基于单片机的模拟路灯控制系统设计
基于单片机控制的智能路灯控制系统设计
基于单片机控制的智能路灯控制系统设计一、本文概述随着科技的不断进步和城市化进程的加速，城市照明系统作为城市基础设施的重要组成部分，其智能化改造已成为提升城市管理水平和节能减排的重要措施。
智能路灯控制系统作为城市照明系统的核心，其设计和实现对于提高路灯的运行效率、降低能耗、增强城市照明的智能化水平具有重要意义。
本文旨在探讨基于单片机控制的智能路灯控制系统的设计方法和实现策略。
本文将介绍智能路灯控制系统的基本概念和功能需求，阐述其在城市照明中的作用和意义。
将详细分析单片机控制系统的工作原理及其在智能路灯控制中的应用，包括单片机的选型、外围设备的选择、控制算法的设计等关键技术问题。
接着，本文将重点介绍智能路灯控制系统的设计流程，包括硬件设计、软件编程、系统测试等环节，并结合实际案例，展示该系统在实际应用中的效果和优势。
本文将对智能路灯控制系统的发展趋势进行展望，探讨未来可能的技术革新和应用拓展。
通过本文的研究和分析，期望能够为相关领域的工程技术人员和研究人员提供有益的参考和启示，推动智能路灯控制系统的发展，为建设更加智能、节能、环保的城市照明系统贡献力量。
二、智能路灯控制系统总体设计本节将详细介绍基于单片机控制的智能路灯控制系统的总体设计。
该系统设计旨在实现路灯的智能化管理，提高能源利用效率，同时确保道路照明质量。
能效优化：通过精确控制路灯的开关和亮度，减少能源浪费，实现节能减排。
单片机控制单元：作为系统的核心，负责处理传感器数据，控制路灯的开关和亮度。
传感器单元：包括光强传感器和运动传感器，用于检测环境光线强度和行人车辆流动情况。
单片机根据传感器数据，通过预设的控制算法，决定路灯的开关和亮度。
通信协议：采用稳定可靠的通信协议，确保数据传输的实时性和安全性。
三、单片机控制模块设计单片机控制模块是整个智能路灯控制系统的核心部分，负责接收传感器信号、执行控制逻辑、以及驱动路灯的开关。
在本设计中，我们采用了广泛应用的STC89C52单片机作为核心控制器。
基于单片机的太阳能路灯控制系统设计
目录
01 一、系统需求分析
02 二、系统硬件设计
03 三、系统软件设计
04 四、结语
05 参考内容
随着社会对环保和能源利用的度不断提高，太阳能路灯控制系统在城市照明 中的应用越来越广泛。这种系统可以有效降低电力消耗，减少碳排放，同时提高 能源利用效率。本次演示将探讨基于单片机的太阳能路灯控制系统的设计。
三、系统软件设计
系统软件设计主要是根据传感器的输入和预设规则来控制路灯的开关和亮度。 具体来说，程序需要实现以下几个功能：
1、实时监测环境光线和时间：通过读取光敏电阻或数字光感器的电压值以 及GPS模块或网络时间服务器的当前时间，程序可以实时获取环境光线和时间数 据。
2、控制路灯开关：根据当前时间和环境光线强度，程序可以判断是否需要 打开或关闭路灯。例如，在夜晚或光线较弱的情况下，程序可以自动打开路灯； 而在白天或光线较强的情况下，程序可以自动关闭路灯。
5、日志记录：为了方便后期维护和管理，程序需要具备日志记录功能。例 如，记录每天的开关灯时间、亮度值以及异常情况等。
四、结语
基于单片机的太阳能路灯控制系统设计可以有效提高城市照明的智能化和绿 色化水平。通过实时监测环境光线和时间，自动控制路灯的开关和亮度调节，可 以有效降低电力消耗和碳排放，同时提高能源利用效率。这种系统不仅可以广泛 应用于城市道路照明中，也可以为其他领域提供一种绿色、智能的能源利用方案。
参考内容
随着人类对可再生能源的依赖日益增加，太阳能路灯系统在公共照明领域中 的应用越来越广泛。这种系统不仅可以节约电力，降低碳排放，而且可以持续供 电，不受天气影响。然而，如何有效地管理和控制太阳能路灯系统，使其在保证 照明质量的最大限度地减少电力消耗，是当前面临的一个重要问题。本次演示提 出了一种基于单片机的太阳能路灯智能控制系统设计，以解决这一问题。
基于单片机的模拟路灯控制系统模块设计
基于单片机的模拟路灯控制系统模块设计文章介绍了一种以89C51单片机为核心构成的模拟路灯控制系统的控制电路，该电路采用传感器检测技术，使路灯可以根据交通和环境情况自动调节灯的状态。
并具有故障检测功能，故障发生时，某一支路发出报警信号，同时有显示部分显示故障灯所在支路的地址编码。
再加上液晶显示模块和信息输入模块，可以直观地显示出路灯的亮灭时间并可对其进行控制操作。
标签：路灯控制；LED驱动；MCU；传感器1 模拟路灯控制系统的方案设计与论证该系统创新点自动检测交通状况，并及时调节亮灯状态。
