模拟路灯控制系统.docx
《模拟路灯控制系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟路灯控制系统.docx（66页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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
1.1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：
1.2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
2.1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
2.2系统软件设计
3、系统测试及分析
3.1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0.5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
0.20
2.92
66
0.19
1%
0.40
3.06
130
0.39
1%
0.60
3.18
192
0.61
1%
0.80
3.26
244
0.79
1%
1.00
3.34
299
0.99
1%
3.2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
////////////////*****************调用函数声明**************///////////////
#include
#include
#include
#include
#include
#include
////////////////*****************8255头文件定义**************///////////////
#defineCOM8255XBYTE[0x7f03]/*8255命令口地址*/
#definePA8255XBYTE[0x7f00]/*8255的PA口地址*/
#definePB8255XBYTE[0x7f01]/*8255的PB口地址*/
#definePC8255XBYTE[0x7f02]/*8255的PC口地址*/
#defineDAC0832AXBYTE[0x1fff]
#defineDAC0832BXBYTE[0x3fff]
///////////////*****************数据类型声明**************//////////////////
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
////////////////*****************24C04读写地址**************///////////////
#defineread0xa1//器件地址以及读操作
#definewrite0xa0//器件地址以及写操作
#defineADDR0xff//ADDR最高地址
////////////////*****************液晶控制信号**************////////////////
sbitrs=P1^0;//为高电显示数据
sbitrw=P1^1;//为高电数据被读到DB7-DB0
sbiten=P1^2;//使能信号
////////////////*****************DS1302控制信号**************///////////////
sbitDS1302_CLK=P1^3;//实时时钟时钟线引脚
sbitDS1302_IO=P1^4;//实时时钟数据线引脚
sbitDS1302_RST=P3^3;//实时时钟使能信号线引脚
//////////////*******************AD52535控制信号***************///////////////
sbitCC=P1^7;
sbitBB=P1^6;
sbitAA=P1^5;
sbitDD=P3^4;
sbitEE=P3^5;
sbitFF=P3^2;
///////////////******************液晶头函数*******************////////////////
ucharcommand;
voidclear_lcd（）;//清屏程序
voidlcd_int（）;//初始化
voidlcd_set（）;//功能设计
voidcheckbusy（）;//判忙
voidwrite_command（ucharcommand）;//写命令
voidwrite_data（uchardata0）;//写数据
voiddisplayhz（ucharm,ucharn,uchar*p）;//汉字显示函数
voidsetwordbkcolor（ucharx,uchary,ucharwide,ucharbkcor）;
voidsetrowbkcolor（ucharrow,ucharbkcor）;
/////////////////*****************延时头函数*******************//////////////////
voiddelay_ms（unsignedinti）;//延时1ms
voiddelay（ucharus）;
/////////////////****************键扫头函数*******************/////////////////
ucharkey_scan（void）;//键扫描函数
////////////////***************时钟头函数***************////////////////
voidwrite_1302（uchardata_1302）;//向1302写入1个字节
voidwrite_1302time_2（void）;
voidwrite_1302time_1（void）;
voidwrite_1302time（void）;
voidtime_disbuffer（void）;
voidwrite_all_1302（ucharaddr,uchardata_1302）;//向1302的某一地址中写入一个字节的数据
ucharread_all_1302（ucharaddr）;//从1302的某一地址中读取一个字节的数据
ucharyear,month,week,day,hour,second,minute;////////DS1302的变量
ucharyear_1,month_1,day_1,hour_1,second_1,minute_1;
ucharcodedispcode[]={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x2e,0x3a};//液晶显示０到９;0x2e为小数点
uchartime[8]={0x02,0x09,0x09,0x04,0x12,0x48,0x05,0x50};//输进的初始时间
uchardisbuffer[12];//反冲数组
ucharkai1[8];
ucharidataguan1[8];
ucharidatakai2[8];
ucharidataguan2[8];
ucharidatas,m,h,d,mon,y,w;
uchard1,d2,d3,d4,d5,d6;
