陈希湘 陈誉
摘 要： 为了解决城市照明存在的巨大能源浪费问题，提出一款基于MSP430F149单片机智能路灯控制系统。该系统以单片机为控制核心，可对路灯进行定时开关；对发生故障的路灯进行报警；根据交通情况判断是否需要开关路灯；对周围环境中光线强度进行检测，实现了根据环境自动亮灭灯和自动调节灯的亮度，体现了节能的作用；最后通过OLED实时显示监测界面。经测试，该系统工作稳定，具有操作简单、稳定可靠、节能无污染等优点。
关键词： MSP430F149； 路灯控制； 节能； 智能控制； PWM； OLED
中图分类号： TN344?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）20?0107?03
Abstract： An intelligent street lamp control system based on the microcontroller MSP430F149 is proposed to resolve the huge energy waste problem of urban lighting. In the system， with the microcontroller as the control core， regular switching of street lamps is realized， faulty street lamps are alarmed， whether to switch street lamps is judged according to the traffic situation， and ambient light intensity is detected， so as to realize automatic lamp switching and lamp brightness adjustment according to the environment， which reflects the function of energy saving. The monitoring interface is displayed in real time by using the OLED. The test results show that the system runs stably， and has the advantages of simple operation， high reliability， energy saving， and non?pollution.
Keywords： MSP430F149； street lamp control； energy saving； intelligent control； PWM； OLED
随着我国经济飞速发展，电力消耗也随之快速增长。电力资源已经成为非常紧缺的资源。如何做到环保节能，已经成为近年来的热门话题。针对我国在城市照明上存在的巨大能源浪费问题，本文提出一套新型的智能路灯控制系统。其作用为：可对路灯进行定时开关；对发生故障的路灯进行报警；对路灯周围环境中光线强度进行检测，判断是否需要开关路灯；深夜时分，路灯的开关可由路上车辆和行人进行智能化的判断，减少夜间光污染和节约电能等。
1 系统的硬件设计
1.1 系统的设计框图
系统主要以MSP430F149单片机为智能控制核心，外围电路主要包括定时开关灯模块、故障检测及报警模块、按键模块、显示模块、自动调节模块等。系统的设计框图如图1所示。
1.2 控制中心的选择
方案一采用STC公司的单片机STC89S51作为主控制芯片。此单片机运算能力强，并且I/O接口比较多，易于扩展外围电路。方案二采用TI公司生产的MSP430F149单片机，MSP430系列单片机的供电电源采用1.8～3.6 V，有独特的时钟系统，具有很强的运算处理能力，有廉价的USB仿真器，可以实现软硬件联调，方便在编程调试过程中发现问题，解决问题。综合以上两种方案，发现方案二有明显的优点，运行速度比51单片机快，还有较多内置模块，方便使用和简化程序，所以选择使用方案二做控制系统。
1.3 检测环境明暗和灯光模块
采用光敏电阻与10 kΩ电阻串联，光敏电阻随着光线变强阻值会变小。当环境较亮时，光敏电阻的阻值会变小，因此光敏电阻的负端的电压值会变大；反之阻值变大，负端电压值变小。采用单片机内部12位ADC模块进行电压采集。高电平时，表示此时光线强；低电平时，表示此时光线弱，应当开灯。光敏电阻对环境明暗变化很灵敏，但是光线强度并不能准确定义，所以加上一个以LM358构成的电压比较器，用1 kΩ和10 kΩ电位器串联，调节电位器可以修改IN1-端的电压值。将光敏电阻的负端电压IN1+与之对比，若IN1+>IN1-时，OUT1为高电平，如图2所示；若IN1+ 1.4 报警模块 报警电路由三极管、蜂鸣器和发光二极管构成。单片机发出一个高电平时，三极管的b，e端导通，蜂鸣器响时，发光二极管同时点亮。报警电路图如图4所示。2 系统软件设计
软件主程序主要包含的功能是界面的选择，通过按键可以对需要显示的界面进行切换，切换到运行所需的显示界面。一般情况下，路灯安装好正常工作后不需要对它进行再次设置和查看，所以本系统界面只显示当前时间。只有当路灯开启时，才对故障进行检测故障，同时红外检测移动物体也只有当深夜才检测。主程序流程图如图5所示。
3 测试结果
路灯布置示意图6所示。
3.1 根据交通情况和环境自动亮灭灯测试
正向行驶时，当有物体通过S点时，灯1亮，灯2灭；当物体通过B点时灯1灭，灯2亮；当物体通过S点时，灯1灯2都灭。逆向行驶时，当有物体通过S点时，灯2亮，灯1灭；当物体通过B点时，灯2灭，灯1亮；当物体通过S点时，灯2灯1都灭。光线很亮的情况下，灯自动熄灭；光线很暗的情况下，灯会自行启动。光线较亮时，灯的亮度会自动调低；光线较暗较暗时，灯的亮度会自动调高。如此便实现了根据环境自动亮灭灯和自动调节灯的亮度，体现了节能的作用，测试结果如表1所示。
3.2 路灯故障检测
若存在个别路灯未点亮，蜂鸣器发声并且在显示屏上能够自动地显示故障路灯的位置，测得结果见图7。
3.3 PWM波调光测试
通过调节占空比来实现PWM调光的功能，对于PWM调光的测试所用测试仪器为万用表，测得的数据如表2所示。
单片机输出低电平0 V时，三极管基极电压为0 V，发射极电阻处为0 V，集电极灯泡处电压为2.5 V。当单片机输出高电平为3.6 V，其I/O输出高电平到基极时，TIP122三极管基极正偏，集电极正偏，使三极管饱和导通。当三极管导通后测得基极电压为2.267 V（见表3），发射极电阻处的电压为0.866 V，集电极LED灯处电压为1.508 V。硅晶体管的饱和压降为0.3 V，TIP122内部由两个晶体三极管组成，所以饱和压降为0.6 V，基极与集电极相差0.6 V左右，与饱和压降基本相符合。
4 结 论
本文主要阐述智能路灯控制系统的软硬件设计过程，介绍智能路灯控制系统的硬件结构、工作原理、软件设计及测试结果，实现了对路灯系统的监测和控制。测试结果表明，该系统结构简单，控制界面简单友好，经济实用。
注：本文通讯作者为陈誉。
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