换句换说该系统具有测试点不同、运动状态不一样的情况下，灯的亮灭不一样，当某一运动的物体即将到达灯下时，该路灯提前点亮，当运动的物体驶过该路灯快要来到下一路灯下时，上一路灯熄灭，下一路灯点亮。
所以该系统首先具备检测运动物体的运动状态，还要求控制器能根据环境的变化而变化，形成智能化控制灯亮灭的目的。
通过分析，该系统设计了光控开关来实现这一功能。
1.1 探测运动物体该系统采用单片机控制路灯亮灭，当检测到物体运动时，将检测到的信号传回单片机，并有单片机根据信号对LED灯进行控制。
方案一：利用光敏电阻检测运动物体的信号。
根据光敏电阻对光线的灵敏度原理，光敏电阻收到的光亮度增加时，光敏电阻的阻值减小，使输出的电压增大为高电平，又因为串联分压，此时需加入电平转换电路，使输出的信号转换为低电平，输入单片机进行控制。
该方案设计的缺点是光敏电阻的测光范围宽，灵敏度较高，响应范围宽。
那么，该系统若要顺利进行，运动物体需要带有光源，另外光敏电阻还会受路灯等其他灯光的影响，故导致其不能正常工作。
为了节约成本，我们可以利用光敏电阻的特性，设计光电开关、故障检测等电路。
方案二：根据方案一的分析，光电开关工作原理是根据发射端发出的光束，经过物体反射，接受端据此判断是否有物体经过。
若没有光线被折射回来，输出高电平；反之，则输出低电平。
单片机再根据接收端电平的高低，做出相应控制。
基于单片机模拟路灯控制系统
基于51单片机的模拟路灯控制系统1. 系统设计1.1 设计要求一、任务<来自原题）设计并制作一套模拟路灯控制系统。
控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。
图1 路灯控制系统示意图图2 路灯布置示意图<单位：cm）二、设计要求+1．基本要求<1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。
<2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。
<3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M<在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时<见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。
<4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。
<5）当路灯出现故障时<灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。
2．发挥部分<1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。
<2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。
<3）性价比高，工作稳定，符合电磁兼容<EMC）方面的要求，无对外干扰或干扰小。
1.2 总体设计方案1.2.1 功能分解及设计思路本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面：一是时钟功能及定时开关灯。
二是根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。
三是根据交通情况自动调节亮灯状态：当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。
四声光报警功能，当路灯出现故障时而不亮时，控制器发出信号，并显示有故障路灯的地址编号。
五是根据绿色节能照明要求，采用恒流源驱动LED路灯发亮且能调光，路灯驱动电源输出功率能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。
单片机控制的模拟路灯控制系统设计
单片机控制的模拟路灯控制系统设计模拟路灯控制系统是一种基于单片机控制的系统，用于智能地控制路灯的亮灭。
通过使用单片机作为主控制器，可以实现对路灯的自动亮灭、亮度调节、时间设置等功能，提高路灯的节能性和智能化程度。
一、系统设计方案1.硬件设计(1)单片机选择：选择一款功能强大、易于编程的单片机作为主控制器，如STC89C52(2)光敏电阻：用于感知光线强度，控制路灯的亮灭。
(3)三色LED灯：用于模拟路灯的亮灭状态，分别表示红、黄、绿三种不同的亮度。
