基于单片机的路灯控制系统设计

基于单片机的路灯控制系统设计内容摘要：

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 图 LED数码管模块原理图 时钟模块设计 时钟模块提供路灯控制系统定时开关灯操作时所需的时钟信号，且时钟数据可通过控制模块进行调整。 根据系统需求，时钟模块必要功能： (1)时钟模块为 24h 制或 12h 制，并且能够自动计时，能够分别显示时、分、秒； (2)时钟模块具备手动校准功能，可直接设置当前时间和定时时 间； (3)时钟模块的时间误差一天应不能超过 1s。 根据上述要求，为了实现精确的时钟控制并节省单片机 I/O口资源，本时钟模块主要以 DS1302为核心设计。 如图 ， DS1302 具备主电源 /后备电源双电源引脚，主电源断电后仍能工作，以保证时钟的准确性，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。 DS1302线路简单、体积小、功耗低且价格低廉，它不仅可以提供时、分、 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 26 页 秒以及日期数据，计时格式可以是 24h制和 12h制任选，还可以将每月的天数和闰年的天数可自动修正且不存在“千年虫”等问题优点。 所以选用 DS1302为本模块设计的核心芯片是较为科学的。 DS1302的各引脚功能如表。 表 DS1302的各引脚功能表 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 图 时钟模块原理图 信号采集模块 设计 街道路面信息数据的采集与处理是系统的主要任务之一，要高效的完成信号的采集与处理首先必须解决以下两个问题 : (1)信号采集与处理首先必须处理好标度变换问题。 由于系统采集的各种参数都有不同的量纲和数值，被测信号转换成数字量之后，往往还要转换成操作人缘所熟悉的工程量。 (2)在信号采集模块中，会存在大量的现场干扰，采集的数据都有着存在不同程度的信号干扰。 因此应根据信号受干扰性质和干扰后果，分别采取相应的软件和硬件措施消除干扰。 为了满足上述要求，对信号采集模块主要可分为亮度检测模块和物体检测模块，亮度检测模 块采用光敏电阻实现对周围环境光照度的采样，物体检测模块采用红外线引脚号 引脚名称 功能 1 VCC2 主电源 3 X X2 振荡源，外接 32768Hz晶振 4 GND 地线 5 RST 复位 /片选线 6 I/O 串行数据输入 /输出端（双向） 7 SCLK 串行时钟输入端 8 VCC1 后备电源 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 26 页 收发传感器等设备对经过的车辆进行检测计数等。 亮度检测模块介绍 亮度检测模块主要是为了对外界环境的光照强度进行采样，将采样得的信号传递给单片机，再由单片机进行分析做出相应的工作。 对于检测环境光线的明暗， 利用光敏电阻当入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大的特性。 将光电进行转换，是本模块能够 根据环境光的明暗变化来自动控制路灯的开关 [11]~[12]。 对于亮度检测模块，我们以光敏电阻为主导核心设计了两个可行方案，在这两个方案中进行对比 ，选择出最满足系统要求的方案。 方案一：用一个简单的电阻和一个光敏电阻，串联起来，通过遮光和不遮光来采集中间电压的变化，然后传给单片机，由单片机来进行信号外理，完成信号传递。 方案二：用一个电阻与光敏电阻串联，先把信号传给比较器，再送入单片机内，完成信号传输。 这里把光敏产生的信号送给比较器，主要是用它来整形，在比较器的反向输入端，用电阻分压，作为基准电压，使得经过比较器后的电压，只有两种状态，即高电平和低电平。 如此一来，单片机便可以有效的识别信号了，提高了准确性。 从理论上来说，方案一还是是不错的，结构十分 简单，但在实际操作当中，往往有些不尽如人意，主要是传出来的信号电平，不是突变的，也就是说光线照在光敏电阻强度不是跳变的，造成信号的不稳定，所以此种方案不适用。 而方案二传送到单片机的只有高电平和低电平，相对来说提高了对信号的识别和准确性。 综上所述，我们采用方案二较为科学。 亮度检测模块工作原理 如图 所示，将一个电阻与光敏电阻串联，先把信号传给比较器，再送入单片机内，完成信号传输。 其中光敏电阻分得的电压经电压比较器与用户设置的参数进行比较，进行整形处理。 再把电平信号输入给路灯控制系统，让控制 系统做出相应的工作处理。 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 26 页 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 图 亮度检测模块原理图 当光照亮度下降时，光敏电阻的阻值会上升，电压比较器反向输入端电压升高，到设定的值时 LM393 的输出由低电平转变为高电平。 将这个高电平送到单片机内部与程序设定的初值比较，判断是否打开光控电路。 如果亮度检测模块检测的信号达到开启电平值那个点，将启动亮度检测模块监测判定是否达到一定暗度，如果达到一定暗度，将开启路灯，否则说明路上的光照依然很强烈不需要打开路灯。 物体检测模块介绍 物体检 测模块主要用于夜间凌晨车流量减少，检测汽车的移动，并根据汽车的移动进行路灯亮度的自动控制。 