电子设计模拟路灯控制系统.docx
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电子设计模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统（I题）
摘要
本路灯系统主要设计共分三大类：
信号采集部分、信号处理及显示、控制执行机构。
信号采集部分包括光敏传感，红外传感，键盘输入。
以单片机STC89C52为核心，在单片机中进行信号的处理及控制，用液晶显示来显示所需的要求，通过键盘的介入，可以改变开灯与关灯的时间。
同时增加采用语音播报来提高人机交互，使得系统更加完善。
整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。
关键词：
单片机STC89C52，信号采集，液晶显示
AbstractThestreetsystemismainlydesignedtobedividedintothreecategories:
signalacquisitionsection,signalprocessinganddisplaytocontroltheexecutivebody.Signalacquisitionpartconsistsoflight-sensitivesensor,infraredsensor,keyboardinput.STC89C52single-chipmicrocomputerasthecore,carriedoutinsingle-chipsignalprocessingandcontrol,withtheliquidcrystaldisplaytoshowthenecessaryrequirements,throughtheinterventionofthekeyboard,youcanchangethelightsandthelightsoftime.Atthesametimeincreaseduseofvoicebroadcasttoimprovehuman-computerinteraction,makingthesystemmoreperfect.Thewholesystemcompact,thecircuitsimple,powerful,scalableandstrong.
Keywords:
SCMSTC89C52,signalacquisition,liquidcrystaldisplay
目 录
1系统设计1
1.1 设计要求1
1.1.1基本要求1
1.1.2扩展部分1
1.2 总体设计方案1
系统总体设计方案1
2单元硬件电路设计2
2.1稳压电源模块2
2.2显示模块2
2.3光敏传感模块2
2.4红外传感模块3
2.5键盘输入模块3
2.6语音播放模块3
2.7恒流源控制模块4
2.8核心控制模块4
3外围电路设计4
3.1电源电路4
3.2光敏控制电路4
3.3语音播放模块电路5
3.4恒流源控制模块电路5
3.5单片机STC89C52核心控制模块电路5
4系统操作说明和软件设计6
4.1系统操作说明6
4.2系统软件流程图6
5系统测试8
6心得体会8
7参考文献9
附录：
系统程序设计9
1系统设计
1.1 设计要求
1.1.1基本要求
（1）用键盘设定、在液晶上显示开关灯时间，并按时开灯和关灯；键盘能独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。
（2）根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。
（3）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，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）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
1．1．2发挥部分
自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。
1.2 系统总体设计方案
根据设计任务要求，并且根据我们自己的需要而附加的功能，该电路的总体框图可分为几个基本的模块，框图如下图所示：
2单元硬件电路设计
2.1稳压电源模块
方案一：
用开关稳压电源给整机供电，此方案能够完成本作品电流源的供电，但开关电源比较复杂，而且体积也比较大，制作不便，因而此方案难以实现。
输出纹波比线性电源差很多，精度也远远达不到线性电源的精度。
方案二：
单片机控制系统以及外围芯片供电采用78系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波稳压。
