基于单片机的路灯稳压控制系统

设计（论文）目的及要求设计（论文）目的及要求 一、任务一、任务 针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而设计一套基于单片机智 能路灯节能控制系统。通过智能控制器对功率单元进行控制，进而操控可变电抗 变换器来改变路灯的输出电压，通过改变路灯的光照来实现节能。 二、目的二、目的 1.在学习完单片机及相关课程的基础上，进一步加深和巩固所学的知识，培 养和提高学生查找资料、整理资料的能力。 2.通过硬件设计、软件编写，使学生掌握用单片机组成应用系统的方法，提 高硬件设计、制作、焊接，软件编写、调试的能力。 3.通过本次设计巩固单片机的接口、定时、中断等基本知识，掌握外围芯片 的基本知识。 4.熟练掌握用 Protel 99 绘制电路图及 PCB 板的制作。 三、要求三、要求 1. 设计要求完成的基本功能：稳压控制功能；软启动功能；自动启停功能；智 能调压控制功能等。 2技术参数要求： 1）稳压精度： 2）响应时间：0.048s 3设备要求：计算机、MCS51 单片机仿真开发系统、常用集成电路芯片、三 极管、按键和 LED 数码管。 4设计说明书要求包括：目录、标题、概述、方案总体设计（硬件、软件、 框 图）、单元电路和单元软件程序、电路总图、硬件实物及软件清单、系统调试说明、 设计总结及改进意见、参考文献等。 5论文字数 2 万3 万字内。 6. 论文格式严格按照学校规定的论文格式编排。 四、附件四、附件 1. 系统电路原理图 2. 列出完整元器件清单 3. 印刷电路板图 4.完整的程序清单 五、进度安排五、进度安排 1. 2010 年 12 月 20 日2011 年 1 月 10 日 要求理解毕业设计任务书，查阅 相关资料；完成开题报告；完成中英文资料翻译； 2. 2 月 16 日4 月 6 日 要求根据所查阅的资料，完成论文提纲； 理解设计原理，进行程序设计； 设计相关电路设计、调试； 产品基本实现功能。 3. 4 月 7 日4 月 12 日 完成完整的毕业设计初稿； 4. 4 月 13 日5 月 3 日 完成完整的毕业设计论文终稿； 一校：总体功能与思路； 二校：功能细节、格式细节； 第 3 页 共 3 页 5. 5 月 4 日5 月 17 日准备毕业设计论文答辩； 65 月 18 日5 月 29 日 进行毕业论文答辩。 六、参考书目六、参考书目 1. 李广第.单片机基础M.北京航空航天出版社. 2何立民.单片机应用技术选编M.北京航空航天出版社. 3康华光.电子技术基础（模拟部分）M.高等教育出版社. 4康华光.电子技术基础（数字部分）M.高等教育出版社. 5陈明荧.8051 单片机课程设计实训教材M.清华大学出版社. 6吴金戍.8051 单片机实践与应用M.清华大学出版社. 7黄志伟.全国大学生电子竞赛培训教程M.电子工业出版社. 8. 扬本文,郑旭东城市路灯照明节能方案及运行管理J湖北电 力2006(8)：61-62 9. 江思敏. Protel 电路设计教程M.清华大学出版社 . 10. 邹常茂,韩庆军国内智能照明节电器设备的现状与技术特J节能 与环保，2(X)3(12)：52-53 指导教师：指导教师：李月华李月华 2010 年年 12 月月 18 日日 第 1 页 共 6 页 本科生毕业设计（论文）开题报告本科生毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 基于单片机的路灯稳压控制系统的设计 设计（论文）题目来源自选课题 设计（论文）题目类型 工程设计起止时间 2010.12 至 2011.6 一、设计（论文）依据及研究意义设计（论文）依据及研究意义： 如今，照明路灯的数量越来越多，使得路灯的用电量占城市用电总量的比重 越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电 低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且 耗电量也大幅增加（电源电压若增加 20%，则耗电量增加 44%），当低谷时，照明 设备又不能正常工作。 所以，对城市路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧 减少时，应该适当的关闭路灯，节省用电。但是我国的既能省电又能延长路灯寿 命的技术相比国外却是落后了，特别是要针对我国的现状并且吸取国外的技术经 验才能设计出符合我国的路灯控制技术。 目前我国市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定节能效果，但就功能 和效果上还不能尽如人意，主要由以下几类情况： 采用自祸变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢， 用电高峰时电压降到非稳定区，容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电 压突然升高，则不能避免灯具受到市电的瞬时高压冲击，对灯具的保护能力较差; 相对来说稳压功能较差。针对于磁饱和电抗器来说，除了上述不足外，其效率也 普遍偏低。 