模拟路灯控制系统.docx

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模拟路灯控制系统

Documentserialnumber【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

模拟路灯控制系统

衡阳市第四届大学生科技创新大赛

成果总结材料

项目名称面向节能的路灯控制系统研制

参赛学生蒋军王实铭敬文毅

指导教师李祖林王韧

参赛学校湖南工学院

申报时间2010-5-27

材料清单

一、研究报告

1.成果简介……………………………………………………………1

2.项目研究背景和意义………………………………………………1

3.研究计划……………………………………………………………2

4.研究内容……………………………………………………………4

5.成果创新点…………………………………………………………9

二、附件材料

附件一：

电路原理图……………………………………………………10

附件二:

实物图片………………………………………………………12

附件三：

程序清单………………………………………………………13

三、实物作品

衡阳市第四届大学生创新大赛相关项目的研究报告

项目名称：

面向节能的路灯控制系统研制

项目类型：

实用型

成果形式：

1、研究报告；2、实用作品

参赛学生：

蒋军王实铭敬文毅

指导教师：

李祖林王韧

一、成果简介

本系统是基于单片机控制的路灯模拟控制系统，以单片机AT89S52为主控制器，对路面交通情况、外界环境亮度对交通灯的影响和故障等信息进行采集，实现对路灯的智能化节能控制。

该系统以1W高亮度LED灯作为模拟路灯，制作了LED灯恒流驱动电源，电流调节范围在0-1A内可调。

通过红外式反射光电传感器检测路面交通情况，控制LED路灯亮、灭。

通过光敏三极管对环境变化及路灯故障等信号进行检测，实现了路灯亮、灭控制和路灯故障报警。

LED灯能在规定时间实现自动减小亮度，并能在规定范围内设定调节，调节误差小于2%。

该系统节能，性价比高，具有应用价值。

二、项目研究背景和意义

节能是二十一世纪的热门主题，面对全球能源危机，全世界都以节能为方向进行各方面的研究。

LED就是节能的一个研究方向，高亮度LED以其低热损耗，高流明而迅速取代传统照明工具。

系统以高亮度LED灯作为模拟路灯，可以实现路灯的节能控制。

系统附带了周围环境检测功能，可以根据周围环境亮度开启和关闭路灯。

系统还可以根据路面交通情况，控制路灯的调光功能，实现真正意义的节能环保。

综合以上功能，该模拟路灯控制系统有很好的应用价值和研究意义。

三、研究计划

项目确定前期，我们为了更快更好的完成研究设计，做了如下计划：

2009年5月---2009年8月：

进行相关调研。

2009年9月：

组内三人讨论确定总体方案。

2009年9月---2009年10月：

分工协作完成项目的软、硬件设计。

2009年10月---2009年11月：

完成实际系统的制作、调试及测试。

2009年12月---2010年3：

完成项目的总结。

四、研究内容

1、方案的提出

方案描述

针对题目的功能和指标进行分析，基于AT89S52单片机为模拟路灯支路控制器，通过光电传感器对路灯信号的检测，控制二路恒流源驱动LED路灯。

系统整体设计原理框图如图1所示：

方案论证与比较

（1）系统控制方案选择

方案一：

选用数字电路进行控制，但整个系统电路制作复杂，实现题目发挥部分的指标有困难。

方案二：

选用AT89S52单片机为控制器，易于编程控制，外围控制资源丰富，整个控制系统操作更加灵活，电路制作简单、方便、性价比高。

因此，我们选择方案二。

（2）路灯信号检测

方案一：

选用金属传感器，该传感器精度高，反应灵敏，但是金属传感器价格较高。

方案二：

选用红外反射式光电传感器和光敏三极管，该传感器反应灵敏且价格便宜，外围检测电路简单。

考虑到系统检测电路和性价比，我们选择方案二。

（3）LED灯恒流驱动电源

题目要求用恒流源驱动1WLED灯，并具有调光功能，驱动电源输出功率能在规定时间内按设定要求自动减小，该功率要求能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%，方案比较如下。

