电子大赛模拟路灯控制系统设计电子稿.doc
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题目模拟路灯控制系统
作者：
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摘要
本设计是以AT89S52为主控器的模拟路灯控制系统。
系统可通过定时设定，分别独立控制路灯的开启和关闭；同时具有调光功能，能够按设定要求使路灯驱动电源输出功率在20%~100%范围内任意调节。
还能根据环境明暗的变化以及交通情况自动开关灯。
并且当路灯出现故障时，能够声光报警。
关键字：
定时设定、调光、功率调节、声光报警。
Abstract
ThedesignisbasedontheanalogcontrollerAT89S52-basedstreetlightcontrolsystems.Thesystemcanbesetfromtimetotime,respectively,independentcontroloflightsturnonandoff;alsohasdimmingfunctioncanbesetaccordingtodemandthatthepowerlampdriveroutputpowerrangeof20%~100%ofarbitraryregulation.Canalsoshadethelightofenvironmentalchangesandautomaticallyswitchtrafficlights.Andwhenthelampfailstosoundandlightalarm.
Keywords:
timingsetting,dimming,powerconditioning,soundandlightalarm.
一、前言
近年来，随着我国经济改革的深入发展和信息化时代的深入，各级政府对城市整体形象工程建设也备受重视。
城市亮化越来越被政府所重视，大量的资金投入进行建设和改造，使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但问题也随之而来，能耗的逐年攀升，由此产生的某些问题亦逐渐显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难；光污染现象严重……这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，急切加以解决，为此我们设计并制作了这一节能智能型的模拟路灯控制系统。
二、系统总体框架设计
根据系统要求，设计总体框图如图1所示。
主控制器
AT89S52
LED控制器①
路灯①
路灯②
按键
移动物体红外探测
时钟芯片
液晶显示
光线检测
声光报警
LED控制器②
图1系统总体框图
三、方案比较与论证
§3.1LED调光方式的选择与论证
方案一：
采用PWM（脉宽调制）调光方式。
优点：
利用简单的数字脉冲，反复开关白光LED驱动器的调光技术。
系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光LED的亮度。
能够提供高质量的白光，且应用简单，效率高。
缺点：
PWM调光容易使得白光LED的驱动电路产生人耳听得见的噪声。
方案二：
采用模拟调光方式。
优点：
避免了由于调光时所产生的噪声。
在采用模拟调光时，LED的正向导通压降会随着LED电流的减小而降低，使得白光LED的能耗也有所降低。
缺点：
增大了整个系统的能耗，发光质量较差。
方案三：
采用数字调光方式。
优点：
数字调光最大优点在于调光时无噪声，外围硬件电路相对简单。
缺点：
操作性不强，技术不够成熟。
综合以上各方案的优缺点，最后确定采用方案一。
§3.2障碍物监测方式的选择与论证
方案一：
采用路两边对射方式监测。
优点：
动作的稳定度高，检测距离长。
缺点：
需要架设电线，实际操作性受限。
方案二：
采用扩散反射型监测
优点：
便于安装调整。
缺点：
在检测物体的表面状态（颜色、凹凸）中光的反射光量会变化，检测稳定性也变化。
方案三：
采用回归反射型监测
优点：
布线、光轴调整方便。
检测物体的颜色、倾斜等的影响很少。
缺点：
检测物体的表面为镜面体的情况下，根据表面反射光的受光不同，有时会与无检测物体的状态相同，无法检测。
综合以上各方案的优缺点，最终选择方案一。
四、系统硬件设计
§4.1主控电路
本系统采用AT89S52作为控制器，采用DS1302作为时钟电路。
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周时、分、秒进行计时，工作电流不到1微安。
