基于單片機的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 P N PQ 5P N P P N PQ 8P N PP N PV C CS 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7P 1 . 0P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7Q 6P N PQ 7 Q 9P N PQ 1 0W 2W 1aW 3W 4 aabcdefgd pabfcgdeD P Yd pabfcgdeD P Yabcdefgd pd pabcdefgg f be dW 1ch e dW 2ch e dW 3ch e dW 4chg f a b g f a b g f bffabcgdeD P Yabcdefgd pd pabfcgdeD P Yabcdefgd pd pfR 3 82 KG N DR 4 02 KG N DR 4 12 KG N DP 0 . 0P 0 . 2 P 0 . 3W 1W 3W 4Q 1 2P N PQ 1 4P N PQ 1 5P N PR 3 92 KP 0 . 1W 2Q 1 3P N PG N D 圖 LED數(shù)碼管模塊原理圖 時鐘模塊設(shè)計 時鐘模塊提供路燈控制系統(tǒng)定時開關(guān)燈操作時所需的時鐘信號，且時鐘數(shù)據(jù)可通過控制模塊進行調(diào)整。 根據(jù)系統(tǒng)需求，時鐘模塊必要功能： (1)時鐘模塊為 24h 制或 12h 制，并且能夠自動計時，能夠分別顯示時、分、秒； (2)時鐘模塊具備手動校準功能，可直接設(shè)置當(dāng)前時間和定時時 間； (3)時鐘模塊的時間誤差一天應(yīng)不能超過 1s。 根據(jù)上述要求，為了實現(xiàn)精確的時鐘控制并節(jié)省單片機 I/O口資源，本時鐘模塊主要以 DS1302為核心設(shè)計。 如圖 ， DS1302 具備主電源 /后備電源雙電源引腳，主電源斷電后仍能工作，以保證時鐘的準確性，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302線路簡單、體積小、功耗低且價格低廉，它不僅可以提供時、分、 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 8 頁 共 26 頁 秒以及日期數(shù)據(jù)，計時格式可以是 24h制和 12h制任選，還可以將每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動修正且不存在“千年蟲”等問題優(yōu)點。所以選用 DS1302為本模塊設(shè)計的核心芯片是較為科學(xué)的。 DS1302的各引腳功能如表 。 表 DS1302的各引腳功能表 V C C 2 V C C 1X 2 S C K LX 1 I / OG N D R S TV C C1 0 0 0 u FD S 1 3 0 2G N DP 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7G N D 圖 時鐘模塊原理圖 信號采集模塊 設(shè)計 街道路面信息數(shù)據(jù)的采集與處理是系統(tǒng)的主要任務(wù)之一，要高效的完成信號的采集與處理首先必須解決以下兩個問題 : (1)信號采集與處理首先必須處理好標度變換問題。由于系統(tǒng)采集的各種參數(shù)都有不同的量綱和數(shù)值，被測信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后，往往還要轉(zhuǎn)換成操作人緣所熟悉的工程量。 (2)在信號采集模塊中，會存在大量的現(xiàn)場干擾，采集的數(shù)據(jù)都有著存在不同程度的信號干擾。因此應(yīng)根據(jù)信號受干擾性質(zhì)和干擾后果，分別采取相應(yīng)的軟件和硬件措施消除干擾。 為了滿足上述要求，對信號采集模塊主要可分為亮度檢測模塊和物體檢測模塊，亮度檢測模 塊采用光敏電阻實現(xiàn)對周圍環(huán)境光照度的采樣，物體檢測模塊采用紅外線引腳號 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 3 X X2 振蕩源，外接 32768Hz晶振 4 GND 地線 5 RST 復(fù)位 /片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（雙向） 7 SCLK 串行時鐘輸入端 8 VCC1 后備電源 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 共 26 頁 收發(fā)傳感器等設(shè)備對經(jīng)過的車輛進行檢測計數(shù)等。 亮度檢測模塊介紹 亮度檢測模塊主要是為了對外界環(huán)境的光照強度進行采樣，將采樣得的信號傳遞給單片機，再由單片機進行分析做出相應(yīng)的工作。 