公路两旁路灯控制系统项目设计方案

1 公路两旁路灯控制系统项目设计方案 课题的背景及意义 路灯照明对人们的日常生活有着很重要的作用，路灯照明系统的好坏直接影响到人们夜晚出行的安全。过去的几十年里，中国的经济发生了天翻地覆的变化，中国的路灯数量逐年上升，数量庞大，但是国内路灯的控制系统老旧落后，国家应该高度重视这种现状。 由于中国人口基数和人口密度大，辽远的公路总长度，中国已经是路灯总数量全球最多的国家之一。 2012年路灯总数量已经达到 3000多万盏，随着国家对公路安全的重视不断加强，每年的增长速度很快，到 2016 年，路灯的数量之多可想 而知。就路灯照明而言，耗电量就几乎占全国照明总用电量的三分之一 1。良好的交通道路照明可以给国民生活提供安全的环境，但是，由此产生的问题也很严峻，首先，路灯数量多导致能源的使用逐年增加，而且使道路路灯的维护更加困难，维护人员和维护费用增加，政府的财政支出花销增多，光源污染现象严重，问题的出现给社会带来了不利影响，亟待政府出台政策解决问题 2。 中国的路灯控制系统老旧，电能使用效率低，浪费能源过多。中国路灯 系统的控制方式落后，无法远程控制路灯点亮和熄灭的时间，而且缺乏设备故障检测和报警系统，急需升级改善。 单片机拥有卓越的控制能力，已经广泛应用在很多领域。 基于 单片机的智能路灯控制系统可以改变中国路灯现状，使得路灯的管理变得简单、可靠，能节约更多的电能，能使人们更加安全的出行。因此，设计一款智能路灯控制系统具有非常重要的意义 1。 相比国内的路灯控制系统，国外的路灯控制系统有着很大的优势，国外的科技很新颖独特。国外将 联网、物联网等技术用于路灯控制系统。 有些发达国家，将 在公路旁边安装 卡器，在汽车上安装 子标签，设计了一款智能路灯自动控制系统，可以对 路灯进行智能控制，不仅能够节约能源，而且管理路灯系统更加有效率。 2015 年，美国洛杉矶与荷兰 司达成合作协议，计划将洛杉矶 10 万盏以上的路灯全新升级，将它们统一添加到一个无线网络中。如果发现路灯出现问题，管理者想要控制它们的开关状态，只须在电脑前打开浏览器就可以成功控制路灯，在飞利浦的无线网络系统中，用户通过地图能查看到全城路灯的详细状况，包括每一盏路灯的型号和使用状态。管理者使用鼠标对路灯操作，就可以实现打开或关 2 闭城市路灯并且可以控制路灯的亮暗。 司设计的系统使用非常方便，可以 给人们的夜行提供良好的环境。从国内外的路灯系统的发展比较，国外的科技真的很先进，中国应该努力的学习国外的科技和设计思路，提高中国自身的科技力量，从而提升中国的国民生活质量。 以 控制核心的智能路灯控制系统可以显著改善中国道路路灯控制系统 ,不但可以达到智能化控制，使路灯控制系统的管理更加有效率，而且还能降低了运行成本，除此之外，智能的路灯控制系统可以很好的节约能源，减少对环境的影响，提高人们的日常生活质量，减少因路灯系统不完善而发生的事故 4,5。因此，智能路灯控制系统的全面使用，使路灯控制系 统的管理更简便可靠，提高服务效率，使城市的市容市貌更美丽，道路交通环境更安全。 设计的主要工作 模拟路灯控制系统的设计的特点是，能显示实时时间，能定时点亮和熄灭路灯，能根据环境明暗自动点亮和熄灭路灯，能根据交通情况自动点亮和熄灭路灯，并且能检查故障。设计的系统可控制性很好，比较智能化，操作简单，容易上手。 要想设计好模拟路灯控制系统，系统最关键的就是设计控制模块和检测模块。首先，设计系统的核心就是要挑选一个合适，控制能力又强的控制模块，需要查询相关的资料，确定用那种芯片作为系统的主控模块。然 后设计 检测模块，包括环境检测和交通情况检测，根据设计的要求，确定所有的检测元器件，设计好完整的检测电路。