模拟路灯控制系统设计报告.docx
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模拟路灯控制系统设计报告.docx
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模拟路灯控制系统设计报告
模拟路灯控制系统设计报告
摘要
本设计以单片机做核心控制单元,支路控制器由STC89C52实现时钟功能,能设定、显示开关灯时间,并控制整条支路按时开灯和关灯;单元控制器以STC12C4052为核心运用超声波测距完成对定位点的监测使电路能根据交通情况自动调节亮灯状态;光控LED点亮由纯硬件电路组成,根据光敏三极管的特性实现电路根据环境明暗变化,自动开灯和关灯;支路控制器与各控制单元通过RS-485总线进行通信。
此系统基本实现题目要求,并且稳定性好,成本低,易于操作。
关键词:
单片机;超声波测距;光控电路;RS-485总线
Abstract
ThedesignmakesMCUasthecoreofthecontrolunittoachievetheclockfunction,besetuptodisplaylightswitchingtimeandcontrolthewholesliproadtoswitchthelights.TheunitcontrollerusesSTC12C4052asthecoretocompletetheultrasonicrangingpointformonitoringtrafficconditionsinthecircuittoautomaticallyadjustlightingaccordingtothestate,thelight-controlledLEDlightingfromapurehardwarecircuit,accordingtothecharacteristicsofphototransistorcircuitimplementationaccordingtoenvironmentalchangesinlightandshade,autolights,andturnoffthelights,slipcontrollerandthecontrolunitthroughtheRS-485bus.Thissystemisbasicallythesubjectrequirements,andgoodstability,lowcost,easytooperate.
KEYWORD:
MCU,UltrasonicRanging;LightControlCircuit;RS-485bus
一、方案选择与论证
1、时钟的实现
方案一:
采用FPGA,集成度高,速度高,时钟准确,由软件驱动硬件,采用开发板简化外围硬件电路,但成本较高。
方案二:
利用单片机的定时计数功能来实现时钟的设计,外加一片DS1302以达到实时显示当前时间,简单易行,易于实现。
两者对比,我们采用方案二。
2、光控模块的设计。
方案一:
感光元件用光敏电阻,光敏电阻的工作原理是基于内光电效应,可用于检测光线的有无,价格便宜,但反应较迟钝,对温度变化比较敏感。
方案二:
感光元件用光敏三极管,光敏三极管不仅具有感光功能且对信号有放大作用,它能够根据光线的强弱控制电流的大小,用光敏三极管具有更高的灵敏度,更高的速度,同时它的稳定性高。
在此次设计中我们选用光敏三极管。
3、根据交通情况自动调节亮灯模块。
该模块主要是对物体的感应元件的选择,在此我们提出以下方案:
方案一、采用红外传感器,其具有价格便宜,易制,安全的优点,但是精度低,方向性差,在这个设计中不利于布线,因此我们不倾向于用红外检测移动物体。
方案二、用超声波检测移动过已知点物体的电路简单,易于布线,且利用单片机对其信号的处理也较易实现,此外因它利用机械波,可以适应较差的环境,适应能力强,耐用。
最终决定用超声波完成此模块。
二、系统设计
1、总体电路构成
该系统主要由支路时钟控制模块、单元电路光控模块、自动调节亮灯模块及故障检测和声光报警模块四大部分组成,系统框图如下:
其中单元控制器组成图如下:
单元控制器
光控制LED亮灭
自动控制LED亮灭
(超声波检测)
LED故障检测
2、各模块具体实现原理分析和说明
