如何设计一个以单片机为核心的简易路灯智能控制器？

随着当前城市建设的迅速发展，道路照明系统中传统的人工操作和维护控制手段已经不能适应现代化城市发展的需求。与此同时，计算机技术的发展日新月异，应用无处不在，城市路灯智能化控制系统就是现代计算机技术运用于城市市政建设有效且必然的产物，下面是对路灯智能控制器的分析。

1 系统结构

根据模拟路灯控制系统设计要求，智能控制器结构框图如图1所示。

该智能控制器主要从时钟、键盘、显示、数据转换及检测几部分进行设计。

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

1.1 时钟部分

时钟部分采用美国Dallas半导体公司最新推出的串行接口实时时钟芯片DS12C887。DS12C887有内部晶振和时钟芯片备份锂电池，在没有外部电源的情况下能工作10年，可计算到2100年前的秒、分、时、天、星期、日、月、年七种日历信息并有闰年补偿功能，具有12 h和24 h两种制式，12 h制式有AM和PM提示。

由DS12C887芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，具有良好的微机接口，并具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。

1.2 键盘部分

键盘部分采用3个按键控制，第一个按键为复合键，第二个及第三个按键为调整键，根据按第一个按键的次数选择不同的功能。

控制器上电一复位，立即显示当前时钟，若时钟不正确，可通过第二及第三个按键分别调整小时和分钟。第一次按动复合键，进入路灯亮度设定，通过第二个按键的调整，可以改变路灯的亮度；第二次按动复合键，进入环境亮度设定，可通过第二个按键调整；第三次按动复合键，进入路灯开灯时间的设定，通过第二及第三个按键分别设定开灯小时和分钟；第四次按动复合键，进入路灯关灯时间的设定，通过第二及第三个按键分别设定关灯小时和分钟；第五次按动复合键，退出当前设置，返回正常走时状态。

1.3 检测部分

检测环节分为物体检测和光敏检测。物体检测采用红外蔽障传感器，检测物体移动位置从而控制路灯亮灯状态。在午夜后人们活动少时，根据物体移动适当地将个别路灯开启，达到节约能源和延长照明器材寿命的目的。

光敏检测部分采用光敏电阻检测外界环境。当系统在非控制输出时区内，如果遇上特殊情况需要输出，例如天气“天昏地暗”时，可能需要临时输出，因此，增加一个“光敏”输入，它仅在系统不输出的时区内有效。

1.4 电源部分

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响计算机的工作性能和使用寿命。

2 软件设计

软件设计是本次设计的主体。智能控制器各功能模块的选择通过复合键按下的次数决定。24H单元作为复合键的状态位，键按下一次，24H单元加1，转入到不同的功能模块当中，当24H单元加到5时，显示器显示时钟并将24H单元清零。系统主程序流程如图2所示。

DS12C887控制程序如下所示。

3 测试

采用功率为1 W的灯泡模拟路灯，通过继电器来控制灯泡的开关状态。采用TIP122和OP07型达林顿管相结合的方案控制灯泡的电流，实现恒流源控制。具体电路如图3所示。

将电路完整搭建完毕后，测得1 W灯泡两端的电压和电流如表1所示。