一、系統設計
(一) 系統方案
系統由傳感器、微處理器 (8051) 、路邊設備組成, 當MCU收到傳感器返回的信息時, 通過對信息的分析, 結合人們的習慣自動亮燈, 以便照亮前方的道路, 同時會關閉后方的燈, 達到節能的目的。
(二) 系統功能
該系統具有4大功能, 一是支持各種道路的情況, 二是支持大于24盞燈的同時控制, 三是擴展性良好, 內置系統時間, 模擬多任務處理的運行方式, 四是可用于樓梯燈行人燈的控制系統。
(三) 系統實現原理
系統采用5V電源驅動, 燈的電源方面選用了5V2A的電源以保證燈光能的正常開啟。AT89S52MCU利用74LS138對單片機的I/O口進行分線, 以便一個MCU能夠管理更多的燈。傳感器采用CD4066進行數據引腳的切換, 以節約產品成本。
路燈的總開關采用三極管 (實際電路中可換成光藕開關) , 路燈設置忙時 (即行人比較多的時間段) 和閑時 (行人較少) 兩個時間段, 在忙時路燈將全部開啟, 在閑時路燈將關閉 (或只打開指定的路燈) , 再利用安裝在路燈下的人體紅外傳感器, 結合人們日常行走的習慣和方式, 對路燈進行控制, 預測并提前打開下一盞燈, 達到節能效果又不影響人們在路燈下的正常行走和活動。
二、系統硬件設計
(一) 人體紅外感應
人體都有恒定的體溫, 一般在37度, 所以會發出特定波長10UM左右的紅外線, 被動式紅外探頭就是探測人體發射的10UM左右的紅外線而進行工作的。人體發射的10UM左右的紅外線通過菲涅爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元件, 這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡, 向外釋放電荷, 后續電路經檢測處理后就能觸發開關動作。當有人進入開關感應范圍時, 專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化, 開關自動接通負載, 人不離開感應范圍, 開關將持續接通;人離開后或在感應區域內無動作, 開關延時 (時間可調TIME 5-120秒) 自動關閉負載。
紅外探頭D203S (見圖1:紅外探頭) :這個紅外探頭是本次作品較為主要的組成部分, 適用電壓約為3.3V, 該探頭有3個引腳, 其中兩邊的分別是正極和地, 中間的為電壓輸出端, 此探頭一般搭配BISS0001使用, 但為了節約成本, 所以采用CD4066來切換多個探頭, 以實現1個IC控制多個探頭的目的。
(二) 模擬開關
CD4066:是四雙向模擬開關, 主要用作模擬或數字信號的多路傳輸。引出端排列與CC4016一致, 但具有比較低的導通阻抗。另外, 導通阻抗在整個輸入信號范圍內基本不變。CD4066由四個相互獨立的雙向開關組成, 每個開關有一個控制信號, 開關中的p和n器件在控制信號作用下同時開關。這種結構消除了開關晶體管閾值電壓隨輸入信號的變化, 因此在整個工作信號范圍內導通阻抗比較低。與單通道開關相比, 具有輸入信號峰值電壓范圍等于電源電壓以及在輸入信號范圍內導通阻抗比較穩定等優點。
三、系統分析
(一) 智能計算的運行模式
眾多的人行走在同一條大街上, 人與人之間會不停的計算著將要行過的路線以及此路線現在所占據的、經過的人將來走向等!通過對多個人信息的收集和總結, 可以預知人們下一個可能發生的動作, 并在這個動作發生之前做出反應。這門新興學科呈現出旺盛的生命力和滲透力。它的應用已擴展到許多科學技術領域。用數學手段把人腦對復雜事物進行模糊度量、模糊識別、模糊推理、模糊控制和模糊決策的本領移植到電子計算機上來, 提高計算機的智能信息處理能力。
(二) 系統軟件流程
軟件方面本文所設計的系統引入了系統時間概念, 通過系統時間激活該系統時間段的相應任務, 可實現多個任務的運行, 大大增加了MCU的使用效率, 中斷方式采用硬中斷, 比軟件中斷更加及時準確, 另外傳感器在本系統的設計是搶占式運行, 避免了其他任務過多的占用系統時間, 使得判斷更為及時。
四、系統測試
(一) 測試方案:
通過制作與真實道路差不多的模型, 啟動系統, 查看系統是否可以正常判斷當前傳感器所返回的信息, 記錄下測試的獲得的數據 (系統正確和錯誤判斷傳感器信息的次數) , 通過用手在路燈前劃過, 看看系統的反應是否及時, 記錄下系統的每次反應時間和平均反應時間, 用手模擬人在該系統控制下的路燈行走, 查看系統運行的情況, 是否能夠達到當初的設計要求。
(二) 測試數據與結果及其實現功能
從表1中測試數據實驗結果來看, 作品已經基本達到當初的制作目的, 但可能由于做工等種種原因, 在測試過程中出現了幾次的誤判和錯判, 但是未影響到系統的正常運行, 接下來的版本中會修復這些錯判和誤判, 使系統能夠更加準確的運行, 無限接近當初本文預想的設計效果。
該作品已能夠判斷出人的位置, 并推算出人下一次出現的地點, 能提前并正確點亮指定的路燈, 是路上行人的前方始終是光明, 而后方的燈也會自動關閉, 完成預先設定的任務, 所以基本的功能已經實現。
五、總結
現在大街上的路燈的解決方法大多都是只在路燈下加裝感應或干脆一直開燈到天亮, 對電的使用很不合理。
比如在路燈下加裝感應器類型的, 當有人經過的時候亮起來了, 可惜前方的道路依然是黑暗的, 當路人走在路燈前端, 身后的路燈依然亮起, 無形中造成了浪費, 此系統解決了這些問題, 結合人們的日常行走習慣, 主動對未來會經過的點進行預測, 使前方的道路一直處于光亮狀態, 而身后的燈也會在路人的不知不覺中被關閉, 如果人在任意一個燈處首次出現的時候, 感應到的路燈兩旁的燈都會同時亮起, 方便路人察看需要行走的方向, 當路人開始行走的時候, 系統會計算出路人可能行走的方向并點亮行人前方的路燈。
這樣既節約了電力, 又不影響人們在道路上的行走, 大大達到了節能的目的。
本方案也可用于樓梯上的燈的管理, 一般來說, 人被一樓感應器感應到都是準備做上樓動作的, 系統會預先打開2樓的樓梯燈, 當人上到2樓的時候預先打開3樓樓梯燈, 所有燈都在預先設定的延時以后關閉 (該延時足夠讓住戶掏鑰匙開門) 。當非一樓感應器感應到人的出現地時候, 此時人們一般都是準備下樓的, 可以通過系統預先打開樓下一層的樓梯燈, 當人們下到該層時再打開下一層的樓梯燈并關閉上一層樓的樓梯燈, 所以此方案相比同類產品有較大優勢。
摘要：燈照亮城市的各個角落, 是城市照明的重要組成部分。因此, 新型高效、節能、壽命長、環保的紅外感應的隨行路燈系統設計方案被提出。通過人體紅外傳感器結合人們的日常習慣而設計出的路燈方案, 通過對MCU的編程和燒寫, 實現對紅外探頭返回的信息進行邏輯判斷, 結合人們的日常習慣計算出亮燈數據對城市街道路燈進行管理, 最后達到路燈跟隨人走的效果, 做到人來燈亮, 人走燈滅的智能化設計, 即節能又不影響到人們正常的出行。
關鍵詞：紅外,MCU,路燈,節能,跟隨
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