摘 要

随着我国社会经济的发展和城市现代化的推进，城市道路照明系统智能化已经成为城市的管理和发展必不可缺少的一部分，对整个城市的文化以及精神面貌的展现起着重要的作用。长期以来，国内的城市路灯照明控制大多数都采用的是传统控制方法，不能严格按照周围的坏境变化进行实时性的控制，不仅电能浪费严重、故障率高，而且容易造成光学污染。因此，设计智能化程度高、高效节能环保、使用维护方便并能美化城市的路灯照明系统对城市的发展起到了极大的推动作用。

本文首先介绍了目前国内外智能路灯控制器的发展状况以及其研究意义后，根据任务书的要求并在充分了解开题背景的前提下设计了一种城市路灯的智能控制器。选择以AT89S52单片机为主要的芯片，使用光敏电阻和驻极体电容传声器将光学信号和声音信号转换为电信号，从而达到声光控的目的，再利用单片机最小系统模块、路灯控制模块、显示模块、故障报警模块等几大模块为主的硬件来完成本次智能路灯控制器的设计。最后在proteus仿真软件上完成了系统整体电路的设计、仿真、硬件调试等，实现了在不同的声光环境下，利用AT89S5单片机控制路灯通断的效果，从而达到路灯控制智能化的目的，达到本次论文的要求。

关键词：单片机；智能控制系统; 电压比较器

Abstract

With the development of social economy and the advancement of urban modernization, the intelligentization of urban road lighting system has become an indispensable part of the management and development of the city, and it plays an important role in the cultural and spiritual appearance of the whole city. For a long time, most of the domestic urban street lighting control are used in traditional control methods, it can not be strictly in accordance with the surrounding environment changes in real-time control, not only serious energy waste, high failure rate, and easily lead to optical pollution. Therefore, the design of a high degree of intelligence, energy efficient and environmentally friendly, easy to use and can beautify the city's street lighting system on the development of the city has played a great role in promoting.

This paper first introduces the development of intelligent street lamp controller at home and abroad and alsointroducesits research significance, according to the requirements of the task book and under the premise of fully understanding the background，I designed a city street lamp intelligent controller.Select the AT89S52 microcontroller as the main chip, the use of photoresistor and electret condenser microphone will be optical signals and sound signals into electrical signals, so as to achieve the purpose of sound and light control, and then use the minimum system module, street lamp control module, display module , Fault alarm module and other major modules of the main hardware to complete the intelligent street lamp controller design. Finally, in the proteus simulation software to complete the system as a whole circuit design, simulation, hardware debugging, etc., to achieve a different sound and light environment, the use of AT89S5 single-chip control of the effect of street lights, so as to achieve the purpose of intelligent street lighting control The requirements of this paper.

