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摘 要：路灯照明是城镇发展的重要支撑之一，是城镇经济发展的客观体现。为提高城镇路灯的应用效果，降低能源损耗，本文设计分析了一种基于单片机的路灯智能控制系统。本文首先对智能控制系统应用的意义做了阐述，然后从系统构成、远程监控功能实现、现场监控功能实现等方面进行了具体分析，最后就整个系统的工作流程做了必要的说明。
关键词：路灯；能源损耗；单片机；智能控制
中图分类号：TP273
单片机是一种结构简单，功能丰富，价格相对低廉的一类控制芯片，其可以与其他输入输出设备组成智能监控系统，按照预定监控要求对监控对象进行数据采集和功能控制，还可以非常方便的实现与远程控制终端的连接，组成功能更为强大的智能监控系统，使用计算机对监控系统中的各个路灯的状态、信息等进行实时监控和记录，进而根据环境或其他条件对路灯的工作状态进行控制，提升路灯管控效率。
1 基于单片机的路灯智能控制系统构成
总结现有路灯控制需求可以将路灯智能控制系统分为以下几部分模块：远程控制中心、现场控制模块、光强测量模块、时钟信号模块、通信模块等。上述模块整体构成两个部分：远程监控部分和现场数据采集与功能执行部分。其中远程监控部分由计算机构成，现场单片机控制芯片使用MC68HC908GT16，光强检测芯片使用TSL2561，通信模块使用标准RS232接口。
2 远程监控端工作原理
由上节可知，整个控制系统由远程监控部分和现场数据采集与功能智能两部分构成。远程监控部分利用数据库模块、操作与控制模块、城镇路灯系统线路模块等对路灯进行控制、管理与存储等。其中数据库模块用于对收录的路灯进行编号、数据存储等；操作与控制模块用于向控制现场发送功能指令或接收控制现场采集和反馈的实时信息等；路灯线路模块用于向管理人员图形化显示各路灯状态以及路灯结构图等信息。控制中心通过RS232串行通信端口与单片机进行通信，该通信过程是双向的：计算机可以向单片机发送可控制指令，也可以接收单片机传输来的实时采集信息，便于路灯控制与故障分析等操作。为简化系统结构，可以将计算机与单片机之间的通信设计为广播式通信，计算机通过控制总线向单片机发送指令信息，单片机接收到信息后进行地质分析与识别后确认是否需要执行相关的命令操作。
3 现场控制系统工作原理
现场各功能模块相互协调工作可以实现下述几部分功能：光强测量模块可对当前环境内的光线进行采集与分析，若环境光线不足，则会向单片机发送请求指令，申请单片机驱动点亮路灯；实时时钟模块则是为整个系统提供统一的时钟信号，还可以通过编程等功能控制路灯的定时开关；通信模块用于与上位机，即远程控制计算机进行数据通信，同时在故障时还可以与故障检测设备通信，便于确定和排除故障。除此之外，系统还是用了脉冲宽度调制模块对驱动电路的输出电流进行控制，进而对路灯的明暗程度进行调整。
3.1 光强测量模块功能。本文所选用的光强测量芯片具有高速、低功耗、可编程等特点，可以对1到70000Lx范围内的光照强度进行测量，测量后的数据可以直接转换为数字信号在控制系统中传输。该芯片可以很好的完成相关功能，还能够节约能耗，符合节能控制的发展趋势。
该模块中的光感应器件可以对路灯周围的亮度进行采集，采集到的信号经过A/D转换模块转换为可衡量和处理的数字信号，该数字信号被传送到单片机中进行分析和处理可以获得路灯的工作状态相关参数。当路灯周围环境发生变化时系统可以控制路灯相关参数随之发生变化，实现对环境的自适应。如环境较为明亮时单片机可以控制驱动电路调适当降低路灯的输入电流，环境较为暗淡时单片机可以控制驱动电路适当提高路灯的输入电流，这样可以保证路灯处于工作状态与能源损耗的最佳平衡状态。
3.2 实时时钟模块功能。在选取时钟模块时要综合考虑系统的性能需求和各硬件设备的工作参数。本文选用DS12887芯片为控制系统提供时钟信号。所提供的时钟信号主要用于向单片机、通信模块以及采集部分提供时钟信息，确保各各设备信号周期的一致性和准确性。除此之外，还可以在单片机中根据时钟周期以及实际路灯应用环境设计定时功能，应用该功能可以控制路灯的开关时间，减少操作人员的工作量。
3.3 通信模块功能。远程监控计算机中标配有RS232串口通信端口，但是在现场控制端，单片机及其相关硬件在指令和数据传输中使用的TTL电平，这种信号传输方式与RS232所使用的信号传输方式是不兼容的，故在进行数据通信时需要在两者中添加接口转换模块，该模块实现串口电平与TTL电平之间的相互转换。
