基于模拟路灯控制系统的设计毕业论文说明书(编辑修改稿)

基于模拟路灯控制系统的设计毕业论文说明书(编辑修改稿)内容摘要：

ED 的显色性优于钠灯，分辨人的状况更加清晰，较有优势。 LED 路灯的寿命： 使用寿命应立足于整个灯的寿命。 高压钠灯称标准寿命目前已超过 2 万小时，实际应用 3 年左右，节能型电感镇流器不会低于 20 度，灯具也是如此。 LED 路灯标称使用寿命是 5 万 小时以上，这是芯片的理想寿命，芯片的封装、灯具散热等因素都有可能光衰减，还有驱动电路（以电子元器件为主）的寿命显然也不能达到 5 万小时。 美国能源之星制订的要求，分为不低于 35000h 和 25000h 两档，主要是 LED 芯片寿命很长，却与封装后的温度，散热等诸多因素有关，另外还有驱动电路装置的电子元器件寿命问题。 3 LED 路灯的维护： 对于光源的维护，高压钠灯若直接更换光源电器，成本较高。 而对于 LED 路灯，现在很多大功率 LED 灯珠内部集成了齐纳二极管，单颗 LED 灯珠损坏不会影响整体灯具的亮度，不需要更换，但是要整个光 源更换，现场的维护就无法进行了。 一旦出现整体故障时，只能整个灯具进行替换维护，这对使用单位来说是很不方便的，还有待今后解决。 LED 路灯的统一标准： LED路灯在产品规格方面缺少统一的技术标准，目前还没有统一的 LED路灯生产技术标准，每个厂家都按自己的标准生产自己的产品，彼此之间是很难通用的。 而高压钠灯由于技术标准的统一，灯具、光源、电器方面通用性较强，不同厂家之间的产品是可以互用的，从维护角度考虑，这是很重要的，而维护对于路灯管理单位来说则又是重中之重，只有这样才可以及时对熄灭路灯进行维护，保证高的亮灯率 ，同时大大降低维护成本。 LED路灯还没有标准可循，对订购、使用、维护都不利。 本 设计是 采用 MSC51 系列单片机 AT89C51 和相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过 8051芯片的 P1口控制路灯开关的功能。 照明系统能够根据不同区域的不同功能需求，在每天不同时段、不同自然光照度或者不同交通流量情况下，按照特定的设置，实现对道路照明的动态智能化管理，即 TPO 管理 (TIME 时间／ PLACE 地点／ OCCASION 场合 )。 智能化道路照明控制系统，通过综合考虑和分析与道路照明密切相关的 时间、路段、环境照度和交通流量等因素的场景控制方法，在微机中按照预设的控制策略，对道路照明进行动态智能化管理，控制路灯在不同情况下工作在不同状态实现多样化的道路照明场景，从而在提高照明质量的同时获得最佳的节简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。 而为了更好的达到控制的目的，现在国内外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控能效果。 随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道的照明，而且发展成了了城市景观等装饰性照明的综合市政工程。 社会对亮灯率、开关灯的准确率、 故障检测的实时性和维修的及时性要求不断提高，利用 51 系列单片机可编程控制八位逻辑 I/O 端口实现路灯的智能化，达到节能、自动控制的目的 ,避免了传统电路对能源的浪费，且路灯的自动控制更方便了工作人员的管理。 本系统实用性强、操作简单。 现在许多生产厂家大功率 LED 的热沉散热壳体应用基本采用不同的合金铝材料，其导热系数不一，一些材料的散热速率难以满足 LED 工作条件。 不可忽略的铝基板及导热硅胶，硅脂材料的导热环节，使用材料的实际寿命质量，将直接影响 LED 的工作 4 散热条件。 如何减少中间环节，直接与热沉散热近距离接触将热量 快速达到平衡的有效散热，是现今高质量的 LED 灯具产品开发需考虑的方向。 从对比上看，最好的散热材料也并不是铝材。 铜和铝的对比中形成了一种新型的工艺 —— 铜铝结合。 所谓的铜铝结合就是把铜和铝用一定的工艺完美的结合到一块，让铜快速的把热量传给铝，再由大面积的铝把热量散去，这不但增充了铝的导热不及铜，还弥补了铜的散热不如铝，有机的结合从而达到急速传热快速散热的效果。 多篇文章中都阐述了散热是靠面积而不是看体积的大小，许多企业都了解了个中道理，壳体采用多层翅片散热，但对热沉散热壳体的翅片忽略了防尘和积尘，日积月累将会影响 壳体的散热效果。 