摘要：提出一種基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能隧道燈的設(shè)計(jì)原理與方法，介紹了設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能隧道燈的硬件電路圖和軟件流程圖。通過(guò)單片機(jī)和太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了智能控制和節(jié)約能源的目標(biāo)。該裝置不僅實(shí)現(xiàn)了一般隧道燈的功能，更具有低碳、環(huán)保、智能等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；隧道燈；單片機(jī)；LED

0 引言
    在我國(guó)，鐵路、公路中存在大量隧道。汽車在駛?cè)牖蝰偝鏊淼罆r(shí)亮度突變的會(huì)使駕駛?cè)藛T的視覺(jué)產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”或“白洞效應(yīng)”。這樣很可能會(huì)導(dǎo)致交通事故的頻發(fā)，為了適應(yīng)視覺(jué)的變化，需要設(shè)置附加隧道燈。目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的隧道燈都是“長(zhǎng)明燈”，無(wú)論隧道中是否有車輛，燈都是開(kāi)啟的。這樣必然導(dǎo)致能源的大量浪費(fèi)。我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，也是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的需求和消耗都很大，同時(shí)對(duì)環(huán)境的破壞也日益嚴(yán)重。我國(guó)政府為了應(yīng)對(duì)這些危機(jī)，大力倡導(dǎo)合理利用能源、節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境，提出經(jīng)濟(jì)建設(shè)要與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的和諧發(fā)展戰(zhàn)略，這已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主渠道。
    本文中的智能太陽(yáng)能隧道裝置正是遵循節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的理念而設(shè)計(jì)的。該裝置以太陽(yáng)能為能源，通過(guò)單片機(jī)的控制設(shè)計(jì)不僅解決了隧道中隧道燈長(zhǎng)開(kāi)和能源浪費(fèi)的問(wèn)題，還模擬了實(shí)際隧道的各種情況，當(dāng)隧道內(nèi)出現(xiàn)各種突發(fā)狀況時(shí)能及時(shí)報(bào)警。因此該裝置具有很強(qiáng)的實(shí)用性和現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
    圖1是整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，包括電源、檢測(cè)、控制、照明和報(bào)警五個(gè)部分。

    電源裝置包括鋰電池充電電路和電池部分。主要功能是把從太陽(yáng)能電池中得到的一部分電能儲(chǔ)存在鋰電池中，用鋰電池給控制電路及報(bào)警電路供電；檢測(cè)裝置由一對(duì)紅外傳感器組成，分別安置在隧道兩端。當(dāng)檢測(cè)到有車輛經(jīng)過(guò)時(shí)可以發(fā)送信號(hào)到控制裝置；控制裝置是整個(gè)電路的核心部分，由單片機(jī)負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路和功能的實(shí)現(xiàn)。這部分電路可以從外部電路獲取信號(hào)，同時(shí)給外部電路發(fā)出指令；照明裝置是整個(gè)裝置主要的對(duì)外工作部分，由一些高亮二極管燈組成，既省電，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道內(nèi)的照明；報(bào)警裝置由一個(gè)報(bào)警燈和蜂鳴器構(gòu)成。當(dāng)車輛進(jìn)入隧道的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，直到工作人員按下停止報(bào)警鍵才停止報(bào)警，方便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理隧道內(nèi)出現(xiàn)的問(wèn)題。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 電源部分
    本裝置完全由太陽(yáng)能供電，當(dāng)沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)，可以將太陽(yáng)能電池將在有陽(yáng)光時(shí)獲得的電能通過(guò)充電電路儲(chǔ)存在鋰電池中，由鋰電池給整個(gè)裝置供電。充電電路中采用的是MAX1811芯片，它采用增強(qiáng)散熱型8引腳ISO封裝，無(wú)需微處理器控制。此外MAX1811內(nèi)部還帶有熱保護(hù)二極管，其降低了充電器的成本與尺寸。充電電路原理圖如圖2所示。