系统还需要能够显示实时时间，设定路灯点亮和熄灭的时间，因此，要设计实时时钟电路，显示电路和按键输入电路。系统还要求，当路灯出现故障时，系统能过自动的发出声光报警， 所以 需要设计者设计声光报警电路。当设计好了硬件电路图后，设计的主要工作就是要设计各个模块的软件程序。 软件系统 包括 系统监控程序模块、液晶显示程序模块、独立键盘程序模块、 境检测程序模块、声光报警程序模块、交通检测程序模块、 设定路灯开关时间程序模块等。当两者都设计完成之后，就需要可以进行仿真或者实物制作， 期间 ，需要不断的调试软件和硬件电路，最后实现课题规定的功能和性能指标要求。以上就是整个设计的主要的工作。 3 2 设计思想与方案 设计思想 首先根据课题的设计要求，查找翻阅相关资料，确定系统的各个模块，确定模块后，再去选择各个模块需要的电子元器件，可以在 完成系统的软件设计。在 仿真，当所有的功能都能实现时，然后就可以设计硬件原理图，可以根据硬件原理图 做出实物，再通过反复的调试，实现设计要求的功能，最后整理设计的相关材料，编写课题说明书。 设计的思路主要 硬件电路系统与软件系统设计。硬件系统包括主控模块电路、电源电路、晶振电路、复位电路、下载电路、独立按键电路、路灯电路、液晶显示电路、 钟电路、交通监测电路、明暗环境监测电路、声光报警电路、故障监测电路等；软件系统是针对设计的各个模块编写相应的模块程序。其中包含系统监控程序、液晶显示程序、独立键盘程序、 境检测程序、声光报警程序、交通检测程序，设定路灯开关时间程序等模块。 设计方案 设计模拟路灯控制系统有很多种方法，可以用高度集成的 制芯片来设计，也可以采用单片机技术实现模拟路灯控制系统的设计，两者都有各自的优势和特点，首先来介绍基于 方案一： 用 常的灵活，它可以支持在线修改的功能，随时修改软件系统设计，但是不用修改任何硬件电路，它能解决定制电路的缺陷，可以肯定的是， 以设计任何数字电路。基于 模拟路灯控制系统需要设计一些外围的电路，其 中包括环境检测电路、故障检测电路、交通检测电路、声光报警电路、按键电路、显示电路和路灯电路等。基于 所示。 方案二：单片机技术使用的范围非常广，已经应用与很多领域，单片机最突出的特点就是控制能力非常强悍，芯片响应速度快，同时也是高度集成的一种芯片，集成了模数转换器、串口、定时器、中断、看门狗等外设，使得设计系统很方便，能达到很好的效果。 系统可以使用 片机为主控芯片，由实时时钟芯片 生实时系统时间，由 晶显示屏显示菜单、提示和实时时 间等信息，使用独立式键盘调整切换功能菜单、设置开关灯时间等，采用光敏电阻检测环境的明暗情况，使用反射型红外光电传感器检测交通情况，配合蜂 4 F P G A 主 控芯片环境检测电路交通检测电路故障检测电路按键电路报警电路路灯电路显示电路 芯 片电源电路复位电路时钟电路显示电路按键电路下载电路晶振电路交通环境检测电路明暗环境检测电路路灯电路声光报警电路故障检测电路鸣器和 6。 所以硬件电路设计包括 源电路、晶振电路、复位电路、下载电路、独立按键电路、路灯电路、显示电路、时钟电路、交通监测电路、明暗环境监测电路、声光报警电路、故障监测电路等。基于单片机设计的系统框图如图 2所示。 图 1 基于 片设计的系统框图 图 2 基于单片机设计的系统框图 根据上述两个方案的介绍，各有优点，但是考虑到设计系统的成本和适用性，单片机有着天然的优势，单片机价格便宜，功耗低，易于控制，可靠性高，开发更加容易，而 格昂贵，不适合模拟路灯控制系统的设计，所以选用方案二。 5 3 硬件系统的设计 主要元器件介绍 片机 模拟路灯控制系统的设计是以 功耗、控制能力非常强的 8位控制芯片，是由 用可编程的 储器，容量高达 8有 256 字 节数据存储器，与 80片机完全兼容。