ucharshi,fen,miao;
/////////////***************24C04头函数***************////////////////
sbitSDA=P3^1;//数据线
sbitSCL=P3^0;//时钟线
voidstart（）;//开始
voidstop（）;//停止
uchari2c_read（）;//读AT24C04
biti2c_write（ucharwrite_data）;//写AT24C04
ucharread_retn（ucharre_adder）;//在指定地址adder处读出数据
voidwrite_byte（ucharadder,ucharwrite_data）;//在指定地址adder处写入数据
voidfill_byte（ucharfill_dady）;//24C04数据擦除
ucharkk;
uchardsj;
voidsjsj（void）;
ucharSC=0;SB=0;
ucharR;
ucharkey,key1,key2,key3,v;//键扫值
ucharjs,ha;
ucharG=0x30;//对应功能变量
ucharlu;
uchargl;
ucharcaibiao[16]={0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8};
ucharidatacaibiao1[22]={0x10,0x18,0x20,0x28,0x30,0x38,0x40,0x48,0x50,0x58,0x60,0x68,0x70,0x78,0x80,0x88,0x90,0x98,0xa0,0xa8,0xb0,0xb8};
ucharjs1,js2,js3,js4,hh;
voidshuzi_1（void）;
voidzong（void）;
voidzhi（void）;
voidxianzai（void）;
voiddisplay4（void）;
voiddisplay3（void）;
voiddisplay2（void）;//这些以后写功能函数
voiddisplay1（void）;
voidgongneng1（void）;
voidgongneng2（void）;
voidgongneng3（void）;
voidgongneng4（void）;
voidgongneng5（void）;
voidgongneng（ucharG）;//功能选择
voiddiaodian（void）;
voidxuanze（void）;
voidqing（void）;
voidsan（void）;
voidsan1（void）;
voidsan2（void）;
voidjianshao（void）;
voidjiaotong（void）;
voidguzhang（void）;
voidhuanjing（void）;
voidbujian（void）;
voidbujin（void）;
voidgonglv（void）;
voidshijian（void）;
voiddiao（void）;
uchari=20;
uchardjs,ty=50,tj;
voidmain（void）
{
lcd_int（）;//初始化
lcd_set（）;//功能设置
clear_lcd（）;//清屏
start（）;
stop（）;
delay_ms（100）;//单片机与8255同时复位
COM8255=0x88;//给8255送命令,PA,PB口都为输出,PC口高位为输入，低位输出。
R=read_retn（50）;//掉电判断
diaodian（）;
clear_lcd（）;
//fill_byte（0xff）;
DAC0832A=0x00;
DAC0832B=0x00;
displayhz（1,1,"模拟路灯控制系统"）;//开机界面
display3（）;
//write_1302time（）;//1302写初始时间
displayhz（4,2,"系统时间设定"）;
while
（1）
{
key=key_scan（）;
//delay_ms（15）;
//delay（100）;
display1（）;
display2（）;
huanjing（）;
write_byte（50,0）;
if（key==0x11）{i++;DAC0832A=i;DAC0832B=i;}
if（key==0x41）{i--;DAC0832A=i;DAC0832B=i;}
if（key==0x21）{G=0xd9;qing（）;setrowbkcolor（1,1）;}/////////////////////////////////////
if（key==0x84）{gongneng5（）;}
if（key==0x88）//确认键：
第四行第四列
{
clear_lcd（）;
delay_ms（200）;
xuanze（）;
qing（）;
G=0;
while
（1）
{
write_byte（50,0）;
delay（500）;
key1=key_scan（）;
delay_ms（150）;
if（key1==0x21）{G=0xd9;qing（）;setrowbkcolor（1,1）;}
if（key1==0x41）{G=0xda;qing（）;setrowbkcolor（2,1）;}
if（key1==0x81）{G=0xdb;qing（）;setrowbkcolor（3,1）;}
if（key1==0x12）{G=0xdc;qing（）;setrowbkcolor（4,1）;}
if（key1==0x88&&G!
=0）{clear_lcd（）;delay_ms（100）;gongneng（G）;}//确认键：
第四行第四列
if（key1==0x18）{G=0;clear_lcd（）;break;}//取消键：
第四行第一列
}
clear_lcd（）;display3（）;displayhz（1,1,"模拟路灯控制系统"）;displayhz（4,2,"系统时间设定"）;
}
}
}
voidxuanze（void）
{
displayhz（1,2,"交通故障控制"）;
displayhz（2,2,"总支路控制"）;
displayhz（3,2,"各支路控制"）;
displayhz（4,2,"输出功率设置"）;
write_command（0x80）;
write_data（0xa2）;
write_data（0xd9）;
write_command（0x90）;
write_data（0xa2）;
write_data（0xda）;
write_command（0x88）;
write_data（0xa2）;
write_data（0xdb）;
write_command（0x98）;
write_data（0xa2）;
write_data（0xdc）;
}
voidqing（void）
{
setrowbkcolor（1,0）;
setrowbkcolor（2,0）;
setrowbkcolor（3,0）;
setrowbkcolor（4,0）;
}
voidgongneng（ucharG）
{
while
（1）
{
switch（G）
{
case0xd9:
gongneng1（）;break;
case0xda:
gongneng2（）;break;
case0xdb:
gongneng3（）;break;
case0xdc:
gongneng4（）;break;
}
key3=key_scan（）;
if（key==
升级会员 