智能路灯控制系统.docx

1、智能路灯控制系统智能路灯控制系统设计论文漯河职业技术学院 王南南 2011-6-19智能路灯控制系统漯河职业技术学院 尚朋涛 董晓广 王南南摘要随着科学技术的高速发展，自动化、智能化已经深入人们的工作、学习以及生活。给人们带来了很多方便，使人们可以不花费体力去做一些必要的事情。但是在追求方便、自动化、智能化的同时，还应考虑节能问题。本设计本着着简单、通用、智能、节能的原则，采用功能模块匹配互连的思想。系统自动测光，通过STC90C516单片机分析控制，自动调节路灯的亮度。在测量范围内，任何时间光线强度的变换，路灯亮度都会做相应的调整，即亮度无档位调整。光线强度与路灯的亮度成正弦函数关系。这是本

2、设计的特色。根据设计功能的需要，系统主分为4大模块：电源模块、测光模块、控制模块、执行模块。期中，测量模块主要采用光敏电阻测光，控制模块采用单片机软件程序设计，执行模块采用发光电阻。4个模块匹配互连实现智能控制路灯亮度的功能。1.方案设计与论证1.1 方案设计：按设计要求，系统需要根据光线的改变来改变路灯的亮度。通过对题目要求的理解，本队讨论出以下三种可实施性方案：1.1.1 方案一：测光模块采用以光敏电阻为主要元器件的光敏模块，控制模块采用FPGA芯片烧入软件程序来实现，执行模块采用发光电阻模块。该方案控制模块的设计比较灵活，可以用程序输入和原理图输入两种方法，但是FPGA芯片内部不含振荡电

3、路，需要设计外部振荡电路，而且FPGA单片价格比较昂贵，设计简单系统较浪费。1.1.2 方案二：测光模块采用以光敏电阻为主要元器件的光敏模块，控制模块采用STC90C516单片机芯片烧入软件程序来实现，执行模块采用发光电阻模块。该方案控制模块采用 STC90C516单片机来控制。STC90C516单片机芯片内部含有振荡电路，不需要设计外部振荡电路。而且STC90C516价格相对比较便宜，易于购买，适合设计简单的小型电路。但是STC90C516功能单一，另外51 单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。1.1.3 方案三：测光模块采用以光敏电阻为主要元器件的光敏模块，控制模块不采用芯片，用驱

4、动放大电路直接放大测光模块的电信号，将放大后的电信号送入LED模块改变路灯的亮度。该方案设计比较简单，三个模拟电路模块匹配互连，不使用任何数字芯片，设计成本较低。但是该方案不能是使路灯完全熄灭和达到最高亮度，即全灭和全亮，而且该该方案系统抗干扰能力较弱，路灯亮度不稳定。1.2 方案论证：方案一中由于FPGA芯片不含内部振荡电路，所以在设计硬件电路的时候要设计外围振荡电路，较方案二、三复杂一点，而且FPGA芯片比较昂贵。但是在设计控制电路的时候比较灵活。方案二采用含内部振荡电路的STC90C516单片机做控制模块的主要芯片，硬件电路设计简单，而且STC90C516单片机价格较便宜，易于购买。方案

5、三没有专门的控制模块，电路设计比较简单，但是它不能使路灯全灭和全亮，即不能够发挥路灯的最大性能，还会减短路灯的使用寿命，而且抗干扰能力较弱，路灯亮度不稳定。1.3 方案选定：智能化产品必须要求抗干扰能力强、稳定性好，而且本着简单、通用、智能、节能的原则，我们采用方案二进行设计。2.硬件电路设计2.1 测光模块电路设计： 测光模块主要采用NE555时基电路芯片，电位器（光敏电阻仿真替代元件）。系统运行，控制模块周期性的访问测光模块，向测光模块发送低电平，低电平通过R4进入Q3，是Q3导通，NE555的GND端变为低电平，NE555开始工作。理想状态下，自然光线保持不变，即光敏电阻RV1阻值不变，