采用电气器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足 之处是元件容易发热烧坏，由于采用相控技术产生谐波污染电网，使荧光灯和气 体灯小停闪动，减损灯具寿命及相关附件的使用寿命，降低照明质量，不绿化不 环保，国家相关规定已经明确禁止使用这种无功补偿技术设备，以系统节电滤波 形式，主要是净化电网，补充无功功率，补偿电网，而对于有功电度表计量系统， 缺少实际节电效果。 如今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路 控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功 能，基本实现了直流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块 化是直流电源的发展趋势，并联运行室电源产品大容量化地一个有效手段，可以 通过设计N+1冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性， 缩短维修、维护时间。电流模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实 时多人物监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑， 防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及 维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将是 未来大功率直流电源的首选。 近20年来，美国和日本照明节能集中在使用紧凑型荧光灯(CFL)和荧光灯采 用镇流器两个方面。国外照明节能技术的发展具有以下特点. (1)大力推动绿色照明，在光源的材料，使用规范上加以有效管理，出台了 一系列的标准和管理要求，将照明节能推广到全民范围; (2)不断提高功率器件性能要求，主要体现在镇流装置上技术提高。通过对 镇流器技术改进来提高照明设备的功率因素。 本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智 能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效 率，缓解许多地方电力供应紧张和城市化加快对路灯需求数量增加之间的矛盾， 同时可以延长照明设备使用寿命。 参考文献：参考文献： 1 邹红.数字电路与逻辑设计M.北京:人民邮电出版社，2008.3 2 李祥臣.模拟电子技术基础教程M.北京:清华大学出版社.2005.3 3 先锋工作室编著.单片机程序设计实例M.北京:清华大学出版社,2002 4 汤毅刚,彭喜元,孟升卫,刘兆庆.MCS-51 单片机使用子程序设计M.哈尔滨:工社, 2003 业大学出版 5 陈明荧.8051 单片机课程设计实训教材M.北京:清华大学出版社,2003 6 扬本文,郑旭东城市路灯照明节能方案及运行管理J.湖北电力,2006(8)：61- 62 7 邹常茂,韩庆军国内智能照明节电器设备的现状与技术特性J节能与环保， 2(X)3(12)：52-53 第 3 页 共 6 页 8 王新贤.通用集成电路速查手册M.济南:山东科学技术出版社，2002.9 9 马忠梅.单片机的 C 语言应用程序设计M.北京:北京北航出版社，2003. 10 潘新民 王燕芳.微型计算机控制技术M.北京:高等教育出版,2004. 11 Jun-Lian Zhang and Jian-Xun Jin,Analysis of DC Power Transmission Using High Superconducting CablesJ.Journal of Electronic Science and Technology of China,2008.(2-10) 12 S.Levialdi,NATO AST on Sigital image processingJ.1980(105-145) 13 Power Integration.Inc.Topswich-GX datasheetsR.2000(TOP242-249) 14 Power Integration.Inc.National semiconductor datasheetsR.2005 15 Clovis L.Tondo.Scott E.Gimpel.The C Answer Book Solutions to the Exercises in The C Programming LanguageR.2000 二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 主要研究内容：主要研究内容： 1. 利用光传感器来控制继电器开关路灯的设计； 2. 对路灯电压进行稳压控制的设计； 3. 对路灯电压/电流进行反馈采样的设计； 4. 对采样电压进行调压的设计。 总体设计方案如下：总体设计方案如下： 1. 采集外界光信号，通过 A/D 转换后输入控制器。当外界光信号强度低于 一定数值时，通过软启动开启路灯。当光信号强度高于一定数值时，通 过软启动关闭路灯。这样能起到节电的作用。光控电路流程图如图 1 所 示。 2. 采集输入电压信号，通过交流/直流转换、A/D 转换后输入控制器，与已 设定的标准电压值进行比较，并对输入电压进行稳压，然后将该电压输 出并驱动路灯。 3. 通过时钟来对路灯亮度进行调节，在午夜之后将路灯亮度进行降低，这样 既能维持路面的照明，又能节约用电。 