模拟路灯控制系统Word格式.docx
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模拟路灯控制系统Word格式.docx
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该系统以1W高亮度LED灯作为模拟路灯,制作了LED灯恒流驱动电源,电流调节范围在0-1A内可调。
通过红外式反射光电传感器检测路面交通情况,控制LED路灯亮、灭。
通过光敏三极管对环境变化及路灯故障等信号进行检测,实现了路灯亮、灭控制和路灯故障报警。
LED灯能在规定时间实现自动减小亮度,并能在规定范围内设定调节,调节误差小于2%。
该系统节能,性价比高,具有应用价值。
二、项目研究背景和意义
节能是二十一世纪的热门主题,面对全球能源危机,全世界都以节能为方向进行各方面的研究。
LED就是节能的一个研究方向,高亮度LED以其低热损耗,高流明而迅速取代传统照明工具。
系统以高亮度LED灯作为模拟路灯,可以实现路灯的节能控制。
系统附带了周围环境检测功能,可以根据周围环境亮度开启和关闭路灯。
系统还可以根据路面交通情况,控制路灯的调光功能,实现真正意义的节能环保。
综合以上功能,该模拟路灯控制系统有很好的应用价值和研究意义。
三、研究计划
项目确定前期,我们为了更快更好的完成研究设计,做了如下计划:
2009年5月---2009年8月:
进行相关调研。
2009年9月:
组内三人讨论确定总体方案。
2009年9月---2009年10月:
分工协作完成项目的软、硬件设计。
2009年10月---2009年11月:
完成实际系统的制作、调试及测试。
2009年12月---2010年3:
完成项目的总结。
四、研究内容
1、方案的提出
方案描述
针对题目的功能和指标进行分析,基于AT89S52单片机为模拟路灯支路控制器,通过光电传感器对路灯信号的检测,控制二路恒流源驱动LED路灯。
系统整体设计原理框图如图1所示:
方案论证与比较
(1)系统控制方案选择
方案一:
选用数字电路进行控制,但整个系统电路制作复杂,实现题目发挥部分的指标有困难。
方案二:
选用AT89S52单片机为控制器,易于编程控制,外围控制资源丰富,整个控制系统操作更加灵活,电路制作简单、方便、性价比高。
因此,我们选择方案二。
(2)路灯信号检测
选用金属传感器,该传感器精度高,反应灵敏,但是金属传感器价格较高。
选用红外反射式光电传感器和光敏三极管,该传感器反应灵敏且价格便宜,外围检测电路简单。
考虑到系统检测电路和性价比,我们选择方案二。
(3)LED灯恒流驱动电源
题目要求用恒流源驱动1WLED灯,并具有调光功能,驱动电源输出功率能在规定时间内按设定要求自动减小,该功率要求能在20%~100%范围内设定并调节,调节误差≤2%,方案比较如下。
选用模拟电路中所学的比例电流源,电路虽然简单,但该方案为电流-电流转换,且输出电流小,不能驱动1WLED灯。
采用开关电路实现恒流源,通过控制PWM信号占空比,并将该信号作为驱动电路的控制信号,实现MOS驱动电路的导通时间,实现电压-电流转换,电源效率高,控制方便,但是电源纹波较多,制作困难。
方案三:
线性数控电流源,用单片机控制DAC0832的输出,通过集成运放控制MOSFET管,实现电压-电流的线性转换,电路制作简单,性价比高。
因此,我们选择方案三。
2、理论分析与设计
单元电路设计
(1)单片机最小系统
支路控制器控制芯片选用AT89S52,以DS1302作为时钟芯片,采用8255作并口扩展,以24c04作为掉电保护,外接矩阵式键盘和液晶显示器和二路DAC0832电路。
(2)路灯信号检测电路
该装置选用红外式反射光电传感器,当小车经过传感器位置时,小车上的铝箔将红外线反射回去,红外接收管接收到信号输出到比较器整形送给单片机,让单片机对路灯进行控制。
其原理图如图2所示:
图2信号检测电路
(3)环境变化检测和故障检测
环境变化和故障检测选用光敏三极管,当环境亮度达到光敏三极管的导通阈值时,光敏三极管导通,信号送给单片机,单片机实现对路灯的控制和发出声光报警。
其原理图如图3所示:
图3光敏三极管检测电路
(4)LED恒流驱动电源
该恒流驱动电源是通过单片机控制DAC0832的输出电压,经运放控制MOS管的导通,MOSFET的源极经1Ω采样电阻接地,对恒流源输出电流进行控制,实现了输出电流的线性数控。
其原理图如图4所示,假设DAC0832输出至运放OP07同相端的输入为
,由运放虚短可知,MOSFET的源极电压
为
则恒流源输出电流
