電子大賽模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計電子稿

1、題目 模擬路燈控制系統(tǒng)作者：- 摘 要本設(shè)計是以AT89S52為主控器的模擬路燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可通過定時設(shè)定，分別獨立控制路燈的開啟和關(guān)閉；同時具有調(diào)光功能，能夠按設(shè)定要求使路燈驅(qū)動電源輸出功率在20%100%范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。還能根據(jù)環(huán)境明暗的變化以及交通情況自動開關(guān)燈。并且當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時，能夠聲光報警。關(guān)鍵字：定時設(shè)定、調(diào)光、功率調(diào)節(jié)、聲光報警。 Abstract The design is based on the analog controller AT89S52-based streetlight control systems.The system can be set from

2、time to time, respectively, independent control of lights turn on and off; also has dimming function can be set according to demand that the power lamp driver output power range of 20% 100% of arbitrary regulation.Can also shade the light of environmental changes and automatically switch traffic lig

3、hts.And when the lamp fails to sound and light alarm.Keywords: timing setting, dimming, power conditioning, sound and light alarm. 一、前 言近年來，隨著我國經(jīng)濟改革的深入發(fā)展和信息化時代的深入，各級政府對城市整體形象工程建設(shè)也備受重視。城市亮化越來越被政府所重視，大量的資金投入進行建設(shè)和改造，使得我們的城市夜晚變得燈火輝煌，絢麗多彩，但問題也隨之而來，能耗的逐年攀升，由此產(chǎn)生的某些問題亦逐漸顯露出來，如城市路燈的維護量增大，帶來人員不足；維護費用增加，社會成本過高

4、，電費支出過多，財政承擔(dān)相對困難；光污染現(xiàn)象嚴(yán)重這些問題的產(chǎn)生無疑給當(dāng)?shù)氐穆窡艄芾聿块T的各方面工作帶來很大的壓力，急切加以解決，為此我們設(shè)計并制作了這一節(jié)能智能型的模擬路燈控制系統(tǒng)。二、系統(tǒng)總體框架設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計總體框圖如圖1所示。主控制器 AT89S52LED控制器路燈路燈按鍵移動物體紅外探測時鐘芯片液晶顯示光線檢測聲光報警LED控制器圖1 系統(tǒng)總體框圖三、方案比較與論證§3.1 LED調(diào)光方式的選擇與論證方案一：采用PWM (脈寬調(diào)制) 調(diào)光方式。優(yōu)點：利用簡單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)白光LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖,即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流

5、，從而調(diào)節(jié)白光LED的亮度。能夠提供高質(zhì)量的白光，且應(yīng)用簡單，效率高。 缺點：PWM 調(diào)光容易使得白光 LED 的驅(qū)動電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。 方案二：采用模擬調(diào)光方式。優(yōu)點：避免了由于調(diào)光時所產(chǎn)生的噪聲。在采用模擬調(diào)光時，LED的正向?qū)▔航禃S著LED電流的減小而降低，使得白光LED的能耗也有所降低。缺點：增大了整個系統(tǒng)的能耗，發(fā)光質(zhì)量較差。 方案三：采用數(shù)字調(diào)光方式。優(yōu)點：數(shù)字調(diào)光最大優(yōu)點在于調(diào)光時無噪聲，外圍硬件電路相對簡單。缺點：操作性不強，技術(shù)不夠成熟。綜合以上各方案的優(yōu)缺點，最后確定采用方案一。§3.2障礙物監(jiān)測方式的選擇與論證方案一：采用路兩邊對射方式監(jiān)測。優(yōu)點：動

6、作的穩(wěn)定度高，檢測距離長。缺點：需要架設(shè)電線，實際操作性受限。方案二：采用擴散反射型監(jiān)測優(yōu)點：便于安裝調(diào)整。缺點：在檢測物體的表面狀態(tài)（顏色、凹凸）中光的反射光量會變化，檢測穩(wěn)定性也變化。方案三：采用回歸反射型監(jiān)測優(yōu)點：布線、光軸調(diào)整方便。檢測物體的顏色、傾斜等的影響很少。缺點：檢測物體的表面為鏡面體的情況下，根據(jù)表面反射光的受光不同，有時會與無檢測物體的狀態(tài)相同，無法檢測。綜合以上各方案的優(yōu)缺點，最終選擇方案一。四、系統(tǒng)硬件設(shè)計 §4.1主控電路 本系統(tǒng)采用AT89S52作為控制器，采用DS1302作為時鐘電路。DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的

7、實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周時、分、秒進行計時，工作電流不到1微安。器件的選擇滿足系統(tǒng)低功耗、高性價比的要求。主控制器與時鐘電路原理圖如圖2所示。 圖2 主控制器電路§4.2 LED恒流源驅(qū)動及調(diào)光電路壓控恒流源是系統(tǒng)的重要組成部分，它的功能是用電壓來控制電流的變化，由于系統(tǒng)對輸出電流大小和精度的要求比較高，所以選好壓控恒流源電路顯得特別重要。具體電路原理圖如圖3所示。圖3 LED恒流源驅(qū)動及調(diào)光電路電路中調(diào)整管采用大功率場效應(yīng)管IRF640。采用場效應(yīng)管，更易于實現(xiàn)電壓線性控制電流，也能較好地實現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。在此電路中，R4為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度

