模拟路灯控制系统设计报告.doc

基于51单片机电子设计报告模拟路灯控制系统院 系： 电子通信工程 团 组： 姓 名： 指导老师： 目录一、设计任务求 3二、系统方案论证与选择 5三、系统硬件的设计 8四、系统软件的设计10五、参考文献12六、结论13附录14附录 1 程序代码14附录 2 硬件原理图20附录 3 PCB图（部分）23一、 设计任务求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。图1 路灯控制系统示意图图2 路灯布置示意图（单位：cm）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）。3、说明1光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。2自制的LED驱动电源不得使用产品模块。3自制的LED驱动电源输出端需留有电流、电压测量点。4系统中不得采用接触式传感器。5基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯状态变换点”（S、B、S等点）垂线间的距离，要求该距离2cm。二、 系统方案论证与选择根据题目要求，系统主要应包含电源模块、主控模块、实时时钟DS1302模块、1602显示模块、按键123模块、路灯LED 灯1和2模块、环境明暗变化检测光敏模块0、交通路况检测光敏模块1和2、路灯故障检测激光位置检测传感器及光敏模块1和2、出现故障蜂鸣器报警等组成，如图2 所示。 图21.系统控制模块方案的选择方案一：采用SPCE061A 单片机进行控制。虽然SPCE061A 凌阳单片机具有强大功能的16 位微控制器， I/O 口资源丰富，存储空间大，能配合LCD液晶显示的字模数据存储。但是，它不是最常用的单片机，从而加大了使用和功能实现的难度，成本也较高。方案二：采用STC89C52 单片机进行控制。该单片机具有IAP 功能，支持在线下载，内部集成了EEPROM，STC89C52 是我们比较熟悉的一种常用单片机，指令系统和AT89C51 兼容，价格便宜，容易购买。鉴于以上优劣分析，本设计采用方案二。2.时钟模块方案的选择方案一：采用软件设计时钟，程序复杂，精度低，调试困难，占资源多，断电后时钟也停止运行。方案二：采用时钟芯片DS1302，电路简单，时钟精度高，只要将时钟数据读取送显示即可，占资源少，具有后备电源接口，主电源断电后时钟依然在低功耗状态下运行。鉴于以上分析，本设计采用方案二3.显示模块方案的选择方案一：采用数码管显示。由于本系统需要显示的数据比较多，采用LED 数码管需要用动态扫描，占用资源比较多，闪烁感强。方案二：采用1602LCD 液晶显示，显示内容丰富，画面稳定不闪烁，抗干扰能力强，且功耗很低，符合环保节能要求。鉴于以上分析，本设计采用方案二。4.按键模块方案的选择方案一：采用矩阵键盘，程序复杂，电路复杂，调试困难，占资源多。方案二：采用独立按键，电路简单，编程方便，占资源少；且独立按键能够满足本系统设计要求。鉴于以上分析，本设计采用方案二。5.判物模块方案的选择方案一：采用红外对射的方式红外对射又叫“光束遮断式感应器”当光线被遮断时通过电路发出警报。红外线是一种不可见光，为非触性传感器，红外检测的优点是便宜，易制，安全，安装方便，隐蔽性好，缺点是精度低，距离近，方向性差，是工业中比较常用的一种判物传感器。方案二：快超声波测距的优点是比较耐脏污，即使传感器上有尘土，只要没有堵死就可以测量，可以在较差的环境中使用，所以倒车雷达多半使用超声波，缺点是精度较低，检测物体位置需要设定阈值，测得数据不稳定，且成本较高。方案三：激光传感器为非触性传感器，激光检测物体有没有通过某一位置时非常精确而且稳定，硬件电路简单方便，成本低廉适于本方案设计。鉴于上面分析，本设计采用方案三。6.测光及故障检测模块方案的选择系统采用廉价的光敏电阻模块可以检测周围环境的亮度和光强，灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节），数字开关量输出（0和1），设有固定螺栓孔，方便安装，作为测光及故障检测的传感器，效果很好。三、 系统硬件的设计1.按键及显示模块采用3 个独立按键和1 块1602 夜晶显示器，其中1个按键用于复位，1 个按键用于模式切换及确认，1 个按键用于设置调整开关灯时间，显示器用于显示年月日周几及系统实时时间、开关灯时间、路灯故障信息等。2.硬件设施搭建根据上图用泡沫板模拟道路、用led灯模拟路灯并且两路等间距为80cm、在灯杆顶部led灯旁安装光敏传感器模块用以探测led灯的亮暗情况从而得知路况、定点S、B、S等三处且在这三处路的正对两边安装激光收发器用以探测有没有车辆通过、在定点S向A的反方向安装一个光敏传感器模块用以检测周围环境的明暗变化。3.最小系统版设计如下电路图所示，根据一下电路图设计出最小系统版及相关扩展电路。