除此之外，文章采用的 装，具有 4 0 个引脚，多达 32 个可用的双向 I/O 口，而且内部资源丰富，具有系统异常可以复位的看门狗定时器， 6个中断源（ 2个外部中断源，一个串口中断源， 3个定时 /计数中断源）， 3 个可以定时计数的 16 位定时器 /计数器，其中一个定时器 以捕捉外部信息， 1个全双工异步串行通信口，内部还有自带的晶振和时钟电路 7,8。另外， 容汇编和 C 语言编程， C 语言程序具有高度移植性，使得开发工作更简便。 片的管脚分布图如图 3所示。 图 3 片的管脚分布图 6 片 由于 有高性能、低功耗、稳定的实时时间计时能力等特点，所以文章选用 生系统所需的实时时钟。 美国 司研发生产，它可以对时间和日期进行准确的计时，识别年份是否为闰年，工作电压为 特 特 9。 部有 31 字节数据寄存器，可以临时存放接收的数据。 有 8 个引脚，采用三根线信号线（ 行同步通信， 外部后备电源，可以使用 电池， 接主电源，电压 上，当主电源切断的情况下，在后备电源的供电下，芯片同样可以保持时钟正常的运行，不会丢失数据，具有掉电保护的作用，安全性能好。 1脚和 2脚是时钟源接口，需要外接 振，在内部电路作用下进行 32768 分频，可以产出精确的 1 秒时基。 复位 /片选线，当 高电平使能所有的数据传送，使能单片机对 行读写操作。在数据传送过程中，一旦 变为低电平，整个数据传送将被停止，除此 之外，当且仅当I/向传输数据 (双向 )， 脚作为芯片的同步时钟输入口，通过这个引脚， 与其他芯片进行同步通信，只有当 上升沿的时候， I/O 口才能接受的到外部传送过来的数据 10。 所示。 图 4 引脚功能图 晶显示屏 以文章选用它来作为显示时间、提示等信息，相比数码管显示器 ，它更容易控制，更加稳定。 晶显示屏是一种广泛应用于 工业生产的字符型液晶，总共可以显示 32 个字符，是一块由若干个 5者 5点阵字符位组成 点阵 型液晶屏，可以用来显示符号、数字、字母等。 1602代表 16就是可以显示 32个字符，每行显示 16个字符，总共两行 11。只需要控制 根引脚的时序 就能使 常显示数据， ， ,可以往 ， 可以可以往 据和命令就能被接收或发送，从而显示数据。 7 显示容量 :2行，每行 16个字符 芯片正常工作电压 :工作电流 :2毫安 液晶显示最佳时工作电压 :5伏特 脚解释如表 1所示 : 表 1 晶显示屏各个 引脚解释 编号 符号 引脚 解释 编号 符号 引脚 解释 1 源地 9 据 2 源正极 10 据 3 晶显示偏压 11 据 4 据 /命令选择 12 据 5 R/W 读 /写选择 13 据 6 E 使能信号 14 据 7 据 15 光源正极 8 据 16 光源负极 下面介绍各个引脚的功能。 第 1脚： 第 2脚： 第 3脚： 幕亮度对比度进行调整的 接口， 当置高电平时对比 度最差，接低电平时，对比度最好，如果对比度太高，会产生重影， 可以通过电位器调整对比度，一般采用 10K。 第 4脚： 置高电平，代表传输数据，被置低电平，传 输控制命令字。 第 5脚： R/置高电平代表可以进行读操作， 被置低电平代表可以进行写操作。 第 6脚： 的数据和命令 。 第 7 14脚：用来同单片机相接线，传输双向数据的信号接口。 第 15脚：背光源正极。 第 16脚：背光源负极。 所示。 8 图 4 物图 光敏电阻 光敏电阻的特点是当光照强度变大，其电阻会减小，光照强度变小，电阻会增大，光照强度小的时候，暗电阻会高达 1 5M 欧姆，光照强度大的时候，亮电阻才 50说明光敏电阻的灵敏度很好，可以比较准确的检测出环境的变化。