光控路灯自动控制器的设计方案Word下载.docx

1、一个LED路灯，如果要达到和普通的高压钠灯和高压水银灯那样的亮度，大约需要消耗的40W以上功耗，只有传统路灯的25%40%。随着技术的发展，LED已经开始逐渐取代白炽灯。智能控制型路灯是运用先进的通讯手段，计算机网络技术、自动控制技术、新型传感技术与自动检测技术等构成的监控系统，快速准确地对道路照明、城市灯饰工程、广场照明、桥梁和隧道照明等系统进行智能监控，实现对远程路灯和电源实施遥控、遥测、遥监、遥视、遥信等功能，便于了解路灯运行状况以及它的维修和保养，能提高路灯运行质量和效率，为能源节约和创造节约型社会打下基础。路灯智能控制系统一般由控制中心主站、各点测控分站、通讯系统三大部分组成。主站主

2、要负责管理、控制整个系统的运行，其兼容性和容量大小可灵活配置；通讯一般采用有线或无线与的方式，目前技术有利用单片机实现路灯控制器的TCPIP协议（实现自己数据的高速传输和实时控制）等技术；无线技术有GSM 短信息网、CDPD公共无线数据网，或而各分站点通过安装单片机或新技术装备（如LONWORKS技术）构成其控制器，从而达到与主站通讯、接受命令、执行开关、控制电压、控制时间、反馈数据信息等功能。第一章 模拟路灯控制方案本设计采用智能控制系统的路灯开关、亮度调节、时间控制等方式都能实现远程遥控，达到时控模式、光控模式、旁路模式的目的。设置开关灯时间表，可实现路灯全夜灯和半夜灯自动定时控制，管理人

3、员可针对具体的情况对某一个或多个终端随时进行开关控制（分组、分区、全部开关等方式）；还可根据日光的变化进行的“光控”，通过主站控制器采样个时段日照强度，通过RS-485通信的方式控制从站实现路灯的光照强度的改变，达到“光控”的目的，这样不仅节约电能，而且也保护了路灯，延长了它们的使用寿命；还可根据分站控制器的传感器感应公路上行车和行人，将这些信息反馈给主站控制中心，由主站智能控制器决定是否打开灯，以及打开灯的数量和光照强度。控制系统框图如图1所示，图1 路灯控制框图路灯智能控制系统由控制中心主站、各点测控分站、通讯系统三大部分组成。LED 路灯控制系统以AT89S52单片机为控制核心，通过单片

4、机实现对路灯定时开关、亮度调节、时间显示及通信的控制。时钟系统由时钟芯片DS1302实现时钟功能，即使在工业现场等极端恶劣工作环境中，仍保证时间误差2.0V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。SCLK为时钟输入端。 下图为DS1302的引脚功能图：DS1302原理图2.5.2 DS1302的控制字节DS1302 的控制字如图1所示。控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的

5、地址;最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。2.5.3 数据输入输出（I/O）在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。2.5.4 DS1302的寄存器DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表2。此外，DS1302 还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等

6、。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0HFDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。2.6 光控系统的设计光控系统由光敏电阻比较器LM93组成，光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。LM393 为双电压比较器，

7、LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成。 该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393 系列便与 MOS 逻辑电路直接接口。 各引脚功能： 8 脚电源，4 脚电源，1 脚比较器 A 输出，2脚比较器 A 反相输入，3 脚比较器 A 同向输入，5 脚比较器 B 同向输入，6 脚比较器 B 反相输入，7 脚比较

8、器B输出。LM393引脚功能图光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻经比较器与用户设置的参数作比较，作出相应的动作，返回到主站控制系统中，再由主控制器进行运算、处理，从而实现智能光控。其工作原理：光照下降时由于光明电阻阻值上升，比较器反向输入端电压升高，到设定的值时LM393的输出由高电平转变为低电平。光控系统原理图2.7 红外检测模块 判断交通状况的传感器使用TCRT5000光电传感器TCRT5000传感器的工作原理与一般的红外传感器一样,一传一感.TCRT5000具有一个红外发射管和一个红外接收管.当发射管的红外信号经反射被接收管接收后,接收管

9、的电阻会发生变化,在电路上一般以电压的变化形式体现出来,而经过LM393电路整形后得到处理后的输出结果.调节电阻R3可以改变传感系统的灵敏度，硬件参考原理图如下图：红外检测模块原理图红外开关与LED灯的真值表2.8 恒流源系统设计用LM2576组成恒流源驱动LED,LM2576系列稳压器是单片集成电路，提供作为降压开关稳压器应有的所有功能，可以通过优良的线荷调节与负载调节，驱动3A的负载。LM2576系列器件具有多种固定的电压输出：3.3V，5V，12V，15V和一个可调节输出版。LM2576系列器件使用简单，只需极少的外部元件，且包含内置频率补偿和一个固定频率的晶振。LM2576系列器件可作

10、为流行三端线性稳压器的高效替代方案，大大减少了散热片的体积，在大多数情况下，甚至不需要散热。适用于LM2576器件的一系列标准电感，可从多个不同的制造商处获得，这种特性大大简化了开关式电源的设计。LM2576系列器件的其他特性还包括：在指定的输入电压和输出负载范围内，可保证4%的输出电压容差，以及10%的晶振频率容差。LM2576还集成了外部关断模式，待机电流仅为50 A（典型）。LM2576的输出开关不仅包括逐周期电流限制，还在故障发生时，采用热关断为器件提供充分的保护。LM2576 特性：（1）3.3V, 5V, 12V, 15V,以及可调节输出版 （2）可调节版输出电压范围：1.23V3