四、 系统软件的设计软件设计的框图如下图所示：系统初始化后进入液晶LCD1602正常显示实时时间及年月日星期几、按按键0复位、按按键1进入相关设置。流程图如下所示五、 参考文献1 康华光. 电子技术基础模拟部分（第五版）. 高等教育出版社，2005年. 2 阎 石. 数字电子技术基础（第五版）. 高等教育出版社，2005年. 3 刘爱华 满宝元. 传感器原理与应用技术.人民邮电出版社，2011年.4 马 彪. 单片机应用技术. 同济大学出版社，2010年.5 郭天祥. 51单片机C语言教程. 北京: 电子工业出版社，2012年.6 刘建清. 轻松玩转51单片机C语言.北京航空航天大学出版社，2011年.7 彭 伟. 单片机C语言程序设计实例100例. 北京: 电子工业出版社，2011年.六、 结论此方案的系统设计符合2009年全国大学生电子设计竞赛试题（I题）的要求，是一个低成本，高可靠性的解雇方案，经过功率扩大、电网通讯等方面的改良，可以用于实际路灯控制。附录附录 1 程序代码*-名称：LCD1602.h论坛：编写：日期：2012.8修改： 内容：引脚定义如下：1-VSS 2-VDD 3-V0 4-RS 5-R/W 6-E 7-14 DB0-DB7 15-BLA 16-BLK-*/#include /包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义#include#ifndef _1602_H_#define _1602_H_ bit LCD_Check_Busy(void) ; void LCD_Write_Com(unsigned char com) ; void LCD_Write_Data(unsigned char Data) ; void LCD_Clear(void) ;void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) ; void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) ; void LCD_Init(void) ;#endif*-名称：DS1302.h论坛：编写：日期：2012.8修改： 内容：-*/#ifndef _DS1302_H_#define _DS1302_H_#include #includesbit SCK=P14;sbit SDA=P15;sbit RST=P16;/复位脚#define RST_CLRRST=0/电平置低#define RST_SETRST=1/电平置高/双向数据#define IO_CLRSDA=0/电平置低#define IO_SETSDA=1/电平置高#define IO_RSDA /电平读取/时钟信号#define SCK_CLRSCK=0/时钟信号#define SCK_SETSCK=1/电平置高#define ds1302_sec_add0x80/秒数据地址#define ds1302_min_add0x82/分数据地址#define ds1302_hr_add0x84/时数据地址#define ds1302_date_add0x86/日数据地址#define ds1302_month_add0x88/月数据地址#define ds1302_day_add0x8a/星期数据地址#define ds1302_year_add0x8c/年数据地址#define ds1302_control_add0x8e/控制数据地址#define ds1302_charger_add0x90 #define ds1302_clkburst_add0xbeextern unsigned char time_buf18;/空年月日时分秒周extern unsigned char time_buf8 ;/空年月日时分秒周/*- 向DS1302写入一字节数据-*/void Ds1302_Write_Byte(unsigned char addr, unsigned char d);/*- 从DS1302读出一字节数据-*/unsigned char Ds1302_Read_Byte(unsigned char addr) ;/*- 向DS1302写入时钟数据-*/void Ds1302_Write_Time(void) ;/*- 从DS1302读出时钟数据-*/void Ds1302_Read_Time(void) ;/*- DS1302初始化-*/void Ds1302_Init(void);#endif*-名称：DELAY.h论坛：编写：日期：2012.8修改： 内容：-*/#ifndef _DELAY_H_#define _DELAY_H_/*- uS延时函数，含有输入参数 unsigned char t，无返回值 unsigned char 是定义无符号字符变量，其值的范围是 0255 这里使用晶振12M，精