方案一：

选用模拟电路中所学的比例电流源，电路虽然简单，但该方案为电流-电流转换，且输出电流小，不能驱动1WLED灯。

方案二：

采用开关电路实现恒流源，通过控制PWM信号占空比，并将该信号作为驱动电路的控制信号，实现MOS驱动电路的导通时间，实现电压-电流转换，电源效率高，控制方便，但是电源纹波较多，制作困难。

方案三：

线性数控电流源，用单片机控制DAC0832的输出，通过集成运放控制MOSFET管，实现电压-电流的线性转换，电路制作简单，性价比高。

因此，我们选择方案三。

2、理论分析与设计

单元电路设计

（1）单片机最小系统

支路控制器控制芯片选用AT89S52，以DS1302作为时钟芯片，采用8255作并口扩展，以24c04作为掉电保护，外接矩阵式键盘和液晶显示器和二路DAC0832电路。

（2）路灯信号检测电路

该装置选用红外式反射光电传感器，当小车经过传感器位置时，小车上的铝箔将红外线反射回去，红外接收管接收到信号输出到比较器整形送给单片机，让单片机对路灯进行控制。

其原理图如图2所示：

图2信号检测电路

（3）环境变化检测和故障检测

环境变化和故障检测选用光敏三极管，当环境亮度达到光敏三极管的导通阈值时，光敏三极管导通，信号送给单片机，单片机实现对路灯的控制和发出声光报警。

其原理图如图3所示：

图3光敏三极管检测电路

（4）LED恒流驱动电源

该恒流驱动电源是通过单片机控制DAC0832的输出电压，经运放控制MOS管的导通，MOSFET的源极经1Ω采样电阻接地，对恒流源输出电流进行控制，实现了输出电流的线性数控。

其原理图如图4所示，假设DAC0832输出至运放OP07同相端的输入为

，由运放虚短可知，MOSFET的源极电压

为　　

则恒流源输出电流

通过单片机控制输入电压

，可线性控制恒流源的输出电流

。

图4LED恒流驱动电源

系统软件设计

3、系统测试及分析

系统测试

测试仪器：

数字示波器RIGOLDS5022/25Mhz

直流稳压电源1731B

指针式毫安表精度级

数字万用表DT-890

秒表卷尺

功能测试：

将系统各个单元模块组装好，用小车对系统进行模拟，依次测试如下功能：

时钟功能、能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯、故障检测及报警功能，实现了题目给定的基本要求和发挥部分。

指标测试：

LED恒流驱动电源输出功率的设定与调节测量结果如表1-1所示：

表1-1LED驱动电源输出功率的设定与调节测量结果

预置功率（W）

LED电压（V）

LED电流（mA）

LED功率（W）

误差

66

1%

130

1%

192

1%

244

1%

299

1%

结果分析

经系统调试及测量，我们得出该系统能够满足以下要求：

（1）时钟功能、能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯；

（2）根据环境明暗自动开关灯；

（3）根据交通状况自动调节亮灯状态；

（4）独立控制每只路灯的开关灯时间；

（5）故障地址检测及报警功能；

（6）单元控制器具有调光功能；

（7）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；

（8）功率能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差为1%。

五、成果创新点

1.节能环保。

本项目使用高亮度LED为交通灯，具有低热损耗，高流明等特点，系统可以根据路面交通情况实现交通灯的开启和关闭，并根据实际情况调节路灯的亮度，实现节能环保。

2.智能化控制。

路灯可以根据周围环境的变化为参考，实现自动开启和关闭，自动检测路面交通情况，控制LED路灯亮、灭。

通过光敏三极管对环境变化及路灯故障等信号进行检测，实现了路灯亮、灭控制和路灯故障报警。

3.实用性。

项目经过进一步的开发，具有很好的实用价值和工程应用价值。

附录一系统电路原理图

1.单片机系统原理图

2.传感器及LED驱动电路原理图

附录二程序清单

7f7f7f7f0832A24C3a24C2c24C2c24C24C0832A0832A0832A0832A0832A0832A0832A0832A0832A0c}

if（y==3||y==4）//第三第四行

{

basex=0x88;//下半屏

y=（y-3）*16;//垂直位址都是从0X80开始的，不管上下半屏。

}

for（i=0;i

{

write_command（0x80+y+i）;//写入垂直位址。

write_command（basex+x-1）;//再写入水平位址（上半屏第一字为0X80，……第七字为0X8

//下半屏第一字为0X88，……第七字为0X

for（j=0;j<2;j++）//再写入两个8位元的数据,AC会自动增一，接着写数据

write_data（color）;