通过单片机控制输入电压
,可线性控制恒流源的输出电流
。
图4LED恒流驱动电源
系统软件设计
3、系统测试及分析
系统测试
测试仪器:
数字示波器RIGOLDS5022/25Mhz
直流稳压电源1731B
指针式毫安表精度级
数字万用表DT-890
秒表卷尺
功能测试:
将系统各个单元模块组装好,用小车对系统进行模拟,依次测试如下功能:
时钟功能、能设定、显示开关灯时间,控制整条支路按时开灯和关灯、故障检测及报警功能,实现了题目给定的基本要求和发挥部分。
指标测试:
LED恒流驱动电源输出功率的设定与调节测量结果如表1-1所示:
表1-1LED驱动电源输出功率的设定与调节测量结果
预置功率(W)
LED电压(V)
LED电流(mA)
LED功率(W)
误差
66
1%
130
192
244
299
结果分析
经系统调试及测量,我们得出该系统能够满足以下要求:
(1)时钟功能、能设定、显示开关灯时间,控制整条支路按时开灯和关灯;
(2)根据环境明暗自动开关灯;
(3)根据交通状况自动调节亮灯状态;
(4)独立控制每只路灯的开关灯时间;
(5)故障地址检测及报警功能;
(6)单元控制器具有调光功能;
(7)路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小;
(8)功率能在20%~100%范围内设定并调节,调节误差为1%。
五、成果创新点
1.节能环保。
本项目使用高亮度LED为交通灯,具有低热损耗,高流明等特点,系统可以根据路面交通情况实现交通灯的开启和关闭,并根据实际情况调节路灯的亮度,实现节能环保。
2.智能化控制。
路灯可以根据周围环境的变化为参考,实现自动开启和关闭,自动检测路面交通情况,控制LED路灯亮、灭。
3.实用性。
项目经过进一步的开发,具有很好的实用价值和工程应用价值。
附录一系统电路原理图
1.单片机系统原理图
2.传感器及LED驱动电路原理图
附录二程序清单
7f7f7f7f0832A24C3a24C2c24C2c24C24C0832A0832A0832A0832A0832A0832A0832A0832A0832A0c}
if(y==3||y==4)//第三第四行
{
basex=0x88;
//下半屏
y=(y-3)*16;
//垂直位址都是从0X80开始的,不管上下半屏。
}
for(i=0;
i<
wide;
i++)
{
write_command(0x80+y+i);
//写入垂直位址。
write_command(basex+x-1);
//再写入水平位址(上半屏第一字为0X80,……第七字为0X8
//下半屏第一字为0X88,……第七字为0X
for(j=0;
j<
2;
j++)//再写入两个8位元的数据,AC会自动增一,接着写数据
write_data(color);
}
write_command(0x36);
//写完数据,开图片显示
}
/*****************汉字显示函数******************/
voiddisplayhz(ucharm,ucharn,uchar*p)
{//m表示行n表示列都为首地址
switch(m)
{
case1:
write_command(0x7f+n);
break;
//液晶第一行
case2:
write_command(0x8f+n);
//0x90+(x-1)
case3:
write_command(0x87+n);
case4:
write_command(0x97+n);
default:
break;
while(*p)
write_data(*p++);
///////////////////////////////////////////////////////////////
//////*****************以下是键扫程序******************////////
////////////////////////*键扫描函数*/////////////////////////
ucharkey_scan(void)
{
ucharscancode,tmpcode;
PC8255=0xf0;
//在列行没有接高电平发全0列扫描码
if((PC8255&
0xf0)!
=0xf0)//若哪行有0代表有键按下
delay_ms(10);
//延时去抖动
if((PC8255&
=0xf0)//延时后再判断一次,去除抖动影响
{
scancode=0xfe;
//从第一列开始发0
while((scancode&
0x10)!
