模拟路灯控制系统最终5

1、模拟路灯控制系统摘要：本设计以STC89S54单片机作为模拟路灯控制系统的核心；由光电开关实现对定位点处经过物体的精确定位，并将检测的信号经单片机分析处理后控制LED灯的亮灭；LED的电源采用自制的恒流源驱动；由光敏电阻根据环境光线的变化实现路灯的自动开关；通过调节PWM脉冲占空比实现功率的调节，以此达到调光效果。由DS12C887完成控制器的时钟功能，并通过键盘设定和调整时间； 24C08存储芯片实现路灯开关时间单独控制。 关键词：STC89S54; 光电开关; DS12C887; 光敏电阻; 恒流源; PWM脉冲；24C08Abstract: The analog light contro

2、l system of this design is based on the microcontroller STC89S54. Object is detection by the photoelectric switch at anchor point, and the detected signal is analyzed and processed by the MCU to control LED light. A self-made continuous current source is adopted to drive light regulation circuit. Ph

3、otosensitive resistors are used to control the light switches automatically according to the natural light. By adjust the PWM pulse duty achieve power adjust, thus we achieve light regulation. The controller's clock is provided by the DS12C887, which can adjust and set the time by keyboard. For

4、individual control of lights, we use 24C08 storage to achieve switching time.Keywords: STC89S54; Photoelectric Switch; DS12C887; photosensitive resistor;Continuous current source; PWM pulse；24C08一、 方案的选择与论证根据系统的要求，我们将系统分为以下几个基本模块：显示模块，控制器模块，定位点精确定位模块，LED恒流源模块，时钟模块，环境检测模块。其主要模块由以下设计方案实现：1.显示模块 方案一：采用

5、传统的数码管显示：数码管显示对于本系统而言也能实现，但是考虑到供电时，其功耗大，并且数码管显示的字符少，消耗的单片机的I/O口多，直观性差。 方案二：采用液晶显示：本系统需要正常的时钟显示，而且可以设定和调整时间，当出现故障时地址编号也可显示出来，采用串行工作方式液晶显示不仅能够节省单片机的I/O口，同时也能直观的显示时间、出现故障时的地址编号以及一些必备的字符。 考虑上述原因我们选择方案二。2.定位点精确定位模块方案一：超声波模块：超声波模块检测距离长，而且也能达到精确的测量，但是对于超声波电路来说需要提供频率为40KHZ的方波，若采用单片机定时器供给，会影响主电路，而且外部电路比较复杂，增

6、加了外围电路的成本。方案二：光电开关：光电开关的检测范围为0-80cm，而模拟控制距离为20cm，传感器检测的距离相对来说比较近，通过调整光电开关的检测距离实现对距离的精确测量，光电开光的外围电路比较简单，并且是开光量输出，单片机能直接读取，节省了转换电路。从电路的性价比和稳定性考虑，我们选择方案二。 3.控制器模块 方案一：采用89S51单片机控制：根据题目要求系统需要时钟显示，时间的设定和调整，占用程序存储器空间大，而51系列单片机存储容量小，只有2KB的ROM,所需单片机的数量多。 方案二：采用STC89S54控制：采用89S54作为总的控制器，其存储空间比89S51大两倍，执行速度快，

7、并且STC89S54功耗低，抗干扰能力强，电压范围宽。 综合考虑在实现功能的同时也降低了系统的成本，所以选择方案二。 4. LED恒流源模块 方案一：采用大功率三极管作为恒流源：由大功率三极管构成的电路所需的电流较大，会造成电阻发热，功耗增大，并且主要原因是输出电流不能恒定，导致LED 发光管烧坏并且不能达到满功率点亮，因此我们放弃此方案。 方案二：采用集成稳压器构成的恒流源：三端集成稳压器工作在悬浮状态时，在输出端和公共端接入一个电阻器，从而形成固定恒流源，电路不仅结构简单，而且可靠性高，同时能够直接与单片机相连，通过调整PWM脉冲，能够实现调光的功能，并且功耗低。考虑上述原因我们采用方案二

8、。 5.时钟模块 方案一：采用DS1302：采用DS1302实现时钟需要给DS1302外加电池，增加外加电路，同时DS1302采用串口的方式虽然减少了I/O口，但是软件读写时序比较不方便，执行速度慢。 方案二：采用时钟芯片DS12C887：DS12C887功能丰富，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决了“千年”问题；DS12C887 中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10 年之久等优点。 考虑上述原因我们采用方案二。二、 理论分析与参数计算1.声光报警电路参数计算： 由5V电源供电，PNP型三极管驱动，对于发光二极管的限流电阻通过计算可得：R=(VCC-Ud)/Id