6、C2的冲放电速度不变。C2冲放电一次为一个频率，C2充放电速度不变，从而NE555通过3脚向控制模块发送频率固定不变的矩形波。如果自然光线改变，即光敏电阻RV1的阻值改变，C2的充放电速度改变，NE555通过3脚向控制模块发送频率相应改变过的矩形波。2.2 控制模块电路设计：STC90C516单片机最小系统。12MHz晶振与C3、C4协同单片机内部振荡电路共同为单片机提供12MHz的时钟振荡频率。STC90C51单片机9脚通过R3接地，使控STC90C51单片机开机自动复位。2.3 执行模块电路设计：执行模块采用LED发光二极管，LED发光二极管的阳极共同接高电平。控制模块向Q1基极发送高低电

7、平，Q1端高低电平转换的频率越高，Q1导通的频率就越高，LED发光二极管就越亮，频率越低，Q1导通的频率就越低，LED发光二极管就越暗。当频率高到一定程度时，LED发光二极管全亮，当频率低到一定程度时，LED发光二极管全灭，这个频率由控制模块软件程序决定。2.4 整机电路设计： 系统运行，控制模块通过STC90C516的p3.2脚向测光模块发送低电平访问测光模块，低电平经过R4偏置使Q3导通，NE555开始工作。NE555通过3脚发送矩形波给控制模块，矩形波通过控制模块STC90C516的P1.0脚进入STC90C516。STC90C516根据软件程序分析矩形波频率，再将相应的矩形波通过P0.

8、0传送给执行模块中Q1的基极，使Q1按相应的频率导通、截止。2.5 软件程序设计： 本程序主要完成以下几项功能：读是否有光线信号 计算脉冲个数 分析脉冲个数 执行相应输出。2.6 软件程序设计流程图：3.测试方法与测试结果3.1测试仪器：数字存储示波器(UT2062CE) 数字万用表3.2测试方法： 系统运行，让LED灯达到全灭状态，用万用表测量光敏电阻的阻值，通告观察示波器的波形，计算NE555输出的矩形波频率； 系统运行，让LED灯达到全亮状态，用万用表测量光敏电阻的阻值；通告观察示波器的波形，计算NE555输出的矩形波频率； 将测光模块置于三种不同强度但稳定的光线环境中，分别用万用表测量

9、光敏电阻的阻值，通过观察示波器的波形，计算NE555输出的矩形波频率；3.3 测试结果：表1 LED固定灯状态下阻值与频率确定LED状态阻值（）频率（Hz）全灭20030M全亮150K7K表2 不同光线下阻值与频率测试光线强度阻值（）频率（MHz）弱130K6K正常9K750K强15033M4.讨论 进过对测试数据分析，以及对实物演示的观察，设计完成的实物完全符合设计题目的要求，能够自动测光，自动无档位调节LED等的亮度。本设计在硬件电路设计比较为简单，由于此设计未使用专门的AD转换芯片，所以通过软件编程实现PWM信号输出。渐变效果明显，可以达到与AD转换输出相同的效果。在测试阶段，由于系统运

10、行中无法直接测量光敏电阻的阻值，所以需要在系统运行中先从示波器获得频率，然后终止系统，在与获得频率相同的状态下测量光敏电阻的阻值。这样一来，测量数据会有一定的误差，根据系统的特色分析，由于系统是无档位调节，所以测量数据的误差不影响系统的使用。【附录】5.1 LED全亮状态下NE555输出波形5.2 LED全灭状态下NE555输出波形5.3 测光模块实物图片5.4 源程序代码#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intuchar num,flag,flag1;uint count;sbit led=P0

11、0;sbit led1=P10;void led0(uchar num,uint count) led=0; while(num-); led=1; while(count-);void int0() IT0=1; EX0=1; EA=1;void time() TMOD=0X02; TH0=0; TL0=0; ET0=1;main() time(); int0(); PT0=1; PX0=0; led1=0; while(1) if(flag) flag=0; if(count3)&(count1100) flag=0; flag1=1; void time0() interrupt 1 num+; if(num=4) num=0; flag=1; /1ms标志位 【参考文献】1. 张伟林 王翠兰数字电子技术 人民邮电出版社，20092. 戴仙金 51单片机及C语言程序开发实例 清华大学出版社 20073. 张志良 单片机原理与控制技术第二版 机械工业出版社 2005