一种基于单片机的路灯照明控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于单片机的路灯照明控制系统及方法，包括光敏传感器、红外传感器、单片机；所述光敏传感器用于检测环境光的强度；所述红外传感器用于检测有无行人；所述单片机一方面根据光敏传感器检测的光强信息控制路灯的开闭，另一方面结合定时器和计数器记录一个周期内的行人数量，并根据行人数量控制路灯的照明亮度。进一步，在单片机与路灯之间设置步进电机，步进电机一端通过驱动电路与单片机相连，另一端依次通过联轴器、旋转轴与路灯相连；所述单片机通过驱动电路控制步进电机转动实现灯头向上翻转。本发明根据人流量大小选择性开启照明路灯中的灯珠组，达到节约能源的目的，避免LED灯的频繁开断；并且能够给人以安详，和谐的气氛。
【专利说明】
一种基于单片机的路灯照明控制系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于路灯智慧照明技术领域，具体涉及一种基于单片机的路灯照明控制。
【背景技术】
[0002]目前，城市公共照明在人们生活中的占比不小，人们在生活提高了的同时，不仅仅满足于温饱，还追求更高质量的生活品质。夜晚的照明增加了人们在夜晚出行的概率，公共照明已经不仅仅只局限于它的功能照明，部分还担起了美化城市的任务。所以在当前，公共照明不仅需要足够亮度的功能照明，也需要人性化的设计。深夜鲜有人出行，如果继续保持高亮度的照明，尤其是靠近居民楼的区域保持高亮度的照明，会影响居民的休息。因此，靠近居民楼的路灯，如果能保持一种适当柔和的亮度照明，居民也能得到比较安稳的夜间生活。
[0003]另一方面，在夜间时间段内，公共照明设施在无人时也会保持着在人流量大的时候的亮度，这样不仅浪费了电能，也会形成光污染。如果是靠近居民楼的照明灯在深夜时分还保持着高亮度，还会对居民的睡眠质量产生影响。这样的系统设计不仅浪费了能源，加剧了供电紧张，也影响了居民的夜间生活。
[0004]根据周志敏、纪爱华编著的《LED照明与工程设计》上的描述，直接照明:光源的全部或90%以上的光直接投射到被照物体上，亮度高，给人以明亮，紧凑的感觉，设计容易，使用方便，但容易产生眩光以及配光的均匀度差。间接照明:光源间接照到被照物体上，光量少，光线柔和，无眩光和明显阴影，可形成安详，平和的气氛。
[0005]目前，国内外对智慧照明的这个课题的研究也非常多，采用的方式多样，有隔一亮一，有采用PWM调光，有车来灯亮，车走灯灭等等方式。尽管这些方式有各自的优点，但是，亮一隔一这种方式容易在道路上产生一段路亮一段路暗的情况，不利于行车安全。车来灯亮，车走灯灭的方式，为了行车安全，对行车间距，行车速度的控制要求比较高。PWM调光，即脉冲宽度调光，不断的使LED灯处于一种高频的开断中，开启时间的占空比不同来进行调光，如果频率不够高，则会产生频闪。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明提出了一种基于单片机的照明控制系统及方法，在周围光强较暗时才开启路灯，然后根据人流量的大小，利用单片机对照明路灯进行实时调控，达到节约能源、和谐环境的目的。实现本发明的技术方案如下:
[0007]—种基于单片机的路灯照明控制系统，包括光敏传感器、红外传感器、单片机;所述光敏传感器用于检测环境光的强度;所述红外传感器用于检测有无行人;所述单片机一方面根据光敏传感器检测的光强信息控制路灯的开闭，另一方面结合定时器和计数器记录一个周期内的行人数量，并根据行人数量控制路灯的照明亮度。
[0008]进一步地，还包括路灯灯头旋转装置，所述灯头旋转装置位于灯头顶端的筒状灯架内部，包括步进电机、联轴器、旋转轴;所述步进电机通过第三螺钉固定在灯架上，所述步进电机的伸出轴与位于灯架内部的所述联轴器的一端通过键连接，所述联轴器的另一端与所述旋转轴通过键连接，所述旋转轴与所述灯架外部的灯头用第一螺钉连接;所述的联轴器由两个半联轴器合在一起组成的，两个半联轴器通过第二螺钉连接；
[0009]所述旋转轴与所述灯架的末端之间设有端盖，所述端盖与所述灯架之间过盈配合，所述旋转轴与所述端盖之间设有深沟球轴承，所述旋转轴与所述深沟球轴承之间过盈配合，所述深沟球轴承与所述端盖之间过盈配合；
[0010]所述旋转轴靠近灯头的一端套有轴承端盖，并且轴承端盖与所述端盖的外侧用螺钉固定连接；
[0011 ]所述单片机通过驱动电路控制步进电机转动，步进电机转动带动灯头向上翻转。