}

write_command（0x36）;//写完数据，开图片显示

}

/*****************汉字显示函数******************/

voiddisplayhz（ucharm,ucharn,uchar*p）

{//m表示行n表示列都为首地址

switch（m）

{

case1:

write_command（0x7f+n）;break;//液晶第一行

case2:

write_command（0x8f+n）;break;//0x90+（x-1）

case3:

write_command（0x87+n）;break;

case4:

write_command（0x97+n）;break;

default:

break;

}

while（*p）

write_data（*p++）;

}

///////////////////////////////////////////////////////////////

//////*****************以下是键扫程序******************////////

///////////////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////*键扫描函数*/////////////////////////

ucharkey_scan（void）

{

ucharscancode,tmpcode;

PC8255=0xf0;//在列行没有接高电平发全0列扫描码

if（（PC8255&0xf0）!

=0xf0）//若哪行有0代表有键按下

{

delay_ms（10）;//延时去抖动

if（（PC8255&0xf0）!

=0xf0）//延时后再判断一次，去除抖动影响

{

scancode=0xfe;//从第一列开始发0

while（（scancode&0x10）!

=0）//逐行扫描

{

PC8255=scancode;//输出列扫描码

if（（PC8255&0xf0）!

=0xf0）//本行有键按下

{

tmpcode=（PC8255&0xf0）|0x0f;//*返回特征字节码，为1的位即对应于行和列*/

return（（~scancode）+（~tmpcode））;

}

elsescancode=（scancode<<1）|0x01;//行扫描码左移一位

}

}

}

return（0）;//无键按下，返回值为原来key值（这是松开键让它一直执行子程序）,如返回值为0（是按一下才执行键功能程序,松开就不执行）;

}

///////////////////////////////////////////////////////////////

//////*****************以下是延时程序******************////////

///////////////////////////////////////////////////////////////

////////////////////////*延时子程序*///////////////////////////

voiddelay（ucharus）

{

while（us--）;

}

////////////////////////*延时子程延时1ms*/////////////////////////

voiddelay_ms（unsignedinti）

{

unsignedintj;

for（;i>0;i--）

{

for（j=0;j<125;j++）

{;}

}

}

///////////////////////////////////////////////////////////////

//////*****************以下是1302程序******************////////

///////////////////////////////////////////////////////////////

/////////////*****从1302读取一个字节*****///////////////

ucharread_1302（void）//从1302中读取一个字节

{

uchari,data_1302;

for（i=0;i<8;i++）

{

data_1302>>=1;

if（DS1302_IO）

{

data_1302|=0x80;

}

DS1302_CLK=1;

DS1302_CLK=0;

}

return（data_1302）;

}

///////////******向1302写入1个字节******////////////

voidwrite_1302（uchardata_1302）//向1302中写入一个字节

{

uchari;

for（i=0;i<8;i++）

{

DS1302_IO=（bit）（data_1302&0x01）;

DS1302_CLK=1;

DS1302_CLK=0;

data_1302>>=1;

}

}

//////////******向1302的某一地址中写入一个字节的数据******//////////

voidwrite_all_1302（ucharaddr,uchardata_1302）

{

DS1302_RST=0;

DS1302_CLK=0;

DS1302_RST=1;

write_1302（addr）;//先写地址

write_1302（data_1302）;//再写数据

DS1302_CLK=1;

DS1302_RST=0;

}

////////////*******从1302的某一地址中读取一个字节的数据******//////////

ucharread_all_1302（ucharaddr）

{

uchardata_1302;

DS1302_RST=0;

DS1302_CLK=0;

DS1302_RST=1;

write_1302（addr|0x01）;

data_1302=read_1302（）;

DS1302_CLK=1;

DS1302_RST=0;

return（data_1302）;