在现场监控时，单片机所接收到的数据信息以及控制信息可以通过通信模块以有线或无线的方式传送到远程监控端供其分析和存储；在对路灯进行远程监控时，计算机可以将控制指令通过通信模块传输给单片机供单片机控制某些模块具体执行指令功能。
此外，通信模块还允许故障检测设备接入到控制系统中进行数据检测和功能分析，确定故障具体位置和故障原因，便于及时快速修复故障，使路灯恢复到正常工作状态。这样就极大的缩短了故障检测与维修时间，增强了城镇路灯照明体系的稳定性。
4 城镇路灯控制系统工作流程
在上电完毕后系统进行自检，查看时间是否同步，各部分软硬件是否存在故障，若自检通过则系统进入工作状态。单片机根据预先编写的控制指令控制光强检测设备等对路灯周围环境进行信息采集，采集的信息反馈到单片机中供单片机下发控制指令，与此同时，单片机将所接收到的信息传递给监控中心供监控中心实时记录与监控路灯的工作状态。
需要说明的是，单片机根据时钟信号可以提供定时开关功能，在特定时段，如白天，单片机会控制路灯处于关闭状态，以节约用电；当经过若干个时钟周期后，单片机控制路灯开启，为城市提供照明，此时光强采集模块可用于对路灯照明强度提供数据支持，以降低电能损耗。特殊情况如阴雨天气导致光线度低于某一阈值时，光强采集模块还可以向单片机发送请求信息，单片机控制路灯开启，以确保人们的生活交通环境不受影响。
此外，远程控制端可以在可视化界面中实时显示各路灯的工作状态，同时利用数据库相关功能对各路灯的工作信息进行记录，便于后期的电力调度、照明支持、照明体系改造等。
5 总结
应用智能控制系统对城镇路灯进行监控可以将路灯设备及其工作状态实时显示在监控中心的图形界面中供管理人员制定路灯管理方案，为城镇提供合理适当的照明环境，还可以及时发现故障路灯，便于及时定位与修复。应用该系统可以很大程度上降低人力成本投入，提升能源的利用率，消除或降低人为控制中存在的不稳定因素，提升整个城镇照明体系的现代化、智能化程度。对于推动城镇的可持续发展、提高城镇夜经济具有积极意义。
参考文献：
[1]张语，任蓉.LED路灯智能化控制系统的研究与设计[J].新建设：现代物业上旬刊，2012，3.
[2]韩亚慈.基于PLC的路灯智能控制[J].神华科技，2010，8（5）.
[3]周军.关于城市路灯智能控制系统的研究[J].黑龙江科技信息，2012，28.
作者单位：烟台市市政养管处，山东烟台 264010
关键词：路灯；能源损耗；单片机；智能控制
中图分类号：TP273
单片机是一种结构简单，功能丰富，价格相对低廉的一类控制芯片，其可以与其他输入输出设备组成智能监控系统，按照预定监控要求对监控对象进行数据采集和功能控制，还可以非常方便的实现与远程控制终端的连接，组成功能更为强大的智能监控系统，使用计算机对监控系统中的各个路灯的状态、信息等进行实时监控和记录，进而根据环境或其他条件对路灯的工作状态进行控制，提升路灯管控效率。
1 基于单片机的路灯智能控制系统构成
总结现有路灯控制需求可以将路灯智能控制系统分为以下几部分模块：远程控制中心、现场控制模块、光强测量模块、时钟信号模块、通信模块等。上述模块整体构成两个部分：远程监控部分和现场数据采集与功能执行部分。其中远程监控部分由计算机构成，现场单片机控制芯片使用MC68HC908GT16，光强检测芯片使用TSL2561，通信模块使用标准RS232接口。
2 远程监控端工作原理
由上节可知，整个控制系统由远程监控部分和现场数据采集与功能智能两部分构成。远程监控部分利用数据库模块、操作与控制模块、城镇路灯系统线路模块等对路灯进行控制、管理与存储等。其中数据库模块用于对收录的路灯进行编号、数据存储等；操作与控制模块用于向控制现场发送功能指令或接收控制现场采集和反馈的实时信息等；路灯线路模块用于向管理人员图形化显示各路灯状态以及路灯结构图等信息。控制中心通过RS232串行通信端口与单片机进行通信，该通信过程是双向的：计算机可以向单片机发送可控制指令，也可以接收单片机传输来的实时采集信息，便于路灯控制与故障分析等操作。为简化系统结构，可以将计算机与单片机之间的通信设计为广播式通信，计算机通过控制总线向单片机发送指令信息，单片机接收到信息后进行地质分析与识别后确认是否需要执行相关的命令操作。
3 现场控制系统工作原理