[0012]进一步地，所述单片机采用AT89C51;所述红外传感器采用LHI878型号，所述红外传感器的输出信号经放大滤波电路处理后送给单片机的INTl端；所述光敏传感器采用SPlKL的光敏二极管，连接单片机的Pl.7端口；所述定时器采用DS12887时钟芯片，用于实时计时并输出定时中断给单片机的INTO端;所述驱动电路采用ULN2003，连接单片机的Pl.0和Pl.1端口；所述步进电机采用85H2P8042A4;
[0013]进一步地，所述路灯包括若干个LED灯珠。
[0014]进一步地，所述LED灯珠的数量为28个，布置为均匀平行的4排，第一排和第四排设置为第一组灯珠，第二排设置为第二组灯珠，第三排设置为第三组灯珠。
[0015]进一步地，所述路灯的灯罩采用PVC。
[0016]进一步地，所述红外传感器安装在灯杆距离地面1.2米处，所述照明控制系统安装在灯杆距离地面1.2米处的电器门内。
[0017]基于上述控制系统，本发明还提出了一种基于单片机的路灯照明控制方法，包括如下步骤:
[0018]步骤1:初始化单片机，利用光敏传感器检测外界光强信息，如果外界光线较暗需要开启路灯照明时，进入步骤2;
[0019]步骤2:开启三组LED路灯，进入步骤3 ；
[0020]步骤3:开启定时器，进入步骤4;
[0021]步骤4:判断红外传感器是否检测到行人，如果检测到行人，计数器加I，进入步骤5，否则，直接进入步骤5;
[0022]步骤5:判断定时器定时周期T是否结束，如果结束，进入步骤6;如果未结束，返回步骤4;
[0023]步骤6:判断计数器中的行人计数值位于哪个流量段，若是小流量，则进入步骤7，若是中流量，则进入步骤8，若是大流量，则进入步骤9;
[0024]步骤7:只开启第一组LED路灯，另外2组LED灯关闭，进入步骤10;
[0025]步骤8:开启第一组和第二组LED路灯，第三组LED灯关闭，进入步骤10;
[0026]步骤9:开启三组LED路灯，进入步骤10;
[0027]步骤10:定时器定时结束，返回步骤3。
[0028]进一步，所述步骤I还包括:设定行人数量限定值L，在行人数量少于L时，单片机控制步进电机转动180度实现灯头向上翻转180度。
[0029]本发明的有益效果:
[0030]本发明从人性化的角度考虑，一方面根据人流量大小选择性开启照明路灯中的灯珠组，达到节约能源的目的，避免LED灯的频繁开断；另一方面能够在深夜中人流量较小时由直接照明变为间接照明，光线变的柔和，无眩光，给人以安详，和谐的气氛。
【附图说明】
[0031]图1是本发明照明控制系统的原理框图；
[0032]图2步进电机与路灯的连接结构示意图；
[0033]图3是LED路灯的灯珠排列方式；
[0034]图4是系统电路图；
[0035]图5是控制系统的安装位置示意图；
[0036]图6是本发明控制系统的工作原理流程图。
[0037]其中:1-步进电机;2-联轴器;3-键;4-灯架；5-旋转轴；6_深沟球轴承；7_轴承端盖;8-灯头;9-第一螺钉;I O-端盖，11_第—■螺钉，12-第二螺钉。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0039]如图1所示，本发明路灯照明控制系统包括光敏传感器、红外传感器、单片机、定时器、以及灯头旋转装置。所述光敏传感器用于检测环境光的强度，根据光强选择路灯的开启还是关闭;所述红外传感器用于检测有无行人，有行人时向单片机输入中断信号，每个行人对应一次中断;所述单片机一方面根据光敏传感器检测的光强信息控制路灯的开闭，另一方面结合定时器和计数器记录一个周期内的行人数量，并根据行人数量控制路灯的照明亮度。
[0040]如图2所示，所述灯头旋转装置包括步进电机，联轴器和旋转轴等，所述步进电机I一端通过驱动电路与单片机相连，另一端依次通过联轴器2、旋转轴5与路灯相连;所述单片机通过驱动电路控制步进电机I转动实现灯头向上翻转。
[0041]具体地，灯头8顶端设有类似筒状的灯架4，所述的步进电机I位于灯架内部，并且步进电机I通过第三螺钉12固定在灯架上，步进电机I的伸出轴与位于灯架4内部的联轴器2的一端通过键3连接，联轴器2的另一端与旋转轴5通过键3连接，旋转轴5与灯架4外部的灯头8用第一螺钉9连接;所述的联轴器2由两个半联轴器合在一起组成的，两个半联轴器通过第二螺钉11连接。
[0042]旋转轴5与灯架4的末端之间设有端盖10，端盖1与灯架4之间过盈配合，旋转轴5与端盖10之间设有深沟球轴承6，旋转轴5与深沟球轴承6之间过盈配合，深沟球轴承6与端盖10之间过盈配合，起到减小旋转轴5转动时与端盖10的摩擦；
[0043]旋转轴5靠近灯头的一端套有轴承端盖7，并且轴承端盖7与端盖10的外侧用螺钉固定连接。轴承端盖7能够密封灯架内部的装置，并起到防尘的作用。
[0044]灯头旋转装置的工作原理:步进电机I的输出轴转动，带动左边的半联轴器转动，然后带动右边的半联轴器转动，接着带动旋转轴5转动，进而带动灯头转动。