(4)显示屏：用于显示系统的运行状态和参数设置。
(5)时钟模块：用于系统的时间设置和计时功能。
2.软件设计(1)系统初始化：在系统启动时，进行各个模块的初始化操作，包括IO口设置、定时器设置、中断设置等。
(2)光敏电阻检测：通过ADC模块读取光敏电阻的电压值，转换成灯光亮度等级。
(3)路灯控制：根据光敏电阻的电压值，控制三色LED灯的亮灭状态。
根据亮灯等级的不同，选择相应的亮灯模式，如红灯、黄灯、绿灯。
(4)时间设置：通过时钟模块设置系统的时间，并可以设定定时开关灯功能。
(5)显示屏交互：通过显示屏显示系统的运行状态和参数设置，实现与用户的交互功能。
二、系统功能详解1.自动亮灭功能系统通过光敏电阻感知光线的强度，根据设置的亮灯等级，自动控制路灯的亮灭状态。
当光线强度低于一定阈值时，系统自动点亮路灯；当光线强度高于阈值时，系统自动熄灭路灯。
这样可以根据实际的光照情况，智能地控制路灯的亮度，节约能源。
2.亮度调节功能系统可以根据用户的需求，通过显示屏进行亮度调节的设置。
用户可以根据实际需求设定不同的亮度等级，系统将根据用户设置的亮度等级来控制路灯的亮度。
这样可以根据不同的环境要求，调节路灯的亮度，提高路灯的灯光利用率。
3.时间设置功能系统通过时钟模块提供时间设置功能，用户可以根据实际需求设置系统的时间，并可以设定定时开关灯功能。
用户可以设定指定时间点的开灯和关灯时间，系统将根据用户设定的时间进行控制。
基于单片机的LED路灯控制系统设计
基于单片机的LED路灯控制系统设计引言：随着科技的飞速发展，节能环保成为了世界各国的共同目标。
而在城市照明领域，传统的荧光灯和高压钠灯逐渐被LED灯取代，以其高效节能、寿命长等优势成为了照明行业的主流。
本文将介绍一种基于单片机的LED路灯控制系统设计，旨在提高LED路灯的节能效果和照明质量。
一、系统设计概述本系统采用单片机作为控制核心，通过检测周围环境的亮度和路况，智能地控制LED路灯的亮度和开关状态，以达到最佳的节能效果和照明质量。
主要包括以下几个方面的设计内容：传感器模块、单片机控制模块、LED驱动模块、通信模块。
二、传感器模块设计1.光敏传感器：采用光敏电阻或光敏二极管作为感光元件，通过模拟电路将光信号转换为电信号，然后通过单片机的模拟输入引脚读取光强度数据。
2.路况传感器：采用压电材料或振动传感器，通过检测路面的振动和压力变化，判断是否有车辆经过。
同样通过模拟电路将信号转换为电信号，然后通过单片机的模拟输入引脚读取路况数据。
三、单片机控制模块设计1.单片机选型：选择一款适合的低功耗、高性能单片机，如STM32系列。
单片机通过模拟输入引脚读取传感器数据，并通过数字输出引脚控制LED的亮度和开关状态。
2.控制算法：利用单片机的计算能力，结合光强度和路况数据，设计合理的控制算法。
例如，当检测到光强度较低且无车辆经过时，路灯亮度调整到较低水平；当检测到光强度较低且有车辆经过时，路灯亮度调整到适中水平；当检测到光强度较高时，路灯关闭或亮度调整到最低水平。
3.系统界面设计：通过LCD显示屏和按键等外设，设计用户友好的系统界面，方便用户查看和设置LED路灯的工作状态和参数。
四、LED驱动模块设计将单片机的数字输出引脚连接到合适的LED驱动电路，以控制LED的亮度和开关状态。
可采用PWM调光技术控制LED的亮度，通过单片机输出不同的脉宽信号，控制LED的亮度级别。
同时，为了确保LED的正常工作，还需要设计合适的电源管理模块，提供稳定的电压和电流给LED。
基于单片机控制的模拟路灯控制系统
基于单片机控制的模拟路灯控制系统摘要：本文设计的模拟路灯控制系统可以合理的利用电能，避免很多不必要的电能损失，该系统采用ATMEL公司的AT89C51单片机作为控制核心，此单片机的时钟振荡系统能够显示时钟信息，并能够采集各种外部信号，经过整理后，为路灯做出相应的变化。
提高能源的利用率，美化了公路周边的环境，同时也为市民的出行带来极大的方便，降低交通事故的发生率。
