自动控制路灯亮度
在旧时代，路灯是通过人工手动控制的。如今，路灯的自动化控制已经出现。然而，人们可以观察到，在高峰时段（即没有交通的时候，以及清晨）并不需要高亮度。通过在这些时段降低亮度，可以在一定程度上节省能源。
有许多方法可以节省电力，例如在检测到车辆时开启路灯、使用光敏电阻和继电器控制路灯等。本文提出的电路通过计算特定区域的高峰时段来控制路灯的亮度。本文展示了两个电路，一个使用ATmega8控制路灯，另一个使用PIC单片机控制路灯。常见的路灯是HID（高强度放电）灯，它们消耗大量电力。为了节省能源，电路设计中用高亮度LED灯替代了HID灯。
1. 使用ATmega8的路灯自动亮度控制
1.1 路灯自动亮度控制电路原理
本项目的主要原理是使用脉冲宽度调制（PWM）控制路灯的亮度。计算特定区域的高峰时段，并根据这些时段，单片机通过调整PWM信号来增加或减少路灯的亮度。
这些高峰时段可以通过考虑交通密度、时间、环境光照强度等参数来计算。
2. 路灯自动亮度控制电路图
2.1 路灯自动亮度控制电路元件
- ATmega8单片机
- DS1307芯片
- 光敏电阻
- LED阵列
- LCD显示屏
2.2 路灯自动亮度控制电路设计
路灯自动亮度控制电路虽然简单，但需要大量的编程工作。该电路包括ATmega8控制器、DS1307、光敏电阻、继电器和LED。
2.2.1光敏电阻（LDR） ：光敏电阻用于计算环境的光照强度。光敏电阻连接到单片机的ADC1（PC1）引脚。通过ADC将模拟光信号转换为数字值。
2.2.2实时时钟（RTC） ：通过RTC计算当前时间。实时时钟有8个引脚，其中SCL和SDA分别连接到PC5和PC4引脚。SCL是串行时钟，而SDA是串行数据。RTC兼容I2C协议，I2C表示集成电路间通信。每个时钟周期在数据总线上传输一位数据。
通过仅使用两条双向总线即可在设备之间传输数据。每个设备可以作为从机或主机。从机设备将有一个地址，这些设备可以通过此地址访问。
2.2.3LCD ：LCD用于显示从RTC芯片读取的时间。电路图中展示了4位模式下LCD的连接方式。LCD的D4-D7引脚连接到单片机的PD0-PD3引脚。
LCD的RS引脚连接到单片机的PD4引脚。RW和使能引脚分别连接到控制器的PD5和PD6引脚。
LED阵列是由多个高功率LED串联组成的。它连接到单片机的PWM引脚。
2.3 I2C协议
I2C是一种由Philips公司发明的通信协议。它非常适合于集成电路和外设之间的通信。它使用两条线来传输数据。
- 串行数据 - SDA
- 串行时钟 - SCL
- 可以通过两条线连接多达128个设备。 每个连接的设备都将有一个地址。发起数据传输的设备称为主机。
- 每个设备将有一个7位地址。
- 主机最初在数据线上发送起始位。
- 然后，它发送要通信的设备的地址以及操作模式，即读取或写入。
- 从机设备监听传入的数据，并检查其地址是否与接收到的数据匹配。地址匹配的设备发送确认信号。
- 然后主机开始从从机设备传输或接收数据。
- 传输完成后，主机发送停止位。
- 只有在SCL引脚为低电平时，才能改变SDA上的数据。
3. 路灯自动亮度控制电路的工作原理
- 首先为电路供电。
- 时间显示在LCD显示屏上。
- 将光敏电阻置于黑暗中，因为路灯只有在光敏电阻没有光照时才会亮起。
- 现在检查时间，如果时间在晚上9点到凌晨2点之间，路灯将以全亮状态发光。
- 从凌晨2点开始，灯光的亮度会逐渐降低，最终在清晨以最低亮度发光。当光敏电阻检测到光线时，灯光会自动关闭。
代码的编写方式是，在凌晨2点之前，灯光将以全亮状态发光。从那时起，亮度会逐渐降低，最终在早上降至零。
3.1该电路的局限性
- 即使节省了能源，但如果在设定时间之后有车辆经过，灯光的亮度也会很低。
- 无法最大 限度地节省能源。
4.使用PIC单片机的路灯自动亮度控制
4.1电路图
4.2元件
- IC1 PIC 16F877A
- IC2 DS 1307
- LCD1 16X2字符型LCD显示屏
- R1, R2 10 KΩ
- R3, R4 1 KΩ
- R5 10 KΩ
- R6 1 KΩ
- R7 10 KΩ
- R8, R9, R10和R11 330 Ω
- R12 10 KΩ
- R13 10 KΩ电位器
4.3元件描述
4.3.1 PIC16F877A
电路中使用的单片机是PIC16F877A。它是一个8位单片机，用于读取光敏电阻上的电压，并检查实时时钟芯片中的时间。根据读数，LED灯将被打开或关闭。
4.3.2 DS1307
这是一个实时时钟芯片。单片机与DS1307之间的通信通过I2C协议进行。它提供时钟和日历，包括秒、分、小时、星期几、日期、月份和年份等详细信息。时间可以设置为12小时制或24小时制，并且有上午/下午的指示。
4.4 工作原理
我们在电路中同时使用光敏电阻和RTC的原因如下：如果只使用光敏电阻，那么将无法节省任何能源，因为路灯会在光敏电阻上的光照强度降低时亮起，并且在光照强度增加时关闭。
如果只使用RTC，路灯将在预设时间开启和关闭，而不管外部照明条件如何。当设备打开时，RTC将从代码中预设的时间开始。
单片机等待光敏电阻的信号，当光敏电阻上的光照强度降低时，单片机的输出被激活，路灯开始亮起。此事件仅在当前时间在预设时间范围内时发生，即仅在下午5点之后。
灯光将持续以全亮状态发光，直到凌晨3点。当时间达到凌晨3点时，路灯的亮度将逐渐降低，并在上午6点或光敏电阻上的光照强度增加时关闭，以先到者为准。
因此，通过上述电路实现了路灯的自动亮度控制，该电路包括光敏电阻、RTC、PIC单片机和LED阵列。
4.5 替代电路
上述电路使用LED阵列作为路灯以节省电力。但是，相同的电路也可以用于点亮普通的HID路灯。HID路灯的自动亮度控制电路如下。
上述电路仅显示了路灯的接口，其余电路相同。它包括一个继电器、一个连接到市电的高强度放电路灯和一个二极管。
只有当光敏电阻上的光照强度低时，继电器才会闭合，路灯才会亮起。
5. 路灯自动亮度控制电路的优点
- 可以减少电力浪费。
- 使用LED阵列降低了成本。
- 使用RTC和光敏电阻可以产生准确的结果。