基于单片机控制的智能化路灯节能装置的设计

号范围，A/D转换芯片采用TLC2543转换器。TLC2543是14通道输入的12位A/D转换器，芯片内部利用3个通道，外部有11个通道，输入电压是0~5V（VER-=0，VER+=5V），TLC2543与CPU的接口采用SPI方式，其管脚有转换结束EOC、片选CS、数据输入DI、数据输出DO，TLC2543可工作在8位和12位方式，可在初始化中选择，转换启动利用命令方式，只要在命令中送入相应的通道号TLC2543即开始转换，转换结束后EOC有低脉冲送到单片机，单片机响应中断后可对TLC2543读转换数据，同时可送下一通道启动命令。

2.3 步进电机驱动电路

步进电机驱动采用市售的步进电机驱动模块，与单片机接口只需5条线，模块的管脚有方向控制、步进脉冲、制动信号、GND和VCC。单片机采集三相电压后，与设定值比较运算后，决定步进电机的运行方向及步进脉冲数，一旦输出电压在误差范围内，步进电机即停止运行。

2.4 显示及键盘电路

显示器采用128×64LCD显示器，各数据可分屏显示，显示器与单片机的接口是4线式串行数据传输方式。键盘采用4×4矩阵式键盘，共16个按键，通过键盘可设定系统时间、稳定电压、经纬度、开关路灯时间等参数。

2.5 环境光线检测电路

环境光线检测电路的功能是检测室外的光线，只要在设定时启动此功能，当室外光线暗到一定程度时，装置可自动开启路灯。电路如图4所示。

当环境光线很亮时，光敏电阻RS阻值很小，此时三极管集电极电压很低，当环境光线暗到一定的程度时，输出OUT电压升高，当高于设定值时，单片机控制路灯开启。

2.6 功率因数检测电路

电压及电流经整形后，送到单片机的INT0、INT1，当INT0（电压信号）产生中断后启动定时器T0计数，当INT1（电流信号）产生中断后读T0计数，当再一次INT0中断时读出T0值，同时清T0。由T0两次读出的值可算出电源的频率及功率因数。

3 控制电路的软件设计

软件程序使用C51语言，采用模块化方式编程。软件由主程序、A/D采样程序、数字滤波程序、显示程序、键处理程序、步进电机驱动程序、电压调节程序、功率因数补偿程序等组成。

3.1 主程序

系统开始工作后主程序首先对单片机内部及外部的资源初始化，然后依次调用各功能模块程序。

3.2 A/D采样程序

A/D采样程序由主程序循环调用，每次对外部10个模拟量采集12次，经数字滤波后送到数据缓冲区，供其它程序使用。

3.3 电压调节程序

电压调节程序采用PID算法，其输入量是设定的稳压值与输出电压经PID运算后再经标度变换，转换成步进电机输出的脉冲数，供步进电机驱动程序使用。步进电机驱动程序比较简单，根据PID算出的脉冲数及方向经I/O口向步进电机驱动器送出相应的脉冲，由于系统的稳压精度可通过键盘设定在一定的范围，因而系统在调压过程中不存在超调现象。

3.4 显示程序

显示程序是将电压、电流、功率因数、系统时间、工作状态等参数分屏显示到LCD上，由于LCD模块内部有汉字库，因而在显示汉字时可直接送汉字的内码，动态数字也利用LCD内部的字模显示，在程序中无需建立字模。

3.5 功率因数补偿程序

根据中断INT0、INT1读回的数据算出功率因数，与设定的功率因数比较，经运算后控制外部的继电器对电容组进行投切，可使路灯供电支路的功率因数保持在设定范围内。

4 结论

智能化路灯节能装置采用变压器补偿稳压方式，利用单片机运算控制能力强的特点，具有体积小、工作可靠、节能等优点，如能推广使用，会使城市路灯管理工作提高到一个新的水平，它不但节约能源，同时也可减少照明灯具的损耗，因而具有广泛的推广前景。

参考文献：
[1] 陶永华、尹怡欣．新型PID控制及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2000．
[2] 浦昭邦、王宝光．测控仪器设计[M]．北京：机械工业出版社，2001．
[3] P89C51RD2 Data Sheet．http://www.zlgmcu.com．
[4] TLC2543 Data Sheet．http://www.zlgmcu.com．