关键词：路灯 AT89C51 光电开关光敏电阻直流电机Based on MCS Control Lighting Control System SimulationSummary：This design of street light control system simulation reasonable use of electrical energy, avoiding a lot of unnecessary power loss, the system uses ATMEL Corporation AT89C51 microcontroller as the control core, this microcontroller's clock oscillation system can display clock information, and be able to collect a variety of external signal, after finishing, in order to make corresponding changes in the street. To improve energy utilization and beautify the roads surrounding environment, but also bring great travel for the public convenience, to reduce the incidence of traffic accidents.Keyword：Street AT89C51 photoelectric switch photosensitive resistance DC Motor1. 引言目前市场中采用的太阳能路灯控制系统不能很好地利用能源，致使能源的无故浪费，而本文设计的模拟路灯控制系统是采用高亮度的LED灯进行显示控制，以单片机为微控制器，可以实现设定、显示开关灯时间，能够自动调节亮灯状态，当路灯出现故障时能够查出故障路灯具体地址。
单片机控制的路灯系统模型设计
图２
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２２环境明暗检测与故障声光报警 环境 明暗检 测也是系统的 ＿ 重要组成部分， 它主要用于 白天路灯的关闭和夜晚路灯 的开启。 本系
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统利用光敏 电阻和 电压比较器选择适当的光照环境 ，当光照到达一 定强度时 ， 检测模块给单片机 一个信号 ， 经过单 片机判断是否到达设 定 的开启时间， 实现 自动开启 各个路灯。当某个路灯发生故障， 控制 该路灯 的从机通过 串口给主机一个信号 ，屏幕显示故障灯 的地址编 号 ，同 时 发 出告 警 声 并 予 以灯 光提 示 。 声 音 告 警 单 元 由 音 乐 芯 片 Ｋ ９ ６ 和 扬 声 器 组成 ， 出 告 警声 ， 时 显 示屏 旁边 的 红 色 发 光 二 Ｄ ５１ 发 同 极管点亮， 发出告警信号。 ２３交通情况检测系统 与电源模块 采用红外发射管和接收管， ． 发射部 分利用 ５ ５多谐振荡 电路 ， ５ 产生 ３ Ｋ ｚ ８ Ｈ 方波 ， 可达 到调 制 目 的， 并经过调制红外信号 与接 收管配合 ， 可将检测距 离提 高到 ２ ｃ ０ ｍ 以上。Ｌ Ｄ驱动 电路采用恒流供 电方式是比较理想的供电方式 ， Ｅ 它 能 避 免 Ｌ Ｄ正 向电压 时改 变 引 起 的 电流 波 动 ， Ｅ 同时 能 提供 恒 定 的 电
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表 1 交通情况自动调节测试
M 物体
S 点 A 点 B 点 C 点 S'点
LED 灯 1
开
开
关
关
关
LED 灯 2
关
关
开
开
关
离定点误差值 / cm 0．2
0
0．5
0
0．3
（ 2） 开关灯定时测试 设定 LED 灯 1 及 LED 灯 2 同时开（ 17： 00） ，LED 灯 1 及 LED 灯 2 同时关 （ 17： 10 ） ； 设定 LED 灯 1 及 LED 灯 2 分别在不同时间开关（ LED 灯 1 于 18： 00 开， LED 灯 2 于 18： 10 开； LED 灯 1 于 9： 00 关，LED 灯 2 于 9： 10 关） 。开关灯定时测试如表 2 所示。
理论输出电流 / mA 60 91 122 152 183 215 244 271．5 305
实际输出电流 / mA 61 92 123 155 183 218 246 276 302
从测试结果可以看出，电流源的恒流精度达到了 98．7% ，输出功率精度变化小于 2% ，基本技术指标达 到设计要求。
has a clear combination of human and the machine and it is convenient to adjust through infrared remote control． And
