基于单片机的节能路灯控制系统的设计
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（ 2016届）
毕业设计
题 目：基于单片机的节能路灯控制系统的设计
姓 Байду номын сангаас：
专 业： 电子信息工程
班 级：电信N122
学 号：
指导教师：
导师职称： 副教授
嘉兴学院南湖学院教学事务管理中心
2016年月 日
诚信声明
我声明，所呈交的设计是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得嘉兴学院南湖学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，设计中的所有内容均真实、可信。
具体的操作方法如下:
在遇到交通高峰期时,路灯应该保证足够的亮度。在正常的情况下,路灯应该投入使用第一档运行。但是如果这时候电网电压相对偏低(如低于208 V) ,那么路灯应该全压运行，如果电网电压相对偏高(如高于236 V) ,那么路灯则可以直接跳过第一档,投入使用第二档运行。要注意的是，为了防止档位的频繁切换,每当系统监测到电网电压低于208 V或者高于236 V 时，应该适当延长一段时间用来重新判断，然后再做决定。而在交通正常的时期,需要兼顾照度和节电的效果。在正常情况下,路灯应该投入使用第二档运行。同样的，如果电网电压低于208V ,那么路灯则可以返回到第一档运行，如果电网电压高于了242V,那么路灯就可以直接投入使用第三档运行了。当然，这里也同样需要考虑到延时的问题。最后在交通低谷的时期,需要重点考虑的就是节电效果了。在正常的情况下，路灯应该投入使用第三档运行，也就只有当电网电压过低的时候(如低于195V) , 那么路灯才会返回到第二档运行[7]。
设计作者签名：签名日期：年月日
授权声明
学校有权保留送交设计的原件，允许设计被查阅和借阅，学校可以公布设计的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存设计，学校必须严格按照授权对设计进行处理，不得超越授权对设计进行任意处置。
设计作者签名：签名日期：年月日
基于单片机的节能路灯控制系统的设计
摘 要
本文中的设计是基于单片机MSP430G2553的一个用于节能路灯控制系统，能够自动检测来往行走人员，当有人员通过时能根据环境光线自动启动路灯，当人员离开，延迟一段时间后路灯自动熄灭，并可以根据需要自动调节路灯亮度。在控制系统中，含有人体红外传感器模块、光敏电阻传感器模块、声光电报警模块，首先光敏电阻传感器模块会对天气亮度进行识别，从而进行判断路灯是否被打开，如果遇到问题不能被打开则报警模块会触发蜂鸣器和LED灯警示；当有人通过时，人体红外传感器模块会检测到，将信息反馈给单片机，单片机将会调节PWM波，从而使路灯增加亮度。该系统基本实现了对路灯的节能控制，并实现了路灯的工作模式、调光功能和报警信息等功能，整个系统稳定、可靠，具有良好的应用前景。
工作模式0：用户设定开关时间，开灯范围12：00到23：55；关灯范围00：00到11：55。
工作模式1：采用经纬度控制开关时间，2路，3路关灯时间可在00：00到11：55设定。
工作模式2：经纬度控制时间正负30分钟风采用光控。
工作模式3：光强度控制开关灯。
6、具有独立检修按钮便于用电设备的检修或重大庆典的需要。
（二）分时控制
路灯控制器能够根据时间来控制开灯和关灯，并去调整路灯的供电电压。各个地区所在的纬度是不同的,那么每天日出日落的时间也就都不同了。我们可以根据天文年历查出每个地区一年内日出日落的时间。在误差允许的范围内,我们又可以把一年大致地分为三个季节时段来对路灯进行控制,每一个季节时段都有着不同开关灯的时间设定。而且从开灯到关灯,可以根据当地交通的情况而改动，一般情况下,路灯的分时控制就可以取得相当不错的节电效果了。
（五）通讯功能
系统采用RS2485进行通讯[10],它的通讯距离可以达到1.2公里左右。该功能能够把电压,电流以及有功电能都上传到附近的中央监控室,并且每分钟刷新一次。
1.2.4 路灯节电控制器的发展趋势
在未来，城市的公共照明会离不开LED，因为LED光源的节能效果是家喻户晓的。LED灯是一种基于半导体PN结形成的高效固态光源，它甚至只需要用非常微弱的电能就能发光[11]。它的原理其实也不复杂，当在有正向的偏置电压情况下注入电流，P区的空穴和N区的电子也就被注入，再扩散到有源区，经过辐射的复合产生光子，达到电能直接转换成光能的效果。它的特点有耗电少，寿命长，无污染，光度强等，因此，在未来用在道路照明节能项目上的最佳选择必定会是LED灯。
它们的特点如下：
1、采用国外先进的微处理芯片，可靠性高、误差小、稳定性强。
2、具有断电数据保存，时钟不间断工作，无需更换电池，维持时钟运行十年以上。
3、经纬度计算开关时间，随季节变化合理控制，最小步长1分钟。
4、采用液晶显示年、月、日、时、分，并带有背光，方便夜间观察和操作。
5、具有路数选择功能，可方便的设置为1路、2路或者3路控制。
关键词：MSP430G2553，节能路灯控制系统，人体红外传感器