所以文章采用 检测环境明暗情况。 100K，暗电阻高达 5敏电阻与 200光线变弱时，光敏电阻变小，使得 片机可以读取低电平，执行相应的操作，整个原理就是光敏电阻将光信号转化成了电信号，从而得到环境的变化情况。如果设计的项目有光控功能需求，可以使用光线强度较亮的白炽灯模拟，缩短开发的时间 12。光敏电阻的实物图如图 5所示。 图 5 光敏电阻的实物图 红外光电传感器 文章设计的模拟路灯控制系统 采用红外光电传感器 的特点有三个，采用灵敏度高的光电晶体管和发射功率高的红外光电二极管组成，检测距离为 4采用非接触检测方式 13。 9 有物体靠近 的输出为低电平，没有物体遮挡时，它的输出为高电平，单片机可以观察 而得出交通的变化。 所示。 图 6 实物图 压比较器 以减少共模干扰，与其他的运算放大器对比，占有一定的上风。 2伏，静态电流为普通运放的静态电流的 20%14。当去掉 压比较器的输出是一种高低电平组成的矩形波，相当于数字信号，而输入确实模拟信号，所以 的原理是当同相输入端信号大于反相输入端信号时，其输出为低电平，当小于反相输入端时，其输出为高电平 15。 实物图如图 7 所示， 电路图形符号如图 8 所示。 图 7 实物图 图 8 电路图形符号 10 硬件单元电路的设计 片机最小系统 单片机最小系统是由单片机芯片、复位、晶振、电源、下载等电路组成。单独一个单片机芯片是不能完成控制任务的，需要电源电路给芯片供电，除此之外，还需要晶振电路给单片机提供时钟源，单片机才能工作，当单片机芯片死机的时候，需要复位电路复位单片机。因而对于系统的设计，首先要设计单片机的最小系统。 (1)制芯 片电路如图 9所示。 图 9 制芯片电路 （ 2）电源电路部分： 模拟路灯控制系统的各个模块正常工作必须引入稳定的供电电压，才能使各个模块能过驱动其他外围电路，文章设计的模拟路灯控制系统需要 +5以需要设计直流稳压电源，文章设计的直流稳压电源是由变压器、整流、滤波、稳压等四部分电路组成。首先，通过电源变压器（ 1220w ）将交流电压 2202后通过整流桥（ 22A/1000V）整流变成波动的直流电压，因为波动 的直流电流还存在很大的文波，所以需要用滤波电路除去它，文章使用电容滤波（ 470 F 和 ）消除波动的直流成分，可以得到比较平整的直流电压，但是平整的直流电压还会随着电网电压的波动、负载和温度的变化而波动 16。为了解决问题，文章通过稳压芯片（ 出稳定的 +5了知道电源是否接通，在电源输出端接了一个发光二极管， 串联 470电阻防止烧坏发光二极管。电源电路如图 10 所示。 11 图 10 电源电路 （ 3）晶振电路部分： 晶振相当于单片机的心脏，在单片机系统里的作用非常 大，它结合自己内部的电路，可以产生单片机必需的时钟驱动，单片机执行的所有指令都是建立在时钟基础上的，晶振谐振的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快 17。通常单片机系统共用同一个晶振，可以保证单片机系统各个模块同步。 文章设计的晶振电路是通过在 脚上接入 12加两个电容 (33成的电路，为单片机提供时钟信号。晶振电路如图 11所示。 图 11 晶振电路 （ 4）复位电路部分：所有的单片机系统设计 ,都要设计系统的复位电路，当系统出现死机时，复 位电路可以使系统初始化。一个良好的复位电路可以提高系统的稳定性和可靠性，单片机上电后就会自动复位，复位系统的设置和初始化所有参数 18。单片机复位分为按键复位和上电复位，当出现死机和运行错误时，一般采用按键方式对系统进行复位操作，使单片机内部清零和置位。 