩ，則l MΩ電阻分壓變大為3．0 V左右，單片機P1．0口檢測該信號的變化，則控制PNP三極管基極輸入低電平，使其導通，進而集電極輸出高電平，5 V繼電器導通，路燈所在電路通路，路燈點亮；反之，路燈關斷，為防止繼電器內部電感之間電壓突變引起反相感應電動勢破壞三極管，該電路在集電極增加了二極管保護電路，進而完成了路燈隨環(huán)境明暗開關燈的要求。
2．2 故障檢測報警模塊
    由圖2可見，當路燈正常開燈時，其所在電路導通，5 Ω負載電阻上的電壓U=IR=O．35x5=1．75 V；如果路燈壞掉，則該電路處于短路狀態(tài)，該電阻上的電壓為0 V，單片機P1．3口檢測到該電壓信號的變化，控制路燈監(jiān)測環(huán)境模塊中三極管導通，使繼電器K1閉合導通，報警燈VD6發(fā)光，即發(fā)出報警信號。
2．3 恒流源輸出模塊
    本系統(tǒng)恒流源電路以LED驅動芯片SN3350為核心，輔以簡單的外圍電路，實現(xiàn)了輸出恒定電流的功能。其輸入電壓為6～40 V，輸出電流最大可達700 mA，因此，輸出電流變化的一個因素是輸入電壓。圖3為該恒流源電路。

    由SN3350的數據資料可知，輸出電流與傳感電阻R1有關，二者關系為IOUT=O．1／Rl(Rl>0．13 Ω)。通常情況下，Rl的設定是特定阻值，根據相應額定輸出電流333 mA，該系統(tǒng)選擇特性阻值為0．3 Ω。且由SN3350的特性曲線知，當外圍電路電阻0．3 Ω，電感47μH時，輸出效率較高，節(jié)能性能最好。通過實驗，當輸入端加入8．3 V直流電壓時，其輸出電流恒定為350 mA。該電路的輸人端增加了4個穩(wěn)壓管，使輸入電壓更加穩(wěn)定，繼而輸出電流驅動1 W的LED。由此可見，該方法的電路所需器件少，設計簡單，性價比高。且SN3350內置過流保護，當異常情況使電流過大時，該芯片可內部保護LED。
    驅動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自動減小，SN3350的3引腳ADJ可通過外接PWM的控制信號進而無級調節(jié)恒流源輸出功率。該功率能在20％～100％范圍內設定并可調。

3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 程序流程
    程序流程如圖4所示。

    程序流程為：選擇路燈的控制方式后等待外界信號的檢測輸入。判斷接收為自由控制燈信號、環(huán)境監(jiān)測信號、交通信號，單片機處理相應信號，然后控制開關路燈，并累計路燈開關時間，用LCD顯示。若正常情況下路燈不亮，則控制器檢測到該信號并用報警燈提示和LCD顯示故障燈的地址。此外，路燈的每部分電源由自制恒流源提供，且其輸出功率可通過控制SN3350的引腳3進行調節(jié)，從而實現(xiàn)路燈的亮度可控。
3．2 功能測試
    該系統(tǒng)能根據環(huán)境的明暗變化自動開燈和關燈，當白天天亮時燈滅，當環(huán)境漸漸變暗，黑夜降臨時燈亮。且能根據交通情況自動調節(jié)路燈的亮滅狀態(tài)，即行人車輛來時燈亮，過后燈滅，每個路燈都是如此，這就大大節(jié)省電能。該系統(tǒng)具有時鐘功能，能設定顯示開關燈的時間，并能控制整條支路或每只路燈按時開燈和關燈。當路燈出現(xiàn)故障時能及時發(fā)出聲光報警，并在LCD上顯示故障燈的地址編號。
3．3 指標測試
    基礎部分主要是電路邏輯測試，比較簡單，通過實驗，該系統(tǒng)除滿足以上設定的全部功能外，還具有自動調光功能。為了方便測試恒流源，系統(tǒng)先將20％～100％的功率以步進10％分為9個等級以便準確測試輸出功率的變化，具體表現(xiàn)為路燈的亮度隨輸出功率的減少而逐漸變暗。燈泡內阻計算：
    因P=I2R，所以，測試時只需測試輸出電流的參數即可。具體參數如表l所示。測得數據誤差均小于2％。

4 結論
    該模擬路燈控制系統(tǒng)具有根據環(huán)境明暗、交通情況、設定時間來控制路燈亮滅的功能，且可以對燈亮時間進行計時，對路燈進行故障檢測，并用報警燈提示，路燈電源的供應為自制恒流源。并且該系統(tǒng)還具備自動調節(jié)燈泡亮度的功能，且所用器件少，電路簡單，性價比高，具有較高的現(xiàn)實意義。