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模拟路灯控制系统报告.doc
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2022-06-20
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模拟路灯控制系统报告.doc
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模拟路灯控制系统
摘要:本文设计了一个以 AT89C51 为控制核心通过多级通信控制的
模拟路灯控制系统,本路灯由光电开关实现对定位点处经过物体的
精确定位,并将检测的信号经单片机分析处理后控制 LED 灯的亮灭;
LED 的电源采用自制的恒流源驱动;由光敏电阻根据环境光线的变
化实现路灯的自动开关;通过调节 PWM 脉冲占空比实现功率的调
节,以此达到调光效果。由 DS1302 完成控制器的时钟功能,并通
过键盘设定和调整时间。本作品有五总工作模式,其中四种模式可
以群控和独立分控甲乙两灯。经检测本路灯可以正常工作。
关键词:AT89C51;光电开关;DS1302;光敏电阻;恒流源;PWM
脉宽调制脉冲;工作模式
Abstract: this paper designs a USES AT89C51 as the core to control the simulation
street light control system, the street lamp photoelectric switch to achieve by locating
points after the precise orientation in objects, and the detection signal analysis and
processing of SCM control LED lights after the light put out, The power of the LED
self-made constant current source drive; According to the environment by
photoconductive resistance changes of light realize the automatic switch street; By
adjusting the PWM pulse of empty the adjustment of the power than implement, to
move light effect. By DS1302 complete controller clock function, and through the
keyboard and the adjustment of the set time. This work has five total working mode,
including four models to group control and independent control points and party b
two lights. Via detecting the street lamp can work normally.
Keywords: AT89C51; Photoelectric switch; DS1302; Photoconductive resistance;
Constant current source; PWM pulse width modulation pulse; Work mode
1 系统设计
1.1 设计要求
设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图 1.1 所示:
图 1.1 模拟
路灯控制系统
路 灯 布 置 如
图 1.2 所示:
图 1.2 路灯布置示意图(单位:cm)
1.2 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。
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。
1.3 总体设计方案
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:
(1)是时钟功能及定时开关灯。
(2)是根据环境明暗变化,自动开灯和关灯。
(3)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。
(4)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。
(5)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%。
以上功能的实现,都是以单片机为核心,在单片机系统实现的输入输出和显示
功能的基础上,由单片机的内置逻辑和运算功能,加上一定的外围电路得以实
现。针对以上的五个功能,采用模块化的设计思想,以下分别叙述之。
2 方案的比较与论证
2.1 各 2.1 稳压电源模块
恒流源驱动 LED 及 20%到 100%范围内可调亮度。
方案一:采用恒流源驱动芯片,目前市场上成品的恒流源驱动芯片比较多,一般采用
使用取样电阻调节输出电流的方式。这些芯片使用方便,性能较好,但价格较贵。
方案二:采用 PWM 方式驱动功率场效应管输出驱动电流,用电流取样电阻串入 LED
供电回路,用 AD 口读取当前的电流值,实现闭环控制。方案二利用了单片机的 AD 变换
资源,同时采用 PWM 方式,可以使 LED 工作在断断续续的状态,可以延长 LED 的使用
寿命。
本系统采用方案二。
2.2 显示模块
方案一:用 LED 数码显示,控制起来比较简单,编程也不是很难,可以明
了的显示数字,但在实际电路当中,焊接比较烦琐,占用空间大,性价比不高,
对人眼有一定的损害,还要有相应的蕊片(如 74HC573N 蕊片等)组合,占
用资源。若要同时显示多个字符,所用的 LED 数量大,占用面广,却接口也多。
方案二:采用 5110 液晶显示,其显示是采用背光照亮,对人眼损害很弱,
再次 LCD 又是一种节能灯,功耗小,使用寿命长等优点,不需要外加蕊片组合,
可以直接与单片机连接。单片机可以通过软件编程,来实现对液晶的显示的控
制与设定。使用起来十分方便,有长远的价值。所以我们采用此方案 。
2.3 根据环境明暗变化,自动开灯和关灯功能。
方案一:采用比较器的解决方案。
光敏电阻与固定电阻串联,加一级电压跟随器后输入比较器,与比较器负输入端的电
压值进行比较,得到一个高电平或低电平输出,进入单片机的 IO 口。
优点是电路比较直观,操作比较方便,可直接通过电位器调节路灯的开启亮度。对维
护人员的要求不高。
缺点是不方便进行数码控制。
方案二:采用 AD 变换。
光敏电阻与固定电阻串联,由单片机内置的 AD 变换接口读入当前的电压值,然后根据
读取的电压值判断当前的环境亮度。路灯的开启电平由内部的变量控制。方案二的优点在
于可以方便以实现对路灯开启电平的数码控制和远程控制。
本系统采用方案二。
2.4 红外发射模块
方案—:可见光发光二极管与光敏三极管组成的发射—接收电路。这种方案
的缺点在于其他环境光源会对光敏三极管的工作产生很大干扰,一旦外界光亮
条件改变,很可能造成误判和漏判;虽然采取超高亮发光管可以降低一定的干
扰,但这又将增加额外的功率损耗。
方案二:采用工业级的光电开关。这种光电传感器普遍运用于电梯、生产线等工业场
所。优点是使用方便,型号很多,输出量是开关量,不需调理电路。
本系统采用方案二。
2.5 核心控制模块:
方案 1:我们采用 STC 单片机作为主控器,其算术功能强,软件编程简洁
灵活、自由度大 ,可用软件编程实现各种逻辑控制功能,且其功耗低、技术成
熟,成本低廉。但我们对于 STC 的技术不成熟。
方案 2:我们采用 51 单片机作为主控器,,软件编程简洁灵活、自由度大
,可用软件编程实现各种逻辑控制功能,且其功耗低、技术成熟,成本低廉。
而且我们已经学习了一年,有了一定的基础,故我们采用方案二。
2.6 声光报警功能
方案—:采用光敏电阻检测路灯的亮度,同时排除环境光的干扰。
利用单片机的 AD 口,读入光敏电阻上检测到的路灯亮度值。但此方案不稳定因素太
多。
方案二:利用光敏电阻检测路灯的亮度,然后送入比较器进行比较,此方案简单易行,
故我们采用方案二。
种方案比较与选择
2.2 方案论证
2.2.1 系统各模块的最终方案
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