能构成精度较高的稳压电源，可以更好的输出稳定电压。
此方案输出电流精度高，能满足题目要求，三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。
而且简单实用，易于自制。
经对比，故选用方案二。
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LCD-1602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光敏传感模块
方案一：
简单的用一个电阻加一个光敏电阻，串联起来，通过遮光和不遮光来采集中间电压的变化，然后传给单片机，由单片机来进行信号外理，完成信号传递。
从理论上来说，这种方法是不错的，简单易得，但在实际操作当中，往往有所不如意，主要是传出来的信号电平，不是突变的，也就是说光线照在光敏电阻强度不是跳变的，造成信号的不稳定，所以此种方案不适用。
方案二：
用一个电阻与光敏电阻串联，先把信号传给比较器，再送入单片机内，完成信号传输。
这里把光敏产生的信号送给比较器，主要是用它来整形，在比较器的反向输入端，用电阻分压，作为基准电压，使得经过比较器后的电压，只有两种状态，即高电平和低电平。
如此一来，单片机便可以有效的识别信号了，提高了准确性。
综上所述，所以我们采用方案二。
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：
使用红外发光二极管和接收管组合。
由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。
同时红外系统还具以下优点：
尺寸小，质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。
该传感器不但价格便宜，容易购买，而且处理电路简单易行，实际使用效果很好，能很顺利地感应到物体。
通过对比，在这次设计中由于是近距离探测，采用方案二
2.5键盘模块：
方案一：
采用4X4的距阵键盘，可以输入的值比较多，可设定的功能也相当多，但在本系统中会显得有些多出键来，造成资源的浪费，也带来焊接的困难。
方案二：
若采用X4独立键盘，在需要按键少的情况下，比较适用，而且简单。
在电路应用中，我们所需的键盘很少，所以采用方案二。
2.6语音播放模块
方案一：
采用ZY1420A语音模块。
ZY1420A内部使用ISD1420作为主控芯片,虽然它实现的声音较好，但外围电路复杂，实现的要求高，价格昂贵，性价比不高，对工业来说，不利于产品的大规模生产。
方案二：
采用APR9600语音录放集成电路。
这是一种永久记忆型语音录放电路，可重复录放10万次。
该芯片采用多电平直接模拟量存储专利技术，单片电路可录放32～60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。
具有价格便宜、多种手动控制方式、分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点。
完全可以满足题目要求。
所以我们选择方案二。
2.7恒流源控制模块：
方案一：
采用四端可调恒流源，这种器件靠改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调的目的，这种器件能够达到1~2000毫安的输出电流。
改变输出电流，通常有两种方法：
一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足题目的调节要求；二是通过数字电位器来改变需要的电阻参数，虽然可以达到目的，但数字电位器的每一级步进电阻比较大，所以很难调节输出电流。
方案二：
压控恒流源，通过改变恒流源的外围电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小。
电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到大功率三极管进行放大。
单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管的输出电流恒定。
当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定。
该方案通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能的实现，便于操作。
方案三：
采用芯片CL6808，CL6808是一款高侧电流感应的高亮度LED驱动控制器，设计运用于高效驱动由高于LED正向导通电压的电源供电的单个或多个串联LED。