the system has a good stability as well as precision．
采用光敏电阻实现对其明暗的变化，产生不同的
系统的软件采用 C 语言编程，软件开发采用新华 龙 Silicon Laboratories IDE 软件平台进行调试。为了 编写和调试的方便，节省资源，程序使用模块化设计， 根据各功能要求分别设计程序，大大简化了程序的设 计和调试工作，节省设计周期。 3．1 系统主程序
ILED
=
Vin
×
R39 R25 × R40
由上式可以看出输出电流的值仅与输入端控制电
压有关，两者成正比关系，电路中 R25 = R26 ，R39 = R30 ， 通过选择适当的电阻值可以改变比例因子。在改变电
流源比例因子的同时，也要注意改变补偿电容 C29 的电 容值。
2．3 位置检测电路
采用红外收发传感器，一个发射管发射红外线和
street lamp control system clock； set the display time and control lights of branchs in time； control lights automatically
according to the changes of brightness； adjust the lights automatically according to the traffic condition； control every
器方式实现自动调节功能； 该系统具有人机界面直观，红外遥控调节方便，系统运行稳定，精度高等特点。
关键词： C8051F020； 红外传感器； 恒流驱动电源； 自动调节
中图分类号： TP273
文献标识码： A
文章编号： 1006 － 2394（ 2011） 11 － 0045 － 04
The Design Based on Simulation Street Lamp Control System
25 μV） ，所以 OP07 在很多应用场合不需要额外的调 零措施； OP07 同时具有输入偏置电流低（ ± 2 nA） 和开 环增益高（ 300 V / mV） 的特点。OP07 集成运放 6 脚的 输出电压经电阻 R30 反馈至反相输入端，构成同相比 例电路。功率三极管 Q6 的基极与运放相连，用来增加 驱动电流。当 OP07 的同相端输入电压恒定时，由于 负反馈的存在，保证了 OP07 输出电压恒定，从而使流 经 LED 负载的电流为恒定电流。LED 恒流驱动电源 电路原理图如图 5 所示。
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仪表技术
2011 年第 11 期
过 PID 算法比较判断检测值的大小是否到 20% ，如果 不够，时钟信号加 1，同时修改 PWM 控制电压输出。 若时钟信号不加 1，就要考虑是否需要手动调节功率。
4．2 恒流源输出功率测试 表 3 是在恒流源带 LED 负载，调节控制电压时的
实测电流值。
WANG Ai1 ，SHE Dan-ni2
（ 1． Hunan Industry Polytechnic，Changsha 410208，China； 2． Donghua Univercity，Shanghai 201620，China）
Abstract： A design of a street lamp control system is introduced in this paper，in which the hardware mainly con-
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仪表技术
2011 年第 11 期
1．2 系统设计方案 系统采用 C8051F020 单片机作为系统的控制器，
利用有线传输方式实现对 LED1 和 LED2 的控制，控制 方式如图 2 所示。C8051F020 单片机是完全集成的混 合信号系统级芯片，内部自带 ADC、DAC。而本系统 需要采集环境明暗的变化，自动控制 LED 亮度，这需 要将模拟电压转换为数字量处理，将数字量转换为模 拟量控制。整个系统完全自给自足，使用外围器件少， 系统成本低，系统调试简单方便。
2011 年第 11 期
仪表技术
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基于单片机的模拟路灯控制系统设计