键复位需要手动在复位输入端 章采用的办法是在 后串联一个 200欧姆和 1000欧姆的电阻，再接到电源地。当人为按下按钮时，则 200 欧姆的电阻与 1000 欧姆电阻分压，高电 平接入到单片机的 19。上电复位是通过电容（ 22 F）充电实现复位的。当系统上电时，电容处于充电状态，电压几乎为 0V，那么 2 引脚为 +5V，为高电平， 系统就会复位，当电容充满电后， 会为低电平，系统停止复位。复位电路如图 12所示。 图 12 复位电路 （ 5）下载电路部分： 设计好系统电路后，需要在编程软件中编写好各个模块的程序，然后经过编译、链接产生可执行文件，然后在将可执行文件烧录到单片机中。如何烧录程序呢，那就需要通过下载电路将可执行文件写入单片机。文章设计 的下载电路是 载电路，单片机的 脚 (脚(脚与 接上电源。在软件下载工具 可以将生成的可执行文件烧录到 载电路如图 13所示。 图 13 下载电路 独立键盘模块电路 模拟路灯控制系统要求能切换菜单、设置路灯亮灭的时间和独立的控制每个路灯，那么就需要键盘来实现以上功能。独立键盘是模拟路灯控制系统的输入设备，能对系统的功能进行操作和设置，总共需要 8个 独立式键盘完成所有的操作。独立式键盘相互独立，每个按键之间互不影响，按键一端统一接地，另一端连接到单片机的 有按键按下，对应的引脚会被拉低 20。在通过 10间的消抖，按键还没有松开，就认为那个按键确实被按下，然后根据按下键的功能做出相应的执行动作。 菜单键（ 来选择菜单模式，以便知道是选择了那个模式；确定键（ 13 的作用是当选择好菜单模式后，按下确定键进入相应的模式；退出键（ 作用是退出相应的菜单模式；选择设定 作用是当按下此键就进入选择设定 择设定 作用是当按下此键就进入选择设定 关灯时间模式；选择调整时间键（ 作用是选择调整 键或者 的开关键（ 作用是调整时间加和开关 键或者 作用是调整时间键和开关 统的独立键盘电路如图 8所示。 图 14 独立式键盘电路 晶显示电路 模拟路灯控制系统需要显示实时时间和故障编号，就需要显示电路。数 码管显示电路控制复杂，不能显示清楚的字符，所以就选用了 章设计的显示电路时采用并行数据传输控制，单片机 与 晶显示屏的数据口相连， 控制引脚 脚分别与单片机的 脚相连，单片机只要控制好 晶显示屏的时序，就能正确显示所要的内容。液晶电路如图 15所示。 图 15 晶显示电路 14 钟电路 模拟路灯控制系 统要求能显示实时时间，可以利用单片机内部的定时计数器产生秒时基，用定时器计时很浪费的资源，所以采用 主电源被切断后， 证数据不会丢失。文章设计的 要 1、 片的 I/位引脚连接着单片机 脚，在接上 电源，单片机正确对 能读取 图 15 钟电路 交通环境检测电路 模拟路灯控制系统需要根据交通环境自动的亮灭路灯，所以设计相应的电路。电路用到的是 单光束反射取样式红外光电传感器 10电阻是为了限流，防止 坏，接一个 20是 片机接收的是数字信号，所以在 输出接上一个电压比较器 能将模拟信号转化成数字信号，输出的电平只能是 +5V，然后被单片机读取，单片机根据电平执行相应的操作。 交通环境检测电路如图 16所示 环境明暗检测电路 模拟路灯控制系统要求能过根据环境的明暗情况自动亮灭路灯，所以要设计检测环境明暗的电路。系统是使用光敏电阻（ 电压比较器组成的电路检测环境，光敏电阻与 200反相输入端， 电阻与 470的电阻串联分压接到 正向输入端，电压恒定为 有光 15 照强度时，光敏电阻的阻值为 5M，反相端的电压为 有光照时，电阻约为 50K，反相端的电压为 4V。所以当有光强时，反相输入端大于正向输入端， 没有光强时，反相输入端小于正向输入端， 片机可以根据电平执行相应的操作。 