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1、题目 模拟路灯控制系统作者：白静雷、李仁义、程洪坡赛前辅导教师：沈 洁 张崇武 文稿整理辅导教师：宫月月摘 要本设计是以 AT89S52 为主控器的模拟路灯控制系统。系统可通过定时设定，分别独立控制路灯的开启和关闭；同时具有调光功能，能够按设定要求使路灯驱动电源输出功率在 20%100%范围内任意调节。还能根据环境明暗的变化以及交通情况自动开关灯。并且当路灯出现故障时，能够声光报警。关键字：定时设定、调光、功率调节、声光报警。AbstractThe design is based on the analog controller AT89S52-based streetlight contro
2、l systems.The system can be set from time to time, respectively, independent control of lights turn on and off; also has dimming function can be set according to demand that the power lamp driver output power range of 20% 100% of arbitrary regulation.Can also shade the light of environmental changes
3、 and automatically switch traffic lights.And when the lamp fails to sound and light alarm.Keywords: timing setting, dimming, power conditioning, sound and light alarm. 一、前 言近年来，随着我国经济改革的深入发展和信息化时代的深入，各级政府对城市整体形象工程建设也备受重视。城市亮化越来越被政府所重视，大量的资金投入进行建设和改造，使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但问题也随之而来，能耗的逐年攀升，由此产生的某些问题亦逐渐
4、显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难；光污染现象严重这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，急切加以解决，为此我们设计并制作了这一节能智能型的模拟路灯控制系统。二、系统总体框架设计根据系统要求，设计总体框图如图 1 所示。主控制器AT89S52LED 控制器路灯路灯按键移动物体红外探测时钟芯片液晶显示光线检测声光报警LED 控制器图 1 系统总体框图三、方案比较与论证3.1 LED 调光方式的选择与论证方案一：采用 PWM (脉宽调制) 调光方式。优点：利用简单的数字脉冲，反复开关白光 LED 驱动
5、器的调光技术。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。能够提供高质量的白光，且应用简单，效率高。 缺点：PWM 调光容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声。方案二：采用模拟调光方式。优点：避免了由于调光时所产生的噪声。在采用模拟调光时，LED 的正向导通压降会随着 LED 电流的减小而降低，使得白光 LED 的能耗也有所降低。缺点：增大了整个系统的能耗，发光质量较差。方案三：采用数字调光方式。优点：数字调光最大优点在于调光时无噪声，外围硬件电路相对简单。缺点：操作性不强，技术不够成熟。综合以上各方案的优缺点，最后确定采用方案
6、一。3.2 障碍物监测方式的选择与论证方案一：采用路两边对射方式监测。优点：动作的稳定度高，检测距离长。缺点：需要架设电线，实际操作性受限。方 案 二 ： 采 用 扩 散 反 射 型 监 测优 点 ： 便 于 安 装 调 整 。 缺 点 ： 在 检 测 物 体 的 表 面 状态 （ 颜 色 、 凹 凸 ） 中 光 的 反 射 光 量 会 变 化 ， 检 测 稳定 性 也 变 化 。方 案 三 ： 采 用 回 归 反 射 型 监 测优 点 ： 布 线 、 光 轴 调 整 方 便 。 检 测 物 体 的 颜 色 、 倾 斜等 的 影 响 很 少 。 缺 点 ： 检 测 物 体 的 表 面 为 镜