}

////////////*****对1302写入初始化时间程序*****//////////////

/*

voidwrite_1302time（void）//向１３０２写入初始时间　包括对１３０２的初始化

{

write_all_1302（0x8e,0x00）;//关闭写保护

write_all_1302（0x80,0x80）;//停止秒的走动

write_all_1302（0x8c,time[1]）;//年

write_all_1302（0x8a,time[0]）;//周

write_all_1302（0x88,time[2]）;//月

write_all_1302（0x86,time[3]）;//日

write_all_1302（0x84,time[4]）;//时

write_all_1302（0x82,time[5]）;//分

write_all_1302（0x80,time[6]）;//秒

write_all_1302（0x8e,0x80）;//打开写保护

write_all_1302（0x80,0x00）;//开启秒的走动　开始计时

}

////////////*****对1302写入初始化时间程序*****//////////////

/*

voidwrite_1302time_1（void）//向１３０２写入初始时间　包括对１３０２的初始化

{

write_all_1302（0x8e,0x00）;//关闭写保护

write_all_1302（0x80,0x80）;//停止秒的走动

write_all_1302（0x8c,time[1]）;//年

write_all_1302（0x8a,time[0]）;//周

write_all_1302（0x88,time[2]）;//月

write_all_1302（0x86,time[3]）;//日

write_all_1302（0x80,time[6]）;//秒

write_all_1302（0x8e,0x80）;//打开写保护

write_all_1302（0x80,0x00）;//开启秒的走动　开始计时

}

////////////*****对1302写入初始化时间程序*****//////////////

voidwrite_1302time_2（void）//向１３０２写入初始时间　包括对１３０２的初始化

{

write_all_1302（0x8e,0x00）;//关闭写保护

write_all_1302（0x80,0x80）;//停止秒的走动

write_all_1302（0x84,time[4]）;//时

write_all_1302（0x82,time[5]）;//分

write_all_1302（0x80,time[6]）;//秒

write_all_1302（0x8e,0x80）;//打开写保护

write_all_1302（0x80,0x00）;//开启秒的走动　开始计时

}

///////////////////////***读1302的时间****//////////////////////////

voidread_1302time（void）//读１３０２的时间　读出的是ＢＣＤ码

{

y=read_all_1302（0x8d）;//年

w=read_all_1302（0x8b）;//周

mon=read_all_1302（0x89）;//月

d=read_all_1302（0x87）;//日

h=read_all_1302（0x85）;//时

m=read_all_1302（0x83）;//分

s=read_all_1302（0x81）;//秒

second=s/16*10+s%16;//秒的转换　　　为十进制

minute=m/16*10+m%16;//分的转换

hour=h/16*10+h%16;//时的转化

week=w/16*10+w%16;//周de转化

day=d/16*10+d%16;//日的转换

month=mon/16*10+mon%16;//月的转换

year=y/16*10+y%16;//年的转换

}

////////////////******显示1302时间******///////////////////

voiddisplay1（void）//第一路显示程序　

{

read_1302time（）;

if（disbuffer[11]!

=year/10||disbuffer[10]!

=year%10）

{

write_command（0x90）;//首地址

write_data（0x32）;

write_data（0x30）;

disbuffer[11]=year/10;

disbuffer[10]=year%10;

write_data（dispcode[disbuffer[11]]）;//年

write_data（dispcode[disbuffer[10]]）;

displayhz（2,3,"年"）;

}

if（disbuffer[9]!

=month/10||disbuffer[8]!

=month%10）

{

write_command（0x93）;//首地址

disbuffer[8]=month%10;

disbuffer[9]=month/10;

write_data（dispcode[disbuffer[9]]）;//月

write_data（dispcode[disbuffer[8]]）;

displayhz（2,5,"月"）;

}

if（disbuffer[7]!

=day/10||disbuffer[6]!

=day%10）

{

write_command（0x95）;//首地址

disbuffer[6]=day%10;

disbuffer[7]=day/10;

write_data（dispcode[disbuffer[7]]）;//日

write_data（dispcode[disbuffer[6]]）;

displayhz（2,7,"日"）;

}

}

voiddisplay2（void）

{

read_1302time（）;

if（disbuffer[5]!

=hour/10||disbuffer[4]!

=hour%10）

{

write_command（0x89）;

disbuffer[4]=hour%10;

disbuffer[5]=hour/10;

write_data（dispcode[disbuffer[5]]）;//时

write_data（dispcode[disbuffer[4]]）;

displayhz（3,3,"时"）;

}

if（dis