环境明暗检测电路如图 17所示。 图 16 交通环境检测电路 图 17 环境明暗检测电路 16 故障检测检测电路 模拟路灯控制系统要求 当路灯出现故障时， 路灯应该亮时，却是熄灭状态 ，单片机能发出声光报警信号，同 时显示出现故障路灯的地址编号。 故障检测电路的原理与环境明暗检测电路一致，路灯正常情况的状态是点亮的，出现异常就会发出通知单片机，发出报警信号。故障检测检测电路如图 18所示。 图 18 故障检测检测电路 声光报警电路 当路灯出现故障时，路灯正常情况应该为亮灯状态，却变成熄灭状态，此时应该发出声光报警。声光报警电路是由有源蜂鸣器（ 三极管（ 1K 电阻、发光二极管（ 组成。电路中的三极管相当一个开关，当 极管为截止状态， 鸣器不响，当 低电平时，三极管为导通状态， 高电平，蜂鸣器响，发光二极管 原理与蜂鸣器相同。 1止器件损坏。声光报警电路如图 19所示。 路灯电路 路灯电路是用两个 470欧姆的电阻的作用是限流，防止路灯烧坏。路灯电路如图 20所示。 图 19 声光报警电路 图 20 路灯电路 17 开始有键按下延时消斗有键按下保存键值按键释放返回键值返回返回键值0软件系统的设计 软件设计的 描述 根据设计的要求，模拟路灯控制系统的软件设计包括 系统监控程序模块、 液晶 显示程序模块、独立键盘程序模块、 钟程序模块，环境检测程序模块、声光报警程序模块、交通检测程序模块，设定路灯开关时间程序模块等。 系统软件的程序设计 模拟路灯控制系统的程序设计是分模块设计的，根据设计的电路图，设计相应的程序模块，在调试程序的时候，能容易的查找到对应的程序，对程序修改。接下来将分模块对系统的程序进行介绍。 系统监控模块程序设计 模拟路灯控制系统的系统监控程序又叫主函数程序，在 主程序中，需要对始化，然后显示提示字符，接下来进入死循环，在循环体内，等待按键扫描，当按下某个功能键，就会去执行相应的功能键子程序。流程图如图 22所示。 独立键盘模块程序设计 模拟路灯控制系统采用独立式键盘，采用查询法进行按键扫描。系统的键盘扫描程序流程图如图 21所示。 图 21 键盘扫描程序流程图 18 开始L C D 初 始 化D S 1 3 0 2 初 始 化显示提示语判定是否有键按下菜单键按下 确定键按下调 整 L E D 1 开 光灯时间键按下调 整 L E D 2 开 光灯时间键按下进入选择的菜单模块判断按键次数为奇数判断按键次数为奇数判 断 C o u n t 的 值 境模式 交通模式 设定时间模式结束2 系统监控程序流程图 液晶显示模块程序设计 系统需要显示实时时间和报 警信息，系统用 晶显示器显示，统采用的是并行接口传输数据。接下来介绍液晶显示的软件核心设计步骤，首先， 括设置功能设置；显示与不显示设置；输入模式设置等 21。接着清屏，清除屏上的内容，写入显示字符的地址命令，写入显示的数据，最后在显示器上显示数据。 液晶显示模块程序设计的流程图 如图 23所示。 19 开始 化写入数据清屏显示数据返回写入地址开始开启写保护写入初始时间禁止写保护读 取 D s 1 3 0 2 的 数 据L C D 显 示 数 据返回图 23 液晶显示程序流程图 钟模块程序设计 模拟路灯控制系统要求 显示实时时间，采用 对时间计时，现在介绍 程序编写思路。首先开启 写保护，允许单片机向 后写入初始时间，在关闭写保护，禁止写数据，当单片机需要显示时间的时候，向 取时间，最后在 显示时间。 钟程序设计的流程图 如图 24所示。 