现场各功能模块相互协调工作可以实现下述几部分功能：光强测量模块可对当前环境内的光线进行采集与分析，若环境光线不足，则会向单片机发送请求指令，申请单片机驱动点亮路灯；实时时钟模块则是为整个系统提供统一的时钟信号，还可以通过编程等功能控制路灯的定时开关；通信模块用于与上位机，即远程控制计算机进行数据通信，同时在故障时还可以与故障检测设备通信，便于确定和排除故障。除此之外，系统还是用了脉冲宽度调制模块对驱动电路的输出电流进行控制，进而对路灯的明暗程度进行调整。
3.1 光强测量模块功能。本文所选用的光强测量芯片具有高速、低功耗、可编程等特点，可以对1到70000Lx范围内的光照强度进行测量，测量后的数据可以直接转换为数字信号在控制系统中传输。该芯片可以很好的完成相关功能，还能够节约能耗，符合节能控制的发展趋势。
该模块中的光感应器件可以对路灯周围的亮度进行采集，采集到的信号经过A/D转换模块转换为可衡量和处理的数字信号，该数字信号被传送到单片机中进行分析和处理可以获得路灯的工作状态相关参数。当路灯周围环境发生变化时系统可以控制路灯相关参数随之发生变化，实现对环境的自适应。如环境较为明亮时单片机可以控制驱动电路调适当降低路灯的输入电流，环境较为暗淡时单片机可以控制驱动电路适当提高路灯的输入电流，这样可以保证路灯处于工作状态与能源损耗的最佳平衡状态。
3.2 实时时钟模块功能。在选取时钟模块时要综合考虑系统的性能需求和各硬件设备的工作参数。本文选用DS12887芯片为控制系统提供时钟信号。所提供的时钟信号主要用于向单片机、通信模块以及采集部分提供时钟信息，确保各各设备信号周期的一致性和准确性。除此之外，还可以在单片机中根据时钟周期以及实际路灯应用环境设计定时功能，应用该功能可以控制路灯的开关时间，减少操作人员的工作量。
3.3 通信模块功能。远程监控计算机中标配有RS232串口通信端口，但是在现场控制端，单片机及其相关硬件在指令和数据传输中使用的TTL电平，这种信号传输方式与RS232所使用的信号传输方式是不兼容的，故在进行数据通信时需要在两者中添加接口转换模块，该模块实现串口电平与TTL电平之间的相互转换。
在现场监控时，单片机所接收到的数据信息以及控制信息可以通过通信模块以有线或无线的方式传送到远程监控端供其分析和存储；在对路灯进行远程监控时，计算机可以将控制指令通过通信模块传输给单片机供单片机控制某些模块具体执行指令功能。
此外，通信模块还允许故障检测设备接入到控制系统中进行数据检测和功能分析，确定故障具体位置和故障原因，便于及时快速修复故障，使路灯恢复到正常工作状态。这样就极大的缩短了故障检测与维修时间，增强了城镇路灯照明体系的稳定性。
4 城镇路灯控制系统工作流程
在上电完毕后系统进行自检，查看时间是否同步，各部分软硬件是否存在故障，若自检通过则系统进入工作状态。单片机根据预先编写的控制指令控制光强检测设备等对路灯周围环境进行信息采集，采集的信息反馈到单片机中供单片机下发控制指令，与此同时，单片机将所接收到的信息传递给监控中心供监控中心实时记录与监控路灯的工作状态。
需要说明的是，单片机根据时钟信号可以提供定时开关功能，在特定时段，如白天，单片机会控制路灯处于关闭状态，以节约用电；当经过若干个时钟周期后，单片机控制路灯开启，为城市提供照明，此时光强采集模块可用于对路灯照明强度提供数据支持，以降低电能损耗。特殊情况如阴雨天气导致光线度低于某一阈值时，光强采集模块还可以向单片机发送请求信息，单片机控制路灯开启，以确保人们的生活交通环境不受影响。
此外，远程控制端可以在可视化界面中实时显示各路灯的工作状态，同时利用数据库相关功能对各路灯的工作信息进行记录，便于后期的电力调度、照明支持、照明体系改造等。
5 总结
应用智能控制系统对城镇路灯进行监控可以将路灯设备及其工作状态实时显示在监控中心的图形界面中供管理人员制定路灯管理方案，为城镇提供合理适当的照明环境，还可以及时发现故障路灯，便于及时定位与修复。应用该系统可以很大程度上降低人力成本投入，提升能源的利用率，消除或降低人为控制中存在的不稳定因素，提升整个城镇照明体系的现代化、智能化程度。对于推动城镇的可持续发展、提高城镇夜经济具有积极意义。
参考文献：
[1]张语，任蓉.LED路灯智能化控制系统的研究与设计[J].新建设：现代物业上旬刊，2012，3.
[2]韩亚慈.基于PLC的路灯智能控制[J].神华科技，2010，8（5）.
[3]周军.关于城市路灯智能控制系统的研究[J].黑龙江科技信息，2012，28.
作者单位：烟台市市政养管处，山东烟台 264010