7、面 体 的情 况 下 ， 根 据 表 面 反 射 光 的 受 光 不 同 ， 有 时 会 与 无检 测 物 体 的 状 态 相 同 ， 无 法 检 测 。综合以上各方案的优缺点，最 终 选 择 方 案 一 。四、系统硬件设计 4.1 主控电路 本系统采用 AT89S52 作为控制器，采用 DS1302 作为时钟电路。DS1302是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周时、分、秒进行计时，工作电流不到 1 微安。器件的选择满足系统低功耗、高性价比的要求。主控制器与时钟电路原理图如图 2 所示。图 2 主控制器电路4.2 LED 恒流源
8、驱动及调光电路压控恒流源是系统的重要组成部分，它的功能是用电压来控制电流的变化，由于系统对输出电流大小和精度的要求比较高，所以选好压控恒流源电路显得特别重要。具体电路原理图如图3所示。图 3 LED 恒流源驱动及调光电路电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管，更易于实现电压线性控制电流，也能较好地实现电压近似线性地控制电流。在此电路中，R4为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为0.39欧。运放采用LM324作为电压跟随器，UI=Up=Un ，场效应管Id=Is ，所以Io=Is= Un/R4= UI/R4。正因为Io=UI/R4，电路输入电压UI 控制电流
9、Io，即Io不随RL的变化而变化，从而实现压控恒流。当用恒流源驱动 LED 灯亮时，单片机的 P0.0 端子保持高电平接至图中的脉冲端子；当需要调光功能时，脉冲端接单片机编程输出的 PWM 脉冲，通过调节PWM 脉冲的占空比，达到调光目的。电流、电压测试点在图 3 中有所标注。 4.3 传感器探测电路如图 4 所示，通过红外对管探测，当有移动物体经过切换点时，OUT 端子输出为高电平，切换路灯 1 和路灯 2 的亮灭状态。在图 5 中，通过光敏电阻R4 感应环境光线，经电压比较器 LM324，通过 GK 端子控制灯的亮灭。4.4 键盘、液晶显示电路本系统选用金鹏公司的 LCD128*64 图形
10、点阵液晶显示模块作为显示器，其数据线 D0D7l 连接单片机的 P2.0P2.7。显示方式非常直观，可以显示字符、汉字和图形。用户可以从显示器上看到很友好的界面。采用六个独立式按键 S1S6，连接到单片机的 P3.2P3.7,按键功能分别为 S1“确认” ，S2“返回” ， S3“左” ，S4“右” ，S5“上(加)” ，S6“下(减)”图 4 红外探测电路 图 5 光线检测电路。电路原理图如图 6 所示。图 6 键盘及 LCD 显示电路4.5 声光报警电路当检测到路灯故障时，将单片机的P3.1 引脚（BEEP 端）拉低，如图 7 所示，使 LED 灯 D1 闪烁，蜂鸣器鸣叫，发出报警。4.6
11、 电源电路本系统需要+5V 电源供电，如图 8 所示，JP1 接 12V 交流电，经整流、滤波、稳压后，得到+5V 电压，分别给主控电路和LED 驱动电路供电。 五、系统软件设计5.1 软件设计思想本系统软件采用模块化程序设计的方法，主要由主控制程序、开机界面子程序、键盘服务子程序、定时子程序、光控开关灯子程序等部分组成。软件的主要设计思想是：从实际出发根据时间来选择模式,系统有时钟信息，判断白天和黑夜，白天用光控模式，根据外界光线明暗来控制路灯，只有图 8 电源电路图 7 声光报警电路在白天光线很暗时开启路灯。晚上用自动调节模式，能根据交通情况来自动开启路灯（灯始终随着人的移动来方向来开启，
12、经过的地方路灯及时关闭） 。分别设定每个灯的开启和关闭时间。时间设定的优先级最高，只要时间在设定范围内，路灯一直亮，范围外按白天光控模式，晚上自动调节模式控制。工作时，可以显示系统时间，每个灯的定时时间，灯的亮灭状态，工作模式，以及是否有故障。若有故障显示出故障灯的地址编号和出现故障的时间，并声光报警。在工作界面按确认键可以进入菜单来设置参数。5.2 软件设计流程图开始初始化显示时间和控制时间灯是否有故障是否设置时间设置时间是否在定时时间是否白天交通情况控制结束声光报警关灯 开灯环境明暗控制是是是是六、系统功能测试6.1 测试与数据分析调光功能时，路灯驱动电源输出功率测试数据如下表所示，能够达
13、到系统要求。测试参数 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组电压（U/V） 3.39 3.32 3.23 3.15 2.94电流（I/A） 0.31 0.25 0.20 0.16 0.10功率（P/W） 1.051 0.83 0.646 0.504 0.294下图为部分工作状态的显示界面。经过对本系统的反复测试，本系统能够实现题目要求的内容，功率测试完全符合要求，红外对管探测距离精确度较高达到了 1.5cm，优于题目要求的 2cm，很好的达到了设计和制作要求。6.2 测试使用的器件序号 型号、名称 数量 备注1 FM47 指针式万用表 12 DT9205A 数字式万用表 13 ADS7062CA 数字示波器 14 卷尺 1测量 S、B、S 处红外探测器的探测误差5 激光灯 1 改变亮暗环境
