1、数据采集功能：利用自组网的A/D采集管脚（）连接电压或电流传感器，实时采集路灯系统工作时电流、电压、功率因数等数据的变化情况太阳能电池板正在充电，胶体电池正在放电。 实时检测设备运行状态。

2、电路过载保护：路灯控制系统提供电路过载保护系统，对采集到的数据进行实时分析处理，确保负载在合理范围内，防止整个路灯系统因过载而发生故障电压或电流。

3、远程配置功能：可以通过自组网（）连接路灯智能控制器，通过本地控制中心或远程控制中心修改智能控制器和WBee的参数。

4、自动控制功能：在本地路灯控制系统中，通过智能控制器设置的参数，路灯可以按照预先设计的时间计划，自动调整路灯的开关时间。

5、巡检功能：采集数据中心可自动巡检每盏路灯的开关状态路灯控制，有异常时发出报警信息，并记录异常信息。

6、控制功能：远程控制中心可任意开关路灯，支持全开或全关路灯，可设置定时开关路灯。

7、数据存储：强大的数据库，可记录存储路灯安装时间、位置（坐标）、运行参数、工作时间、用电量等用户关心的信息，保存路灯异常情况及处理信息路灯。

8、数据查询：远程控制中心可通过互联网（手机或电脑）查询任意时间段内每盏路灯的数据信息及其运行状态，并可查询路灯路的历史数据。

9、远程维护：可进行远程网络维护路灯控制，模块具有远程参数设置和维护功能，可远程升级控制器、WBee等控制设备。

10、报警功能：通过自组网的I/O管脚实时监控路灯的电路工作情况（ ），当路灯出现故障时，远程控制中心可以准确获取路灯的位置信息故障灯，并通过控制中心的短信服务器发送短信告诉相关工作人员。 工作人员可以在最短的时间内赶到现场进行维修。 通过实时采集电力线路的电流电压状态，并通知采集数据中心，实现防盗。

基于单片机/D，采用集成运放LM358和MOS管实现智能节能路灯控制系统。 系统分为两部分：支路控制器和单元控制器。 集中控制与就地控制相结合，系统具有传输距离远、响应速度快、操作简便、性价比高、工作稳定可靠等优点。

路灯是城市重要的公共安全和景观设施，也是能源消耗大户。 实现智能照明不仅可以节约能源，而且有利于环境。 经过了解，现在大量的路灯是根据不同季节的白天和黑夜的时间来控制路灯的开关。 比较先进的是简单的光敏控制，从天黑到天亮一直亮着，不管有没有行人或车辆经过。 都不会关掉，造成很大的能源浪费。

为了高效节能地控制路灯，合理利用能源，为现代城市道路提供良好的照明环境，本文设计了一种基于单片机的智能节能路灯控制系统，可以独立控制每盏路灯的功率。 开关和照度，它根据行人或车辆的通行情况和照明范围自动开关路灯并控制其照度。 经过实际操作，效果更好。

硬件电路设计

1 系统组成

路灯控制系统由集成运放LM358和MOS管实现。 分路控制器实现对所有照明单元状态的采集、显示、判断和下发控制命令，是整个系统的控制核心部分； 单元控制器是系统的执行终端，完成单元所有状态的采集和通信，接收并执行来自分控制器的控制指令。 系统的基本框图如图1所示。

2 模块电路设计

(1) 控制方案

系统采用集中控制和就地控制相结合的方式。 支路控制单元可以对各个单元电路进行集中控制，同时各个单元控制电路也可以根据采集到的状态进行综合判断，做出相应的控制动作。 整个系统的控制方式灵活，两种方式相辅相成，既减轻了支路控制器的负担，又使整个系统的控制容量更大； 也可以避免由于支路控制器故障导致整个系统瘫痪，保证各单元仍能正常工作。