图 24 钟程序流程图 20 开始判断是否有键按下调整时间键 加键减键显示设定的时间 +/+/ C o u n t 1 的 设定路灯开关时间 模块设计 模拟路灯控制系统要求能调整路灯亮灭的时间，需要一个调整时间的程序，文章是用按键来实现 的，当选中设定时间菜单，按下确定键后，当按选择设定进入相应的调整模式，通过选择调整时间键，调整想要的时间，最后按下确定键，时间就设定成功了，当时间到了之后，路灯会自动的亮灭。 时间设定 程序模块设计的流程图下如图 25所示 图 25 时间设定 程序模块设计的流程图 21 开始判 断 是 否 P 0 0 = = 0环境检测模块程序设计 模拟路灯控制系统要求根据环境明暗自动亮灭路灯，所以要设计相应的程序。当天黑时，光敏电阻电阻很大，使 输出为低电平， 低电平，此时要驱动路灯 亮，当白天时，光敏电阻电阻很小，使 灯熄灭。环境检测模块程序设计的流程图如图 26所示。 图 26 环境检测模块程序设计的流程图 交通检测模块程序设计 模拟路灯控制系统要求能根据交通情况自动的亮灭灯，系统设计了 交通检测模块程序，当车辆到达第一个位置 一个 第一个路灯亮（ ），然后等待车辆到达 车辆到达第二个位置 二个 第二个路灯亮（ ），第一个灯灭（ ），等待车辆到达 S处，当车辆到达第三个位置 S处（第三个 两个路灯都熄灭（ ， ），当车辆反相通过时，原理是相同的。交通检测模块程序设计流程图 如图 27所示。 声光报警模块程序设计 当模拟路灯控制系统出现故障时，路灯应该亮时，却是熄灭状态，系统会发出声光报警。当单片机通过两个光敏电阻检测到路灯出现故障时会给 电平，驱动蜂鸣器响，使 光报警模块程序设计的流程图如图 28所示。 22 开始判 断 P 0 . 3 是 否 为 0判 断 P 0 . 4 是 否 为 0判 断 P 0 . 5 是 否 为 0 P 0 . 1 是 否 为 0显 示 L E D 1显 示 L E D 1 P 0 . 2 是 否 为 0显 示 L E D 2显 示 L E D 2 L E D 1 O L E D 2 O P 0 . 1 是 否 为 1和 P 0 . 2 是 否 为 1图 27 交通 检测模块程序设计流程图 图 28 声光报警模块程序设计的流程图 23 5 系统调试运行及结果分析 系统使用说明 文章设计的模拟路灯控制系统是通过 真得到的结果，首先把各个硬件模块按照设计的思路连接在一起，组成一个完整的系统，通过 真软件把在 编译好的程序下载到设计的系统中。在 按下开始按钮，首先显示的是“ 字样，准备就绪后进入模拟路灯控制系统，系统会提示“ 当第一次按下 菜单键 )时，显示“ 当第二次按下 键时，显示“ 当第三次按下 键时，显示“ 当第四次按下示“ 通过按 定键）进入相应的菜单模式，当需要调整路灯亮灭时间时，按下 选择调整 过 选择时间调整的位置，设置完后，按下 ，设置成功。 设置操作相同 ,在菜单选择中，按下 以分别亮灭 统中的 有车辆经过时， 输出为低电平，按键可以模拟这种效果，光敏电阻指示灯的值为 0代表没有光强， 1000代表光照强度最大。 系统运行结果 进入系统提示 在 统首先会在 入系统的提示“ 。仿真的结果 如图 29所示。 图 29 进入系统提示 选择菜单显示结果 正常进入系统后，液晶会显示“ 仿真的结果 如图 30 所示。 24 图 30 选择菜单显示 实时时间显示结果 当选择了“ 式时，按下 （确定键）就会显示实时时间。“ 式显示如图 31所示，实时时间显示如图 32所示。 图 31 式显示 图 32 实时时间显示 环境明暗变化仿真结果 当选择了“ 式时，按下 （确定键） 就会进入环境模式。