何颖 林智慧 王振铎 张星阳

摘要：智能路灯控制系统的设计，由于考虑到路灯照明浪费能源、路灯整夜照明、城市环保等方面的因素，使用声光控制路灯的照明，采用AT89C51单片机、驻极体话筒、光敏电阻、继电器等完成声音控制和光照控制路灯的亮灭。白天时，光线比较强时，光敏电阻检测到光强的信号，灯不会亮，晚上光线比较暗时并且有人发出声音时，驻极体话筒就会振动，灯就会亮，人走之后延迟一会，灯会自动熄灭。设计是全自动智能控制，实用、方便、成本低、节约了电力能源。

关键词：AT89C51单片机;光敏电阻;驻极体话筒;继电器

中图分类号：TP311       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）33-0014-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

随着科技的发展，城市的美化很重要，路灯的装饰也就伴随着越来越重要。现在，大多数城市及街道的路灯都采用人工去控制，每天傍晚时分，天快黑时，工人就去开灯，到早上天快亮时，还要去关灯，而且由于天气，四季的变化，开灯时间不准，对人为的影响很大 [1-2];其次就是在后半夜城市街道的人越来越少，整夜开着路灯非常浪费资源，当人们都熟睡时，用电量少，电压很高，城市的路灯就会越发的亮，电的耗损很大，不能控制灯的亮暗。使用智能路灯，首先节约了耗电，路灯不会一直处于亮的状态，其次使用很方便，不用手动去找开关开灯，用声音和光照代替手动开关，还有成本低[3]。

本次智能路灯的设计，主要由AT89C51单片机为中央处理器、驻极体话筒为感应声音及声音的放大控制路灯、光敏电阻感应光照强弱及放大控制路灯、继电器的吸合与断开来导通电路，从而控制路灯的自动亮灭。因此，现代智能路灯的技术，给人们带来的将会是更加的快捷高效的生活，人们半夜起来不用摸黑，去找灯的开关在哪，只需要通过声音，灯就会自动开启，白天通过光照的强弱，就能控制灯的亮灭，避免了由于阴雨天灯不亮。还有这样的设计很大限度地节约了耗电的浪费，全自动智能控制，实用、方便、成本低。

1智能路灯控制系统设计方案

此方案主要由51单片机AT89C51控制，分别由两部分来控制路灯的亮灭，首先由外界的光照强度通过光敏电阻，光敏电阻对光的敏感性很强，然后也可以在夜晚或者阴雨天天色比较暗时，同时外界有声音传来，通过驻极体话筒来判断，这两部分分别将声和光信号转换成电信号。最后用单片机去辨识控制路灯。系统设计框图如图1所示。

2系统工作原理

本次设计重点在于声信号和光信号的采集以及转换来控制电路，光信号通过对光敏电阻对光照的接收以及经过放大器放大，然后单片机去识别。声信号通过驻极体话筒对声音的接收也经过放大，单片机识别转换后的电信号传给继电器，继电器通过电路的导通和断开来控制路灯的亮灭。智能路灯控制主要根据声控电路和光控电路组成，分别使用驻极体话筒和光敏电阻的工作原理这两部分控制路灯亮灭。系统工作原理图如图2所示。

2.1电源电路

此次设计用的是5V电源电路。电源电路其功能为，它能将强电压和弱电压分隔开，具有对电路的保护作用。比如：保护电路短路、对电压过压或者欠压。稳定电压的作用，使电压一直保持一定的值。

2.2光控电路

在白天的时候，光照强度大的情况下，其电阻减小，如果现在有声音传来，灯也不会亮，此时运算放大器低电平，在傍晚之后或者遇上阴雨大雾天使，光线就会暗些，并且加上有声音传来，灯就会亮，运算放大器的输入都为高电平 [4]。

由光照控制智能路灯的亮灭，光线的强弱用以光敏电阻判断，主要是看光电阻值得大小变化。光照强度较大时，电阻减小，光照强度较小时，电阻增大。

2.3声音控制电路模块

在晚上或者阴雨大雾天，没有光照，灯就不会亮，所以设计了声音控制电路，夜晚当人发出声音时，系统采用感应声音的元器件是驻极体话筒，采集到声音时，随即它将声信号转化成电信号，电信号经放大器放大，然后转换成方波信号，最后根据单片机控制灯的亮灭。

2.4单片机控制电路

单片机控制电路主要使用最小系统，使用5V的电源，单片机芯片中P3.0到P3.4的作用是用于输入端口，都是低电平。还有一个复位按键，当无光照和没有声音时，处于复位状态 [5，6]。

2.5继电器电路

继电器吸合和断开来充当开关，当晚上时，光线会变得暗，并且这时有声音时，继电器就会吸合，灯就会亮，延时一段时间，当感应不到声音时，继电器断开，灯就會自动灭。

3 智能路灯控制系统软件设计

3.1智能路灯控制系统软件设计步骤

智能路灯控制系统主要由AT89C51单片机处理器，在软件这一块中主要设计了声光控制信号的采集，数据的处理、继电器判断是否吸合等主要的相关程序设计构成了系统软件设计。系统使用C51语言编写程序，需要以下几步：