应从在自然条件下规避积尘的最小化，不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性。 保证热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响，散热通道的畅通，做到真正的长寿命。 大家共同来探讨一个设计方式：散热是靠面积的道理显而易见，是否可以将散热面做成柱状或多面形锥体。 作为解决办法，导热介质就应运而生了，它的作用就是填充两个接触表面之间大大小小的空隙，增大发热源与散热片的接触面积。 导热硅脂是我们最常见的导热介质。 导热硅脂是用来填充铝基板与散热片之间的空隙的材料的一种，这种材料又称之为热界面材料。 其作用 是用来向散热片传导铝基板散发出来的热量，使铝基板温度保持在一个可以稳定工作的水平，防止铝基板因为散热不良而损毁，并延长使用寿命。 有关人士正研究在热沉材料上进行特殊的陶瓷化处理直接安装线路，经过这样的优化后将会根本解决散热的导热环节。 主要研究的内容 本课题主要以模拟路灯控制系统为背景，采用高效 LED 路灯光源，以 AT89C51 单片机作为控制中心，利用传感器模块、光控路灯模块、恒流源模块等来实现。 根据环境、交通等因素，单片机采用光敏电阻或光电开关的信号控制路灯的亮灭，具有自动检查故障报警等功能；采用切换 多种模式设定并实现 PWM 调光功能，实现了光电控制、时间控制、交通情况检测、故障自动检测与报警功能，节省了电力能源和人力资源。 设计主要包括硬件和软件的设计，硬件设计 可分为 传感器模块和 光控路灯 模块 ， 包括： 调光方式设计、时钟芯片的选择、液晶显示器的选择。 软件的设计包括： 画出程序框图、主程序设计、键盘和显示软件设计、各功能程序设计及清单注释。 方案论证 传感电路部分 5 方案一：使用光敏电阻与电源相连，通过上拉电阻给 51 单片机输入信号，并进行相应的后续程序操作。 方案二：使用光敏电阻和三极 管联合驱动的方式，提供给单片机输入传感信号。 由于方案二 提供的输入信号相对来说对环境的要求较高，难以实现且不符合系统在现实生活中的实用性等原则，故选取方案一。 执行电路部分 方案一： 由单片机端口对相应电路进行操作 ； 方案二： 使用 LM324 芯片，含有四个运算放大器，电源电压范围宽，静态功耗小 ， 可单电源使用。 方案三： 由单片机对后续的执行元件进行操作，如继电器等相关的执行元件。 由于 方案 二 使用 LM324 芯片等相关元件，使系统的设计更加接近实际 应用 ，在实际应用中，系统是由电子电路→电气电路的控制，使用 LM324 等可使系统的现实性大 大增强。 6 第 2 章 总体设计 设计要求 本设计是采用高效 LED 路灯光源， 以 AT89C51 单片机为核心，利用传感器模块、光控路灯模块、恒流源模块等来实现路灯智能化控制。 根据日照设置光控参数、时间参数； 可同时控制多路照明、单双间隔开启照明； 系统要求可自动、手动、紧急三种模式操作； 系统要求有 LED 检测模块、声光报警模块、时钟模块。 设计思路 一个大型的单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统 扩展，二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，要设计合适的接口电路。 硬件电路部分主要包括以下几个部分：单片机最小系统、路灯控制电路部分、光电检测电路部分。 其中最小系统是 51 单片机的最基本的组成部分， 虽然 51 单片机的引脚只有四十，但 是它有很多的扩展功能，根据相应的课题设计要求可以设计相应的外围电路。 根据任务书的要求，分析出需要的功能有：具备时钟功能、时间调节的调节、二极管 (模拟路灯 )的显示功能、定时开灯关灯的时间调整功能、按键控制功能，光电控制路灯功能。 通过硬件电路的分析，当开机后，经过上电复位， 时钟显示为 17： 59： 50，这时可以调整时、分、秒按钮进行精确调整到当前时间，进行正常走时。 开机后系统内部自定义开路灯时间为 18： 00： 00，关路灯时间为 6： 00： 00，如果不做调整的话，时间就是下午六点钟开灯，早晨 6 点钟关灯，但春、夏、秋、冬四季的昼夜并不相等，为了更好的节省资源（电力）。 本设计中可以进行手动调整，根据四季的变化来调整开路灯和关路灯的时间，更有效的节省资源。 本设计中另外的一大特点就是在夜晚 12： 00 的时候，路灯会熄灭一半，这种设计也是为了节省资源，因为夜深人静的时候，并不需要太多的路灯照明 整个路面，只需要点点灯光就行。 然后到早晨六点钟或自己重新设定的时间的时候在关闭其它的路灯。 