路灯模拟控制系统
模拟路灯控制系统设计报告摘要本文详细描述了路灯模拟控制系统的设计方法。本系统全部用数字控制，分个五个模块：单片机控制及显示模块、红外感应模块、恒流驱动电源模块、路灯单元控制模块、故障检测与报警模块。单片机控制模块以STC12C5A60S2为核心，主要由各感应器件采集信号，通过单片机处理各种接受信号（包括光电检测信号），从而控制LED灯各种模式下的亮和灭，并用LCD液晶显示屏显示各类数据；红外感应模块通过红外控制技术检测物体的运动位置；恒流源模块采用PWM波数字调节恒流源输出功率；路灯单元控制模块使用最小型单片机AT89C2051去控制恒流源模块输出，从而控制LED路灯的输出功率。路灯故障检测与报警模块可以检测各路灯单元电路的工作状态。关键词：数字控制 红外感应 路灯控制AbstractThis system uses digitally control.It includes five modules: MCU control and displaym, infrared sensor module, constant current drive power module, lamp control module, detection and alarm module.The MCU STC12C5A60S2 mainly detects some sensing signals(including the optical detection signal) and handles them according to them to open or close the LED lamp. We adopt LCD to display the various types of data. Infrared sensor module to detect objects through infrared control movement of position. Constant current source modules uses digital adjustable PWM wave to output power to control the output power of LED lamps.The PWM wave is producted by AT89C2051 microcontroller.The detection and alarm module can detect the working state of the lamp circuit.Keywords: digitally control infrared sensor module lamp control目 录1 方案比较与论证31.1总体设计方案与比较31.2 模块电路设计与论证32 系统设计32.1 总体设计32.2 软件流程图42.3 主控电路43 测试数据与分析53.1 模块测试53.2 整机调试73.3 测试结果74 系统特色75 总结81 方案比较与论证1.1总体设计方案与比较方案一：采用超声波测距，可以检测小车与LED灯之间的距离，但电路比较复杂，程序比较麻烦，而且很难达到测距误差2cm。方案二： 采用红外反射测距，可以检测小车与LED灯之间的距离，从而实现不同交通情况下自动调节灯亮状态的功能。但需要测量相位差，测量程序比较复杂。方案三：设置红外感应点，即在规定距离的跑道上设置S、B、S三个感测点，将采集到信息传回，由单片机控制灯亮状态，实现自动亮灯。方案论证：以上三种方案都可以实现不同交通情况下自动调节灯亮状态的功能，前两种方案比较复杂，而且要求感应精度较高，不易实现。方案三比较简单易行，出于综合考虑，我们采用方案三中的设置红外感应点方案。1.2 模块电路设计与论证 单片机控制及显示模块主控制器采用STC12C5A60S2单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，具有很高的性价比。本系统采用液晶显示，这样可以显示更多的信息，接口电路简单，控制方便。液晶显示的内容有，开始界面、时钟、星期、路灯点亮情况、功能模式等。 红外感应模块设置三个感应点，采用红外对射感应采集信息，可精确检测到小车与各路灯的相对位置，从而作出路灯开关判断。 cds光敏感应利用cds光敏电阻检测环境明暗变化，自动控制开灯和关灯 恒流驱动源模块使用PWM波调节，通过改变PWM波的占空比来实现数字调节恒流源输出功率，从而改变路灯亮度。 路灯故障检测模块路灯发生故障可有两种情况，一是路灯短路，二是路灯断路。此模块通过在路灯前端采集电压信号，通过电压比较器来判别路灯导通情况，并返回信息，在液晶屏上显示故障路灯编号。2 系统设计2.1总体设计总体设计框图如图2-1所示。