LED路燈智能控制系統設計方案

摘要：出于對能源消耗及智能化水平的考慮，傳統的路燈控制方式已不能滿足社會發展的需求。在分析了單片機MSP430的性能優勢之后，從綠色能源、節約能源和性價比的角度出發，提出了一個基于MSP430為控制核心的設計方案。單片機在規定亮燈時間內檢測背景光強度，若背景光強度較弱啟用熱釋電紅外傳感器開始探測人體和車輛發出的紅外信號。當有人或車輛進入傳感器探測區域，單片機輸出脈寬調制信號PWM,并根據背景光強度調整LED路燈的亮度，選用合適的占空比來控制恒定電流源的工作電流來保證道路的可見度，從而完成對LED路燈的智能化控制。實驗仿真結果充分證明了系統方案的可行性、高效性和穩定性。

0 引 言

近年來，隨著經濟的高速發展和汽車的逐漸普及，城市的交通問題已經引起人們越來越多的關注，城市道路照明的重要性也日益增大。目前，我國大部分城市的路燈照明都采用全夜燈恒照度的方式，控制方式仍然是簡單的光控和時控等傳統方式，這大大增加了城市的用電量，為此，政府承擔著巨額的財政支出，而路燈照明設備的使用壽命也大大降低。因此，引入智能交通系統（ITS）成為提高城市交通管理水平的一個重要途徑。

本設計以低功耗單片機MSP430為主控部件，采用熱釋電紅外傳感器檢測人體及車輛發出的紅外信號，運用光敏電阻檢測背景光的強度，通過恒定電流源來控制LED燈光的強度。根據各個季節天黑的時間不同設置各自的路燈開啟和關閉時間，在規定時間對移動物體進行檢測，實現對路燈的智能化控制，提高了路燈照明的有效性，避免了電力資源的浪費。

1 熱釋電紅外傳感器與菲涅耳透鏡

利用紅外線傳感器可以檢測到物體發射出的紅外線，從而可以檢測到不同物體的存在。制造熱釋電紅外傳感器的材料，以陶瓷氧化物及壓電晶體用得最多，這類材料具有強烈的自發極化性能，當受到熱輻射而產生溫度變化時介質的極化狀態隨之發生變化。由于內部電荷的速度遠遠高于表面電荷的變化速度，晶體兩端會產生數量相等而極性相反的獨立電荷，這就是電介質的熱釋電效應。熱釋電紅外傳感器就是利用被測物體熱輻射引起敏感元件溫度的變化進行探測的。熱釋電紅外傳感器被廣泛應用到安防監控、電子防盜、自動控制照明和工業自動控制等領域。

物體釋放的紅外線能量十分微弱，當直接用熱釋電紅外傳感器接收紅外線時，靈敏度相對較低，一般情況下很難滿足系統需求。為了提高熱釋電紅外傳感器的接收靈敏度，在其表面罩上一片菲涅耳透鏡，其探測距離可以增加到原來的5~7倍。菲涅耳透鏡[1]是一種由聚乙烯材料根據菲涅耳原理制成的塑料薄紋透鏡，對紅外線的透射率大于65%.根據菲涅耳透鏡的工作原理可知，當有移動物體發射的紅外線進入透鏡的探測范圍，菲涅耳透鏡會產生一個交替的盲區和高靈敏區,熱釋電紅外傳感器的兩個反向串聯的敏感元件輪流檢測運動物體，形成一系列光脈沖后，進入傳感器。所以，熱釋電紅外傳感器無法檢測到靜止的物體。菲涅耳透鏡在安裝時與熱釋電紅外傳感器之間的距離應滿足與菲涅耳透鏡的焦距相等。

2 控制系統硬件設計

控制系統硬件組成以MSP430為核心控制器，輔以外圍電路如AD/DA 數據采集處理系統模塊、熱釋電紅外傳感器模塊、背景光檢測模塊和LED驅動模塊等。其系統硬件框圖如圖1所示。

2.1 數據采集模塊

2.1.1 物體定位檢測

信號探測采用被動式雙元熱釋電紅外傳感器P2288,并在其表面罩上一個菲涅耳透鏡用來提高其探測靈敏度。它以非接觸形式檢測出人體及車輛放射出的微弱紅外線能量并轉化成電信號輸出，物體定位檢測電路如圖2所示。當P2288探測到有人或者車輛進入到探測區域，P2288產生一個交變紅外輻射信號，并輸出一個微弱的電壓信號（TTL電平）。

信號經過二級運放后輸入到雙限比較器當中，其中RW3用來調節二級運放的放大倍數，RW4用來設定兩個門限電平Uref1（U7處）和Uref2（U8處），當探測電壓大于Uref1時，U7輸出高電平，U8輸出低電平，則D2導通而D3截止，熱釋電OUT 為高電平；當探測電壓低于Uref2時U7輸出低電平，U8輸出高電平，則D2截止而D3導通，熱釋電OUT為高電平；當探測電壓介于Uref1和Uref2之間時D2和D3都截止，熱釋電OUT為低電平。經過放大和整形的信號輸入到單片機當中。