8、的變化較?。?，阻值為0.39歐。運放采用LM324作為電壓跟隨器，UI=Up=Un，場效應(yīng)管Id=Is，所以Io=Is= Un/R4= UI/R4。正因為Io=UI/R4，電路輸入電壓UI控制電流Io，即Io不隨RL的變化而變化，從而實現(xiàn)壓控恒流。 當(dāng)用恒流源驅(qū)動LED燈亮?xí)r，單片機的P0.0端子保持高電平接至圖中的脈沖端子；當(dāng)需要調(diào)光功能時，脈沖端接單片機編程輸出的PWM脈沖，通過調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比，達到調(diào)光目的。電流、電壓測試點在圖3中有所標(biāo)注。 §4.3傳感器探測電路 如圖4所示，通過紅外對管探測，當(dāng)有移動物體經(jīng)過切換點時，OUT端子輸出為高電平，切換路燈1和路燈2的亮滅狀

9、態(tài)。在圖5中，通過光敏電阻R4感應(yīng)環(huán)境光線，經(jīng)電壓比較器LM324，通過GK端子控制燈的亮滅。 圖4 紅外探測電路 圖5 光線檢測電路§4.4鍵盤、液晶顯示電路本系統(tǒng)選用金鵬公司的LCD128*64圖形點陣液晶顯示模塊作為顯示器，其數(shù)據(jù)線D0D7l連接單片機的P2.0P2.7。顯示方式非常直觀，可以顯示字符、漢字和圖形。用戶可以從顯示器上看到很友好的界面。采用六個獨立式按鍵S1S6，連接到單片機的P3.2P3.7,按鍵功能分別為S1“確認(rèn)”，S2“返回”， S3“左” ，S4“右”，S5“上(加)”，S6“下(減)”。電路原理圖如圖6所示。 圖6 鍵盤及LCD顯示電路圖7 聲光報警電

10、路§4.5聲光報警電路 當(dāng)檢測到路燈故障時，將單片機的P3.1引腳（BEEP端）拉低，如圖7所示，使LED燈D1閃爍，蜂鳴器鳴叫，發(fā)出報警。圖8 電源電路§4.6電源電路本系統(tǒng)需要+5V電源供電，如圖8所示，JP1接12V交流電，經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后，得到+5V電壓，分別給主控電路和LED驅(qū)動電路供電。 五、系統(tǒng)軟件設(shè)計§5.1軟件設(shè)計思想本系統(tǒng)軟件采用模塊化程序設(shè)計的方法，主要由主控制程序、開機界面子程序、鍵盤服務(wù)子程序、定時子程序、光控開關(guān)燈子程序等部分組成。軟件的主要設(shè)計思想是：從實際出發(fā)根據(jù)時間來選擇模式,系統(tǒng)有時鐘信息，判斷白天和黑夜，白天用光控模式，根

11、據(jù)外界光線明暗來控制路燈，只有在白天光線很暗時開啟路燈。晚上用自動調(diào)節(jié)模式，能根據(jù)交通情況來自動開啟路燈（燈始終隨著人的移動來方向來開啟，經(jīng)過的地方路燈及時關(guān)閉）。分別設(shè)定每個燈的開啟和關(guān)閉時間。時間設(shè)定的優(yōu)先級最高，只要時間在設(shè)定范圍內(nèi)，路燈一直亮，范圍外按白天光控模式，晚上自動調(diào)節(jié)模式控制。工作時，可以顯示系統(tǒng)時間，每個燈的定時時間，燈的亮滅狀態(tài)，工作模式，以及是否有故障。若有故障顯示出故障燈的地址編號和出現(xiàn)故障的時間，并聲光報警。在工作界面按確認(rèn)鍵可以進入菜單來設(shè)置參數(shù)。§5開始初始化顯示時間和控制時間燈是否有故障是否設(shè)置時間設(shè)置時間是否在定時時間是否白天交通情況控制結(jié)束聲光報警關(guān)燈開燈環(huán)境明暗控制是是是是.2 軟件設(shè)計流程圖六、系統(tǒng)功能測試§6.1測試與數(shù)據(jù)分析調(diào)光功能時，路燈驅(qū)動電源輸出功率測試數(shù)據(jù)如下表所示，能夠達到系統(tǒng)要求。測試參數(shù)第一組第二組第三組第四組第五組電壓（U/V）3.393.323.233.152.94電流（I/A）0.310.250.200.160.10功率（P/W）1.0510.830.6460.5040.294下圖為部分工作狀態(tài)的顯示界面。經(jīng)過對本系統(tǒng)的