电源输出功率控制红外感应S、B、SLCD液晶显示LED1控制LED2控制路灯故障检测主控制器键盘控制恒流驱动电源Cds明暗感应路灯亮度调节图2-1总体框图2.2 软件流程图软件流程图如图2-2所示。设置灯2开始设置灯1时钟明暗感应交通自控故障检测返回图2-2 软件流程2.3 主控电路主控电路图如图2-3所示图2-3 主控电路图3 测试数据与分析3.1 模块测试（1） 主控及显示模块 接通电源，演示各种按键动作，并用电压表测试各控制接口的电平高低情况，并观测液晶显示是否与按键动作同步，且达到预定显示要求。（2） 红外感应模块如图3-1所示，接通电源，对接红外发射与接收感应头，先看信号指示灯是否点亮，若点亮，则说明红外发射与接收成功，然后用障碍物挡住红外接收头，再用万用表测量Q1的发射极是否为高平且指示灯熄灭，则表明障碍物检测成功。 图3-1 红外感应电路（3） 恒流源模块本模块是通过一个小型单片机输出PWM波控制恒流源电路的输出功率，达到调节路灯亮度的目的。如图3-2所示，接通电源，连接好各类信号线，按加减键调节输出PWM波的占空比，同时观测路灯的亮度变化。 图3-2 恒流源与单元控制器电路（4） 路灯单元控制模块本模块主要是用来控制LED的开和关的，用继电器作开关元件，利用ULN2003驱动继电器工作。接通电源，连接好各类信号线，给ULN2003的7C口一个低电平，这时继电器导通，LED等发亮。（5） 故障检测与报警模块路灯发生故障可有两种情况，一是路灯短路，二是路灯断路，我们通过采集电压信号，用电压比较器来判断LED灯的导通情况。接通电源，连接好数据线，设置路灯为点亮状态，然后断开LED灯，听见蜂鸣器的“嘀嗒”声，并伴有指示灯（发光二级管）闪烁。3.2 整机调试将各模块装入跑道的相应位置，连接好所有的电源线和信号控制线，检查线路是否正确无误。打开电源，通过按键设置路灯点亮参数。分别测试路灯的各种功能，需调试的功能有时钟显示、定时开关灯、环境明暗感应、交通自控、路灯故障检测、数字调光等，重复以上步骤，直到达到要求为止。3.3 测试结果项目完成情况基本要求显示时钟功能，定时开关灯完成根据环境明暗变化，自动开灯和关灯完成根据交通情况自动调节亮灯状态（S、B、S三点）完成分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间完成LED故障检测，显示地址，并发出声光报警信号完成 发挥部分自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源完成调光功能，电源输出功率定时自动调节完成全数字控制完成语音报警完成4 系统特色1. 增强控制能力：系统具有定时控制和人工控制等多种控制方式，能随时调整灯光的开/关灯时间，实现路灯开/关灯自动控制。2. 节约电能：系统能预置合理的开、关灯时间方案，在满足对亮化工程的照明需求时，有效地减少了开灯时间，从而节约了大量的电能。系统还设置了省电模式，3分钟内无按键动作，自动关闭显示器。3. 报警处理：当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。 4. 全数字控制：本路灯系统的所有功能都可由用户通过键盘输入控制，简单方便直观，更具人性化设计。5. 系统模块化设计: 系统采用了模块化技术架构，具有良好的持续升级和功能扩展能力。随着技术的发展和用户功能需求的变化而不断升级。6. 全中文液晶显示：采用液晶显示可以显示更多的信息，接口电路简单，控制方便，显示直观，便于用户设置路灯参数。7. 数据掉电保护：遇到掉电情况，自动保护用户设置的控制参数，使得控制电路更稳定。 8. 自制简便路道：简单美观的道路模块，方便路灯系统的整体测试，增强整个系统的稳定性和可靠性。5 总结我们在整个设计制作过程中，始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重的原则，我们采取了诸多的有效措施，基本完成了设计题目所规定的指标和要求，而且对于有些指标进行了扩展设计，功能提高。同时考虑到性价比和人机互动，简化电路，改善显示界面，优化整机构造，提出更人性化的设计。 模拟路灯控制系统是我们团队互相合作、共同努力完成的一个项目，虽然在设计制作过程中遇到很多的麻烦和困难，但我们始终如一、同心协力，把困难一一克服了，展现了我们良好的团队合作精神。我们希望在未来的努力中可以更加团结，达到更加完美的地步。附录参考文献1蔡美琴等.MCS51系列单片机系统及其应用M（第二版）.高等教育出版社2电子工业出版社.全国大学生电子设计竞赛训练教程M.电子工业出版社；3高锋.单片微机应用系统设计及实用技术M.机械工业出版社4张培仁.基于C语言编程 MCS51系列单片机原理与应用M.清华大学出版社.