11、7V，4%最大线荷调节与负载调节 （3）保证3A输出电流 （4）宽输入电压范围：40V （5）仅需4个外部元件 （6）52 kHz 固定频率的内部晶振 （7）TTL关断功能，低功耗待机模式 （8）高效率 （9）利用现成的标准电感 （10）热关断和限流保护 （11）P+ 增强型产品检验 2.9 路灯通讯系统设计本设计采用该总线标准进行数据传输，利用单片机本身所提供的简单串行接口，加上总线驱动器SN75176组合成RS-485通讯网络，实现路灯的智能自动控制。RS-485半双工异步通讯总线是一种被广泛使用的数据通讯总线。它具有通讯距离远、通讯速率高、成本低等优点。RS-485串行总线接口标准以差分

12、平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰的能力，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备，加上收发器具有很高的灵敏度，能检测抵达200mv的电压，因此传输信号可在千米之外得到恢复。2.9.1 RS485应用技术问题在应用系统中，RS-485半双工异步通信总线是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。由于实际应用系统中，往往分散控制单元数量较多，分布较远，现场存在各种干扰，所以通信的可靠性不高，再加上软硬件设计的不完善，使得实际工程应用中如何保障RS-485总线的通信的可靠性成为各研发机构的一块心病。在使用RS-485总线时,如果简单地按常规方式设计电路

13、，在实际工程中可能有以下两个问题出现。一是通信数据收发的可靠性问题；二是在多机通信方式下，一个节点的故障（如死机），往往会使得整个系统的通信框架崩溃，而且给故障的排查带来困难。针对上述问题，我们对485总线的软硬件采取了具体的改进措施。2.9.2 硬件电路的设计AT89S52单片机自带的异步通信口，外接75176芯片转换成485总线。其中为了实现总线与单片机系统的隔离，在MCU的异步通信口与75176之间采用光耦隔离。光耦器件需要+12V，其他芯片均用+5V供电。系统简图如图1所示，充分考虑现场的复杂环境。图1. RS-485系统示意图2.9.3 从设备地址配置电路设计对于监控网络，从设备的硬

14、件设计必须考虑到能够配置自己的地址。最终地址的配置方法采用开关组加上拉电阻排与微处理器端口连接来实现。设备地址通过手工拨动开关设定，由系统的初始化程序通过读取I/O端口得到。2.9.4 总线驱动器芯片SN75176常用的RS-485总线驱动芯片有SN75174，SN75175，SN75176。SN75176芯片有一个发送器和一个接收器，非常适合作为RS-485总线驱动芯片。SN75176及其逻辑如图1所示。图1SN75176芯片及其逻辑关系2.9.5 485总线输出电路部分的设计输出电路的设计要充分考虑到线路上的各种干扰及线路特性阻抗的匹配。由于工程环境比较复杂，现场常有各种形式的干扰源，所以

15、485总线的传输端一定要加有保护措施。在电路设计中采用稳压管D1、D2组成的吸收回路，也可以选用能够抗浪涌的TVS瞬态杂波抑制器件。考虑到线路的特殊情况（如某一台分机的485芯片被击穿短路），为防止总线中其它分机的通信受到影响，在75176的485信号输出端串联了两个20的电阻R10、R11。这样本机的硬件故障就不会使整个总线的通信受到影响。在应用系统工程的现场施工中，由于通信载体是双绞线，它的特性阻抗为120左右，所以线路设计时，在RS-485网络传输线的始端和末端各应接1只120的匹配电阻（如图2中R8），吸收总线上的反射信号，保证正常传输信号干净、无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻

16、抗相当。当总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。由于RS-485芯片的特性，接收器的检测灵敏度为 200mV，即差分输入端VAVB +200mV，输出逻辑1，VAVB 200mV，输出逻辑0；而A、B端电位差的绝对值小于200mV 时，输出为不确定。如果在总线上所有发送器被禁止时，接收器输出逻辑0，这会误认为通信帧的起始引起工作不正常。解决这个问题的办法是人为地使A端电位高于B两端电位，这样RXD的电平在485总线不发送期间（总线悬浮时）呈现唯一的高电平，MCU就不会被误中断而收到乱字符。将总线上差分信号的正端A+和+5电源间接一个10K的电阻;正端A+和负端B-间接一

17、个10K的电阻;负端B-和地间接一个10K的电阻，形成一个电阻网络。当总线上没有信号传输时，正端A+的电平大约为3.2V，负端B-的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，却很难产生串行通信的起始信号0，从而增加了总线抗干扰的能力。2.9.6 隔离光耦电路在某些工业控制领域，由于现场情况复杂，各结点之间存在很高的共模电压。虽然RS-485接口采用的是差分输出方式，具有一定的抗共模干扰能力，但当共模电压超过RS-485接收器的极限接受电压，即大于+12V或小于-7V时，接收器就再也无法正常工作了，严重时回烧毁芯片和仪器设备。解决的办法是通过DC-DC将系统电源和RS-485收发器的电源隔离；通过光耦合器将信号隔离，彻底消除共模电压的影响。在应用系统中，由于要对现场情况进行实时监控及响应