Design of energy saving lamp control system based on single chip microcomputer
Abstract
The design is based on msp430g2553 a for street lamp energy-saving control system, can automatically detect traffic personnel, when personnel through can according to the ambient light auto start the streetlight, when people leave, after a period of time delay lamp extinguished automatically, and can be according to the need to adjust the brightness of street lamps. In control system, containing the human body infrared sensor module, photosensitive resistance sensor module, sound photoelectric alarm module, first of all, photosensitive resistance sensor module will identify the brightness of the weather, so as to judge whether the lamp was turned on, if you encounter a problem can not be open alarm module will trigger the buzzer and led warning light; when someone passes, the human body infrared sensor module will be detected and the information feedback to the microcontroller, microcontroller will adjust the PWM wave, thus enable the street to increase brightness. The system basically realized the energy saving control of street lamps, and realized the working mode of the street lamp, light control function and alarm information, the whole system is stable and reliable, and has good application prospects.
Keywords:MSP430G2553, energy saving lamp control system, human body infrared sensor
5.1 单片机最小系统的调试16
5.2 光敏电阻模块的调试16
5.3 人体红外感应模块的调试16
5.4 蜂鸣器报警模块的调试17
5.5 软件运行的调试17
1
1.1
随着人类文明的发展进步，人们对于基础建设的要求越来越高，路灯，作为城市基础建设的必要设施，毫无疑问得成为了人类夜间活动的主要照明工具。城市的路灯控制系统是城市基础建设的一个重要组成部分，它的智能化程度也反映出了城市的现代化文明水平。经研究表明，良好的道路照明可以减少大约30%左右的夜间交通事故。所以，设计自动化程度高、安全性能好、运行可靠、智能控制程度高、高效节能、使用和维护方便的照明控制系统，是城市现代化文明不可缺少的要求之一。近些年，随着计算机技术的快速发展，应用计算机技术来推动各项公共事业的发展，取得了非常显著的成效。通过改变现当代相对落后的照明控制系统来节约能源，是建立节约型社会所必须的。随着国家的“节能法”颁布以及实施和我国“十一五”规划要求，高科技技术和节约能源已经纳入社会可持续发展战略的重要内容，利在当代，功在千秋[1]。随着城市路灯照明规模的不断扩大延伸，在传统的技术方式下，管理部门的维护成本和人工成本不断增长。因此，城市路灯控制系统所采用的计算机技术需要实现科学化管理和智能化管理。
1.2
1.2.1
人类的发展史是一部追求光明的创业史，火的运用是人类文明进步的重要里程碑。远古先祖们点燃的篝火就是最早的灯火。直到1843年，中国上海街头出现了第一盏路灯，尽管它是由煤油点燃的，但是在人们的心中，它发出的光芒比月光还要圣神。就在黄埔江的两岸，人群为了一睹第一盏路灯的风采蜂拥而至，再后来，上海租界的路灯又改成了由煤气供应的路灯。这种技术是从英国伦敦移植过来的，它的亮度比煤油灯高出了好多倍，在夜里行走的人眼中，这种光亮简直就是夜晚的小太阳。再到1879年，上海的十六浦码头终于亮起了中国第一盏用电能发光的路灯，供电的是一台只有10马力的内燃机发电组，也就相当于一辆手扶拖拉机的功率而已[2]。
