一种基于STC12C5A60S2的路灯节能系统设计

一种基于STC12C5A60S2的路灯节能系统设计
作者：杨通张富春周杨乐刘青林张维郭汉卿
来源：《电脑知识与技术》2018年第09期
摘要：本文针对目前我国电力资源紧张情况以及国家对环保问题的重视度，分析了目前国内路灯照明系统的概况，设计了一种路灯节能系统，可有效降低路灯能耗。

本系统以单片机STC12C5A60S2为主控制器，具有定时设定功能，同时可根据环境明暗程度及路面交通情况进行自动调光。

系统采用太阳能电池供电，利用胶体电池来储存电能。

同时，系统具有自动检测并向远程控制终端报警的功能。

测试表明，该路灯节能系统可有效提高路灯工作效率，降低能耗，控制准确灵活，具有较大的应用推广价值。

关键词：自动调光；交通检测；节能控制；热释电红外传感器；物联网；单片机
中图分类号：TP212.9 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）09-0273-03
Abstract： Aiming at the current shortage of power resources in our country and the emphasis on environmental protection in our country， this paper analyzes the current situation of domestic street lighting system and designs a kind of street lamp energy saving system， which can effectively reduce the street lamp energy consumption. The system microcontroller STC12C5A60S2-based controller， with timing settings， at the same time according to the degree of environmental light and road traffic conditions for automatic dimming. System uses solar battery power， the use of gel batteries to store energy. At the same time， the system has automatic detection and remote control terminal alarm function. The test shows that the street lamp energy-saving system can effectively improve the work efficiency of the street lamp， reduce energy consumption， control accurately and flexibly， and has great application and popularization value.
Key words：automatic dimming； traffic detection； energy saving control； pyroelectric infrared sensor； internet of Things； MCU
随着国家对生态文明建设和对可持续发展的大力倡导与重视，利用可再生能源造福人类已经成为科研关注的焦点。

如何利用现代科技解决当前能源供需矛盾成为照明灯具领域一个迫切的课题[1]。

目前我国大多数地区普遍采用高压钠灯、高压汞灯以及LED灯作为路灯的核心电光源，它们还是以人们设置的时间来定时工作，然而由于天气状况的不同，人们常常无法准确地把握路灯的开、关及亮暗程度，这样便会造成大量的电能浪费，不良的路灯甚至引发交通事故。

虽然有的地区逐渐采用太阳能路灯来代替普通路灯，但是它们还存在许多需要改进的地方，现代
城市路灯控制系统向着智能化、网络化、人性化、精确化和动态化等方向发展[2]。

因此，我们在传统路灯的基础上进行了相应的改进，设计了一种基于单片机STC12C5A60S2的路灯节能控制系统。

该系统具有时钟功能，设置固定时间开启或关闭此系统；根据环境明暗程度来调节路灯亮暗；在深夜时，可根据路段人车流量情况来对路灯进行亮暗调节；利用物联网技术实时远程监控路灯工作状况[3]；系统采用太阳能电池供电。

该路灯节能系统布局示意图如图1所示。

1系统方案设计
系统采用STC12C5A60S2单片机控制，时钟模块采用DS1302，数码管作为实时显示单元，当到达预设的时间时检测与控制系统开始工作，光敏二极管模块检测外界环境亮度，暗到一定程度时路灯缓缓点至最亮。

在夜深人静时开启智慧模式，通过系统的人体热释电红外传感器HS-SR501模块检测道路上行人和车辆，没有行人或车辆通过时，路灯一直维持在较暗程度，当有行人或车辆通过时，路灯逐渐变亮，当行人或车辆离开后路灯又逐渐变暗，直到第二天早晨外界环境亮至一定程度时路灯关闭。

LED路灯由TB6612FNG驱动模块驱动，晶体硅太阳能电池供电，免维护阀控式密封蓄电池（胶体电池）来储存电能。

此外，故障检测电路与Zigbee自组网模块CC2530组成故障检测报警模块。

系统主要包括光敏二极管模块与人体红外感应传感器模块、LED路灯驱动模块、故障检测报警模块等，总体框图如图2所示。

2系统硬件设计
2.1时钟模块
时钟模块采用DS1302。

DS1302自带定时器定时，并且有独立的时钟晶振，精度高，工作稳定，有效降低死机或断电的影响。

2.2信号检测模块
2.2.1环境亮度检测模块
该模块采用光敏二极管传感器。

光敏二极管结构简单，方向性好，对某一特定方向的光强敏感，不易受外界环境干扰[4]。

环境亮度检测模块电路如图3所示。

2.2.2人体红外检测模块
人体红外传感器HS-SR501具有全自动感应功能[5]，光敏控制设置灵活，当白天或光线强时不动作。

还能够根据环境温度变化自动进行温度补偿。

通过调整传感器的探测距离，可获得最佳检测。

另外HS-SR501还具有宽的工作电压范围，微功耗以及可重复触发等特点。

人体红外检测模块如图4所示。

2.3信号处理模块
采用内部具有大容量程序存储器及FLASH工艺制造的STC12C5A60S2单片机作为系统主控制器[6]。

可实现串口程序烧写，对开发设备要求低，而且成本低，特别适合路灯节能系统的大规模应用。

2.4系统整体电路图
系统整体电路图如图5所示：
3系统软件设计
本系统软件部分采用模块化程序设计的方法，用C语言的编程方式[7]，根据设计要求编写程序，并在Keil uVision4编译器中进行程序编写的调试，确定编写无误后，对所设计的硬件电路进行系统调试。

软件程序包括时钟子程序，光强检测子程序，按键子程序，人体红外检测子程序等。

主程序流程图如图6所示。

4结束语
本文分析了目前我国路灯照明系统的概况，设计了一套智慧路灯节能控制系统，并详细介绍了关键控制原理。

系统巧妙地解决了因季节和天气状况的不同而造成路灯开启时间确定难的问题，同时在深夜时可根据路面交通情况进行自动调光，在保证安全的同时又充分的实现了节能环保。

当路灯出现故障时，能够自动检测并且通过Zigbee自组网模块向远程终端报警。

此外，路灯运行情况通过网关上传至云平台，从而实现便捷管理。

系统测试表明，路灯节能控制系统可有效提高路灯工作效率，降低能耗。

系统长时间运行稳定，总体成本低，控制准确灵活，具有较大的应用推广价值。

当然，该系统后期还可以加入空气质量检测功能，将在治理空气污染方面获得更确切的第一手资料。

参考文献：
[1] 翟楠.LED智能照明控制系统的设计与实现[D].西安：陕西科技大学，2015.
[2] 陈越，贾文超，肖萍萍.基于Zigbee的路灯区域控制器设计[J].电子设计工程，2013（19）：43-45.
[3] 郭倩倩，于会山，刘志建.基于物联网技术的智能路灯远程监控系统设计[J].科教导刊-电子版（上旬），2014（7）：121-122.
[4] 田军委，肖清林，张波，等.智能护眼台灯设计[J].电子设计工程，2015（17）：161-163.
[5] 李萌.智能楼道照明节电控制系统的设计[J].电子制作，2014（10）：49-50.
[6] 戴之铭.多功能遥控终端设计[D].福建：福建农林大学，2015.
[7] Stephen Prata. C Primer Plus[M].5版.北京：人民邮电出版社，2005.。