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2．2 控制部分
    控制電路原理圖如圖3所示，選用8位的AT89S52單片機(jī)作為主要控制芯片，其是一款低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，可以為外圍的電路提供足夠的IO端口，8 KB的FLASH能夠容納所寫(xiě)的程序。本設(shè)計(jì)采用12 MHz的晶振作為主系統(tǒng)的工作時(shí)鐘。

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2．3 照明部分
    由于普通發(fā)光二極管無(wú)法滿足照明需求，采用節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命的LED燈作為照明燈。由于本裝置只是一個(gè)模型，所以選用了8個(gè)高亮的LED燈。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將這些高亮的LED燈組合在一起組成一個(gè)組合燈，這樣就能夠達(dá)到照明的要求。照明電路圖如圖4所示。
2．4 檢測(cè)部分
    檢測(cè)裝置由一對(duì)紅外反射頭構(gòu)成，它們之間的距離可調(diào)。本裝置選用的是距離為2 m的紅外反射頭。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以選擇距離更遠(yuǎn)的紅外反射頭，或者紅外對(duì)射頭。根據(jù)反射信號(hào)來(lái)判斷是否有車輛進(jìn)入，由單片機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理以實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)檢測(cè)。
2．5 報(bào)警部分
    報(bào)警裝置由蜂鳴器和報(bào)警燈組成。由于單片機(jī)的IO端口輸出電流過(guò)小，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，需要加上一個(gè)三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。報(bào)警電路圖如圖5所示。

3 軟件系統(tǒng)
    軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。系統(tǒng)初始化后，首先調(diào)用紅外傳感器檢測(cè)程序。然后判斷入口處是否有車經(jīng)過(guò)，如果沒(méi)有車經(jīng)過(guò)，則繼續(xù)檢測(cè)，一旦有車經(jīng)過(guò)，則燈亮起。如果燈亮以后，檢測(cè)到出口處有車經(jīng)過(guò)，則燈熄滅，系統(tǒng)返回初始化。至此，單片機(jī)完成一次檢測(cè)與判斷；之后，如果燈沒(méi)有亮起，則系統(tǒng)返回初始化，進(jìn)行新一輪的數(shù)據(jù)測(cè)量。直到入口處有車經(jīng)過(guò)，則燈再次亮起。如果在進(jìn)入的車輛還未駛出隧道時(shí)就又有車輛進(jìn)入，則記數(shù)程序開(kāi)始運(yùn)行，入口、出口處的紅外探測(cè)器同時(shí)檢測(cè)、記錄進(jìn)入和駛出的車輛的數(shù)目，直到進(jìn)入數(shù)量等于駛出數(shù)量，即車輛全部駛出時(shí)，燈才熄滅。
    如果有車輛進(jìn)入且并未全部駛出時(shí)，入口處紅外探測(cè)器又長(zhǎng)時(shí)間未檢測(cè)到有車輛進(jìn)入，記時(shí)程序開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)在設(shè)定時(shí)間到達(dá)時(shí)，出口處紅外探測(cè)器檢測(cè)到車輛駛出數(shù)目小于入口處紅外探測(cè)器檢測(cè)到的進(jìn)入數(shù)目時(shí)，即在設(shè)定時(shí)間內(nèi)車輛未全部駛出時(shí)，報(bào)警程序啟動(dòng)。直到控制臺(tái)按下報(bào)警停止鍵時(shí)，報(bào)警程序停止，程序自動(dòng)返回初始化，否則繼續(xù)報(bào)警。

4 結(jié)語(yǔ)
    本文闡述了基于單片機(jī)技術(shù)的太陽(yáng)能隧道燈工作的全過(guò)程，經(jīng)過(guò)對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可以完成對(duì)隧道的智能照明，以及對(duì)車輛數(shù)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)，并及時(shí)判斷車輛是否發(fā)生事故和及時(shí)報(bào)警。整個(gè)裝置全由太陽(yáng)能供電，并結(jié)合單片機(jī)控制，具有較強(qiáng)的通用性，適用于模塊化設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)不僅可以大量用于鐵路、公路隧道內(nèi)，而且還可適用于一些無(wú)人看守的自然保護(hù)區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)域。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本低，性價(jià)比高，低碳環(huán)保，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)意義。