自動化論文智能路燈控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 饋的電壓 加入到單片機的 A/D 轉換器輸入引腳。 ⑷ 采取實時光照控制法、時間控制法與傳感器檢測車流量的方法以及手動控制法相結合，真正達到了智能控制的方式。設置好每天開關路燈的時間，在此基礎上又加了光照控制和傳感器檢測車流量的方式。除了設置時間段以外的時間如果天氣突變使得道路的能見度很低的話，這時光照控制也會使得路燈再次開啟，給予道路交通的安全和順暢。在深夜車流量低谷時道路上沒有車通過路燈是全滅 的狀態，如果有車輛或行人通過了一段路燈會亮，隨后經過哪一段的路燈哪一段的路燈才會亮，走過去之后路燈又會隨之滅掉。手動控制是人為的控制路燈的亮滅，可用于特殊情況。 系統總體設計方案 系統原理簡介 本設計主要由硬和件軟件組成，是本著有實際使用的價值來設計的。將一年可以大致的分成三個季節：春季和秋季、夏季、冬季三個季節段來對路燈進行控制。而每個時間段都有著不同的開關燈的時間。 本設計有兩種模式：自動模式和手動模式。其中的自動模式按照時間、光照度綜合控制，手動模式下路燈的亮滅則完全由人工通過 按鍵控制。 自動模式下首先判斷當前時間，系統配置的時鐘芯片 DS1302 可以保證時間的準確性同時不占用單片機資源。 ⑴ 春秋季節當 18:00—23:00 時為亮燈時間，路燈全部點亮；夏季 19:00—23:00 時為亮燈時間，路燈全部點亮；冬季 17:00—23:00 時為亮燈時間，路燈全部點亮。 ⑵ 四季的 23:00—3： 00 時間為交通低谷期，路燈默認狀態是全滅，此時如果紅外光電傳感器檢測到相應范圍內有人或者車輛，則點亮該范圍內的路燈，等物體移動到下一個范圍則下一段的路燈會點亮，而之前范圍內的路燈熄滅。 ⑶ 在以上時間段以 外的時間如果天氣發生變化使得道路能見度很低時，用光敏電阻檢測路面上的光照強度小于 15 勒克斯的時候路燈就會點亮，來保證道路交通的順暢。 手動模式下可以人為分段控制路燈的亮滅，不同的路段對應不同的按鍵。 沈陽 工業 大學 繼續教育 學院 畢業設計 (論文 ) 8 系統設計方案 ⑴ 控制系統 在智能路燈的控制系統中，控制方式的選擇是很重要的。 方案一：采用數字式多點開關控制電路系統。 這是一種數字式多點開關控制電路系統及其控制器，該電路系統包括若干負載回路，電路系統設置有一微控制器，每個負載回路中串接若干常閉點觸開關、一繼電器開關及點觸開關信號采樣模塊，各采樣模 塊輸出端口與微控制器信號輸入端連接，微控制器的控制端經電流放大電路與相應繼電器開關的控制端連接。同時提供了相應電路結構的數字式多點開關控制器，在外接電器負載回路及翹板開關后即組成的多點開關控制電路系統。 方案二：采用 STC125A60S2 系列單片機控制系統。這是一款高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統 8051，但是速度卻比 8051 快 812倍，編寫程序方便并且 I/O 口資源充足。 本設計采用第二種方案來應用控制，這種方案主要靠硬件設計與軟件編程來實現，能夠更好的完成想要達到的 目的，方便控制，簡單易行。 ⑵ 顯示電路 本設計中需要有一個顯示部分來顯示當前日期、時間與當前使用的模式。 方案一：數碼管靜態顯示。用數碼管靜態顯示編程原理簡單，顯示亮度強，無閃爍，占用 CPU 的時間少，有利于監測與監控。但是占用 I/O 接口過多而繁瑣，這樣增加了硬件電路的復雜性，從而增加了成本。所以本設計不采用本方案。 方案二：數碼管動態顯示。適用于顯示多位數的情況下，可節省 I/O 端口資源，硬件電路簡單，成本低，占用 CPU 的時間少，但是顯示亮度低。，如果用動態顯示電路就必須加驅動器進行驅動因為顯示數據需要動態掃 描， 占 大量運行周期。如果加上驅動的話，硬件電路就過于復雜了，所以此方案不可行。 方案三：使用液晶顯示器 LCD1602 進行顯示。液晶顯示器分為漢字顯示器、彩屏顯示器、字符顯示器型。本設計用的是 1602 字符型液晶，是一種專門用來顯示字母、數字、符號的點陣型液晶模塊。有若干個 5X7/5X11 等點陣字符位組成，每一個點陣字符位都可顯示一個字符。每一個位和每一個位之間都有一個點距的間隔，行與行之間也有間隔，起到了字符間距與行間距的作用，所以該芯片不能顯示圖形。 