[0045]本发明构思的灯头旋转装置，减少了中间传动部分的传动误差，也减少了能量损失，使灯头旋转更加精确。
[0046]进一步，图3所示，路灯采用LED灯，分段设置，采用小灯珠组成LED灯的光源，本发明实施例中，LED灯珠的数量为28个，布置为位于同一平面内均匀平行的4排，第一排和第四排设置为第一组灯珠，第二排设置为第二组灯珠，第三排设置为第三组灯珠。行人小流量时开启第一组灯，中流量时开启第一组和第二组灯，大流量时开启三组灯。如此设计LED灯的布局排列，能够使光源分散开来，使照明范围更广，在低亮度时，不会发生光源因为集中而照不到某些地方。
[0047]所述LED灯在路灯内部水平放置，正常照明时向下照射，灯头翻转180度之后变为向上照射。在灯头翻转过来之后，为了保证道路上有一定的照明，但是反射的光线柔和，不会刺激人眼，采用了 PVC材料作为灯罩的材料。进一步有，PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性，对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力，环境适应性好，经济实惠。
[0048]进一步，如图4所示，所述单片机采用AT89C51，所述步进电机采用85H2P8042A4;所述红外传感器采用LHI878型号，所述红外传感器的输出信号经放大滤波电路处理后送给单片机的INTl端；
[0049]所述光敏传感器采用采用SPlKL的光敏二极管，连接单片机的Pl.7端口，外界光若低于限定值时，光敏传感器通过放大滤波电路向单片机输入高电平信号，即Pl.7 = I;
[0050]所述定时器采用DS12887时钟芯片，用于实时计时某一段时间，这一段时间为时间周期T，所述时间周期T根据具体环境设置，并在计时结束时输出定时中断给单片机的INTO端，在定时中断信号到来之前，计数器接收红外传感器的信号并进行计数;定时器的AD端口接单片机的PO端口，SQW端口与P3.4端相连，IRQ端与P3.2端口相连，P2.7 口为定时芯片的片选端，MOT端接地，所用模式为Intel总线时序，R/W在此模式下为写，DS在此模式下为读。[0051 ]所述驱动电路采用ULN2003，连接单片机的Pl.0和Pl.1端口，用来接收电机的驱动信号，并驱动电机旋转;单片机接收到来自定时器和红外传感器的信号，若所记录的人流量低于某一限定值L，则单片机Pl.0和Pl.1 口输出驱动信号给步进电机驱动芯片，驱动步进电机旋转180度。图中左下角的LI模块表示的是电机的接线端口。
[0052 ] AT89C51单片机的XTAL1、XTAL2端口连接的是时钟电路，采用内部时钟模式，RST端连接按键复位电路。在单片机中选定储存单元，记录一个定时周期T中的外部中断I的中断次数，在定时结束后，储存单元内的数据即为此周期内的人流量。
[0053]如图5所示，由于人身高的限制，红外传感器安装在灯杆距离地面1.2米处，以AT89C51单片机为核心的控制系统，包括红外传感器的放大滤波电路，定时器，步进电机以及驱动电路等，安装在灯杆距离地面1.2米处的电器门内。
[0054]如图6所示，本发明照明控制系统的工作过程和原理如下:
[0055]步骤1:初始化单片机，利用光敏传感器检测外界光强信息，如果外界光线较暗(根据实际需要设定光线强度的限定值，当实际光强低于此限定值时定义为暗，例如光照度小于151ux)需要开启路灯照明时，进入步骤2;
[0056]步骤2:开启三组LED路灯，进入步骤3;
[0057]步骤3:开启定时器，进入步骤4;
[0058]步骤4:判断红外传感器是否检测到行人，如果检测到行人，计数器加I，进入步骤5，否则，直接进入步骤5;
[0059]步骤5:判断定时器定时周期T是否结束，如果结束，进入步骤6;如果未结束，返回步骤4;
[0060]步骤6:判断计数器中的行人计数值位于哪个流量段，若是小流量，则进入步骤7，若是中流量，则进入步骤8，若是大流量，则进入步骤9;比如:一个路段在20分钟内通过了 20个人，那么大流量可以记为20人/20分钟，如果在20分钟内通过了 10个人，那么中流量可以记为10人/20分钟，相应的小流量可以计做5人/20分钟。
[0061]步骤7:开启第一组LED路灯，关闭第二组和第三组，进入步骤10;
[0062]步骤8:开启第一组和第二组LED路灯，关闭第三组，进入步骤10;
[0063]步骤9:开启三组LED路灯，进入步骤10;
[0064]步骤10:定时器定时结束，返回步骤3。
[0065]其中，步骤I还包括:设定行人数量限定值L，在实际行人数量少于L时，单片机控制步进电机转动180度以实现灯头向上翻转180度，路灯由直接照明变为间接照明。本发明实施例中L的值可以设为5。