對于檢測環(huán)境光線的明暗， 利用光敏電阻當(dāng)入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大的特性。將光電進行轉(zhuǎn)換，是本模塊能夠 根據(jù)環(huán)境光的明暗變化來自動控制路燈的開關(guān) [11]~[12]。 對于亮度檢測模塊，我們以光敏電阻為主導(dǎo)核心設(shè)計了兩個可行方案，在這兩個方案中進行對比 ，選擇出最滿足系統(tǒng)要求的方案。 方案一：用一個簡單的電阻和一個光敏電阻，串聯(lián)起來，通過遮光和不遮光來采集中間電壓的變化，然后傳給單片機，由單片機來進行信號外理，完成信號傳遞。 方案二：用一個電阻與光敏電阻串聯(lián)，先把信號傳給比較器，再送入單片機內(nèi)，完成信號傳輸。這里把光敏產(chǎn)生的信號送給比較器，主要是用它來整形，在比較器的反向輸入端，用電阻分壓，作為基準電壓，使得經(jīng)過比較器后的電壓，只有兩種狀態(tài)，即高電平和低電平。如此一來，單片機便可以有效的識別信號了，提高了準確性。 從理論上來說，方案一還是是不錯的，結(jié)構(gòu)十分 簡單，但在實際操作當(dāng)中，往往有些不盡如人意，主要是傳出來的信號電平，不是突變的，也就是說光線照在光敏電阻強度不是跳變的，造成信號的不穩(wěn)定，所以此種方案不適用。而方案二傳送到單片機的只有高電平和低電平，相對來說提高了對信號的識別和準確性。綜上所述，我們采用方案二較為科學(xué)。 亮度檢測模塊工作原理 如圖 所示，將一個電阻與光敏電阻串聯(lián)，先把信號傳給比較器，再送入單片機內(nèi)，完成信號傳輸。其中光敏電阻分得的電壓經(jīng)電壓比較器與用戶設(shè)置的參數(shù)進行比較，進行整形處理。再把電平信號輸入給路燈控制系統(tǒng)，讓控制 系統(tǒng)做出相應(yīng)的工作處理。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 10 頁 共 26 頁 R 1 21 0 KR 1 33 3 0 KL M 3 9 3R 1 41 0 0 KR 1 51 5 0 KR 1 6L I G H T R E SV C CG N DL E DP 2 . 4 圖 亮度檢測模塊原理圖 當(dāng)光照亮度下降時，光敏電阻的阻值會上升，電壓比較器反向輸入端電壓升高，到設(shè)定的值時 LM393 的輸出由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖健⑦@個高電平送到單片機內(nèi)部與程序設(shè)定的初值比較，判斷是否打開光控電路。如果亮度檢測模塊檢測的信號達到開啟電平值那個點，將啟動亮度檢測模塊監(jiān)測判定是否達到一定暗度，如果達到一定暗度，將開啟路燈，否則說明路上的光照依然很強烈不需要打開路燈。 物體檢測模塊介紹 物體檢 測模塊主要用于夜間凌晨車流量減少，檢測汽車的移動，并根據(jù)汽車的移動進行路燈亮度的自動控制。根據(jù)上述要求，當(dāng)傳感器檢測到汽車時，傳感器給控制器發(fā)送信號，對路燈亮度進行控制。對此我們所選的傳感器必須靈敏性高還具有一定的穩(wěn)定性。對于傳感器的選擇下面有兩個方案： 方案 — ：用發(fā)光二極管與光敏三極管組成的發(fā)射，接收電路。這種方案的缺點在于其他環(huán)境光源（比如閃電等）會對光敏三極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判。取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。 方案二：使用紅外 發(fā)光二極管和接收管組合。由于紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小。同時紅外系統(tǒng)還具以下優(yōu)點：尺寸小，質(zhì)量輕，能有效的抗可見光波段的偽裝，對輔助裝置要求最少，對人眼無傷害。該傳感器不但價格便宜，容易購買，而且處理電路簡單易行，實際使用效果很好，能很順利地感應(yīng)到物體。 通過對比，本次設(shè)計模塊中由于是近距離探測，采用方案二。 物體檢測模塊工作原理 采用紅外收發(fā)傳感器，一個發(fā)射管發(fā)射紅外線和一個接收頭接收紅外線信號 。如圖 ， 為紅外收發(fā)傳感器判斷交通情況電路 。 紅外發(fā)射管和接收管對射式安裝 ， 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 11 頁 共 26 頁 當(dāng)有障礙物到達紅外發(fā)射管和接收管中間時，通過 LM393電壓比較器把紅外接收管與用戶通過滑動變阻器設(shè)置的閾值電壓相比較，得到高低電平信號， 單片機 STC 89C52采集到此信號，控制路燈的亮度狀態(tài) 。 紅外發(fā)射管和接收管可以采用屏蔽的方式來消除外界的干擾 。 