本次设计中共用到了五个按钮和四个发光二极管，用来控制路灯和调整时间。 按钮上到下编号为①、②、③、④、⑤。 ①为进入调整开灯、关灯的时间按钮 ,还有 为退出调整开灯和关灯的按钮，只有通过它才能有效的退出定义开灯和关灯的调整状态 ； ②为调整加一小时的按钮，③为调整减一小时的按钮，④为调加一 7 分钟的按钮，⑤为调整减一分钟的按钮。 发光二极管从上至下的标号是①、②、③、④。 ①、③为路灯的左边一排。 ②、④为路灯的右边一排。 系统框图 单片机光 敏 电 阻声 光 报 警键 盘液 晶 显 示路 灯 控 制 系 统驱动电路数 码 管 显 示 图 21 系统框图 8 第 3 章 硬件设计 单片机概述 单片机的简介 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母缩写 MCU表示单片机。 它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 单片机是 采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑 运算、数据传送、中断处理）的微处理器（ CPU）、随机数据存储器（ RAM）、只读存储器（ ROM）、输入 /输出电路（ I/O 口）等电路集成到单片芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。 有时还包括定时器 /计数器，串行通信口、显示驱动电路（ LCD 或 LED 驱动电路）、脉宽调制电路（ PWM）、模拟多路转换器以及 A/D 转换器等电路，并具有独立的指令系统。 这些电路能在软件控制之下，准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 它能够单独地完成现代工业控制系统所要求的智能化控制功能。 单片机的功能很多：比较器；模数 /数模转换 器； PWM；多种多样的接口； LCD 驱动；存储器等等。 同时它也是计算机 — 单片微型计算机。 部分单片机的计算能力已经比早期 PC 的 CPU 强大，速度也越来越快。 甚至也有类似双核 CPU 的设计出现。 因为能够运行程序，所以可以做很多的事情。 几乎您上网用的计算机能做的事情，它都同样能做。 只是能力没那么强大。 比如：可以读写硬盘、可以接受按键输入、可以显示输出、可以驱动打印、您甚至可以给它接个鼠标。 当然这可能涉及一些接口的问题，但是 CPU也不是直接做这些事情的。 它的输入输出，如前面所说，也是多种多样的。 可以是模拟量，也可以是数字 量，标准的 USB 接口也已经集成在了单片机内部。 此外，单片机的体积小、价格低、可靠性高、适用面宽、有着其本身的指令系统等诸多优势，在各行各业都得到广泛应用。 单片机控制系统已基本取代了以前复杂的电子线路或数字电路构成的控制系统，用软件来实现产品的智能化。 现在，单片机的控制范畴无所不在，其应用领域也越来越广泛。 单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它从根本上改变了传统的控制方法和设计理念，向着嵌入式系统方向发展。 随着嵌入式系统的快速发展和在各行各业的深入应用，人们的电子设备的小型 化、智能化的要求也越来越高。 在航空航天、机械加工、工程控制、智能仪器仪表、家用电器、通信系统等领域， 9 单片机都正在发生着非常重要的作用。 单片机应用技术业已成为现代电子技术应用领域十分重要的高新技术之一，是电子工程技术人员必备的知识技能，它能使你设计出更具智能化和方便的产品。 单片机的特点 单片机及其应用系统之所以能发挥着如此重要的作用，归纳起来原因 如下 ： ① 单片机具有体积小、功能强、价格低、使用灵活等特点，具有明显的优势和广阔的应用前景。 ② 单片机具有独立的指令系统，可以将我们的设计思想充分表 达出来，使产品智能化。 ③ 系统配置以满足控制对象的要求出发点，使得系统具有较高的性价比。 ④ 应用系统通常将程序驻留在片内（外） ROM 中，抗干扰能力强，可靠性高，使用方便。 ⑤ 单片机本身并不具备开发能力，一般情况下，需要借助专用的开发工具在相应的开发环境下，进行系统的开发和调试，但最终形成的产品简单实用，成本低，效益高。 ⑥ 单片机应用系统所使用的存储芯片可选用 EPROM、 EEPROM、 OTP 芯片或利用掩膜形式生产，便于批量生产和应用。 大多数单片机如 51 系列，开发芯片和扩展应用芯片相互配套，降低了系统成 本。 ⑦ 由于系统小巧玲。