模拟路灯控制系统设计报告

电子工程学院课外学分设计报告

题目：模拟路灯控制系统

姓名：方志威班级:B1032

专业：电气自动化学号:30

实验室：开放实验室

设计时间：2012年10 月27 日——2012年11 月7 日评定成绩：审阅教师:陈朝峰

目录

1.专业综合设计任务 (3)

2.方案设计与论证 (4)

3.硬件设计 (5)

4.软件设计 (10)

5.实现与测试 (13)

6.分析与总结 (15)

7.参考文献 (15)

1．专业综合设计任务：

1.1背景

随着城市规模的不断扩大，现有的路灯管理的方式方法已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要，必须依靠现代化的高科技管理手段。路灯管理工作需要一个以计算机为核心的、自动化的管理手段来替代普通的路灯监控系统。使整个城市照明监测，决策和管理工作建立在计算机信息网络平台之上。因而单片机在路灯系统中的应用应运而生。

1.2设计任务

设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。

输入、显示

装置

支路控制器

单元控制器

1单元控制器2

LED 灯1

LED 灯2

图1 路灯控制系统示意图

图2路灯布置示意图

1.3设计要求

1）控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开关灯。 2）控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

3）控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。

4）控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。

5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。

6）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%~100%范围内设定并调节，调节误差≤2%

2.方案设计与论证

根据题目要求，系统应主要包括电源模块，键盘模块，显示模块，DA转换模块，恒流源模块，判物模块，测光模块，故障检测，时钟模块，LED灯模块等，如下图所示。

3.硬件设计

3.1核心单片机STC89C52

该单片机由Intel公司推出且集成 8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。这是我比较熟悉的一种单片机，指令系统和AT89C51兼容，价格便宜，容易购买。

3.2电源模块设计

如下图所示，220V交流电源经变压器降压，桥式整流，滤波，三端稳压后，输出+12V，-12V，和+5V稳压供给系统电路。

电源电路图

3.3恒流源电路设计

电路由三个部分组成：集成运算放大器，缓冲电路和取样电路。如下图所示，此恒流电路负载能力非常好，且线性很好。有的DA转换器输出的电压信号经过R1,R2分压后在输入到集成运算放大器的3号脚，由集成运算放大特性可知，V1=V0，流过R3的电流I=V0/R3，即流过LED的电流I=V1/R3。此恒流电源电路结构简单，但性能优秀。

恒流源电路

3.4按键及显示模块

采用五个独立按键（如下图所示）和一块1602液晶显示器。显示器分为三个显示模式，显示模式一显示系统时间，显示模式二显示控制开关灯时间信息，显示模式三显示路灯故障信息及位置，在模式二下又分为三个子模式，分别为总控制开关灯时间模式，单独控制LED1开关灯时间模式，和单独控制LED2开关灯时间模式，三种显示模式及模式二下的三种子模式可通过按键依次切换，按键控制如下图所示，按键一可用于控制三种显示模式依次切换，按键二用于控制在显示模式二下三种子模式的依次切换，按键三用于时间的设置，按键四用于时间设置中数字的增加，按键五用于时间设置中数字的减少。

按键示意图

3.5时钟电路设计

时钟电路采用内部包含始终有效的涓流充电器DALLAS 公司的时钟芯片DS12C887，内含有实时时钟/日历和128BRAM ，用户可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断进行屏蔽，DS12C887将自己与石英晶体和电池集成在一起，可选择Intel 和Motorola 模式，本方案中选择Intel 模式。

3.6光电对射传感器模块设计

光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一

般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED ）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器为光电二极管。在接收器接收到信号后。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号并将该信号传给单片机。从而达到对路况信息的监测。电路图如下所示。

3.7 比较电路模块设计

本方案中采用LM311作为比较器，LM393 系列由两个偏移电压指标低达 2.0 的独立精密电压比较器构成，该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393 系列可直接与 TTL 及 CMOS 逻辑电路接口。，本方案

单片机

中通过AD 转换器实现在环境明暗检测与声光报警检测中，将变化的光敏电阻的模拟信号转换为数字信号，同时传送给单片机，从而使单片机完成下一步操作。

23

1847

5

6

U1

LM311

R1

10k

R2

100k

+12V

VCC

R3

10k

+5v

LM311电路图

3.8 DA 转换模块设计

本方案中采用TLC5615是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把 DAC 寄存器复位至全零。性能比早期电流型输出的 DAC 要好。只需要通过 3 根串行总线就可以完成 10 位数据的串行输入， 易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机) 接口。本方案中通过将其与单片机和恒流源连接以达到对LED 灯的控制。下图中1，2，3，4分别于单片机相连，6，7与恒流源连接。