（三） 旁路模式
路灯控制系统有两种模式，一个是旁路模式[8]，另一个是省电模式，而且能够在两种模式下切换。当系统检测到接触器线路遇到故障时,系统会自动切换到旁路模式供电。在旁路模式下,交流电是不会经过控制器和自耦变压器的，而是直接对路灯进行供电。
（四）多种电工参数的检测
控制器能够检测多种电工参数[9],其中包括各相电压有效值,各相电流有效值,各相有功电能等，能够实现对各电工参数进行实时记录以及掉电保存。
1.2.2 路灯节电控制器的发展现状
目前国内的路灯控制器生产的品牌有：康启路灯控制器，智能路灯专用节电器；路灯专用节能控制柜；路灯天文控制器/天文钟/天体钟、智能路灯节能控制柜、路灯节电控制柜、路灯节电器等一系列的路灯控制器；并通过国家质量检测中心的检测认证，符合国家用电要求[3]。KQ-LD1智能型路灯控制器采用国外最先进的计算机控制技术，运用太阳与地球的运行规律以及地球经纬度与日出日落的关系，并根据一年四季变化规律与经纬度算法计算日出日落时间。本产品有开关时间微调和半夜控制功能，从而能适应不同地理环境的需要；是路灯、霓虹灯、广告灯箱、监控补光等设备的最佳时间控制器，能有效节约资源消耗，减少浪费；可广泛应用于街道、铁路、车站、航道、工矿、学校、小区及供电部门等一切需要时间控制的场所[4]。路灯控制器目前广泛应用于市政主要道路（国道、省道、县道）、高速公路、体育广场、桥梁、码头、隧道、园林、观光景灯、游乐场所、广告灯箱等用于公共照明的环境场所；路灯控制器所适用的灯具类型也很多，比如高压钠灯、低压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯、荧光灯等所有气体放电式的照明灯具[5]。
7、 抗干扰能力强，能抵御从电网直接输入幅值达2000伏的干扰脉冲。
8、大功率继电器输出，可接220伏或380伏接触器，控制稳定，使用寿命长。
1.2.3 路灯节电控制器的相关技术
路灯节能控制器所实现的功能为:
（一）电压监控
由于各个地区的电力供应有所不同,有些地区的电网电压相对偏高,又有些地区的电网电压相对偏低,而且电网电压还会随着负载的变化而产生大小不同的波动[6]。这时候路灯节能控制器能够对电网电压进行实时地监控,与分时控制（下文会有详细解释）配合起来,就会取得良好的效果。
毕业设计
题 目：基于单片机的节能路灯控制系统的设计
姓 Байду номын сангаас：
专 业： 电子信息工程
班 级：电信N122
学 号：
指导教师：
导师职称： 副教授
嘉兴学院南湖学院教学事务管理中心
2016年月 日
诚信声明
我声明，所呈交的设计是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得嘉兴学院南湖学院或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。我承诺，设计中的所有内容均真实、可信。
具体的操作方法如下:
在遇到交通高峰期时,路灯应该保证足够的亮度。在正常的情况下,路灯应该投入使用第一档运行。但是如果这时候电网电压相对偏低(如低于208 V) ,那么路灯应该全压运行，如果电网电压相对偏高(如高于236 V) ,那么路灯则可以直接跳过第一档,投入使用第二档运行。要注意的是，为了防止档位的频繁切换,每当系统监测到电网电压低于208 V或者高于236 V 时，应该适当延长一段时间用来重新判断，然后再做决定。而在交通正常的时期,需要兼顾照度和节电的效果。在正常情况下,路灯应该投入使用第二档运行。同样的，如果电网电压低于208V ,那么路灯则可以返回到第一档运行，如果电网电压高于了242V,那么路灯就可以直接投入使用第三档运行了。当然，这里也同样需要考虑到延时的问题。最后在交通低谷的时期,需要重点考虑的就是节电效果了。在正常的情况下，路灯应该投入使用第三档运行，也就只有当电网电压过低的时候(如低于195V) , 那么路灯才会返回到第二档运行[7]。
设计作者签名：签名日期：年月日
授权声明
学校有权保留送交设计的原件，允许设计被查阅和借阅，学校可以公布设计的全部或部分内容，可以影印、缩印或其他复制手段保存设计，学校必须严格按照授权对设计进行处理，不得超越授权对设计进行任意处置。
设计作者签名：签名日期：年月日
基于单片机的节能路灯控制系统的设计
摘 要
本文中的设计是基于单片机MSP430G2553的一个用于节能路灯控制系统，能够自动检测来往行走人员，当有人员通过时能根据环境光线自动启动路灯，当人员离开，延迟一段时间后路灯自动熄灭，并可以根据需要自动调节路灯亮度。在控制系统中，含有人体红外传感器模块、光敏电阻传感器模块、声光电报警模块，首先光敏电阻传感器模块会对天气亮度进行识别，从而进行判断路灯是否被打开，如果遇到问题不能被打开则报警模块会触发蜂鸣器和LED灯警示；当有人通过时，人体红外传感器模块会检测到，将信息反馈给单片机，单片机将会调节PWM波，从而使路灯增加亮度。该系统基本实现了对路灯的节能控制，并实现了路灯的工作模式、调光功能和报警信息等功能，整个系统稳定、可靠，具有良好的应用前景。
