模拟路灯控制报告.doc

密级：公开参赛题目：模拟路灯控制系统二一年十一月电子电路设计大赛班级：电0804-2、电0802-1、电0804-1专业：电子信息、铁道信号、通信技术姓名：贾冰川 刘瑞欣 阮春青摘要模拟路灯控制系统是生产生活和城市道路建设中必备的系统之一。根据设计题目要求，我们本着简单、准确、可靠、稳定的原则，采用了分别设计匹配互连的思想。系统的特色在于：通过AT89S52单片机设定开关灯时间，采用数字电路和模拟电路有关知识，达到对路灯的有效控制，并能够在路灯发生故障时，产生低电平，并将低电平信号传给单片机，单片机接收到低电平，产生报警信号，并显示故障路灯的地址编号。我们以单片机为中心，通过AT89S52单片机实现对路灯定时开关及时间显示的控制。电路可根据外界环境明暗的变化，能够自动进行开灯和关灯。红外传感器可以接收物体在一定范围内发出的红外线，因此，将红外传感器置于适当位置，便可实现灯依次点亮的控制。通过对AT89S52单片机进行编程，使用单片机的两个端口分别对两只路灯进行控制，并设定不同的开灯和关灯时间。路灯故障时，支路控制器产生低电平，送入AT89S52单片机，产生报警信号。最终，达到所要求设计的各项指标。关键词：数字控制 红外感应 光敏感应 单片机 路灯控制目录一、设计任务41.1任务41.2 要求51.3实现功能5二、器材6三、电路图和工作原理63.1 恒流源模块63.2 光敏感应模块73.3 红外感应模块73.4 路灯故障检测模块83.5 声光报警模块83.6 显示模块8四、软件流程94.1 主控电路94.2 软件流程9五、结论分析10六、实验总结11附录一 元件清单11附录二 程序代码123一、设计任务1.1任务设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。 路灯控制系统示意图 路灯布置示意图（单位：cm）1.2 要求 1基本要求（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：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（见图2），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）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。（5）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，并显示有故障路灯的地址编号。2发挥部分（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。（3）其它（性价比等）。1.3实现功能（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。（5）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，并显示有故障路灯的地址编号。二、器材51系列单片机 LCD显示屏 红外传感器 光敏电阻 相关电阻、电容（详见附录一）三、电路图和工作原理3.1 恒流源模块如图2所示：此恒流源电路带负载能力非常强，且线性很好。电压信号经过电阻R1、R2 分压后再输入到集成运算放大器的3 号脚，由集成运放特性可知，VI=VO，流过电阻R3 的电流I=VO/R3，即流过LED 的电流I=VI/R3。此恒流源电路结构简单，但性能却非常优秀。恒流源模块主要给1W 的LED 提供电流，电流值不大，输出电流限定在200mA 以内，恒流源的给定值由路灯控制器根据实际需要的亮灯需求给定。当输入为高电平时，LED灯亮。恒流源原理图如图2所示：3.2 光敏感应模块光敏感应电路以LM339为核心元件，用光敏电阻测量环境的变化，用电位器调节电路对光照量的敏感度，当光照量达到设定值时，LM339产生一个信号告知单片机可以开灯或关灯了。当未达到光照量时时，输出 为低电平；达到光照量后，输出为高电平。光敏感应原理图如图3所示 图33.3 红外感应模块采用透射式红外对管检测移动物时，感应的电压变化大，灵敏度比较高，经比较电路容易产生高低电平，适宜用于移动物的检测。利用透射式红外对管检测移动物的原理图如图4所示；3.4 路灯故障检测模块路灯控制器在路灯需要开灯的时刻对LED 灯进行检测，根据恒流源给定值（对应LED等应有的工作状态）及实际测得的LED 的电压电流值对LED 故障进行判断，如果LED 的实际工作状态与应有的状态不符，则判定该LED等出现故障，检测电路将故障信号送至路灯控制器，由控制器发出声光报警。经过测试，当路灯出现故障时，输出为低电平；正常工作时，输出为高电平。路灯故障检测电路原理图如图5 所示：3.5 声光报警模块根据题目要求需要对开关灯时间和故障灯的地址显示，并能发出声光报警信号。在本系统设计中分显示和声光报警两部分，其中显示部分采用LCD1602作显示屏，采用并行口的方式驱动液晶。