温明辉 郭伟刚

摘要：路灯作为城市建设中基础照明设施，在人们的日常生活中起着不可或缺的作用。随着城市的快速发展以及社会的进步，绿色、环保、可持续成为社会的发展口号。然而在现实生活中，城市路灯等照明设施存在照明质量低、照明投入大、设施管理成本高等问题。为持续推进城市照明工程的科学、绿色、节能发展，针对上述现存问题设计一款新型的智能路灯控制系统具有十分重要的现实意义与价值。在对道路照明的时候，一方面要尽可能地节能，其中包括电力资源和人力资源的节能;另一方面也要保证其一定的照明质量。随着单片机电子技术的发展，单片机在自动化、集成电路、工业生产控制等领域的引用也逐渐广泛起来。该智能路灯系统设计正是以STC89C52单片机为核心，集合智能调光，时间设定，定时开关，闹钟报警等功能一体，可以智能的控制路灯等照明设施的定时自动开关，并能根据外界光照环境的变化实现照明开关以及照明功率的调整，给我们带来便捷的同时，还能够降低对照明设施的投入成本，极大程度上满足现代城市光照设施的综合需求。

关键词：STC89C52;光照传感器;路灯;单片机

中图分类号：TP23      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）27-0132-04

1 城市照明现状

对城市规划建设来说，路灯等照明设施一方面为城市居民提供便利以及夜间出行安全保障，另一方面照明设施对城市的形象美化、提升也起着举足轻重的作用。据国家能源局统计，2013年年度全国总用电量约为5.32万亿千瓦时，同比增长7.5%[1]。而同年度的照明用电量占全部照明用电量的30%，约占全社会用电量的9%，一年市政路灯照明的开支就高达552亿元[2]，位居各領域照明用电量之首。另外一组数据表示，我国城市道路照明设施数量从2004年的1053.15万盏，以年均增长率超过11%的速度增长为2014的3000万盏。其数据及潜能之庞大使得智能节能路灯普及势在必行。

2 城市照明设施现状

通过观察不难发现，现代城市道路照明设施主要存在以下几点问题：

2.1 照明实际利用率有待提高

传统现代道路照明设施主要采用人工控制或定时控制两种手段控制路灯的开启。因此实际上的路灯照明无法根据类如照明时间段变化、实际照明需求以及突发情况等情况采取灵活的调整，根据调查数据表明，目前投入使用大部分道路路灯照明设施的实际电能利用率却不到60%。由此可见传统路灯照明设施的电能浪费有多严重。如实际生活中因为不同季节不同时间段的差异，时常导致如下情景：夏季傍晚天色尚且还亮但过早开启路灯，导致照明资源的浪费，提高照明的投入成本;而冬季傍晚天色已暗但迟迟未开启路灯，导致实际照明效果不到位，无法起到应有的作用。

2.2 照明设施控制方式单一

传统现代道路照明设施通常采用定时控制或人工控制的方式，但是定时控制和人工控制均有着各自的优势和弊端。人工控制主观且被动，需要投入大量人力资源进行管理，无法实现路灯设施的自动化以及智能化;而定时控制又过于客观性，非常容易受外界特殊情况的影响，如突然而来的乌云密布但路灯迟迟未开启等等，导致灵活性比较低。

2.3 人工管理成本投入大

传统现代道路照明设施无论是发生故障时的检测、又或者是其开启与关闭时的人工控制，均需要投入大量的人工成本。而随着城市的高速发展导致的道路照明设施数量急剧上升，这部分成本也随着相应大幅度提高。

3 系统总体设计

3.1 选用单片机作为主控制模块的优势

单片机是指采用数字处理和微电子技术、集成技术等相融合的一种控制器，与PLC.ARM.DSP等数字处理控制器拥有相类似的功能和作用。单片机内部集成了微处理器、定时计数器模块、数据存储器、通信模块、输入输出接口模块甚至模数转换模块等[3]。以单片机作为该系统的主控制模块主要有以下优势：

1）单片机种类多，应用领域、应用场景广泛。

2）运算速度快。单片机内部通过降低时钟频率使其运算速度大大提高。部分单片机中还会使用例如锁相环、外部振荡器等手段去提高单片机的运算速度以及性能。

3）可使用寿命长。传统单片机的使用年限可达15年以上，这是由于集成芯片的不断更新，单片机的使用寿命变得更加长，甚至会随着使用更加趋于稳定。

4）设备成本低，可移植性强，系统稳定性强等。

3.2 方案设计要求

本方案旨在设计一个集合智能调节灯光光照强度、定时开光、显示检测光照强度、设定光照强度阈值、显示时间、具有闹钟功能为一体的智能路灯系统。

1）本路灯系统采用模块化设计，主要包含如图1六大模块。

2）当系统开启时，系统会实时检测外界光照情况，此时光照强度检测模块通过ADC0832 A/D转换电路实时将外界光照强度信息装换为数字信息，并进而将检测到的外界光照强度大小输出显示到系统的LCD1602液晶显示屏上;与此同时，时钟模块通过DS1302时钟芯片，根据系统设定的时间以及闹钟，时刻检测时间的变化，当实际时间到达设定时间时，系统将开启短时间警报，当警报结束时自动开启或关闭系统;警报模块当检测到外界光照强度超过阈值或闹钟触发情况下开启系统蜂鸣器进行短暂报警处理;光照功率调节模块通过ADC0832 D/A转换电路可将光照检测模块获取的光照数字信号进行加工处理转换为模拟信号，进而动态调节照明电路的输出功率。

4 硬件电路设计

单片机STC89C52、ADC0832A/D转换电路、LCD1602液晶显示屏、DS1302时钟芯片。

4.1 光照检测模块

1）光敏电阻。光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器其工作原理是基于内光电效应。光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低亮电阻值可小至1KQ以下。光敏电阻对光线十分敏感其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5 MQ。光敏电阻的特殊性能随着科技的发展将得到极其广泛应用[4]。在本系统中，光敏电阻主要起检测外界光照强度作用。