王 皑1 ，佘丹妮2 （ 1． 湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208； 2． 东华大学，上海 201620）
摘要： 文章设计了一种路灯控制系统，它的硬件主要由美国 Cygnal 公司的 C8051F020 单片机、12864 液晶显示器、LED 恒流驱
Key words： C8051F020； infrared sensors； constant-current drive power source； automatic adjustment
0 引言
本文采用高效节能环保的 LED 灯作为光源，利用 传感器模块、光控路灯模块、恒流源模块来实现，根据 环境、交通等因素，单片机采集光敏电阻或光电开关的 信号控制路灯的亮灭，实现了光电和时间控制； 同时具 有交通情况检测、故障自动检测与报警等功能，实现了 路灯的智能化控制，节省了电力能源和人力资源。
图 2 C8051F020 控制方式结构
2 系统硬件设计 2．1 系统总体框图及控制电路的设计
红外线路灯控制系统硬件结构如图 3 所示。控制
图 3 红外线路灯控制系统硬件结构
图 4 C8051F020 单片机最小系统及接口电路原理图
2011 年第 11 期
仪表技术
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2．2 LED 恒流驱动电源设计 由于 OP07 具有非常低的输入失调电压（ 最大为
表 2 开关灯定时测试
时间
17： 00 17： 10 18： 00 18： 10 9： 00 9： 10
LED 灯 1
开
关
开
关
关
关
LED 灯 2
开
关
关
开
开
关
上表可见系统存在误差，误差产生是由于电路本 身时钟有误差，还有人为的读数误差。
sists of the US Cygnal C8051F020 SCM，12864 LCD and LED constant-current drive power． C8051F020 SCM is the
core to control the branch of this system． With this system，it is feasible to do these things： simulates the function of the
图 6 红外收发传感器判断交通情况原理框图及红外接收发射电路
电压，经单片机内部模数转换处理，根据检测的信号进 行相应的处理，实现因环境变化而改变 LED 灯的开关 状态。其原理图如图 7 所示。
图 7 环境明暗变化检测与故障检测电路
3 系统软件设计
图 5 LED 恒流驱动电源电路原理图
根据图 5 可知：
1 系统设计要求方案
1．1 系统设计要求 设计并制作一套模拟路灯控制系统，路灯布置如
图 1 所示。要求实现模拟路灯控制系统的时钟功能， 设定显示开关灯时间，并能控制支路按时开灯和关灯；
收稿日期： 2011 － 07 作者简介： 王皑（ 1972—） ，男，硕士，讲师，研究方向为电子技术。
图 1 路灯布置示意图
动电源等组成。C8051F020 单片机作为模拟路灯控制系统支路控制核心，实现模拟路灯控制系统的时钟功能，设定显示开关灯时
间，并能控制支路按时开灯和关灯； 根据环境明暗的变化自动控制开灯和关灯； 根据交通情况自动调节亮灯状态； 独立控制每只路
灯的开灯和关灯时间； 当路灯出现故障时，支路控制器发出滴答的报警信号，并显示有故障灯的编号。交通情况采用红外收发传感
图 9 功率调节子程序流程图
4 系统测试
4．1 开关控制功能测量 （ 1） 交通情况自动调节测试 交通情况自动调节测试如表 1 所示。测试结果表
明能自动调节 LED 灯 1 及 LED 灯 2 的开关，且可移动 物体 M 上定位点与过“亮灯状态变换点”（ S、B、S' 等 点） 垂线间的距离≤2 cm。
系统主要由主控单片机、显示接口、红外遥控、传感器、 恒流驱动等功能模块组成。C8051F020 单片机接收红 外线遥控信号，设定其开关灯的时间，启动模拟控制系 统，并将环境明暗信号采集输入单片机进行模数转换， 控制 LED 灯的开关状态。单片机实时检测 LED 灯的 工作状态，当出现故障时，单片机控制声光电路报警并 控制液晶显示器显示其故障点编号。在规定的时间内 输出模拟电压控制 LED 灯的亮度。根据红外接收信 号检测交通情况，并能根据不同的交通情况对 LED 灯 作出相应智能控制。C8051F020 单片机最小系统及接 口电路见图 4。