5 VR 7 3 3 0紅 外發(fā) 射 管G N D5 VR 8 1 0 0 KR 9 1 0 KG N DG N DG N DL M 3 9 3R 1 01 0 KR 1 1 1 KL E D輸 出 指 示 燈紅 外接 收 管P 2 . 5 圖 物體檢測原理圖 故障檢測模塊設(shè)計 故障檢測也是由電壓比較器 LM393 和光敏電阻組成，與上述信號采集模塊中的亮度檢測模塊原理圖類似，如圖 所示，利用電壓 LM393 對已經(jīng)設(shè)定好的閾 值電壓和光敏的電阻分得的電壓進行比較，通過 和 端口將輸出高低電平信息傳送給STC89C52 單片機，讓單片機進行相應(yīng)工作的判定。 本模塊主要是利用光敏電阻的光感特性，通過觀察 LED 路燈的好壞來檢測電路。通電后如果路燈正常工作，說明該部分電路工作正常。如果路燈不正常工作，則電路出現(xiàn)故障。把故障信息傳遞給 STC89C52 單片機，單片機對此信息進行處理，發(fā)出報警并顯示故障路燈編號。 R 1 71 0 KR 1 83 3 0 KL M 3 9 3R 1 91 0 0 KR 2 01 5 0 KR 2 1L I G H T R E SV C CG N DL E DP 2 . 1 圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 26 頁 聲光報警模塊設(shè)計 在本 系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或被監(jiān)控的參數(shù)超出允許值，例如溫度超限、壓力不足、電壓過高等，這時需要發(fā)出報警信號，常用的報警方式有燈光報警和聲響報警 [13]。根據(jù)系統(tǒng)要求，采用燈光報警和聲響報警相結(jié)合的聲光報警。聲光報警模塊是為了使在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，蜂鳴器會發(fā)出警報聲，在此同時報警指示燈也會亮起來 [14]。以便讓操作者及時采取措施。 在本模塊設(shè)計中，如圖 路，通過 NPN三極管對電路進行開關(guān)控制。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時， STC 89C52單片機給三極管基極發(fā)送一個高電平信 號。聲光報警模塊收到該信號，電路導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時發(fā)光二極管也會亮起來發(fā)出警示。 L S 1N P NR 5 2 K5 VR 6 1 KG N DP 3 . 4L E D 圖 聲光報警模塊原理圖 電源控制模塊設(shè)計 STC89C52 單片機的工作電壓在 ~，電源電路采用線性穩(wěn)壓電源，交流電源由變壓器將 220V 的交流電壓轉(zhuǎn)換成 10V 左右的低壓交流電。由于此脈動的直流電壓含有較大的交流分量，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，所以在電路中加了電容，濾出交流分量。在濾除交流分量之前，我們可以利 用 a點的脈動直流給路燈控制系統(tǒng)提供中斷信號。通過三端穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，輸出 +5V的直流電壓。 在三端穩(wěn)壓管的選擇上，我們選擇 LM7805 穩(wěn)壓管。 LM7805 穩(wěn)壓管是一種三端穩(wěn)壓好集成模塊，它有三個端即輸入端、公共端、輸出端。它內(nèi)部有調(diào)整管、基準電壓源、取樣電路、比較放大器、過流保護、芯片過熱保護及調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路組成。三端集成穩(wěn)壓電源具有使用方便、安全可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點是一種較為理想的低電壓供電模型。 LM7805 是一種輸出電流為 的低電流穩(wěn)壓模塊，能有效的為整個電路提供穩(wěn)定的工作電壓 ，因此在本設(shè)計過程中充分的考慮到節(jié)能的 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 13 頁 共 26 頁 設(shè)計理念運用以穩(wěn)壓模塊為電路提供能量。 電源控制系統(tǒng)中硬件電路的制作過程中， 如圖 所示，我們 特地加上了一個發(fā)光二極管，如果通電后該二極管正常工作，則說明該電路部分正常工作。如果發(fā)光二極管不正常工作，則說明該電路部分出現(xiàn)故障。 C 1 01 0 4I N4 0 0 7V i n V o u tGNDU 12 2 0 V ~1234U 29 V ~R 4 21 KC 1 11 0 4 C 1 21 0 0 0 u F /2 5 VC 1 32 2 0 0 u F /2 5 VC 1 41 0 4R 4 31 KR 4 4