图 1 自动光控启停控制程序流程图 开启路灯 光信号 信号采集 控制器判断是 否有光照射？ N 关闭路灯 Y 保留显示设定值 |实际值-设定 差值|大于 1? 原来的显示设定值+差值 恢复现场 显示结果 返回 N N Y Y 保护现场 实际值 #include #include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define _Nop() _nop_() #define DAT P0 uchar go; sbit K1=P31;/第一个键 sbit K2=P32;/第二个键 sbit K3=P33;/第三个键 sbit WR2=P30;/DAC 的控制端 /位定义 #define Lcd_Data P0/定义数据端口 sbit RS=P20;/定义连接端口 sbit RW=P21; sbit E=P22; sbit Busy=P07; bit hold=0; bit _Int=0; bit k=0; bit m=0; bit fushu=0; bit q=0; /全局变量定义 uint DAdat;/存放送到 DA 的数据 uint ADdat;/存放送到 AD 的数据 第 33 页，共 48 页 uint x; /uchar Addat;/存放从 ADC 读出的数据 uchar vol;/存放输入电压值 uchar keynum; uchar kyreg; uchar temp;/存放功能状态 uchar hh; /数组定义 static code uchar Disp=“0123456789-“; static code uchar Disp2=“Error! “; static code uchar Disp3=“Vol is:“; /函数声明 uchar keyread(void);/读键函数 void keyread2(void);/读键函数 2 void keyread3(void);/读键函数 3 void reADC(void);/AD 反馈读数函数 uchar cmp(uchar Addat,uchar DAdat);/反馈比较函数 void lcdinit();/LCD 初始化函数 void lcdcmd(uchar cmd);/LCD 写控制字函数 void lcddata(uchar dat);/LCD 写数据函数 void seDAC(uchar DAdata);/DAC 送数函数 void delay(uchar t);/延时函数 void extint(void); void volchange();/输出电压自增自减函数 /*光控驱动继电器*/ sbit JD=P23; sbit GM=P34; void delay0(uint z); void delay(uchar t); void init() TMOD=0x10; EA=1; ET1=1; JD=0; GM=0; while(1) if(JD=1) delay0(10000); JD=0; void counter1( ) interrupt 3 if(GM=1) JD=1; void delay0(uint z) uint x,y; for(x=110;x0;x-) for(y=z;y0;y-); 第 35 页，共 48 页 /*输出电压自增自减程序 */ void volchange() uchar i,a,b,c,y,z; if(temp=1 lcdcmd(0x01); for(i=0;i1) if(q) if(y=9)DAdat-=3;y=0;/借位 else DAdat-=2; else DAdat-=3; y+; if(DAdat127) x=x-1; c=x/100,a=x%100/10;b=x%10;/一位小数、个位、十位的运算 lcdcmd(0x01); for(i=0;i=DAdat)/输出值大于显示值 result=ADdat-DAdat;/输出值减显示值 state=0; else 第 41 页，共 48 页 result=DAdat-ADdat;/显示值减输出值 state=1; if(result=2) result/=2; if(state)result=DAdat-result; else result=DAdat+result; else result=DAdat; _Int=1; /*反馈比较*/ uchar cmp(uchar x,uchar y) uchar result; bit state; if(x=y) result=x-y; state=0; else result=y-x; state=1; if(result=2) result/=2; if(state)result=y-result; else result=y+result; else result=y; return(result); /*主程序*/ void main()/主程序 /unsigned int vol; uchar i,j,l=0,a=0,b=0,c=0; bit dian=0; bit o=0,p=0;/负数标志位、确认标志位 init(); delay(255); EA=1; EX0=1; PX0=1; IT0=1; /EX1=1; /IT1=1; pp: a=b=0;dian=0;o=p=0,x=0; P1=0; lcdinit(); lcdcmd(0x80); for(j=0;j150) lcdcmd(0x01); del