智能路灯控制系统.doc

基于C8051F120芯片的模拟路灯控制系统摘要：设计一个模拟路灯控制系统的解决方案。本方案以C8051F120为核心，加以简单的外围电路，实现电子设计竞赛试题所要求的所有技术内容。C8051F120单片机在工业上的应用比较广泛，其可靠性、抗干扰能力和温度稳定性都比较强，性价比高。这是一个低成本的路灯控制解决方案，除了选用廉价的单片机芯片，还采用了廉价得微型激光发射器与光敏电阻组合的方式代替昂贵的工业控制光电传感器，大大降低了系统成本。整个系统的电路简单，结构紧凑。经过检测，该系统能长时间稳定工作，满足设计指标要求。关键词：模拟控制、LED照明、单片机1.1系统框图1.2 总体设计方案1.2.1 功能分解及设计思路本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面：（1）是时钟功能及定时开关灯。（2）是根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。（3）是根据交通情况自动调节亮灯状态：当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。（4）声光报警功能，当路灯出现故障时而不亮时，控制器发出信号，并显示有故障路灯的地址编号。（5）是根据绿色节能照明要求，采用恒流源驱动LED路灯发亮且能调光，路灯驱动电源输出功率能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。以上功能的实现，都是以单片机为核心，在单片机系统实现的输入输出和显示功能的基础上，由单片机的内置逻辑和运算功能，加上一定的外围电路得以实现。征对以上的五个功能，基于模块化的设计思想，以下分别叙述之。1.2.2 方案论证与比较1.2.2.1 时钟功能及定时开关机。方案一：采用专用时钟芯片。现在流行的串行时钟电路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8563等。其优势是可以单独使用，直接连接单片机外围，有自己独立的时钟晶振，精度较高。单片机通过串行接口取和写入当前的时钟值，时钟芯片的运行受单片机死机的影响少。由于本开发板上有时钟芯片PCF8563故本方案采用专用时钟芯片。方案二：采用单片机内置时钟振荡电路及定时器构建时间平台。本方案直接利用单片机的内置定时器，通过定时器的中断和简单运算实现时钟功能。优点是减少外围芯片的使用，缺点是占用了大量的单片机资源。本设计不采用此方案。1.2.2.2 根据环境明暗变化，自动开灯和关灯功能。方案一：采用比较器的解决方案。光敏电阻与固定电阻串联，加一级三极管与固定电阻组成的弱上拉电路当光照到光敏电阻上时光敏电阻值减小三极管导通端口出现低电平，反之为高电平与单片机的I/O口连接如图。优点是电路比较直观，操作比较方便。 方案二：采用AD变换。光敏电阻与固定电阻串联，由单片机内置的AD变换接口读入当前的电压值，然后根据读取的电压值判断当前的环境亮度。路灯的开启电平由内部的变量控制。方案二的优点在于可以方便以实现对路灯开启电平的数码控制和远程控制。本系统采用方案一。图1.1 光敏传感器电路1.2.2.3 是三是根据交通情况自动调节亮灯状态。当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。方案一：采用工业级的光电传感器。这种光电传感器普遍运用于电梯、生产线等工业场所。优点是使用方便，型号很多，输出量是开关量，不需调理电路。缺点是价格较贵。方案二：使用红外发光二极管和接收管组合组成红外对射装在点S,B,S点，组成对射对当车经过时挡住红外线就可以通过检测红外接收的电压高低变化判断是否有车到达这三点。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。同时红外系统还具以下优点：尺寸小，质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。该传感器不但价格便宜，容易购买，而且处理电路简单易行，实际使用效果很好，能很顺利地感应到物体。本设计采用方案二。1.2.2.4 声光报警功能采用光敏电阻检测路灯的亮度，同时排除环境光的干扰。利用单片机的AD口，读入光敏电阻上检测到的路灯亮度值。图 1.2 声光报警电路1.2.2.5 恒流源驱动LED及20到100范围内可调亮度。方案一：采用恒流源驱动芯片，目前市场上成品的恒流源驱动芯片比较多，一般采用使用取样电阻调节输出电流的方式。这些芯片使用方便，性能较好，但价格较贵。方案二：采用PWM方式驱动功率三极管输出驱动电流，用电流取样电阻串入LED供电回路，用AD口读取当前的电流值，实现闭环控制。方案二利用了单片机的AD变换资源，同时采用P