9、，则R=(5-2)/10mA=300，由于发光管的电流在1030mA,故在此范围内我们选择220 2.环境检测模块参数计算：将LM324运放的反相输入端与一个可调电阻相连作为运放的基准电压，光敏电阻和可调电位器与同相输入端相连，作为输入端，通过调整输入端的可调电位器阻值，可以改变运放的输入电压。则Ui=VCC/(RP+Rg)* Rg，输入与基准电压相比，大于基准电压输出高电平，小于基准电压输出低电平。基准电压为：Uref=VCC/(4.7K+RP)*RP 3.LED驱动电源参数计算：恒流源的供电电压为12V,当三极管9013导通处于放大状态时，大功率三极管TIP42C也导通，使得7805稳压模

10、块工作，输出恒定的5V电压。则模块的恒定电流为： I=5/R(R为可以调节输出电流的可调电阻) 恒流源三极管的选择：电路的电流为280mA,电流比较大，考虑3裕量我们选择电流为大于等于1A的三极管，因此我们选用PNP型三极管。恒流源电阻的计算：经过7805后电路的电压为5v，要想驱动LED则需要280mA的电流，则电路的恒流电阻为：R=5/280mA 所以电阻为18，功率为：P=I2*R,则功率为1.4w，所以选择功率大于2w的18电阻。三、 系统具体电路设计1. 本系统采用STC89S54作为控制核心，通过传感器采集信号经单片机分析处理后控制路灯的亮灭，并且同时将时间显示出来，也可通过键盘设

11、定和调整时间，再出现故障后同时将地址编号显示出来，并且可以声光报警。将光敏电阻的检测电路的输出与单片机相连，可以达到根据环境条件自动调节的功能。电路的方框图如图1所示：2电路的恒流源的设计图2 恒流源电路3.电路的整机原理图图3 整机原理图四、系统的软件设计 系统采用C语言编程实现各项功能。见附录。五、测试方法与数据1.测试方案与方法方案：先对各模块环境检测模块，精确定位模块时钟显示模块，LED驱动电源模块进行调试，然后再对整机进行调试，以提高调试效率。测试方法：环境检测模块的调试：搭接电路前先对光敏电阻进行检测，根据测出的数据来确定光敏传感器的灵敏度。测完灵敏度后，搭接电路，测量经过运放后的

12、输出，将其调整为灵敏度最高的一段范围内，使其能够根据环境的变化能够精确的发挥出其作用。精确定位模块：根据跑道的宽度，我们应将光电开关的测量距离调整在20cm范围内，并且误差不能超过2cm 。 时钟和显示模块调试：检查硬件接线正确无误后，软件测试。LED驱动电源模块：检查电路中三极管的状态是否正确，检查完毕后，在检查7805稳压电源是否输出正常，最后通电测量所要恒定的电流。整机调试：各模块电路检测达标后，将各模块电路连接到一起进行调试。检查电路连线是否正确，对软件进行调试。软硬件都调试完后将程序烧录到芯片中实际演练观察工作过程，对系统软硬件反复调试。 2.测试仪器如表1：仪器名称仪器型号数量备注

13、数字万用表KJ92051深圳市科杰仪器仪表有限公司示波器TDS2201淮阴市仪表双路可跟踪直流稳压电源SS332331两米卷尺1秒表1常用工具一套模拟试验箱THM-3型1函数信号发生器SP1641B型13调光电路通过调节占空比实现，测试仪器为万用表，测试数据如下表2所示： 表2占空比电流电压误差是否在误差范围内100%250mA4.06V0.015是98%240mA4.1V0.06是90%290mA3.65V0.05是86%280mA3.55V0.01是70%250mA3.14V0.2是40%190mA2.33V0.048是20%150mA2.05V0.1是结果分析本系统我们采用了一些补偿的方

14、法,使恒流源的功率恒定输出也恒定使误差很小，最后使误差控制在了2%以内。六、 总结1.系统创新部分 时钟模块 电路采用DS12C887实现此功能，在此功能的基础上，我们应用其特有的断电保持功能以及本身自带的电池经过软件编程实现了断电保护，即使电源被突然断开，也不会影响DS12C887工作，这样就会减少工作量。 存储模块 根据题目要求，对于路灯的独立控制我们采用存储芯片24C08来实现分别独立控制路灯的开关时间，通过芯片的写保护功能可以实现断电后数据不丢失。 液晶显示 显示部分我们采用12864，工作方式为串行工作方式，只需三个I/O口就可以实现，这样可以节省单片机的硬件资源。 2.总结 本设计完成了题目的基本要求以及发挥部分，在完成的