[0066]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，包括光敏传感器、红外传感器、单片机;所述光敏传感器用于检测环境光的强度;所述红外传感器用于检测有无行人;所述单片机一方面根据光敏传感器检测的光强信息控制路灯的开闭，另一方面结合定时器和计数器记录一个周期内的行人数量，并根据行人数量控制路灯的照明亮度。2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，还包括路灯灯头旋转装置，所述灯头旋转装置位于灯头(8)顶端的筒状灯架(4)内部，包括步进电机(1)、联轴器(2)、旋转轴(5);所述步进电机(I)通过第三螺钉(12)固定在灯架(4)上，所述步进电机(I)的伸出轴与位于灯架(4)内部的所述联轴器(2)的一端通过键(3)连接，所述联轴器(2)的另一端与所述旋转轴(5)通过键(3)连接，所述旋转轴(5)与所述灯架(4)外部的灯头(8)用第一螺钉(9)连接;所述的联轴器(2)由两个半联轴器合在一起组成的，两个半联轴器通过第二螺钉(11)连接； 所述旋转轴(5)与所述灯架(4)的末端之间设有端盖(10)，所述端盖(10)与所述灯架(4)之间过盈配合，所述旋转轴(5)与所述端盖(10)之间设有深沟球轴承(6)，所述旋转轴(5)与所述深沟球轴承(6)之间过盈配合，所述深沟球轴承(6)与所述端盖(10)之间过盈配合； 所述旋转轴(5)靠近灯头的一端套有轴承端盖(7)，并且轴承端盖(7)与所述端盖(10)的外侧用螺钉固定连接； 所述单片机通过驱动电路控制步进电机(I)转动，步进电机(I)转动带动灯头(8)向上翻转。3.根据权利要求2所述的一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，所述单片机采用AT89C51;所述红外传感器采用LHI878型号，所述红外传感器的输出信号经放大滤波电路处理后送给单片机的INTl端;所述光敏传感器采用SPlKL的光敏二极管，连接单片机的Pl.7端口；所述定时器采用DS12887时钟芯片，用于实时计时并输出定时中断给单片机的INTO端；所述驱动电路采用ULN2003，连接单片机的Pl.0和Pl.1端口；所述步进电机采用85H2P8042A4。4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，所述路灯包括若干个LED灯珠。5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，所述LED灯珠的数量为28个，布置为均匀平行的4排，第一排和第四排设置为第一组灯珠，第二排设置为第二组灯珠，第三排设置为第三组灯珠。6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，所述路灯的灯罩采用PVC。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于单片机的路灯照明控制系统，其特征在于，所述红外传感器安装在灯杆距离地面I.2米处，所述照明控制系统安装在灯杆距离地面1.2米处的电器门内。8.—种基于单片机的路灯照明控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:初始化单片机，利用光敏传感器检测外界光强信息，如果外界光线较暗需要开启路灯照明时，进入步骤2; 步骤2:开启三组LED路灯，进入步骤3 ； 步骤3:开启定时器，进入步骤4; 步骤4:判断红外传感器是否检测到行人，如果检测到行人，计数器加I，进入步骤5，否则，直接进入步骤5 ； 步骤5:判断定时器定时周期T是否结束，如果结束，进入步骤6;如果未结束，返回步骤4； 步骤6:判断计数器中的行人计数值位于哪个流量段，若是小流量，则进入步骤7，若是中流量，则进入步骤8，若是大流量，则进入步骤9; 步骤7:只开启第一组LED路灯，另外2组LED灯关闭，进入步骤10; 步骤8:开启第一组和第二组LED路灯，第三组LED灯关闭，进入步骤10; 步骤9:开启三组LED路灯，进入步骤1 ； 步骤10:定时器定时结束，返回步骤3。9.根据权利要求8所述的照明控制方法，其特征在于，所述步骤I还包括:设定行人数量限定值L，在行人数量少于L时，单片机控制步进电机转动180度实现灯头向上翻转180度。
【文档编号】F21V14/02GK105841056SQ201610349465
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】王权, 王雯, 王颖峰, 柳国民, 李子龙
【申请人】江苏大学