使用单片机实现路灯控制设计的详细说明

Rob_51b 2020-07-26 2854

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描述

　　利用单片机实现对路灯的智能化控制受到人们越来越多的关注，控制系统的高稳定性、低成本和操作的简单化成为设计的主要目标。根据avr 单片机的结构特点，利用网络化设计思想，详细介绍一种网络化路灯控制系统的设计原理。该控制系统具有良好的稳定性和较高的实用价值。

　　路灯工作状态检测模块电路

　　工作状态检测电路主要通过对路灯工作电流的检测，来判断路灯的工作状态。电流检测电路主要由线性霍尔磁敏传感器ugn3501t、钳形冷轧硅钢片和信号处理电路组成，电路如图4 所示。在电路中，将霍尔元件置于钳形冷轧硅钢片的空隙中，当有电流流过导线时，就会在钳形圆环中产生磁场，其大小正比于流过导线的电流，这个磁场作用于霍尔元件上感应出相应的霍尔电势，经过运算放大器ua741 放大后，加到运算放大器ua741 组成的比较器中。当电路中有电流流过时，比较器输出信号s1为高电平，送atmega8 的pb1 端。路灯亮时，供电线路中有电流，电流检测电路输出高电平，反之输出低电平，单片机通过检测pb0 、pb1 的电平，就可以判断路灯的工作状态。

　　2. 3 单片机atmega8 及接口电路的工作原理

　　atmega8 是avr 高档单片机成员之一，片内带有8 k字节的flash 存储器。在终端控制器中主要完成路灯工作状态的判断、路灯点亮时间的定时、与上位传输机ii 的通信和控制继电器工作等。路灯工作状态的判断是指单片机根据光控电路的输出信号f1 和状态检测电路的输出信号s1 ，即pb0 和pb1 口的状态确定路灯工作是否正常。pb0 、pb1与路灯工作状态的关系如表1 所示。　单片机与上位传输机的通信。一方面，接收上位传输机ii 传送的定时初值和对路灯的控制信号;另一方面，根据pb0 、pb1 口的逻辑电平，将控制路灯的工作状态（正常为oxaa ，不正常为oxff）、本机编号发送给上位传输机ii。终端单片机与上位机的通信采用rs-485 方式，其电平转换接口电路如图5 所示。图中采用sn75176 完成rs-485 的电平转换，该电路为半双工通信方式，即pb2 为“0”时，处于数据接收状态，发送数据时，置pb2 为“1”。发送完毕后，pb2 返回“0”，等待接收数据。摘要：本文介绍了基于MSP430的路灯饰灯远程智能监控终端的主要功能、结构原理及软硬件的实现。该系统投入运行，稳定可靠，具有良好的应用和推广价值。

　　关键词：监控终端；单片机；MSP430；城市路灯

　　1 引言

　　随着社会经济的发展，城市照明设施的功能从单纯的以照明为主转变为实现美化环境、改善形象、活跃夜市经济的目的。对城市灯饰的管理与控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法。因此，提供一种有效而合理的控制与管理的方法，对城市路灯与饰灯的运行状态进行远程智能监控显得极为重要。针对城市路灯和饰灯“终端多、地域广、户外、分散、信息量不大”等特点，总体上选择无线通讯方式比较合适。但对路灯进行单灯控制和相邻楼宇的亮化控制时，可以采用有线通信的方式。这样，既克服了传统的路灯控制方法、控制方式单一而无法满足实时监控和管理要求的弱点，又能适应现代城市队灯饰控制的要求。而无线监控终端是灯饰监控系统的下位机，是确保开关灯及时性、准确性、节约能源，提高亮灯率等指标的重要环节。

　　在开发张家港路灯和饰灯的远程智能监控终端时，采用美国TI公司的16位单片机MSP430F149工业级芯片为主的测控系统，MSP430F149内含 CPU、RAM、ROM、E2PROM、WATCHDOG和12位A/D等。与其它微处理器相比，MSP430系列具有能耗小、启动迅速、抗干扰能力强、低电压供电等特点，寻址空间达64KB、中断与子程序调用层次无限制、I/O口具有中断能力，这样大大减少和方便了外围电路设计。满足了系统对监控终端的要求。

　　2 监控系统的结构原理与工作过程

　　路灯监控系统主要有中央控制室和监控终端年部分组成，其中监控终端根据用途分为路灯监控终端、饰灯监控终端、饰灯扩展终端与路灯单灯控制终端是部分，其系统结构如图1所示。虚线筐内为监控终端。图中虚线表示无线通讯，实线表示有线通讯。

　　中央控制室与路灯、饰灯监控终端之间的通信采用VHF/UHF无线电台进行数据交换。数据传输的速率为1200Bps，调制方式为FSK，工作在异频双工方式。由于外围站点较分散，因此通信体制采用大区制，其结构为星形拓扑，一点对多点。饰灯扩展终端与饰灯监控终端之间采用串行通讯交换数据。路灯监控终端与单灯控制器之间采用电力载波通信技术实现数据交换。

　　3监控终端的硬件设计

　　由于该监控系统终端用来控制路灯与饰灯，而路灯与饰灯的控制要求也有所不同，因此路灯监控终端与饰灯监控终端在硬件设计上有所不同。

　　3.1 饰灯监控终端及其扩展终端

　　饰灯监控终端既是系统的远程测控单元，又具有自我运行的能力。硬件主要包括无线通讯电路、数据采样及A/D转换电路、控制输出电路、键盘与显示电路等，其结构如图2所示。

　　采样回路实时采集总电路电流和电压量以及所有支路的电流量。信号经V/I变送器、多路转换开关、信号调理电路送入MSP430的A/D转换口。每个终端可输出四种不同的控制方式（如时段灯、半夜灯等）。无线通讯电路的核心部分是调制/解调芯片和Motorol的GM950i电台。另外，设计两个RS- 485口分别用系统扩展与远程抄表。

　　饰灯扩展终端适用于两个站点距离较近，且铺设电缆比较容易，或无线通信信号不能到达的情况（如地下室等），其结构与饰灯监控终端大致相同，与监控终端之间通过RS-485口相连，因此饰灯监控终端不需要电台，这样可大大节约成本。

　　3.2 路灯监控终端及单灯控制终端

　　路灯监控终端是在饰灯监控终端的结构基础上再增加一个单灯管理单元。单灯管理单元采用AT89C51单片机，与MSP430之间通过串行通讯进行数据交换。

　　单灯控制终端实现对路灯的单灯控制，其结构见图3。电流电压信号经电流电压互感器到信号调理电路，通过A/D转换器转换成数字信号。开关量电路主要采集各种开关量，如灯杆倾斜，开关合闸等。地址编码单元主要用于设置单灯控制终端地址。通信模块主要由电力载波通讯专用芯片SSC P300 与 SSC P111组成，主要完成路灯控制终端与单灯控制终端之间的通信。继电器输出单元控制路灯的开关。

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