LCD1602 液晶顯示芯片現實的內容為 16X2，就是顯示兩 行，顯示字符和數字。 本設計采用 LCD1602 液晶顯示器方案三，符合本設計顯示的需求。 沈陽 工業 大學 繼續教育 學院 畢業設計 (論文 ) 9 ⑶ 時鐘電路 方案一：實時時鐘 DS1307。低功耗，具有 56 字節非失性 RAM 的全 BCD 碼時鐘日歷實時時鐘芯片，地址和數據通過兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒、分、小時、星期、日期、月和年等時鐘日歷數據信息，每一個月的天數可以自動進行調整。并且有著閏年會自動補償的高級功能。芯片有一個內置的電源感應電路，具有掉電檢測和電池切換不丟失的功能。 方案二：時鐘電路 ，電路 接口簡單、使用方便、價格可以接受所以被廣泛的應用。是一種高性能、低功耗并且帶RAM 的實時時鐘電路，可以對年、月、日、時、分、秒進行準確計時，有閏年補償作用。工作電壓 ~。采用的是三線接口與 CPU 進行同步通信，可以一次傳送多個字節的時鐘信號 RAM 數據。 DS1302 內部有一個 31x8 的可用于臨時存放數據的 RAM寄存器，同時也增加了主電源 /后備電源雙電源的引腳，也提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302 與 CPU 連接，在調試程序時可不加電容，只需加一個 的晶振。 方案三： 采用單片機內部計算時間。采用單片機定時器計時，程序運算量大，時間精確度不高，而且斷電時間即復位，無法實現與實時時間保持同步。 本設計采用方案二， DS1302 與 DS1307 實現功能都差不多，可是在價格上前者卻比后者要便宜，性價比要高。 ⑷ 光照度檢測電路 本設計要實現對光線亮暗強度的檢測要選擇適合的轉換電路。 方案一：采用光電三極管，用后級調理電路來實現光的明暗變化的檢測軸線。必須在其管殼軸線與射光方向接近的一個方位，取決于透鏡的對稱性和管芯偏離中心的程度，入射光恰好聚焦在管芯所在的區域，光電管的靈敏度才最大。 光電三極管的最佳響應特性在紅外區，最適合用于紅外遙控等裝置。 方案二：采用光敏電阻，使用光敏電阻來實現光的明暗變化的檢測。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中就會有電流通過，收到適當波長的光線照射時，電阻會減小到無窮小，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。沒有極性，使用時可加直流電源也可以加交流電源。而且光敏電阻的特性與人眼更接近，更適合用于道路交通環境的光檢測裝置。 綜上所述，采取方案二更合適于智能路燈的光照檢測。 沈陽 工業 大學 繼續教育 學院 畢業設計 (論文 ) 10 ⑸ 夜晚車輛或者行人檢測電路 方案一：采用紅外光電傳感器，在一定范圍內，如果 沒有障礙物，發射出去的紅外線會因為傳播的距離的變遠而逐漸減弱，最終消失。如果有障礙物紅外線遇到了，被反射到接收頭，檢測這個信號傳送給單片機。 方案二：采用超聲波測距，具有距離可測，通過距離的變化可以實現燈光的線性化調節。同時可以實現移動物體的任意位置的測量，但其測量距離只能在數米之內，而且抗干擾的能力差，所以也不宜采用。 方案三：采用熱釋電紅外人體傳感器，感應距離遠，具有抗強光干擾，準確性高等特性，當有車通過時就能準確的感應并輸出控制信號，并且體積小，安裝方便。 綜上所述，采取方案一的傳感器是更合適在夜晚檢 測車輛和行人的一種傳感器。 本設計選用方案一，但是在實際情況中如果應用在真正的智能路燈的控制系統中，就應該選擇方案三，因為這是模擬的智能路燈一個演示，所以不選用方案三。 系統框圖 本文設計的路燈節能控制系統，其系統框圖如圖 所示，本系統由單片機、按鍵部分、顯示部分、時鐘部分、光感檢測電路、光電檢測部分與 LED 驅動部分組成。 本設計是在正常燈亮的時間段以外的時間，采用光敏二極管檢測交通環境的明暗變化來雙重控制路燈。當夜晚來臨時再用以光電傳感器根據交通是否有車輛行人通過，來控制路燈的亮滅。采用編 程來實現定時，設置路燈開關燈時間，選用 LCD1602 作為顯示器件，也作出相應顯示。 圖 智能路燈控制系統框圖 按鍵輸入 光感檢測 時鐘輸入 單 片 機 顯示輸出 LED 驅動 光電檢測 沈陽 工業 大學 繼續教育 學院 畢業設計 (論文 ) 11 3 硬件部分設計 在本設計中，系統控制器設計選用了 STC12C5A60S2 單片機。