当光敏电阻 测到天黑时， 为低电平，路灯就会点亮， 显示“ K”“ K”，“ 式显示如图 33 所示，光敏电阻电路图如图 34所示，路灯显示情况如图 35 所示，路灯正常 25 图 33 式显示 图 34 光敏电阻电路图 图 35 路灯显示情况 图 36 路灯正常 显示 声光报警仿真结果 在上一节的 后面，当故障检测电路中的两个光敏电阻没有光照照射时， 成低电平，系统会驱动声光报警电路发出声光报警，光敏电阻没有光照时的电路状态与路灯状态如图 37 所示，声光报警电路的状态如图 38 所示， 26 9所示。 图 37 光敏电阻没有光照时的电路状态与路灯状态 图 38 声光报警电路的状态 图 39 示报警的状态 交通环境仿真结果 当有物体经过 关闭合），对应的路灯会点亮， 下面演示从左至右，0所示，到达 1所示，到达 2所示，到达 S点的路灯状态如图 43所示。 27 图 40 式显示 图 41 到达 S 点的路灯状态 图 42 到达 B 点的路灯状态 如图 43 到达 S点的路灯状态 设定路灯开关时间仿真结果 系统上电的时间是 2016 年 5 月 12 日 02 时 00 分，仿真设置 灯时间为 02 时 02 分，灭灯时间为 02 时 03 分，设置 灯时间 为 02时 03 分，灭灯时间为 02时 04分。 4所示， 5所示， 28 02时 02分路灯的状态如图 46所示， 02时 03 分路灯的状态如图 47所示， 02时04分路灯的状态如图 48所示。 图 44 间设定 图 45 间设定 图 46 02 时 02 分路灯的状态 图 47 02 时 03 分路灯的状态 29 图 48 02 时 04 分路灯的状态 独立控制路灯仿真结果 当系统提示选择菜单时，可以通过操作 制 亮灭，可以通过操作 键奇数次，路灯亮，按键偶数次，路灯灭。按下 9所示，按下 0 所示， 按下 1所示，按下 2所示。 图 49 按下 数次路灯的状态 图 50 按下 数次路灯的状态 30 L U L U 0 0 L U L U 0 0 1 按下 数次路灯的状态 图 52 按下 数次路灯的状态 结果分析与 结论 通过上一节的仿真结果显示，模拟路灯控制系统上电后，能显示正在进入系统界面，能准确的显示实时时间，而且能通过 精确的调整菜单。按 第一次能选择实时时间显示，按 第二次能选择环境模式，按 第三次能选择交通显示，按 第四次能选择设定时间显示，当按下 键时，可以进入相应的模式，系统能根据周围环境明暗自动点亮和熄灭路灯，当路灯出现故障，路灯熄灭，能发出声光报警，能根据交通环境自动点亮和熄灭路灯，能设定路灯点亮和熄灭的时间，能独立控制两个路灯的点亮和熄灭时间。从以上仿真结果可以得出 结论，设计的系统符合设计要求。 设计体会 从开始设计模拟路灯控制系统的时候，从网上搜集了很多资料，比如敏电阻、 过学习以上的内容，根据器件的原理，用 31 后完成了课程要求的任务。通过完成整个系统的设计，有很多的心得体会。面对一个陌生的课题，首先要了解课题的设计要求，通过研究设计要求，确定好系统的各个模块，考虑系统设计的可行性，最后确定设计总体方案。 在完成设计系统的过程中， 出现了一些不应该出现的错误，都是因为没有注意细节，一个微小的细节导致系统调试结果错误，查找很久都不能找到答案，所以得出一个结论，设计系统要注重细节，比如在编写 序时，要严格的按照芯片的时序编写程序，只要把时序描述清楚才能使芯片正常工作，稍有一个细节被忽略，就会失败。系统程序复杂，在为系统编写程序的过程中，发现把程序模块化，使编程更加容易，可以便于查找系统的错误，修改程序。 32 结束语 文章设计的系统能根据环境明暗自动亮灭路灯，当路灯出现故障，能 发出声光报警，能根据交通环境自动亮灭路灯，能设定路灯亮灭的时间。设计的系统符合设计要求。 完成系统的设计，有很多的感受。从选择课题开始，不断的通过互