工作模式0：用户设定开关时间，开灯范围12：00到23：55；关灯范围00：00到11：55。
工作模式1：采用经纬度控制开关时间，2路，3路关灯时间可在00：00到11：55设定。
工作模式2：经纬度控制时间正负30分钟风采用光控。
工作模式3：光强度控制开关灯。
6、具有独立检修按钮便于用电设备的检修或重大庆典的需要。
（二）分时控制
路灯控制器能够根据时间来控制开灯和关灯，并去调整路灯的供电电压。各个地区所在的纬度是不同的,那么每天日出日落的时间也就都不同了。我们可以根据天文年历查出每个地区一年内日出日落的时间。在误差允许的范围内,我们又可以把一年大致地分为三个季节时段来对路灯进行控制,每一个季节时段都有着不同开关灯的时间设定。而且从开灯到关灯,可以根据当地交通的情况而改动，一般情况下,路灯的分时控制就可以取得相当不错的节电效果了。
（五）通讯功能
系统采用RS2485进行通讯[10],它的通讯距离可以达到1.2公里左右。该功能能够把电压,电流以及有功电能都上传到附近的中央监控室,并且每分钟刷新一次。
1.2.4 路灯节电控制器的发展趋势
在未来，城市的公共照明会离不开LED，因为LED光源的节能效果是家喻户晓的。LED灯是一种基于半导体PN结形成的高效固态光源，它甚至只需要用非常微弱的电能就能发光[11]。它的原理其实也不复杂，当在有正向的偏置电压情况下注入电流，P区的空穴和N区的电子也就被注入，再扩散到有源区，经过辐射的复合产生光子，达到电能直接转换成光能的效果。它的特点有耗电少，寿命长，无污染，光度强等，因此，在未来用在道路照明节能项目上的最佳选择必定会是LED灯。
它们的特点如下：
1、采用国外先进的微处理芯片，可靠性高、误差小、稳定性强。
2、具有断电数据保存，时钟不间断工作，无需更换电池，维持时钟运行十年以上。
3、经纬度计算开关时间，随季节变化合理控制，最小步长1分钟。
4、采用液晶显示年、月、日、时、分，并带有背光，方便夜间观察和操作。
5、具有路数选择功能，可方便的设置为1路、2路或者3路控制。
关键词：MSP430G2553，节能路灯控制系统，人体红外传感器
Design of energy saving lamp control system based on single chip microcomputer
Abstract
The design is based on msp430g2553 a for street lamp energy-saving control system, can automatically detect traffic personnel, when personnel through can according to the ambient light auto start the streetlight, when people leave, after a period of time delay lamp extinguished automatically, and can be according to the need to adjust the brightness of street lamps. In control system, containing the human body infrared sensor module, photosensitive resistance sensor module, sound photoelectric alarm module, first of all, photosensitive resistance sensor module will identify the brightness of the weather, so as to judge whether the lamp was turned on, if you encounter a problem can not be open alarm module will trigger the buzzer and led warning light; when someone passes, the human body infrared sensor module will be detected and the information feedback to the microcontroller, microcontroller will adjust the PWM wave, thus enable the street to increase brightness. The system basically realized the energy saving control of street lamps, and realized the working mode of the street lamp, light control function and alarm information, the whole system is stable and reliable, and has good application prospects.