在声光报警部分用蜂鸣器做声音发生器，LED灯产生光，用PNP三极管做开关，其最终电路如图6： 图63.6 显示模块采用LCD1602显示屏来显示设定的开关灯的时间，此方案虽然会增加导致编程的工作量但却减少了元件同时增强了电路的稳定性。除此之外电路元件的减少还有方便了电路的调试。 四、软件流程4.1 主控电路主控电路如图8所示：接通电源，演示各种按键动作，并用电压表测试各控制接口的电平情况，并观测液晶显示是否与按键动作同步，且达到预定显示要求。 图8 主控电路图4.2 软件流程C语言表达能力和运算能力比较强，且具有很好的可移植性和硬件控制能力，因此，我们选C语言编程。软件流程图如图2-2所示：图9 路灯控制系统软件流程图五、结论分析选用AT89S52单片机为控制器，易于编程控制，外围控制资源丰富，整个控制系统操作更加灵活，电路制作简单、方便、性价比高。通过对它的设计，可以实现（1）按时开关灯、显示开关灯时间，控制开关灯时间。（2）根据环境明暗变化，实现自动开关灯的目的。（3）能够根据交通情况自动调节亮灯状态，当物体依次经过时，灯依次点亮。（4）通过AT89S52单片机编程实现了对每只路灯的开关灯时间进行独立设定的效果。（5）实现了故障时报警，并显示有故障路灯的地址编号的效果。（6）经过变压器变压、整流滤波后，经开关管后输出电流恒定，成功制作了LED灯恒流驱动电源。（7）本电路设计思路明确，具有很好的性价比。六、实验总结我们在整个设计制作过程中，认识到硬件设计和软件设计是电子设计中不可缺少的内容。为了满足设计的功能和指标的要求，我们必须在开始设计时就考虑到硬件与软件的协调，不然会增加软件实时困难和复杂程度。有时即使硬件和软件单独能用，也不能使他们组成的系统工作，故在设计的过程中必须考虑软硬件的处理能力以及它们的接口是否兼容，实现软硬件的信号过渡。 在实验过程中，我们始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重的原则，我们采取了诸多的有效措施，基本完成了设计题目所规定的指标和要求。模拟路灯控制系统是我们团队互相合作、共同努力完成的一个项目，虽然在设计制作过程中遇到很多的麻烦和困难，但我们始终如一、同心协力，把困难一一克服了，展现了我们良好的团队合作精神。我们希望在未来的努力中可以更加团结，达到更加完美的地步。附录一 元件清单名称数量名称数量AT89S52单片机1蜂鸣器1光敏电阻1发光二极管1LM3391LM358378121SN74LS378051红外对管3uA7411TL431ACLP1LED 灯2晶振11602显示屏1三极管若干电阻若干电容若干电位器若干附录二 程序代码#include /包含单片机寄存器的头文件#include /包含随机函数rand()的定义文件#include /包含_nop_()函数定义的头文件#define uchar unsigned charsbit RS=P20; /寄存器选择位，将RS位定义为P2.0引脚sbit RW=P21; /读写选择位，将RW位定义为P2.1引脚sbit E=P22; /使能信号位，将E位定义为P2.2引脚sbit BF=P07; /忙碌标志位，将BF位定义为P0.7引脚unsigned char code digit =0123456789; /定义字符数组显示数字unsigned char code string_0 = ; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code string_1 =BeiJing Time; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code string_2 =Set Time; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code string_3 =L1 Open Time; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code string_4 =L1 Close Time; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code string_5 =L2 Open Time; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code string_6 =L2 Close Time; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code open_L1 =L1:Open; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code close_L1 =L1:Close; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code open_L2 =L2:Open; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code close_L2 =L2:Close; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code L1_Bad = L1: Bad! ; /定义字符数组显示提示信息unsigned char code L2_Bad =L2: Bad!; /定义字符数组显示提示信息unsigned char count; /定义变量统计中断累计次数unsignedchars,m,h,s_10,m_10,h_10,s_11,m_11,h_11,s_20,m_20,h_20,s_21,m_21,h_21; /定义变量储存秒、分钟和小时unsigned char ID; /储存按键IDbit m1,m2,m3;sbit jing=P10;sbit L1=P12; /将L1位定义为P1.2sbit L2=P13; /将L2位定义为P1.3sbit S1=P14; /将S1位定义为P1.4sbit S2=P15; /将S2位定义为P1.5sbit S3=P16; /将S3位定义为P1.6sbit S4=P17; /将S4位定义为P1.7sbit guang=P11;sbit hong_1=P23;sbit hong_2=P24;sbit hong_3=P25;sbit bad_1=P26;sbit bad_2=P27;/*函数功能：延时1ms (3j+2)*i=(333+2)10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒*/void delay1ms() unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+) for(j=0;j33;j+); /*函数功能：延时若干毫秒 入口参数：n*/ void delay(unsigned char n) unsigned char i; for(i=0;i=6&h=6&h24)h_10=0;while(m_1060)m_10=0;while(s_1060)s_10=0; DisplayHour(h_10); delay(5); DisplayMinute(m_10);delay(5); DisplaySecond(s_10);delay(5);void L1_close(void) unsigned char i; WriteAddress(0x01); /写地址，从第1行第4列开始显示 i=0; /从字符数组的第1个元素开始显示 while(string_4i!=0) /只要没有显示到字符串的结束标志0，就继续 WriteData(string_4i); /将第i个字符数组元素写入LCD i+; /指向下一个数组元素 S1=1;S2=1;S3=1;/将P1口3位置高电平“1” if(S1=0|S2=0|S3=0) /有键按下 delay(180); /延时200ms再检测 if(S1=0|S2=0|S3=0) /确实有键按下 if(S3=0) /如果是S3键按下 h_11+; /小时加1 if(S2=0) /如果是S3键按下 m_11+; /分钟加1 if(S1=0) /如果是S1键按下s_11+; /秒钟加1delay(60);while(h_1124)h_10=0;while(m_1160)m_10=0;while(s_1160)s_10=0; DisplayHour(h_11); delay(5); DisplayMinute(m_11);delay(5); DisplaySecond(s_11);delay(5);void L2_open(void) unsigned char i; WriteAddress(0x01); /写地址，从第1行第2列开始显示 i=0; /从字符数组的第1个元素开始显示 while(string_5i!=0) /只要没有显示到字符串的结束标志0，就继续 WriteData(string_5i); /将第i个字符数组元素写入LCD i+; /指向下一个数组元素 S1=1;S2=1;S3=1;/将P1口3位置高电平“1” if(S1=0|S2=0|S3=0) /有键按下 delay(180); /延时200ms再检测 if(S1=0|S2=0|S3=0) /确实有键按下 if(S3=0) /如果是S3键按下 h_20+; /小时加1 if(S2=0) /如果是S3键按下 m_20+; /分钟加1 if(S1=0) /如果是S1键按下s_20+; /秒钟加1delay(60);while(h_2024)h_10=0;while(m_2060)m_10=0;while(s_2060)s_10=0; DisplayHour(h_20); delay(5); DisplayMinute(m_20);delay(5); DisplaySecond(s_20);delay(5);void L2_close(void) unsigned char i; WriteAddress(0x01); /写地址，从第1行第4列开始显示 i=0; /从字符数组的第1个元素开始显示 while(string_6i!=0) /只要没有显示到字符串的结束标志0，就继续 WriteData(stri