图1 系统基本组成框图

（二）信息传递方式

由于传统232通讯方式的传输距离有限，在实际路灯系统中，无法实现对远距离路灯的控制。 本设计采用485通信方式。 这种方式除了具有232通讯的优点外，还具有传输距离远的特点。 在2400B的符号率下，传输距离可达10KM以上。 为实际路灯控制系统提供远距离传输保障。

(3) 移动物体定位检测

采用红外线通讯编码，灵敏度高，传输距离远，光源安全，电路简单，易于实现。

(4)恒流源电路

如果选用单个运放组成恒流电路，输出电流只能达到几十毫安，不能满足LED照明所需的电流，必须加电流扩展电路。 系统采用高精度运放LM358和MOS管电流扩展电路相结合，可以实现精确的恒流电路。 支路控制器和单元控制器硬件电路框图如图2和图3所示。

图2 分支控制器框图

图3 单元控制器框图

工作准则

系统的支路控制器和单元控制器分别采用和/D单片机，这两种MCU都有一个232接口和一个SPI通讯口。

移动物体检测采用红外通信编码方式。 这种探测不是连续发射，而是每5ms发射一个持续时间为0.25ms、频率为40KHZ的载波信号，相当于“红外雷达”。 探头通过时间为10ms，可进行两次检测，完全可以满足检测需要。 检测原理如图4所示。

图4 红外探测原理示意图

图5是恒流源电路，采用LM358搭建。 前级运放构成一个跟随器，可得，前级同相端3脚电压等于后级同相端5脚电压运算放大器，使反相端6脚电压等于3脚电压，此电压通过电阻R14形成恒流。 因此，通过调节3脚输入的电压，可以改变恒流源的电流大小。 电路简单，元器件少，灵敏度高。 无需对外围元器件进行匹配调整，真正实现了免调试功能。

电源波动影响很小，电压从10V变化到36V，其恒流稳定性超过1/1000。 其等效内阻高达70MW以上。 其上端加了功率限流电阻，防止路灯因电流过大而损坏。

图5 恒流源原理电路

为实现路灯调光，实现照度智能控制，单元控制系统采用路灯驱动电源闭环控制，采用PWM脉宽调制[7]实现调光功能。 同时利用光敏电阻监测环境光和路灯的状态，作为调节电路的反馈输入，使路灯的亮度可以根据需要实时线性调节。环境光的变化和路灯的亮灭状态。

故障自动检测电路。 系统可以对恒流源的参考电压、路灯回路电流和路灯的状态进行反馈采集，综合判断得出系统的工作状态。 当系统控制输出值偏离恒流源的参考电压值时，电路不工作在恒流状态。 恒流源电路故障； 电流源参考电压为0，表示路灯开启； 如果恒流源的参考电压正常，说明路灯短路。 系统实时查询上述状态，形成故障自动检测系统。

软件设计

1 软件流程图

分支控制器电路的软件流程如图6所示，它包括定时中断和响应按钮两部分。 定时中断部分产生时钟节拍，定时读取时钟芯片的时间，轮询各单元控制器的数据，刷新LCD显示； 响应按键部分按按键进入功能界面，完成各种功能选择和初始值设置。 这种设计方式只处理中断中相应的标志位，在程序主循环中根据标志位处理任务。

图7是单元控制器电路软件流程图。 它包括串口通信和T0定时器模块。 T0定时器包括电子表、软件脉宽调制、键盘、软件红外系统、实时故障诊断和动态显示六个子模块。 系统不工作时的间隙处于休眠状态路灯控制，有利于进一步降低系统功耗。

图6 分支控制器电路软件流程图

图7 单元控制器电路软件流程图

2 软件设计特点

主从多机通信方式：在主从多机通信系统中，当主机轮询从机时，未被调用的从机继续接收主机发送的信息，导致接收中断，增加从机的工作负担使得从机的工作效率极低。 在本系统中，为了避免这种情况，采用了一套多机通信协议。 该协议包含地址帧。 从机收到地址帧后，判断是否调用本机，然后决定是否继续后续的数据接收。 [8]. 从而提高从机的工作效率。