该装置的运作是在8V到40V之间，提供了一个外部可调的高达1.5A的输出电流。
根据电力供应的电压和外部元件，可以提供高达32瓦的输出功率。
极少的外围器件数，宽输入电压范围，极高的输出电流。
输出电流准确性可达5％，内建的LED开路保护，高达95％的效率，高侧电流感应，迟滞控制；无需补偿。
2.8核心控制模块：
方案1：
采用可编程逻辑器件FPGA作为控制器。
FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。
采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。
但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。
且从使用、功耗及经济的角度考虑我们放弃了此方案。
方案2：
STC89C52单片机采用STC89C52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。
本系统主要是进行信号的处理以及液晶的控制。
因此我们选择STC89C52单片机。
3外围电路设计
3.1电源电路
本电路中，我们用稳压管7805及其外围部件组成电路的供电电源，输出稳定电压。
其电路如下：
3.2光敏控制电路
用一个精密可调电阻和一个光敏电阻串联，光敏电阻通过向光、遮光的电压与1/2Vcc经过比较器比较，再加个电压跟随器输出稳定电压。
向光输出低电平，遮光输出高电平，使其输出信号输入单片机。
电路图如下：
3.3语音播放模块电路
此模块用APR9600语音芯片，利用并行控制，通过拨动拨码开关来控制录放。
通过14脚（SP+）输出，加个放大器来放大声音。
如下图：
3.4恒流源控制模块电路
3.5单片机STC89C52核心模块电路
单片机STC89C52组成一个最小系统，外加两个继电器控制路灯的亮灭，单片机P3.7口、P3.6口接CD4069非门来稳定电压，输出端连继电器的输入端，当继电器来了个高电平时，让继电器吸和，控制灯的亮。
电路如下：
4系统操作说明和软件设计
4.1系统操作说明
系统使用了4个键盘，控制液晶显示菜单的时间模式，其为进入界面、切换、数字的加和减四个。
4.2系统软件流程图
通过对单片机的编程，利用它的中断功能完成由外部电路采集的脉冲计数，实现软件对路灯的亮、灭和亮度的控制等，主要是突出用编程软件达到控制硬件的目的。
中断流程图如下：
主程序流程图：
5系统测试
5.1硬件测试
四个键盘的测试：
键盘
实现的功能
测试结果[定时时间的时、分、秒，工作的模式]
[open的分、秒，close的分、秒]
键盘1
按下键盘1，系统进入界面
按下，在液晶界面上有一位光标在闪烁，说明进入了界面
键盘2
按下键盘2，切换作用
按下，闪烁的光标往右移一位。
两行显示，在显示一行的最后一位时，再按下，光标移到另一行的第一位。
键盘3
数据的加1操作
按下，数字加1
键盘4
数据的减1操作
按下，数字减1
模式的作用：
模式1
控制开灯和关灯的时间，并且显示开灯和关灯的时间
模式2
根据外界环境的明亮程度，开控制路灯的亮和灭
模式3
根据红外传感器来控制路灯的亮和灭
模式4
独立控制路灯的亮和灭
路灯的演示：
根据四种模式来展示；
模式1：
经过单片机程序的编程，对路灯的开灯和关灯时间进行设定，当设定时间和当前时间相等时，两盏路灯会在所设定的时间熄灭或者是点亮。
模式2：
外界环境不同，路灯的状态也不一样，当光敏电阻被挡光时，路灯会点亮，反则，光敏电阻会熄灭。
模式3：
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，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。
模式4：
经过编程，对路灯的开灯和关灯时间进行设定，当设定时间和当前时间相等时，其中一盏等会按照程序的编写自动的熄灭或点亮。
6心得体会
通过本次设计，深深感到理论与实践之间的差距。
在学习单片课程时，很多知识点在理论完全理解了，但到具体的电路设计与实现中，会出现很多一时无法理解的现象，要通过不断的通过强化自身的实践动手能力的培养，才能用理论来指导实践，通过实践来进一步深入理解理论。
7参考文献
[1]蓝和慧等.全国大学生电子设计竞赛单片机应用技能精解.北京：
电子工业出版社,2009年4月第一版.
[2]王港元.电工电子实践指导.南昌：
江西科学技术出版社,2005.03第一版
[3]王静霞.单片机应用技术（C语音版）.北京：
电子工业出版社,2009.5第一版
[4]毕万新.单片机原理与接口技术.辽宁：
大连理工大学出版社,2008.01第五版.
