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LED路灯智能控制系统设计方案

导读: 出于对能源消耗及智能化水平的考虑,传统的路灯控制方式已不能满足社会发展的需求。在分析了单片机MSP430的性能优势之后,从绿色能源、节约能源和性价比的角度出发,提出了一个基于MSP430为控制核心的设计方案。

  0 引 言

  近年来,随着经济的高速发展和汽车的逐渐普及,城市的交通问题已经引起人们越来越多的关注,城市道路照明的重要性也日益增大。目前,我国大部分城市的路灯照明都采用“全夜灯恒照度”的方式,控制方式仍然是简单的光控和时控等传统方式,这大大增加了城市的用电量,为此,政府承担着巨额的财政支出,而路灯照明设备的使用寿命也大大降低。因此,引入智能交通系统(ITS)成为提高城市交通管理水平的一个重要途径。

  本设计以低功耗单片机MSP430为主控部件,采用热释电红外传感器检测人体及车辆发出的红外信号,运用光敏电阻检测背景光的强度,通过恒定电流源来控制LED灯光的强度。根据各个季节天黑的时间不同设置各自的路灯开启和关闭时间,在规定时间对移动物体进行检测,实现对路灯的智能化控制,提高了路灯照明的有效性,避免了电力资源的浪费。

  1 热释电红外传感器与菲涅耳透镜

  利用红外线传感器可以检测到物体发射出的红外线,从而可以检测到不同物体的存在。制造热释电红外传感器的材料,以陶瓷氧化物及压电晶体用得最多,这类材料具有强烈的自发极化性能,当受到热辐射而产生温度变化时介质的极化状态随之发生变化。由于内部电荷的速度远远高于表面电荷的变化速度,晶体两端会产生数量相等而极性相反的独立电荷,这就是电介质的热释电效应。热释电红外传感器就是利用被测物体热辐射引起敏感元件温度的变化进行探测的。热释电红外传感器被广泛应用到安防监控、电子防盗、自动控制照明和工业自动控制等领域。

  物体释放的红外线能量十分微弱,当直接用热释电红外传感器接收红外线时,灵敏度相对较低,一般情况下很难满足系统需求。为了提高热释电红外传感器的接收灵敏度,在其表面罩上一片菲涅耳透镜,其探测距离可以增加到原来的5~7倍。菲涅耳透镜[1]是一种由聚乙烯材料根据菲涅耳原理制成的塑料薄纹透镜,对红外线的透射率大于65%.根据菲涅耳透镜的工作原理可知,当有移动物体发射的红外线进入透镜的探测范围,菲涅耳透镜会产生一个交替的“盲区”和“高灵敏区”,热释电红外传感器的两个反向串联的敏感元件轮流检测运动物体,形成一系列光脉冲后,进入传感器。所以,热释电红外传感器无法检测到静止的物体。菲涅耳透镜在安装时与热释电红外传感器之间的距离应满足与菲涅耳透镜的焦距相等。

  2 控制系统硬件设计

  控制系统硬件组成以MSP430为核心控制器,辅以外围电路如AD/DA 数据采集处理系统模块、热释电红外传感器模块、背景光检测模块和LED驱动模块等。其系统硬件框图如图1所示。

 

  2.1 数据采集模块

  2.1.1 物体定位检测

  信号探测采用被动式双元热释电红外传感器P2288,并在其表面罩上一个菲涅耳透镜用来提高其探测灵敏度。它以非接触形式检测出人体及车辆放射出的微弱红外线能量并转化成电信号输出,物体定位检测电路如图2所示。当P2288探测到有人或者车辆进入到探测区域,P2288产生一个交变红外辐射信号,并输出一个微弱的电压信号(TTL电平)。

 

  信号经过二级运放后输入到双限比较器当中,其中RW3用来调节二级运放的放大倍数,RW4用来设定两个门限电平Uref1(U7处)和Uref2(U8处),当探测电压大于Uref1时,U7输出高电平,U8输出低电平,则D2导通而D3截止,热释电OUT 为高电平;当探测电压低于Uref2时U7输出低电平,U8输出高电平,则D2截止而D3导通,热释电OUT为高电平;当探测电压介于Uref1和Uref2之间时D2和D3都截止,热释电OUT为低电平。经过放大和整形的信号输入到单片机当中。

 

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