智能小区路灯管理系统.doc

(20120207)：(基于盛群HT66系列单片机的小区路灯管理系统)2012年重庆地区第五届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛作品创意书(20120207)基于盛群HT66系列单片机的小区路灯管理系统重庆理工大学药学与生物工程学院公元 2011 年 12 月 27 日作 品 创 意 书一、 摘要本作品设计了一个小区路灯智能控制系统，具有通过时控、声控、光控和红外传感方式来控制小区路灯工作状态的功能,可根据天气情况做出不同亮度调节,并带有自动检测故障和显示故障路灯的功能。本设计采用盛群HT66系列单片机作为核心控制部件，利用时钟芯片DS1302对路灯进行时控开关灯控制,由声控传感器和红外传感器来控制路灯在有人车经过时的亮灭或亮度调节,由光敏器件完成环境光照度的采集与路灯故障检测，从而实现光控开关路灯与故障路灯的自动检测。二、 课题背景随着中国城市和经济的迅速发展，住宅小区越来越多，小区环境越来越好，道路照明和灯饰美化工程也越来越受到普遍关注，同时为了符合节约型、可持续性发展社会的标准，产生了对路灯、灯饰工程监管改革的需求。传统路灯的照明和管理存在电能浪费大，路灯使用寿命短，远程操控不变，故障巡查难度大，人工作业量重，故障维修反应效率低，统计查询功能弱等现象。对于“全夜灯”照明造成的电能浪费问题和“半夜全灭或半灭灯”带来的交通安全问题，这些都是可以通过智能管理来解决的。故如何通过智能控制系统对小区路灯进行科学和智能监管，采用何种通讯网络技术和智能控制器，运用何种路灯控制模式都是值得关注和研究的。本设计从智能控制型路灯实现的基本原理和优势着手，设计了它应具备的主要功能：适时的提供光照，适应多变的天气，按需调节路灯光强，判断路灯周围的人车通行，自动检测故障并报告1。三、 作品介绍系统运行方式：首先人为选择工作模块（包括：晴天、阴天、雨雪天、春夏秋冬四季等，默认状态为晴天）。在晴朗的白天时，光线传感器检测到外界环境光线强度较高，路灯关闭。在晚上时，在规定时间段（如19点至零点）路灯全亮。深夜时分（零点以后），当无人车在路灯的光照范围内经过时，灯光采用省电模式工作（1/4亮度），当有人或车接近该路段路灯时，声音传感器和红外传感器立即探测到物体的接近，并将该信号送至微处理器进行处理，根据单片机预先设定程序，按照人车行进方向顺序调节路灯工作模式即路灯的光照强度依次改变为正常模式2。地址选通信号模式控制信号红外传感器声音传感器光线传感器模式选择工作模式提示路灯1多路开关路灯2路灯4路灯3基本工作状态控制信号MCU/HT66送入MCU进行A/D转换图1 系统示意图四、 作品功能、特色1、改进了传统的只根据时间方式管理路灯的模式，本作品采用了智能化的管理方式。提出了从实际环境出发，根据路灯周围的天气、光线强度、人车经过的情况而做出不同的反馈调节，使得其更加人性化、节约化、智能化。2、采用了声控与红外结合的方法，解决了在雨雪天、雾天和大量外界噪声的情况下，单一传感器无法准确获得外界的人车经过信息的缺点。3、在控制方式中还结合了季节性昼夜时间变化这一与外界光强有着密切联系的因素，使我们的控制系统能更加适应当地光照季节性变化的情况。五、作品结构（一）硬件部分1.系统的自我检测系统在工作过程中难免会遇到各种各样的问题，因此本作品在这里提供了一个统一的解决方案，即系统的开机自检，下面给出了系统检测部分的设计框图。未达到达到系统由待机状态唤醒进入工作状态时首先进行一次系统的重新启动将发光强度调节到最大检测光传感器传回的数据是否达到了系统的设定值说明系统正常，开始正常工作说明该处出现故障，发出报警人工进行维护图2 系统自检框图后期扩展说明：可以通过测试为系统设定一些阈值，当路灯所使用的发光二级管损毁数量达到一定数量时，检测到发光强度不够时发出一个报警信号，提示工作人员更换发光二极管。2.系统工作模式部分天气模式选择由于设计了声音和红外两种检测手段，即使在雨雪天和雾天的情况下声音或者红外传感器检测会受到一定的干扰，但这两个互补的传感器系统始终可以保证一个传感器正常检测外界信息，保证系统的正常工作。因此我们提供了晴天夜晚和特殊天气夜晚（雨雪天和雾天）的不同的工作模式。在本作品中设定的工作状态为双传感器同时工作但以其中一个为主一个为参考的工作方式3。工作方式的说明：晴天夜晚工作模式：单片机主要检测来自声音传感器的信号，红外线传感器作为参考。特殊天气夜晚模式：单片机主要检测来自红外线传感器的信号，声音传感器作为参考。能源模式的选择由于本作品的设计强调了节能的理念，因此为系统设定了不同的工作状态，即夜间正常工作模式和深夜省电工作模式。工作模式简介：夜间正常工作模式（19点至零点）：在该模式下，所有的路灯都保持在高亮度的工作模式下，为小区居民散步、儿童玩耍提供足够的照明亮度。深夜省电模式（零点至6点）：当进入到深夜时由于路上行人和车辆稀少，这时将所有的路灯打开将造成电能极大的浪费，因此进入到深夜时，本系统将自动切换到这种省电模式，在该模式下，所有的路灯将分为奇偶两组交替在低亮度（1/4正常亮度）模式下切换，当传感器检测到有人车经过时，该组路灯切换到高亮度工作状态4。光学传感器部分光控制电路有很多种，在这里我们利用了光敏二极管的特性来设计控制电路，本系统的唤醒和休眠功能都是依靠该光学传感器来实现的。入夜时，由于光照强度变低，当低到一定阈值时，传感器给出一个信号来唤醒单片机开始工作，当由深夜进入黎明的时候，光照增强，光控电路再给出一个信号使单片机进入休眠状态。以达到节能的目的，由于本系统将光传感器的优先级设到了最高，因此当在白天发生极端天气时也会唤醒单片机进行工作红外传感器部分和声控传感器部分的原理与光学传感器的原理类似，这里就不做过多的累述。六、软件部分开始系统异常系统自检报警系统正常见子程序流程图4人工设定工作模式阴雨天模式 晴天模式6时19时06时时间判断gg19时24时光强检测声音和红外检测 有人无人光线充裕光线不足正常模式正常模式省电模式关闭模式正常模式a图3主程序流程图 阴雨天模式6时19时06时时间判断gg19时24时光强检测声音和红外检测 有人无人光线充裕光线不足正常模式正常模式省电模式关闭模式正常模式接图3的a处图4子程序流程图 七、参考文献1 贺一呜、王崇贵、刘进宇 智能路灯控制系统设计与应用研究,现代电子技术,2009年第1期 总第312期207页2 李健