附录：
系统程序设计
#include"reg52.h"
#include"LCD1602.h"
#defineucharunsignedchar
bitat=0;
sbitsystem=P1^0;//模式
sbitUp=P1^2;//时间加
sbitDown=P1^3;//时间减
sbitqie=P1^1;//模式键
sbitLSensor=P1^4;//左传感
sbitMSensor=P1^5;//中传感
sbitRSensor=P1^6;//右传感
sbitSpeaker=P2^1;//蜂鸣器
sbitLLight=P2^7;//左灯
sbitRLight=P2^6;//右灯
sbitLightSensor=P2^3;//光敏
uchardispbuf[8],h,m,s,counter;
ucharnum=1,hang,lie;
charzkh=12,zkm=1,zgh=10,zgm=10;//
charlkh=12,lkm=12,lgh=10,lgm=10,rkh=12,rkm=12,rgh=10,rgm=10;
charmodel=1;
unsignedcharlast=0;
//400ms延时
voidDelay400Ms（void）
{
ucharTempCycA=5;
unsignedintTempCycB;
while（TempCycA--）
{
TempCycB=7269;
while（TempCycB--）;
}
}
//5ms延时***************/
voidDelay5Ms（void）//延时
{
unsignedintTempCyc=5552;
while（TempCyc--）;
}
voidKeySound（）//按键音
{
Speaker=0;//开蜂鸣声
Delay5Ms（）;
Speaker=1;//关蜂鸣声
}/*******更新缓冲区子程序*******/
voidnewbuf（）
{
dispbuf[0]=s%10;
dispbuf[1]=s/10;
dispbuf[3]=m%10;
dispbuf[4]=m/10;
dispbuf[6]=h%10;
dispbuf[7]=h/10;
}
/*******显示子程序**********/
voiddisp（）
{
GotoXY（0,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[7]+0x30）;
GotoXY（1,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[6]+0x30）;
GotoXY（2,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[5]）;
GotoXY（3,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[4]+0x30）;
GotoXY（4,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[3]+0x30）;
GotoXY（5,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[2]）;
GotoXY（6,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[1]+0x30）;
GotoXY（7,0）;LCD_Write（LCD_DATA,dispbuf[0]+0x30）;
}
//模式1
voidmodel1（）
{
GotoXY（14,0）;LCD_Write（LCD_DATA,model+0x30）;
GotoXY（15,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（0,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x4f）;
GotoXY（1,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（2,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zkh/10+0x30）;
GotoXY（3,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zkh%10+0x30）;
GotoXY（4,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x3a）;
GotoXY（5,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zkm/10+0x30）;
GotoXY（6,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zkm%10+0x30）;
GotoXY（7,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（8,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x43）;
GotoXY（9,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（10,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zgh/10+0x30）;
GotoXY（11,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zgh%10+0x30）;
GotoXY（12,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x3a）;
GotoXY（13,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zgm/10+0x30）;
GotoXY（14,1）;LCD_Write（LCD_DATA,zgm%10+0x30）;
GotoXY（lie,hang）;
}
//模式2
voidmodel2（）
{
GotoXY（14,0）;LCD_Write（LCD_DATA,model+0x30）;
GotoXY（15,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
LCD_Print（0,1,"LightControl"）;
GotoXY（lie,hang）;
}
//模式3
voidmodel3（）
{
GotoXY（14,0）;LCD_Write（LCD_DATA,model+0x30）;
GotoXY（15,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
LCD_Print（0,1,"CarControl"）;
GotoXY（lie,hang）;
}
//模式4
voidmodel4a（）
{
GotoXY（14,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x34）;
GotoXY（15,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x61）;
GotoXY（0,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x4f）;
GotoXY（1,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（2,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lkh/10+0x30）;
GotoXY（3,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lkh%10+0x30）;
GotoXY（4,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x3a）;
GotoXY（5,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lkm/10+0x30）;
GotoXY（6,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lkm%10+0x30）;
GotoXY（7,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（8,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x43）;
GotoXY（9,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（10,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lgh/10+0x30）;
GotoXY（11,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lgh%10+0x30）;
GotoXY（12,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x3a）;
GotoXY（13,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lgm/10+0x30）;
GotoXY（14,1）;LCD_Write（LCD_DATA,lgm%10+0x30）;
GotoXY（lie,hang）;
}
voidmodel4b（）
{
GotoXY（14,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x34）;
GotoXY（15,0）;LCD_Write（LCD_DATA,0x62）;
GotoXY（0,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x4f）;
GotoXY（1,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（2,1）;LCD_Write（LCD_DATA,rkh/10+0x30）;
GotoXY（3,1）;LCD_Write（LCD_DATA,rkh%10+0x30）;
GotoXY（4,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x3a）;
GotoXY（5,1）;LCD_Write（LCD_DATA,rkm/10+0x30）;
GotoXY（6,1）;LCD_Write（LCD_DATA,rkm%10+0x30）;
GotoXY（7,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x20）;
GotoXY（8,1）;LCD_Write（LCD_DATA,0x43）;
GotoXY（9,1）;LCD_
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