自动化论文智能路灯控制系统设计

自动化论文智能路灯控制系统设计内容摘要：

馈的电压 加入到单片机的 A/D 转换器输入引脚。 ⑷ 采取实时光照控制法、时间控制法与传感器检测车流量的方法以及手动控制法相结合，真正达到了智能控制的方式。 设置好每天开关路灯的时间，在此基础上又加了光照控制和传感器检测车流量的方式。 除了设置时间段以外的时间如果天气突变使得道路的能见度很低的话，这时光照控制也会使得路灯再次开启，给予道路交通的安全和顺畅。 在深夜车流量低谷时道路上没有车通过路灯是全灭 的状态，如果有车辆或行人通过了一段路灯会亮，随后经过哪一段的路灯哪一段的路灯才会亮，走过去之后路灯又会随之灭掉。 手动控制是人为的控制路灯的亮灭，可用于特殊情况。 系统总体设计方案 系统原理简介 本设计主要由硬和件软件组成，是本着有实际使用的价值来设计的。 将一年可以大致的分成三个季节：春季和秋季、夏季、冬季三个季节段来对路灯进行控制。 而每个时间段都有着不同的开关灯的时间。 本设计有两种模式：自动模式和手动模式。 其中的自动模式按照时间、光照度综合控制，手动模式下路灯的亮灭则完全由人工通过 按键控制。 自动模式下首先判断当前时间，系统配置的时钟芯片 DS1302 可以保证时间的准确性同时不占用单片机资源。 ⑴ 春秋季节当 18:00—23:00 时为亮灯时间，路灯全部点亮；夏季 19:00—23:00 时为亮灯时间，路灯全部点亮；冬季 17:00—23:00 时为亮灯时间，路灯全部点亮。 ⑵ 四季的 23:00—3： 00 时间为交通低谷期，路灯默认状态是全灭，此时如果红外光电传感器检测到相应范围内有人或者车辆，则点亮该范围内的路灯，等物体移动到下一个范围则下一段的路灯会点亮，而之前范围内的路灯熄灭。 ⑶ 在以上时间段以 外的时间如果天气发生变化使得道路能见度很低时，用光敏电阻检测路面上的光照强度小于 15 勒克斯的时候路灯就会点亮，来保证道路交通的顺畅。 手动模式下可以人为分段控制路灯的亮灭，不同的路段对应不同的按键。 沈阳 工业 大学 继续教育 学院 毕业设计 (论文 ) 8 系统设计方案 ⑴ 控制系统 在智能路灯的控制系统中，控制方式的选择是很重要的。 方案一：采用数字式多点开关控制电路系统。 这是一种数字式多点开关控制电路系统及其控制器，该电路系统包括若干负载回路，电路系统设置有一微控制器，每个负载回路中串接若干常闭点触开关、一继电器开关及点触开关信号采样模块，各采样模 块输出端口与微控制器信号输入端连接，微控制器的控制端经电流放大电路与相应继电器开关的控制端连接。 同时提供了相应电路结构的数字式多点开关控制器，在外接电器负载回路及翘板开关后即组成的多点开关控制电路系统。 方案二：采用 STC125A60S2 系列单片机控制系统。 这是一款高速、低功耗、超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051，但是速度却比 8051 快 812倍，编写程序方便并且 I/O 口资源充足。 本设计采用第二种方案来应用控制，这种方案主要靠硬件设计与软件编程来实现，能够更好的完成想要达到的 目的，方便控制，简单易行。 ⑵ 显示电路 本设计中需要有一个显示部分来显示当前日期、时间与当前使用的模式。 方案一：数码管静态显示。 用数码管静态显示编程原理简单，显示亮度强，无闪烁，占用 CPU 的时间少，有利于监测与监控。 但是占用 I/O 接口过多而繁琐，这样增加了硬件电路的复杂性，从而增加了成本。 所以本设计不采用本方案。 方案二：数码管动态显示。 适用于显示多位数的情况下，可节省 I/O 端口资源，硬件电路简单，成本低，占用 CPU 的时间少，但是显示亮度低。 ，如果用动态显示电路就必须加驱动器进行驱动因为显示数据需要动态扫 描， 占 大量运行周期。 如果加上驱动的话，硬件电路就过于复杂了，所以此方案不可行。 方案三：使用液晶显示器 LCD1602 进行显示。 液晶显示器分为汉字显示器、彩屏显示器、字符显示器型。 本设计用的是 1602 字符型液晶，是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。 有若干个 5X7/5X11 等点阵字符位组成，每一个点阵字符位都可显示一个字符。 