下面將各個部分電路設計給予介紹。 STC12C5A60S2單片機 STC12C5A60S2系列 單 片機是 70年代中期發展起來的一種大規模的集成電路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O接口和中斷系統構成的芯片。 80年代以來，單片機發展迅速，各類新產品不斷涌現，出現了很多高性能新型產 品，已經逐漸成為工業自動化和各類控制領域的支柱產業之一。 8051單片機內部包含了作為微型計算機所必需的基本功能部件，各功能部件相互獨立的集成在同一塊芯片上 [8]。 單片機又稱為單片微型計算機或微控制器，是指在一塊芯片上集成了中央處理器（ CPU），數據存儲器 (SRAM)、程序儲存器（ Flash）、定時 /計數器、并行 I/O接口、高速 A/D轉換器、 SPI接口、中斷控制器和串行接口等構成的一個片上系統。單片機的優點是體積小、重量輕、超強的抗干擾能力、低功耗、對環境要求不高、價格低廉、可靠性很高、靈活性好、開發也較為 容易。目前單片機已經廣泛的應用在智能儀表、計算機網絡與通信、家用電器、機電一體化產品、工業過程控制等 [9]。 STC12C5A60S2 是香港宏晶公司生產的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機。片內含60Kbytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 1024bytes 的隨機存取數據存儲器（ RAM），器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準 8051 指令系統，片內置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 STC12C5A60S2單片機可靈活應用于各種控制領域，同時該單片機具 有 A/D 轉換功能，使用方便簡單 [9]。 STC12C5A60S2 單片機中的芯片均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結構，如圖 所示 是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。 各引腳功能如下： 沈陽 工業 大學 繼續教育 學院 畢業設計 (論文 ) 12 圖 STC12C5A60S2 管腳圖 VCC（ 40 引腳） ： +5V 電源電壓。 GND（ 20 引腳） ：接地端。 P0口（ ）： P0口可作為一個漏級開路的 8位準雙向 I/O口。連接外部儲存器或 者擴充外設時，作為低 8位地址線和 8位數據線， P0口可作為一個數據的輸入、輸出口。 P1口 ()： P1口是一個帶內部可提供上拉電阻的 8位準雙向 I/O接口，在編程和校驗時接收低 8位地址，每一位可以獨立的輸入 /輸出。 P2口（ ）： P2口為一個內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口，連接外部儲存器或者擴充外設時，作為高 8位地址線，在編程和校驗時接收高位地址和控制信號。在 CPU訪問片外存儲器時，可輸出 高 8位地址。 P3口（ ）： P3口管腳是 8個帶內部上拉電阻的準雙向 I/O端 口，另外還兼有中斷、定時 /計數器、串行通信 等控制功能。 P3口除作為一般 I/O口外，每個引腳都有第二功能。 P3口也可作為一些特殊功能口 RXD（ 串行數據接收口 ） TXD（ 串行數據發送口 ） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（計 數器 0計數脈沖輸入口） T1（計數器 1計數脈沖輸入口） （外部數據存儲器寫選通信號輸出口） （外部數據存儲器讀選通信號輸出口） RST（ 9引腳） ：復位信號輸入端。高電平有效。單片機剛接上電源時，其內部各E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10/ T1P 11/ T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11