=0)//逐行扫描
{
PC8255=scancode;
//输出列扫描码
if((PC8255&
=0xf0)//本行有键按下
{
tmpcode=(PC8255&
0xf0)|0x0f;
//*返回特征字节码,为1的位即对应于行和列*/
return((~scancode)+(~tmpcode));
}
elsescancode=(scancode<
<
1)|0x01;
//行扫描码左移一位
}
}
return(0);
//无键按下,返回值为原来key值(这是松开键让它一直执行子程序),如返回值为0(是按一下才执行键功能程序,松开就不执行);
//////*****************以下是延时程序******************////////
////////////////////////*延时子程序*///////////////////////////
voiddelay(ucharus)
while(us--);
////////////////////////*延时子程延时1ms*/////////////////////////
voiddelay_ms(unsignedinti)
unsignedintj;
for(;
i>
0;
i--)
for(j=0;
125;
j++)
{;
//////*****************以下是1302程序******************////////
/////////////*****从1302读取一个字节*****///////////////
ucharread_1302(void)//从1302中读取一个字节
uchari,data_1302;
8;
data_1302>
>
=1;
if(DS1302_IO)
data_1302|=0x80;
DS1302_CLK=1;
DS1302_CLK=0;
return(data_1302);
///////////******向1302写入1个字节******////////////
voidwrite_1302(uchardata_1302)//向1302中写入一个字节
uchari;
DS1302_IO=(bit)(data_1302&
0x01);
//////////******向1302的某一地址中写入一个字节的数据******//////////
voidwrite_all_1302(ucharaddr,uchardata_1302)
DS1302_RST=0;
DS1302_CLK=0;
DS1302_RST=1;
write_1302(addr);
//先写地址
write_1302(data_1302);
//再写数据
DS1302_CLK=1;
////////////*******从1302的某一地址中读取一个字节的数据******//////////
ucharread_all_1302(ucharaddr)
uchardata_1302;
write_1302(addr|0x01);
data_1302=read_1302();
////////////*****对1302写入初始化时间程序*****//////////////
/*
voidwrite_1302time(void)//向1302写入初始时间 包括对1302的初始化
write_all_1302(0x8e,0x00);
//关闭写保护
write_all_1302(0x80,0x80);
//停止秒的走动
write_all_1302(0x8c,time[1]);
//年
write_all_1302(0x8a,time[0]);
//周
write_all_1302(0x88,time[2]);
//月
write_all_1302(0x86,time[3]);
//日
write_all_1302(0x84,time[4]);
//时
write_all_1302(0x82,time[5]);
//分
write_all_1302(0x80,time[6]);
//秒
write_all_1302(0x8e,0x80);
//打开写保护
write_all_1302(0x80,0x00);
//开启秒的走动 开始计时
voidwrite_1302time_1(void)//向1302写入初始时间 包括对1302的初始化
////////////*****对1302写入初始化时间程序*****//////////////
voidwrite_1302time_2(void)//向1302写入初始时间 包括对1302的初始化
///////////////////////***读1302的时间****//////////////////////////
voidread_1302time(void)//读1302的时间 读出的是BCD码
y=read_all_1302(0x8d);
w=read_all_1302(0x8b);
mon=read_all_1302(0x89);
d=read_all_1302(0x87);
h=read_all_1302(0x85);
m=read_all_1302(0x83);
s=read_all_1302(0x81);
second=s/16*10+s%16;
//秒的转换 为十进制
minute=m/16*10+m%16;
//分的转换
hour=h/16*10+h%16;
//时的转化
week=w/16*10+w%16;
//周de转化
day=d/16*10+d%16;
//日的转换
month=mon/16*10+mon%16;
//月的转换
year=y/16*10+y%16;
//年的转换
////////////////******显示1302时间******///////////////////
voiddisplay1(void)//第一路显示程序
read_1302time();
if(disbuffer[11]!
=year/10||disbuffer[10]!
=year%10)
write_command(0x90);
//首地址
write_data(0x32);
write_data(0x30);
disbuffer[11]=year/10;
disbuffer[10]=year%10;
write_data(dispcode[disbuffer[11]]);
write_data(dispcode[disbuffer[10]]);
displayhz(2,3,"
年"
);
if(disbuffer[9]!
=month/10||disbuffer[8]!
=month%10)
write_command(0x93);
disbuffer[8]=month%10;
disbuffer[9]=month/10;
write_data(dispcode[disbuffer[9]]);
//月
write_data(dispcode[disbuffer[8]]);
displayhz(2,5,"
月"
if(disbuffer[7]!
=day/10||disbuffer[6]!
=day%10)
write_command(0x95);
disbuffer[6]=day%10;
disbuffer[7]=day/10;
write_data(dispcode[disbuffer[7]]);
//日
write_data(dispcode[disbuffer[6]]);
displayhz(2,7,"
日"
voiddisplay2(void)
if(disbuffer[5]!
=hour/10||disbuffer[4]!
=hour%10)
write_command(0x89);
disbuffer[4]=hour%10;
disbuffer[5]=hour/10;
write_data(dispcode[disbuffer[5]]);
write_data(dispcode[disbuffer[4]]);
displayhz(3,3,"
时"
if(dis
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