环境光自适应学习：在系统中，单元控制器还可以根据环境光的变化调节路灯的亮度。 系统利用光敏电阻实时采集环境光的变化，反馈给单元控制器MCU。 由于环境光在不同场合或同一场合不同时间变化路灯控制，光敏电阻的光电特性也存在个体差异，因此系统增加了环境光自适应学习和校正功能。 根据开机后30秒内灯对应的平均AD采样值，动态调整路灯开关门限和功率调整参考。

人机界面友好：分路控制器采用128*64 LCD作为显示屏，6键键盘作为输入设备，可实时显示路灯状态、系统时间、报警时间等信息，并设置系统时间和开关灯时间，设置路灯功率，单元控制器工作模式。 交互式人机界面设计，操作方便，无需停机即可从一种状态切换到另一种状态。 采用前后端系统的设计思路，在中断中处理事件标志，在主进程检测标志，处理具体事务。 该方案具有很强的鲁棒性。

系统测试

1 根据环境明暗自动开灯关灯

测试方法：模拟环境中明暗的变化，通过人为改变环境的明暗和遮挡环境光来监测光敏电阻来实现。 开关灯阈值由系统自动学习设定。 在实验室进行的测试结果如表1所示。

表1 环境光暗自动开关灯测试结果

当环境比阈值暗时，灯亮； 当环境比阈值更亮时，灯会关闭。 针对每个不同的阈值多次执行此测试。 结果表明，该系统可以根据环境的明暗自动开灯或关灯。

2 根据交通情况自动调节照明亮度

测试方法：在一定的外部环境条件下，推动可移动物体在模拟路面上移动，测试两个LED灯的状态。 结果如表2-1和表2-2所示。

表2-1 物体从左向右移动时的测试结果

表2-2 物体从右向左移动时的测试结果

从测试结果分析，该系统完全可以满足非常精确的要求，并根据交通状况自动调节照度。

3 恒流源电路测试

测试方法：调整运放输入端电压，使电流分别为10mA、100mA、200mA，用可调直流稳压电源改变系统输入电压，用三合一测试电流半位万用表。 测试结果如表3所示。

从表中可以看出，不同档位的电流在电压变化时具有较高的稳定性，电压波动对恒流源电路的影响很小。 电压从10V变化到36V，其恒流稳定性超过1/1000。 非常优越。

表3 恒流源测试结果

4 调光功能电路测试

测试方法：在LED灯驱动电源电路串联一个三用表测试电流，再用一个三用表测试LED灯两端的电压，计算出实际功率。 测试结果如表4所示。

表 4 调光功能测试结果

功率设置完成后，电路中的电流瞬间变为表中的测试值，说明功率调节功能瞬间完成； 从表中可以看出，误差最大的是100%功率级，为1.44%； 误差最小的是50%功率级，为0.02%，精度非常高。

5 定时开关灯测试及故障测试

定时开关灯测试方法：测试每盏路灯单独设置和两盏路灯同时设置。 多次测试表明，该系统能够准确实现按设定时间和要求开关灯的功能。

故障测试方法：故障测试时，人为将路灯短路或开路，观察支路控制器的显示和声音。 结果表明，当故障发生时，分路控制器能及时发出声光报警信号，同时在液晶屏上显示相应的故障和地址号，可以满足我们原来的要求想象中的。

结论

系统实现完全智能化控制，移动物体距离测量可达0.3cm，恒流源功率测试误差≤0.02%。 系统具有闭环自动检测和学习自适应功能，并具有完善的指示和保护系统，增强了系统的安全性和稳定性。 通过设计和运行实验，效果良好。 同时，系统可以实现在线远程升级功能，提高了系统的安全可维护性。

本文编译自《电气技术》，原题为《基于单片机的智能节能路灯控制系统》，作者为王征、王洪成、傅雷。