模拟路灯控制系统论文.doc

一、方案比较与论证1、单片机的选择与论证方案一：采用传统的AT89S51作为控制核心。51单片机具有价格低廉使用简单等特点，但其运算速度较低，功能比较单一。方案二：采用STC12C5612AD单片机。用此单片机具有超强抗干扰：抗静电，抗宽电压电源抖动，抗温度影响（-4085）。超低功耗，宽电压，高速度，速度比普通8051快812倍。有内置PWM功能，可以直接对LED灯亮度的控制，内置A/D转换。由于需要应用到PWM调制，需要高速反应，故采用方案二。2、时钟功能实现与论证方案一：采用单片机内部定时产生时间，但时间不精确，而且在掉电时数据会丢失。方案二：采用时钟芯片产生时间，可以产生精确时间，再加上外围电路和电池，具有掉电保护功能。因为在要求一里面需要能够设定准确的时间，所以采用方案二。3、LED灯恒流驱动电源的设计与论证方案一：以CW7805为核心，构成的输出电流可调的恒流源电路使用起来可靠 、方便，而且价格便宜。但是在实际应用中， 应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器温度过高时，稳压性能将变差，损耗大，甚至损坏，而且不能PWM调节。 方案二： 采用CE9910芯片为核心，构成输出电流可调的恒流源电路，效率高达90，比较节能。斜坡补偿电流模式PWM同步降压型转换器可实现输出可调电流，价格也比较便宜。 在损耗节能上CE9910比CW7805要优越的多，而且CE9910可以用PWM实现输出电流可调，所以采用方案二。4、环境光线变化自动控制灯亮灭的论证方案一：环境光线变化对光敏电阻的阻值发生变化，通过光敏采样电路把不同的阻值信号传递到单片机，单片机在根据信号的大小来控制路灯的暗亮与开关。方案二： 光敏三极管的PN 结受到光辐射时，形成光电流，由此集电极产生一个放大的信号电流。通过光敏采样电路把不同的信号传递到单片机，单片机在根据信号来控制路灯的暗亮与开关。 光敏电阻是最简单的光敏传感器，而且也能实现题目要求，所以采用方案一。5、物体经过自动控制灯亮状态的方案论证方案一：在路面上安装霍尔传感器，当有金属物体通过的时候它可以检测磁场及其变化，就能检测到物体，再把信号传送给单片机，由单片机发出指令去控制灯的开关。方案二：在公路的两边，正对的安装一对发射与接收（TL0038红外接收头）的传感器，当有物体通过的时候发射光会被物体所遮挡，此时接收端没有接收到信号，再把当前状态信号传给单片机，由单片机发出指令去控制灯的开关。霍尔传感器由于受物体性质材料的限制，会影响灵敏度。所以采用方案二。6、路灯故障声光报警及显示的方案论证方案一： 在路灯上安装一个光敏传感器，单片机对路灯发送指令，光敏传感器将当前路灯状态传送给单片机，单片机再对光敏传感器返回的信号进行比较，来识别路灯是否故障。方案二： 通过测量采样电阻反馈回来的电压值进行比较，来判断路灯是否故障。 因为光敏传感器在白天容易受环境光线的影响，另一方面考虑到题目要求的性价比，所以我们采用方案二。7、输出功率调节的方案与论证方案一：PWM 脉宽调制调光方式是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光 LED驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光 LED 的亮度。PWM 调光的优点在于能够提供高质量的白光，以及应用简单，效率高！方案二：模拟调光最大的优势是它避免了由于调光时所产生的噪声。但是区别于 PWM 调光技术，在模拟调光时白光 LED 驱动器始终处于工作模式，并且驱动器的电能转换效率随着输出电流减小而急速下降。所以，采用模拟调光技术往往会增大整个系统的能耗。 基于上面的分析PWM调光在能耗上节能、在应用上方便。所以选择PWM调光。二、功能分析与设计本系统由STC12C5612AD单片机作为控制核心。功能1、单片机控制设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。功能2、环境光线变化时单片机自动控制路灯的亮灭。功能3、根据交通情况自动调节灯亮状态。功能4、独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。