(1)支路时钟控制模块:
时钟由STC89C52单片机通过编程产生,再驱动LCD液晶显示屏上显示。
通过对8个按键的控制来实现对时钟、闹铃时分的校准调节,具有复位功能,并可设置定时,定时时间到产生中断,由单片机分析判断,通过RS-485总线单元控制器进行通信,实现对单元控制器的控制。
注:
用单片机设计时钟初始化部分程序如下:
voidtime_init()
{
TMOD=0X21;
TH0=0x4c;
TL0=0;
EA=1;
ET0=1;
TR0=1;
TH1=0xfd;
TL1=0xfd;
SCON=0xd0;
TR1=1;
P2_7=0;
}
(2)单元电路光控模块
电路如图所示:
当天亮着时,光敏三极管T1导通,输出为低阻,晶体管T2截止,T3导通,继电器吸合,其常闭触电K11断开,路灯H不亮。
天黑光弱,T1输出为高阻,T2导通,T3截止,继电器的K11触点为闭合状态,路灯亮。
(3)自动调节灯亮模块
①超声波接收电路
②超声波发射电路
此模块的关键在于怎样准确检测S点B点是否有物体通过并将信号传给单元控制器,经过分析让控制器作出相应回应,控制灯的亮否。
再此利用超声波在一种介质中传输速率一定及其反射原理来确定物体位置。
用一对超声波收发装置检测物体。
发射部分用单片机控制产生40KHz的方波,然后加以驱动,送至发射传感器发射,要使测量误差小于1cm,时间的误差必须小于30微秒。
当有物体经过预定点时,接收传感器将信号经CX10206进行放大,之后传入单片机进行比较计算,控制LED点亮。
(计算公式及方法)s=O.5×V×T=O.5×V×(Tr×N)
三、软件设计
支路时钟控制系统流程图
此系统中有键按下执行相应功能,实现通过时钟对单元控制器的控制及LED状态。
单元控制系统流程图
是
四、系统测试
1.液晶显示调试部分:
为了实现定时控制路灯的亮灭,我们使用1602LCD显示器显示准确的时间,并且可以正确设置控制路灯亮灭的时间,当定时时间到,指示灯亮,并控制支路的路灯状态。
在调试的过程中,由于1602的一个管脚接线错误而导致没有点亮,用万用表检测各个管脚的高低电平状态,排查所有的管脚并正确连接,再次测试,1602可以正确的按照要求工作,时钟及液晶显示模块都正常,可以实现对支路正确的定时控制。
2.光控电路部分
光控电路通过模拟测试,在光亮的状态下接上电源,继电器自动跳到常开端,说明光敏电路工作正常。
3.主控和支路通信部分
主控和支路的通信是保证整个系统工作的关键部分,考虑到适用和通用的原则,我们采用的工业上常用的485总线,由于我们对通迅的练习较少,所以这个模块调试了很长的时间。
对于单片机的串口中断设置不正确,支路接收信号总是错误,进而导致支路不正常。
之后,我们只做了一个简单的通信程序来测试485总线,经过调试无误后,再和主控连接起来,实现对主控和支路的正确通信,保证了整个路灯控制系统的运行。
4.超声波控制部分
将超声波电路的发射和接收探头,分别与单片机的对应I/O口相连,并接通电源,当有障碍物通过探头的检测范围内时,LED灯亮,超出监测检测范围时,LED灯灭。
运用此原理,即可完成对灯LED的控制。
由于外界对超声波的影响,使得检测电路的灵敏度可能降低,但总的来说,可以实现超声波对灯LED的控制,达到设计的要求。
五、结论
经过几天的努力和学习,我们受益良多。
基本完成了对模拟路灯控制系统的设计,设计过程中,我们不仅检验了自身水平,更重要的是学到了很多课本上没有的知识,使自己得到了进一步的提高。
同时增强了动手实践能力,也深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性。
本次竞赛极大的锻炼了我们各方面的能力,虽然我们遇到了很多困难和障碍,但总体上成功与挫折交替,困难与希望并存,我们将继续努力争取获得更大的进步。
参考文献:
1、胡宴如,《模拟电子技术》第2版,高等教育出版社。
2、谢志萍,《传感器与检测技术》,电子工业出版社。
3、罗杰、谢自美,《电子线路》第4版,电子工业出版社。
4、王静霞,《单片机应用技术》(C语言版),电子工业出版社。
5、王港元,《电子技能基础》第2版,四川大学出版社
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