根据上述要求，当传感器检测到汽车时，传感器给控制器发送信号，对路灯亮度进行控制。 对此我们所选的传感器必须灵敏性高还具有一定的稳定性。 对于传感器的选择下面有两个方案： 方案 — ：用发光二极管与光敏三极管组成的发射，接收电路。 这种方案的缺点在于其他环境光源（比如闪电等）会对光敏三极管的工作产生很大干扰，一旦外界光亮条件改变，很可能造成误判和漏判。 取超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功率损耗。 方案二：使用红外 发光二极管和接收管组合。 由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响较小。 同时红外系统还具以下优点：尺寸小，质量轻，能有效的抗可见光波段的伪装，对辅助装置要求最少，对人眼无伤害。 该传感器不但价格便宜，容易购买，而且处理电路简单易行，实际使用效果很好，能很顺利地感应到物体。 通过对比，本次设计模块中由于是近距离探测，采用方案二。 物体检测模块工作原理 采用红外收发传感器，一个发射管发射红外线和一个接收头接收红外线信号。 如图 ， 为红外收发传感器判断交通情况电路。 红外发射管和接收管对射式安装 ， 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 26 页 当有障碍物到达红外发射管和接收管中间时，通过 LM393电压比较器把红外接收管与用户通过滑动变阻器设置的阈值电压相比较，得到高低电平信号， 单片机 STC 89C52采集到此信号，控制路灯的亮度状态。 红外发射管和接收管可以采用屏蔽的方式来消除外界的干扰。 5 VR 7 3 3 0红 外发 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输 出 指 示 灯红 外接 收 管P 2 . 5 图 物体检测原理图 故障检测模块设计 故障检测也是由电压比较器 LM393 和光敏电阻组成，与上述信号采集模块中的亮度检测模块原理图类似，如图 所示，利用电压 LM393 对已经设定好的阈 值电压和光敏的电阻分得的电压进行比较，通过 和 端口将输出高低电平信息传送给STC89C52 单片机，让单片机进行相应工作的判定。 本模块主要是利用光敏电阻的光感特性，通过观察 LED 路灯的好坏来检测电路。 通电后如果路灯正常工作，说明该部分电路工作正常。 如果路灯不正常工作，则电路出现故障。 把故障信息传递给 STC89C52 单片机，单片机对此信息进行处理，发出报警并显示故障路灯编号。 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 图 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 26 页 声光报警模块设计 在本 系统中，当系统出现故障，或被监控的参数超出允许值，例如温度超限、压力不足、电压过高等，这时需要发出报警信号，常用的报警方式有灯光报警和声响报警 [13]。 根据系统要求，采用灯光报警和声响报警相结合的声光报警。 声光报警模块是为了使在系统出现故障时，蜂鸣器会发出警报声，在此同时报警指示灯也会亮起来 [14]。 以便让操作者及时采取措施。 在本模块设计中，如图 路，通过 NPN三极管对电路进行开关控制。 当系统出现故障时， STC 89C52单片机给三极管基极发送一个高电平信 号。 声光报警模块收到该信号，电路导通，蜂鸣器发出报警声，同时发光二极管也会亮起来发出警示。 L S 1N P NR 5 2 K5 VR 6 1 KG N DP 3 . 4L E D 图 声光报警模块原理图 电源控制模块设计 STC89C52 单片机的工作电压在 ~，电源电路采用线性稳压电源，交流电源由变压器将 220V 的交流电压转换成 10V 左右的低压交流电。 由于此脉动的直流电压含有较大的交流分量，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压，所以在电路中加了电容，滤出交流分量。 在滤除交流分量之前，我们可以利 用 a点的脉动直流给路灯控制系统提供中断信号。 通过三端稳压管进行稳压，输出 +5V的直流电压。 在三端稳压管的选择上，我们选择 LM7805 稳压管。 LM7805 稳压管是一种三端稳压好集成模块，它有三个端即输入端、公共端、输出端。 它内部有调整管、基准电压源、取样电路、比较放大器、过流保护、芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路组成。 三端集成稳压电源具有使用方便、安全可靠、性能稳定、价格低廉等优点是一种较为理想的低电压供电模型。 LM7805 是一种输出电流为 的低电流稳压模块，能有效的为整个电路提供稳定的工作电压 ，因此在本设计过程中充分的考虑到节能的 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 26 页 设计理念运用以稳压模块为电路提供能量。 电源控制系统中硬件电路的制作过程中， 如图 所示，我们 特地加上了一个发光二极管，如果通电后该二极管正常工作，则说明该电路部分正常工作。 如果发光二极管不正常工作，则说明该电路部分出现故障。 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。