路灯光控智能系统打设计与研制论文

1、路灯光控智能系统的设计与研制 摘要 本文介绍了通过光敏电阻CDS和单片机实现路灯光控智能系统的综合设计，其中包括了对光电敏感器件的选择，对光电传感器的检测与转换方法的研究，利用了单片机(89S51)对光电信号的转换处理、控制，并通过继电器实现了对220V灯泡模拟路灯的亮灭控制。设计与制作了PCB板，并在实验室进行了系统调试，实现了预期的目的，该系统可以根据自然光线的强弱实现控制路灯的亮灭功能，通过单片机的定时功能实现了凌晨时段路灯间隔点亮显示，从而达到了节能作用，同时利用单片机的输出控制可定时对亮灭的路灯进行对换，这样可以延长灯泡的使用时间。关键词 光敏电阻CDS 单片机89S51 路灯光控

2、智能与节能目录引言1第1章 光电传感器21.1 传感器的基本概念21.2 传感器的组成21.3 传感器的分类31.4传感器的作用与地位31.5光电式传感器41.6光敏器件的选择41.7光敏电阻的特性41.7.1 光敏电阻的工作原理41.7.2 基本特性和参数5第2章 光敏器件的实验与研究82.1光敏电阻CDS特性实验82.2光敏电阻CDS应用电路的研究8第3章 路灯光控智能系统的总体设计103.1总体方案设计与论证103.2系统功能说明103.3系统的硬件设计11系统电路原理图113.3.2 系统工作原理113.3.3 各模块的设计及参数分析、计算133.4 系统的软件设计173.4.1 程序

3、流程图17软件程序18第4章 系统的制作与调试204.1各模块调试204.2 电路板的制作214.3系统统调21第5章 系统的特点与扩展235.1 系统的特点235.2 系统的扩展235.2.1 抗外界干扰因素235.2.2 路灯故障自动检测235.2.3 路灯远程监控23结论24致谢语25参考文献26附录27引言现代城市规模的不断扩大，城市市容的改善，其路灯数量的增大，要求更低的功耗和更高的性能，因而对路灯定时器控制的要求比较精确。目前，路灯开关灯控制方法多为“钟控”。“钟控”不适应天气突变与季节变化等自然情况,不能实现控制开关灯的合理化、科学化。从而会出现：天还没有黑或者天早亮了,灯却开着

4、;天黑了或者天还未亮,灯却未开或者已关。前者会造成巨大的电能浪费，后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。路灯管理工作需要一个以光电式传感器为核心的自动化的管理手段来替代传统的钟控。这样，在天黑以后，街道上的路灯就会自己亮起来，天亮的时候可以自动熄灭，不用去人工控制，既节约了人力，又可以在一定程度上降低能耗、节约能源。本设计完成了利用光敏电阻，将光信号转换成电压信号，再根据电压信号来控制51单片机输出口的高低电平输出，从而控制了路灯的开关亮灭的系统设计；同时，通过继电器和三极管对显示电路进行功率扩展，可对220V灯泡进行控制。为了能进一步的节约能源，本次设计将在路灯

5、开启6个小时后，进行4个小时的路灯间隔亮状态。在间隔在4个小时的路灯间隔亮状态结束后，路灯又恢复全亮状态，直到天已经全亮了，自动对该路灯进行关闭处理。因为一般情况下，我们都是6点左右天就暗了，个别季节会有些许的差别，在路灯开始亮了6个小时候，那个时候已经是凌晨了，路上行人车辆已经变稀少了，这个时候如果路灯还全亮着，会造成电力资源的浪费，实行间隔半亮状态，可以有效的解约能源，等到凌晨4，5点时，这个时候天还未亮到一定的程度。考虑到给予起早工作的路上行人车辆足够的照明，这个时候该路灯系统将会把全部的路灯点亮，待天够亮时再将路灯自动关闭。同时，为了考虑到灯泡的使用时间，将4个小时间隔亮状态分为两个阶

6、段，每过2个小时将灯泡的亮灭状对换，这样就不会产生某些灯泡经常亮着，某些灯泡却经常没使用的问题，也延长了灯泡的使用寿命。本设计虽然是可以实现基本的由光线的强弱来控制路灯的开启与否，但是还没有真正的应用到实际的路灯控制上，实际的路灯控制将受到一系列的外界干扰因素，夜晚的闪电、烟火、下雨的闪电等都可能使路灯关闭。因此，整个系统还有待改进，才能真正应用到实际电路控制中去。第1章 光电传感器1.1 传感器的基本概念传感器1是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换元件指传感器中能将敏感元件输出

7、量转换为适于传输和测量的电信号部分。1.2 传感器的组成1.5光电式传感器光电式传感器是以光电元件作为转化元件，可以将被测的非电量通过光量的变化再转化成电量的传感器。光电式传感器一般由光源、光学元件和光电元件三部分组成2，如图1-2所示。图1-2 光电传感器的组成1.6光敏器件的选择本系统的光敏器件必需能感知光线强弱，控制三极管实现开关状态。因此可选用光敏二极管、光敏三极管或光敏电阻。1.7光敏电阻的特性在自动控制中它常用做开关式光电传感器。图1-4 光敏电阻的光电特性第2章 光敏器件的实验与研究2.1光敏电阻CDS特性实验1、利用可调亮度的台灯和照度计LX-9621，按照表2-1的照度值，用