器件的选择满足系统低功耗、高性价比的要求。
主控制器与时钟电路原理图如图2所示。
图2主控制器电路
§4.2LED恒流源驱动及调光电路
压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。
具体电路原理图如图3所示。
图3LED恒流源驱动及调光电路
电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。
采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。
在此电路中，R4为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为0.39欧。
运放采用LM324作为电压跟随器，UI=Up=Un，场效应管Id=Is，所以Io=Is=Un/R4=UI/R4。
正因为Io=UI/R4，电路输入电压UI控制电流Io，即Io不随RL的变化而变化，从而实现压控恒流。
当用恒流源驱动LED灯亮时，单片机的P0.0端子保持高电平接至图中的脉冲端子；当需要调光功能时，脉冲端接单片机编程输出的PWM脉冲，通过调节PWM脉冲的占空比，达到调光目的。
电流、电压测试点在图3中有所标注。
§4.3传感器探测电路
如图4所示，通过红外对管探测，当有移动物体经过切换点时，OUT端子输出为高电平，切换路灯1和路灯2的亮灭状态。
在图5中，通过光敏电阻R4感应环境光线，经电压比较器LM324，通过GK端子控制灯的亮灭。
图4红外探测电路
图5光线检测电路
§4.4键盘、液晶显示电路
本系统选用金鹏公司的LCD128*64图形点阵液晶显示模块作为显示器，其数据线D0～D7l连接单片机的P2.0～P2.7。
显示方式非常直观，可以显示字符、汉字和图形。
用户可以从显示器上看到很友好的界面。
采用六个独立式按键S1～S6，连接到单片机的P3.2～P3.7,按键功能分别为S1“确认”，S2“返回”，S3“左”，S4“右”，S5“上（加）”，S6“下（减）”。
电路原理图如图6所示。
图6键盘及LCD显示电路
图7声光报警电路
§4.5声光报警电路
当检测到路灯故障时，将单片机的
P3.1引脚（BEEP端）拉低，如图7所示，
使LED灯D1闪烁，蜂鸣器鸣叫，发出
报警。
图8电源电路
§4.6电源电路
本系统需要+5V电源供电，
如图8所示，JP1接12V交流电
，经整流、滤波、稳压后，得到
+5V电压，分别给主控电路和
LED驱动电路供电。
五、系统软件设计
§5.1软件设计思想
本系统软件采用模块化程序设计的方法，主要由主控制程序、开机界面子程序、键盘服务子程序、定时子程序、光控开关灯子程序等部分组成。
软件的主要设计思想是：
从实际出发根据时间来选择模式,系统有时钟信息，判断白天和黑夜，白天用光控模式，根据外界光线明暗来控制路灯，只有在白天光线很暗时开启路灯。
晚上用自动调节模式，能根据交通情况来自动开启路灯（灯始终随着人的移动来方向来开启，经过的地方路灯及时关闭）。
分别设定每个灯的开启和关闭时间。
时间设定的优先级最高，只要时间在设定范围内，路灯一直亮，范围外按白天光控模式，晚上自动调节模式控制。
工作时，可以显示系统时间，每个灯的定时时间，灯的亮灭状态，工作模式，以及是否有故障。
若有故障显示出故障灯的地址编号和出现故障的时间，并声光报警。
在工作界面按确认键可以进入菜单来设置参数。
§5开始
初始化
显示时间和控制时间
灯是否有故障
是否设置时间
设置时间
是否在定时时间
是否白天
交通情况控制
结束
声光报警
关灯
开灯
环境明暗控制
是
是
是
是
.2软件设计流程图
六、系统功能测试
§6.1测试与数据分析
调光功能时，路灯驱动电源输出功率测试数据如下表所示，能够达到系统要求。
测试参数
第一组
第二组
第三组
第四组
第五组
电压（U/V）
3.39
3.32
3.23
3.15
2.94
电流（I/A）
0.31
0.25
0.20
0.16
0.10
功率（P/W）
1.051
0.83
0.646
0.504
0.294
下图为部分工作状态的显示界面。
经过对本系统的反复测试，本系统能够实现题目要求的内容，功率测试完全符合要求，红外对管探测距离精确度较高达到了1.5cm，优于题目要求的2cm，很好的达到了设计和制作要求。
§6.2测试使用的器件
序号
型号、名称
数量
备注
1
FM47指针式万用表
1
2
DT9205A数字式万用表
1
3
ADS7062CA数字示波器
1
4
卷尺
1
测量S、B、S’处红外探测器的探测误差
5
激光灯
1
改变亮暗环境
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