第一，根据系统设计的方案，设计智能路灯的程序流程图。

第二，了解系统设计的要求，根据要求完成设计中需要注意的问题。

第三，编写源程序，按功能模块编写程序，用注释注明每句程序的意思。

第四，进行软件的调试与仿真。

第五，对程序进行进一步的优化，使其实现系统功能的要求。

3.2 软件开发环境

本设计智能路灯控制系统的设计是利用单片机AT89C51处理器，可以采用MCS-51语言，其中包括汇编语言、C51高级语言。本设计使用C51高级语言编写。根据设计要求编写程序，首先根据设计方案，编写软件程序流程图，编制源程序，进行仿真软件调试 [7-8]。Keil编译器是MCS-51单片机开发中常用到的编译软件和调试软件，Keil编译器可以编写C程序以及汇编程序，生成hex文件。在keil中运行如图3所示。

3.3软件设计总体框架

根据系统设计要求以及单片机的工作原理，实现声音和光照强度对路灯的控制，整个软件部分设计可分为声光控制信号的采集，然后通过数据的处理，当采集到是声音控制路灯时，驻极体话筒就感应到，当采集的是光照控制路灯，光敏电阻就起作用，然后判断继电器是否吸合来控制路灯的亮灭。

软件总程序主要由声音控制路灯程序、光照控制路灯程序、继电器控制路灯程序等部分组成。软件设计框图如图4所示。

3.3.1声音控制路灯

声音控制主要是来自驻极体话筒感应，在夜晚没有光照的情况下，人们通过声音控制路灯，当晚上光线暗且有声音传来时，驻极体中的膜片就会根据声音的大小而开始振动，然后就会将传来的声信号转换成了电信号，再通过场效应管放大，然后继电器就会吸合，随即灯就会自动亮起来 [9]，持续一段时间，直到驻极体话筒感应不到声音时延迟一会，继电器就会断开，灯也就灭了。

3.3.2光照控制路灯

光照控制主要是来自光敏电阻感应光照，在白天的时候，通过光照控制电路，当光线比较暗时，灯就会亮，用作指示，然后有声音，继电器就吸合，持续十秒，就会自动熄灭。当光线亮时，灯不会亮，当有声音时，继电器会处于断开状态。

3.3.3继电器控制电路

继电器控制路灯，模拟路灯的开关，是继电器的吸合和断开来控制路灯的亮灭。其原理是将电路中的开关电路改成继电器控制电路，也就是继电器驱动电路[10]。

4 智能路灯控制系统的综合调试

系统采用Protues软件对程序进行仿真。Protues是一个功能强大的电路仿真软件，使用它可以对单片机仿真，实现单片机的设计，它支持Keil C51软件编译以及调试环境，原路图和PCB板的设计。

在夜晚时候，主要靠声音控制路灯的亮灭，通过单片机的P1.4端口控制声音，用P3.4端口继电器控制灯，通过驻极体得到的声音，驻极体话筒将声信号转成电信号，经过放大器放大，然后将放大后的信号用迟滞比较器转换成单片机能够识别的电信号，继电器吸合，路灯就会亮。在白天时，主要靠光照控制路灯亮灭，通过单片机P1.0端口控制光敏电阻，将按键开关打开，灯亮，说明光线较暗，把按键按下去灯就会灭，说明此时光线亮，当感应到光强时，将关闭继电器，然后将光信号转化成电信号，以此来控制光对路灯的控制。智能路灯控制系统实物效果图如图5所示。

5 结语

本次设计是通过光敏电阻感应光照强度的变化，使得电阻阻值的变化，从而影响电压的变化来控制单片机的程序，使其在白天的时候路灯的开关一直处于关闭状态，同时，通过驻极体话筒感应声音的强弱，将声信号转变成电信号，通过放大器放大电路，然后将电信号转换成单片机能识别的信号，以此来控制开关的闭合，从而引起发光二极管的亮灭，用声音和光照控制路灯的亮灭。这个系统能实现声光控制灯的亮和灭，是一个结构简单，性能稳定，方便实用以及节能的智能路灯。

参考文献：

[1] 丁正祁.智能路灯控制系统的设计[J].福建电脑，2020，36（6）：14-17.

[2] 蒋明强，宗强，宋宇钦，等.智能路灯控制系统设计及其应用[J].集成电路应用，2020，37（4）：114-115.

[3] 孙之明.新型智能路灯控制系统设计研究[J].中国设备工程，2019（10）：144-145.

[4] 张晟昱，段金英.智能路灯控制系统设计[J].电子测试，2019（Z1）：27-28，33.

[5] 江育杰.LED智能路燈控制系统设计[J].现代制造技术与装备，2018（10）：112-113.

[6] 张伟，杨森林.基于单片机控制的智能路灯控制系统设计[J].现代电子技术，2018，41（14）：110-113.

[7] 张少夫.一种智能路灯照明控制系统的设计与实现[J].智能建筑与智慧城市，2018（6）：85-86.

[8] 朱鹏，徐洁.基于NB-IOT窄带物联网智能路灯云端控制系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2018，14（12）：218-220.

[9] 何枫，周雪芹，何文德，等.基于STM32的智能路灯控制系统设计[J].科技与创新，2018（6）：137-139.

[10] 刘小艳，刘秉坤.模拟智能路灯控制系统的设计[J].实验科学与技术，2018，16（1）：4-8.

【通联编辑：朱宝贵】