每一个位和每一个位之间都有一个点距的间隔，行与行之间也有间隔，起到了字符间距与行间距的作用，所以该芯片不能显示图形。 LCD1602 液晶显示芯片现实的内容为 16X2，就是显示两 行，显示字符和数字。 本设计采用 LCD1602 液晶显示器方案三，符合本设计显示的需求。 沈阳 工业 大学 继续教育 学院 毕业设计 (论文 ) 9 ⑶ 时钟电路 方案一：实时时钟 DS1307。 低功耗，具有 56 字节非失性 RAM 的全 BCD 码时钟日历实时时钟芯片，地址和数据通过两线双向的串行总线的传输，芯片可以提供秒、分、小时、星期、日期、月和年等时钟日历数据信息，每一个月的天数可以自动进行调整。 并且有着闰年会自动补偿的高级功能。 芯片有一个内置的电源感应电路，具有掉电检测和电池切换不丢失的功能。 方案二：时钟电路 ，电路 接口简单、使用方便、价格可以接受所以被广泛的应用。 是一种高性能、低功耗并且带RAM 的实时时钟电路，可以对年、月、日、时、分、秒进行准确计时，有闰年补偿作用。 工作电压 ~。 采用的是三线接口与 CPU 进行同步通信，可以一次传送多个字节的时钟信号 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 31x8 的可用于临时存放数据的 RAM寄存器，同时也增加了主电源 /后备电源双电源的引脚，也提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 DS1302 与 CPU 连接，在调试程序时可不加电容，只需加一个 的晶振。 方案三： 采用单片机内部计算时间。 采用单片机定时器计时，程序运算量大，时间精确度不高，而且断电时间即复位，无法实现与实时时间保持同步。 本设计采用方案二， DS1302 与 DS1307 实现功能都差不多，可是在价格上前者却比后者要便宜，性价比要高。 ⑷ 光照度检测电路 本设计要实现对光线亮暗强度的检测要选择适合的转换电路。 方案一：采用光电三极管，用后级调理电路来实现光的明暗变化的检测轴线。 必须在其管壳轴线与射光方向接近的一个方位，取决于透镜的对称性和管芯偏离中心的程度，入射光恰好聚焦在管芯所在的区域，光电管的灵敏度才最大。 光电三极管的最佳响应特性在红外区，最适合用于红外遥控等装置。 方案二：采用光敏电阻，使用光敏电阻来实现光的明暗变化的检测。 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中就会有电流通过，收到适当波长的光线照射时，电阻会减小到无穷小，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。 没有极性，使用时可加直流电源也可以加交流电源。 而且光敏电阻的特性与人眼更接近，更适合用于道路交通环境的光检测装置。 综上所述，采取方案二更合适于智能路灯的光照检测。 沈阳 工业 大学 继续教育 学院 毕业设计 (论文 ) 10 ⑸ 夜晚车辆或者行人检测电路 方案一：采用红外光电传感器，在一定范围内，如果 没有障碍物，发射出去的红外线会因为传播的距离的变远而逐渐减弱，最终消失。 如果有障碍物红外线遇到了，被反射到接收头，检测这个信号传送给单片机。 方案二：采用超声波测距，具有距离可测，通过距离的变化可以实现灯光的线性化调节。 同时可以实现移动物体的任意位置的测量，但其测量距离只能在数米之内，而且抗干扰的能力差，所以也不宜采用。 方案三：采用热释电红外人体传感器，感应距离远，具有抗强光干扰，准确性高等特性，当有车通过时就能准确的感应并输出控制信号，并且体积小，安装方便。 综上所述，采取方案一的传感器是更合适在夜晚检 测车辆和行人的一种传感器。 本设计选用方案一，但是在实际情况中如果应用在真正的智能路灯的控制系统中，就应该选择方案三，因为这是模拟的智能路灯一个演示，所以不选用方案三。 系统框图 本文设计的路灯节能控制系统，其系统框图如图 所示，本系统由单片机、按键部分、显示部分、时钟部分、光感检测电路、光电检测部分与 LED 驱动部分组成。 本设计是在正常灯亮的时间段以外的时间，采用光敏二极管检测交通环境的明暗变化来双重控制路灯。 当夜晚来临时再用以光电传感器根据交通是否有车辆行人通过，来控制路灯的亮灭。 