Keywords:MSP430G2553, energy saving lamp control system, human body infrared sensor
5.1 单片机最小系统的调试16
5.2 光敏电阻模块的调试16
5.3 人体红外感应模块的调试16
5.4 蜂鸣器报警模块的调试17
5.5 软件运行的调试17
1
1.1
随着人类文明的发展进步，人们对于基础建设的要求越来越高，路灯，作为城市基础建设的必要设施，毫无疑问得成为了人类夜间活动的主要照明工具。城市的路灯控制系统是城市基础建设的一个重要组成部分，它的智能化程度也反映出了城市的现代化文明水平。经研究表明，良好的道路照明可以减少大约30%左右的夜间交通事故。所以，设计自动化程度高、安全性能好、运行可靠、智能控制程度高、高效节能、使用和维护方便的照明控制系统，是城市现代化文明不可缺少的要求之一。近些年，随着计算机技术的快速发展，应用计算机技术来推动各项公共事业的发展，取得了非常显著的成效。通过改变现当代相对落后的照明控制系统来节约能源，是建立节约型社会所必须的。随着国家的“节能法”颁布以及实施和我国“十一五”规划要求，高科技技术和节约能源已经纳入社会可持续发展战略的重要内容，利在当代，功在千秋[1]。随着城市路灯照明规模的不断扩大延伸，在传统的技术方式下，管理部门的维护成本和人工成本不断增长。因此，城市路灯控制系统所采用的计算机技术需要实现科学化管理和智能化管理。
1.2
1.2.1
人类的发展史是一部追求光明的创业史，火的运用是人类文明进步的重要里程碑。远古先祖们点燃的篝火就是最早的灯火。直到1843年，中国上海街头出现了第一盏路灯，尽管它是由煤油点燃的，但是在人们的心中，它发出的光芒比月光还要圣神。就在黄埔江的两岸，人群为了一睹第一盏路灯的风采蜂拥而至，再后来，上海租界的路灯又改成了由煤气供应的路灯。这种技术是从英国伦敦移植过来的，它的亮度比煤油灯高出了好多倍，在夜里行走的人眼中，这种光亮简直就是夜晚的小太阳。再到1879年，上海的十六浦码头终于亮起了中国第一盏用电能发光的路灯，供电的是一台只有10马力的内燃机发电组，也就相当于一辆手扶拖拉机的功率而已[2]。
（三） 旁路模式
路灯控制系统有两种模式，一个是旁路模式[8]，另一个是省电模式，而且能够在两种模式下切换。当系统检测到接触器线路遇到故障时,系统会自动切换到旁路模式供电。在旁路模式下,交流电是不会经过控制器和自耦变压器的，而是直接对路灯进行供电。
（四）多种电工参数的检测
控制器能够检测多种电工参数[9],其中包括各相电压有效值,各相电流有效值,各相有功电能等，能够实现对各电工参数进行实时记录以及掉电保存。
1.2.2 路灯节电控制器的发展现状
目前国内的路灯控制器生产的品牌有：康启路灯控制器，智能路灯专用节电器；路灯专用节能控制柜；路灯天文控制器/天文钟/天体钟、智能路灯节能控制柜、路灯节电控制柜、路灯节电器等一系列的路灯控制器；并通过国家质量检测中心的检测认证，符合国家用电要求[3]。KQ-LD1智能型路灯控制器采用国外最先进的计算机控制技术，运用太阳与地球的运行规律以及地球经纬度与日出日落的关系，并根据一年四季变化规律与经纬度算法计算日出日落时间。本产品有开关时间微调和半夜控制功能，从而能适应不同地理环境的需要；是路灯、霓虹灯、广告灯箱、监控补光等设备的最佳时间控制器，能有效节约资源消耗，减少浪费；可广泛应用于街道、铁路、车站、航道、工矿、学校、小区及供电部门等一切需要时间控制的场所[4]。路灯控制器目前广泛应用于市政主要道路（国道、省道、县道）、高速公路、体育广场、桥梁、码头、隧道、园林、观光景灯、游乐场所、广告灯箱等用于公共照明的环境场所；路灯控制器所适用的灯具类型也很多，比如高压钠灯、低压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯、荧光灯等所有气体放电式的照明灯具[5]。
7、 抗干扰能力强，能抵御从电网直接输入幅值达2000伏的干扰脉冲。
8、大功率继电器输出，可接220伏或380伏接触器，控制稳定，使用寿命长。
1.2.3 路灯节电控制器的相关技术
路灯节能控制器所实现的功能为:
（一）电压监控
由于各个地区的电力供应有所不同,有些地区的电网电压相对偏高,又有些地区的电网电压相对偏低,而且电网电压还会随着负载的变化而产生大小不同的波动[6]。这时候路灯节能控制器能够对电网电压进行实时地监控,与分时控制（下文会有详细解释）配合起来,就会取得良好的效果。