隨著城市化的發(fā)展,城市道路照明的需求越來越大,而能源的供需矛盾也越來越嚴(yán)重。LED作為光源,具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn),近年來已越來越多地應(yīng)用于道路照明中。除了使用更節(jié)能的光源,根據(jù)路況對(duì)路燈亮燈狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,也可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能。因此智能路燈控制系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越普遍。
重慶燈具廠家模擬智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被逐漸引入到高校電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中
隨著城市化的發(fā)展,城市道路照明的需求越來越大,而能源的供需矛盾也越來越嚴(yán)重。LED作為光源,具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn),近年來已越來越多地應(yīng)用于道路照明中。除了使用更節(jié)能的光源,根據(jù)路況對(duì)路燈亮燈狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,也可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能。因此智能路燈控制系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用越來越普遍。
重慶燈具廠家模擬智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被逐漸引入到高校電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,一方面用來培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)電路知識(shí)解決實(shí)際問題的能力,另一方面可擴(kuò)展學(xué)生的視野,激發(fā)他們對(duì)電路學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新意識(shí)。目前大多數(shù)高校主要使用PLC、單片機(jī)或FPGA作為控制單元來實(shí)現(xiàn)模擬智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),但本科低年級(jí)的學(xué)生對(duì)PLC、單片機(jī)或FPGA接觸較少,難以應(yīng)用到電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。本文主要使用通用模擬和數(shù)字集成電路以及常見的傳感器等實(shí)現(xiàn)了模擬智能LED路燈控制系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境明暗和交通狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)路燈亮滅,統(tǒng)計(jì)和實(shí)時(shí)顯示交通流量以及自動(dòng)檢測(cè)路燈故障。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的電路簡(jiǎn)單實(shí)用,成本低廉,也非常適用于高校本科低年級(jí)的電子電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。
1 系統(tǒng)的基本功能和實(shí)現(xiàn)
模擬智能LED路燈控制系統(tǒng)的路燈布置情況如圖1所示。系統(tǒng)的基本功能有以下4個(gè)方面。
1)根據(jù)環(huán)境明暗變化,自動(dòng)開燈和關(guān)燈。
2)根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)。當(dāng)可移動(dòng)物體M(在物體前端標(biāo)出定位點(diǎn),由定位點(diǎn)確定物體位置)由左至右到達(dá)S點(diǎn)時(shí),燈亮;當(dāng)物體到達(dá)B點(diǎn)時(shí),燈滅。物體由右至左移動(dòng)時(shí)亮燈狀態(tài)相反。該控制系統(tǒng)如圖2所示。
3)具有計(jì)數(shù)顯示功能,移動(dòng)物體通過該燈,計(jì)數(shù)加1,計(jì)數(shù)大于99后自動(dòng)清零。
4)具有路燈故障檢測(cè)功能,當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)(燈不亮),系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
2 硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 環(huán)境亮度檢測(cè)電路
環(huán)境亮度檢測(cè)通常利用光電傳感器件來實(shí)現(xiàn)。常見的光電傳感器件有光敏電阻、光敏二極管和光敏晶體管等,這些器件大多數(shù)情況下可以通用。光敏二極管和光敏晶體管的方向性都比光敏電阻好,但是它們的輸出電壓較小,一般需要與放大電路組合使用。由于本模塊對(duì)方向性要求不高,且光敏電阻可以作為純電阻使用,因此采用光敏電阻實(shí)現(xiàn)環(huán)境亮度檢測(cè)更簡(jiǎn)單,成本也較低廉。
由于光敏電阻的電阻值隨光照強(qiáng)度的減小而升高[9],因此可以通過探測(cè)其電阻值的變化來控制路燈的開關(guān)。為了便于測(cè)量,使用電阻分壓電路將光敏電阻的電阻值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓值。將光敏電阻兩端的電壓與預(yù)先設(shè)定好的參考電壓輸入到運(yùn)算放大器進(jìn)行比較,電路實(shí)現(xiàn)如圖3所示。
當(dāng)白天光照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí),光敏電阻R的電阻值較小,其兩端的電壓小于參考電壓,運(yùn)算放大器輸出負(fù)電壓;當(dāng)夜晚光照強(qiáng)度降低后,光敏電阻阻值增加,其兩端的電壓大于參考電壓,運(yùn)算放大器輸出正電壓。此外,為了使運(yùn)算放大器輸出的正負(fù)電壓與后續(xù)數(shù)字電路的輸入電平匹配,還需增加圖中由R4和施密特反相器CD40106組成的電平匹配整形電路。該模塊最后的輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)QL。
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