功能5、功率应能在20%100%范围内设定并调节。功能6、当路灯出现故障时单片机控制，发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。系统总设计如下图1所示。图1 系统组成框图主程序流程图图2所示图2 主程序流程图1、设定显示开关灯时间，按时开灯和关灯的设计与实现在此功能中我们加入了时钟芯片可以准确的显示时间。用上下左右四个功能按键，来实现时间设置。上下键用来加减、左右键用来进入和退出，来实现设置时间。通过ST7920液晶显示与单片机连接来实现显示时间界面。再通过单片机的I/O口连接到路灯，就可以实现按时开灯和关灯。2、环境光线变化自动控制路灯的亮灭的设计与实现光敏电阻的亮阻暗阻；入射光强的时候，电阻减小到几K。入射光弱的时候，电阻增大到几M。此电路通过LM393AH比较器，把光敏当前光照电阻值与可调电阻RP进行比较。当光敏电阻阻值大于可调电阻RP时LM393AH比较器 输出高电平LED指示灯亮，当光敏电阻阻值小于可调电阻RP时LM393AH比较器 输出高低平LED指示灯灭，LM393AH比较器把输出的高低电平传送给单片机，由单片机去控制ST7920液晶的显示及路灯的亮灭。3、自动调节灯亮灭状态的设计与实现如图3所示在公路的两边，正对的安装一对发射与接收的传感器，当有物体通过的时候发射光会被物体所遮挡，此时接收端没有接收到信号，再把当前接收端的信号传给单片机，由单片机发出指令去控制灯的开关。图3当左向右行驶的时候当右向左行驶的时候传感器1感应到有车 LED1亮传感器3感应到有车 LED2亮传感器2感应到有车LED2亮 LED1灭传感器2感应到有车LED2亮 LED1灭传感器3感应到有车 LED2灭传感器3感应到有车 LED2灭4、声光报警并显示故障路灯的地址编号的实现在恒流源反馈电阻RS两端外接一个比例运放，放大从RS电阻采样的电压信号。当LED灯亮时RS电阻上有很小的压降，通过比例运放输出高电平，当LED灯灭时RS电阻上没有压降，比例运放输出低电平。把检测到的高低电平传送给单片机。当发送指令让灯亮，而检测回来的信号是低电平则路灯有故障，发出声光报警。在此功能中加入了语音模块，录制了三段语音。单片机根据故障灯号提取相应语音段落。5、功率在20%100%范围内设定并调节STC有内置PWM调制功能。此功能通过比较定时器的低字节和定时标志寄存器的低字节来在模块相应的管脚上输出PWM调制电平，当CL = CCAPnL 时，输出值为高。如上图4所示脉宽调制模块使用PCA定时器，CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn 位必须置位。当PWMn=1时，使能CEXn脚作用脉宽调节输出。图46、LED灯恒流驱动电源的设计与实现采用CE9910芯片为核心，构成输出电流可调的恒流源电路，是一款高效LED驱动电路,使用电流模式,能输出高达1.5A电流,输入电压范围为2.5V至6V，可以调节PWM。外接采样电阻与LED串联在路灯故障报警功能上可用到。因为其具有超低反馈电压和低纹波电流,因此只需使用少量外部元件,就能构成高效的降压式转换器,转换效率高达90%以上。7、多级菜单的控制与实现如下图5所示灯1开灯: : 灯1关灯: : 灯2开灯: : 灯2关灯: : 功能二界面二光线状况：灯状况 ：功能界面三物体位置：灯1状况：灯2状况：功能界面四灯1状况灯2状况功能界面一当前时间: : 开灯时间: : 关灯时间: : 功能界面五功率设置：图5五、测试数据与分析1、交通情况自动调节灯亮状态向左SBS向右SBS定位点与亮灯状态变换点的距离1mm1mm1mm定位点与亮灯状态变换点的距离1mm1mm1mm灯状态灯1亮灯2灭灯1灭灯2亮灯1灭灯2灭灯状态灯1灭灯2亮灯1亮灯2灭灯1灭灯2灭如上表格数据可知误差只有1mm，精度非常高。2、设定、显示开关灯时间与实际开关灯时间的对比设定开灯时间12:10:10实际开灯时间12:10:10设定关灯时间13:10:10实际关灯时间13:10:10如上表格数据可知误差几乎为零。3、设定输出功率与实际输出电流的对比设定输出功率实际输出电流2070 mA40130 mA60200 mA80260 mA100310 mA结束语该系统在设计中