采用编 程来实现定时，设置路灯开关灯时间，选用 LCD1602 作为显示器件，也作出相应显示。 图 智能路灯控制系统框图 按键输入 光感检测 时钟输入 单 片 机 显示输出 LED 驱动 光电检测 沈阳 工业 大学 继续教育 学院 毕业设计 (论文 ) 11 3 硬件部分设计 在本设计中，系统控制器设计选用了 STC12C5A60S2 单片机。 下面将各个部分电路设计给予介绍。 STC12C5A60S2单片机 STC12C5A60S2系列 单 片机是 70年代中期发展起来的一种大规模的集成电路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O接口和中断系统构成的芯片。 80年代以来，单片机发展迅速，各类新产品不断涌现，出现了很多高性能新型产 品，已经逐渐成为工业自动化和各类控制领域的支柱产业之一。 8051单片机内部包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各功能部件相互独立的集成在同一块芯片上 [8]。 单片机又称为单片微型计算机或微控制器，是指在一块芯片上集成了中央处理器（ CPU），数据存储器 (SRAM)、程序储存器（ Flash）、定时 /计数器、并行 I/O接口、高速 A/D转换器、 SPI接口、中断控制器和串行接口等构成的一个片上系统。 单片机的优点是体积小、重量轻、超强的抗干扰能力、低功耗、对环境要求不高、价格低廉、可靠性很高、灵活性好、开发也较为 容易。 目前单片机已经广泛的应用在智能仪表、计算机网络与通信、家用电器、机电一体化产品、工业过程控制等 [9]。 STC12C5A60S2 是香港宏晶公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机。 片内含60Kbytes 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 1024bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU）和 Flash 存储单元，功能强大 STC12C5A60S2单片机可灵活应用于各种控制领域，同时该单片机具 有 A/D 转换功能，使用方便简单 [9]。 STC12C5A60S2 单片机中的芯片均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP 结构，如图 所示 是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 各引脚功能如下： 沈阳 工业 大学 继续教育 学院 毕业设计 (论文 ) 12 图 STC12C5A60S2 管脚图 VCC（ 40 引脚） ： +5V 电源电压。 GND（ 20 引脚） ：接地端。 P0口（ ）： P0口可作为一个漏级开路的 8位准双向 I/O口。 连接外部储存器或 者扩充外设时，作为低 8位地址线和 8位数据线， P0口可作为一个数据的输入、输出口。 P1口 ()： P1口是一个带内部可提供上拉电阻的 8位准双向 I/O接口，在编程和校验时接收低 8位地址，每一位可以独立的输入 /输出。 P2口（ ）： P2口为一个内部上拉电阻的 8位双向 I/O口，连接外部储存器或者扩充外设时，作为高 8位地址线，在编程和校验时接收高位地址和控制信号。 在 CPU访问片外存储器时，可输出 高 8位地址。 P3口（ ）： P3口管脚是 8个带内部上拉电阻的准双向 I/O端 口，另外还兼有中断、定时 /计数器、串行通信 等控制功能。 P3口除作为一般 I/O口外，每个引脚都有第二功能。 P3口也可作为一些特殊功能口 RXD（ 串行数据接收口 ） TXD（ 串行数据发送口 ） （外部中断 0） （外部中断 1） T0（计 数器 0计数脉冲输入口） T1（计数器 1计数脉冲输入口） （外部数据存储器写选通信号输出口） （外部数据存储器读选通信号输出口） RST（ 9引脚） ：复位信号输入端。 高电平有效。 单片机刚接上电源时，其内部各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。