Keywords: SCM;Intelligent control system; Voltage comparator

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 2

1.1智能路灯控制器研究背景及意义 2

1.2国内外研究现状分析 2

1.3本文的主要内容 3

第2章 智能路灯控制器的系统总体设计 5

2.1系统功能要求 5

2.2系统设计思路及分析 5

2.3系统总体设计方案 6

2.4本章小结 7

第3章 智能路灯控制器的系统硬件设计 8

3.1 AT89S52单片机概述 8

3.2单片机内部电路设计 8

3.2.1晶振电路设计 9

3.2.2复位电路设计 9

3.3光学信号的采集与检测设计 10

3.3.1光学信号检测原理 10

3.3.2检测装置所需器件及选型 10

3.3.3光控电路设计 11

3.4声学信号的采集与检测设计 12

3.4.1声学信号检测原理 12

3.4.2检测装置所需器件及选型 12

3.4.3声控电路设计 13

3.5其他模块电路设计 14

3.5.1电源电路设计 14

3.5.2路灯控制电路设计 15

3.5.3显示定时电路设计 15

3.5.4故障报警电路设计 16

3.6 本章小结 17

第4章智能路灯控制器的系统软件设计 18

4.1系统软件设计分析 18

4.2系统主程序流程图 19

4.3系统主要程序模块 20

4.3.1 定时设置程序模块 20

4.3.2 LCD显示程序模块 21

4.3.3 路灯智能控制程序模块 22

4.3.4 主程序模块 23

4.4 本章小结 24

第5章 仿真调试 25

5.1光控部分调试 25

5.2声控部分调试 25

5.3时钟设定和定时开光路灯调试 25

5.4路灯故障检测报警调试 26

5.5 本章小结 26

第6章 总结与展望 27

6.1总结 27

6.2展望 27

参考文献 29

致谢 30

附录 31

第1章 绪论

1.1智能路灯控制器研究背景及意义

伴随着我国城市经济的快速发展，城市的建设进入了一个日新月异、蓬勃发展的时期。城市照明设施逐渐成为了城市建设以及规划、管理中最重要的一环。城市道路照明不仅极大地方便了城市居民的日常生活、保障了交通安全，对塑造现代化的城市形象、鼓舞民心也具有非常大的意义。传统的城市照明设施单纯的以照明为主，而现代化的城市照明设施不但具有照明功能，而且还承担着推进城市智能化的发展、美化城市、活跃夜市经济的任务。特别是近些年来，国内大多数城市都特别的注重道路照明和夜景照明，城市道路照明已经成为了各级政府极为重视的一项能提高市容以及形象的工程。但是长期以来,城市路灯照明设施还只是通过简单的人工开关或是定时开关的方式来控制路灯的开关。采用人工开关控制方式时，若要实时控制路灯，则要求人不离岗，在不同的环境下，通过人为的判断来控制路灯的开启和关闭,这样不仅加大了工作人员的工作量,还可能由于人为判断有误或者是操作不当，导致开关灯的不及时，造成大量电能浪费。采用定时控制方式时,由于不能根据周围的光照强度以及交通情况进行控制，当遇到突发情况时，就无法在第一时间做出应对，实时性差。所以当前的传统路灯控制方式和管理方法己经很难跟上城市现代化的发展趋势，难以满足当今社会的要求,同时,随着城市群的不断扩大以及各级城市的不断扩张，城市照明的范围也在不断地壮大,使得整个城市的路灯管理的越来越难。因此，对于当前城市路灯控制与管理的问题，急切的需要一种非常科学、合理、高效的方法来解决，所以借助当今先进的电子通讯技术和计算机技术，针对城市路灯数量众多、户外分散、分布极广等特点，可以选择利用单片机体积小、控制能力强、可靠性高等特点来实现对城市路灯的智能控制[^[1]]。既可以解决传统的路灯控制方法单一，无法实时控制和管理的问题，又能满足了当前城市路灯智能化控制的要求，而且城市路灯智能化控制给城市带来的经济收益也是十分巨大的，采用路灯智能化控制技术后，城市路灯的维护量将减少，运行维护的成本也将降低，同时也大量地减少了城市路灯所需的电费支出，平均每年可为政府缩减一大批的财政支出，节约许多的煤、石油等自然资源，既保护了环境，减少了能源的消耗又贯彻了我国长期以来的实施可持续发展战略方针[^[2]]。

1.2国内外研究现状分析

当今社会“路灯智能化控制”已经成为了我们再熟悉不过的词语了。最早在 80 年代末期，路灯智能控制系统就已经从国外科技发达的地区传入国内，由于缺少技术上的更新和创新，一开始在国内的发展进程较为缓慢。在1989 年，随着我国改革开放进程的不断推进，引进了大量国外先进的技术理念和技术创新，为了满足当时飞速发展的城市对路灯照明系统的需求，常州市政府通过对路灯控制技术的改革和创新，完成了对城市路灯控制系统的初步智能化，奠定了当时路灯控制系统研究的基本方向，但是由于当时路灯智能化并没有在国内大部分城市实现，所以在 1990 年，北京、上海、天津等13个大型城市的路灯研究单位举行了关于路灯自动化控制可行性的会议，并进行了探讨和可行性论证，不但初步确定了未来城市路灯控制系统的发展方向，而且还为以后的路灯控制系统的研究提供了非常宝贵的经验和理论基础，至此未来的城市路灯照明控制系统具有了初步的模型，路灯控制系统研发和创新的进程也开始加快。1993 年上海市运用当时新兴的电子通讯技术和计算机技术开发了一种用于监控城市路灯的计算机远动系统，不仅能覆盖的范围广，而且还具有远程监测和遥控功能，并且成功的投入到了上海重要的交通道路路灯控制上。继上海市之后，广州市在已开发的计算机远动路灯监控系统的基础上推出了一种更加全面的城市路灯照明控制系统。不但具有最初的远程监测和遥控功能，而且操作运行模式相比之前更加灵活、可靠,还能根据当地的经纬度来调整路灯的开关灯时间。此外该系统还能在路灯出现故障时及时地报警，并找出发生故障的路灯所在的区域，提交相关的故障分析报告，极大地满足了当时国内城市照明控制、管理的需求，将国内城市照明控制和管理提高到了一个新的高度[^[3]]。之后，随着高新技术的新兴以及信息时代的来临。在 2003 年，长沙市开始采用当时发展最快、应用最广的GPRS 无线通信技术来对全市路灯进行管理，这也是国内第一次采用无线通信技术实现对路灯的监控和管理[^[4]]。此后广西省柳州市同样利用 GPRS 无线通信技术开发了先进的路灯监控系统。而如今GPRS 无线通信技术已广泛应用在各大城市的路灯监控系统之中了。

伴随着20世纪90年代世界上第一个关于智能路灯系统专利的出现，智能路灯控制系统开始渐入人们的眼帘，成为了与人们生活、工作息息相关的一项发明。智能路灯控制系统研究的进程也开始飞速，直到 2006年4月，为了减少能源的消耗、方便城市路灯集中监控管理和减少政府的财政支出，在挪威的奥斯陆第一次提出了应用控制网络的大规模应用来实现对城市道路照明的控制[^[5]]。随即，奥斯陆项目在当时的欧洲其他城市掀起了一股热潮，各大路灯科研实验室自发地成立了许多与智能路灯控制系统相关的研究小组，带动了智能路灯控制技术的发展，对未来智能路灯控制系统的研发具有极深远的意义。而当前的国外智能路灯的研究主要有包括两个方面，一个是通信方面，有基于GPRS、IPv6和 Zigbee的智能路灯控制系统；而在智能控制方面，则有本地自适应控制和远程遥控两个方向[^[6]]。

1.3本文的主要内容

本文通过分析国内外研究现状以及最新的科研成果，比较城市道路照明常使用的几种智能路灯控制系统，总结出了各大路灯控制系统的优劣势，设计出了一种较为全面而且实用的智能路灯控制器，并且在文中讨论了整个设计的思路和方案，而且详细地描述了智能路灯控制器的硬件结构、各个模块的电路设计以及软件设计部分，并最后再proteus上进行了仿真和调试，得出了最终的结论。