8、示波万用表测量光敏电阻CDS在不同光照度下的电阻值，并记录于表2-1。表2-1 CDS测量电阻值2、利用表2-1绘出光敏电阻CDS的电阻光照度特性曲线。图2-1 光敏电阻CDS电阻光照度特性曲线2.2光敏电阻CDS应用电路的研究实验室为我们提供了KL-6205计算机传感实验设备，KL-620传感实验系统的传感器符合工业标(010V,420mA)，它通过RS-232接口把数据传送到电脑上进行处理，主机及模组采用开放式设计，具有延展扩充性；该装置采用闭回路控制方式，具有最佳的性能与稳定性，可做各类感测特性实验。通过实验室提供的KL-64009模板，可对光敏电阻CDS的应用电路进行研究，其电路如图2

9、-2所示。图2-1 光敏电阻传感器电路第3章 路灯光控智能系统的总体设计3.1总体方案设计与论证1.系统总体框图设计图3-1 系统总体框图2.选好光敏元件和单片机， 各部分功能模块：（1）光控电路部分： （2）单片机信号处理电路（3）路灯显示部分电路：使用220V灯泡，更接近实际路灯。用三极管和继电器构成灯泡的驱动电路，利用三极管的导通与截止状态来控制继电器的开光状态，从而控制灯泡的亮灭变化。3.2系统功能说明系统流程方框图： 图3-2 路灯光控系统框图3.3系统的硬件设计系统电路原理图 系统工作原理第4章 系统的制作与调试4.1各模块调试在系统统调之前，先是在万用板上进行电路的搭建与调试。本

10、系统主要由三部分组成，因此分三次对歌部分进行调试。1、 光控电路(传感器部分)的调试2、 单片机信号处理部分的调试3、 路灯显示电路部分的调试在万用板上调试成功后，开始制作PCB板。4.2 电路板的制作1、采用ProtelDXP13进行原理图和PCB图的绘制。在绘制过程中，有些器件和封装在软件自带库中，并未能找到，因此必须自己画。同时还要注意布线的粗细以及焊盘大小的设置。最后，将绘制好的PCB图用转印纸按实际大小打印。4.3系统统调有了万用板的调试基础，这次系统统调的时候比较顺利，只是调整了一下电位器的阻值，该系统便能实现预期的功能，且相对比较稳定，同时修改程序改变定时时间，以便于实验观察，最

11、终完成了改系统的综合调试。调试中测得系统性能如表4-1表4-1 电路测量电压值状态光控部分9013基极电压光控部分9012基极电压显示部分9012基极电压灯泡状态CDS受光2.65V4.22V4.89V灭CDS未受光0.05V4.78V0.79V亮第5章 系统的特点与扩展5.1 系统的特点本系统能够通过光敏电阻对自然光线的强度感应而对电路做出及时的反应，通过单片机接收电路高低电平的变化来控制发光二极管的亮暗，在天黑的时候自动将灯泡点亮。前6个小时内，灯光将全部亮起，6小时后(凌晨时段)灯光将开始间隔半亮状态，具有节能作用。在间隔半亮期间，每过一段时间对灯泡的状态取反，具有保护灯泡的作用。在天快

12、亮的时候，由于路上行人车辆的增多，路灯在维持间隔半亮状态4个小时后，将重新全部亮起，给路上足够的照明，该系统体现了节能的特点。5.2 系统的扩展 抗外界干扰因素实际的路灯控制将受到一系列的外界干扰因素，夜晚的闪电、烟火、下雨的闪电等都可能使路灯熄灭14。因此，整个系统还有待改进，才能真正应用到实际电路控制中去。5.2.2 路灯故障自动检测路灯的故障不能及时的维修是一个令人头疼的问题，同事也给行人的安全埋下了隐患。社会治安和交通安全以及城乡环境的美化。5.2.3 路灯远程监控采用先进的技术进行路灯远程监控，对路灯进行实时管理15。针对照明设备被盗取的状况，各种电缆防盗报警系统应运而生。 结论本次

13、设计在自己的努力和导师的细心指导下圆满完成了预定的任务，通过理论设计和程序的编写、调试，基本达到了任务书的设计要求。并对显示部分的功率进行扩展，使该系统能够控制实际220V的灯泡。具体完成了以下工作：1、 设计电路原理，并进行参数分析和计算。2、 制作PCB板和搭建硬件电路。3、 编写相应汇编程序，实现灯泡状态的控制。4、 搭建系统，并进行系统统调，达到设计要求。致谢语本论文是在我的指导老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在这里请接

14、受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！    参考文献 1 陈杰 黄鸿.传感器与检测技术M.北京：高等教育出版社，2002：1-9.2 吴桂秀.传感器应用制作入门M.浙江：浙江科学技术出版社，2004：67-119.3 I.SAGNES,Y.CAMPIDELLI,and P.A.BADOZ. The Ir/Si/ErSi 2 Tunable Infrared Photoemission SensorJ. Journal of Electronic Materials,1994,23(6):497-501 6 刘征宇电子设计实战攻略M.福州：福建科学技术出版社，2006:300-330.7 胡斌.图表细说电子工程师速成手册M