模擬路燈控制系統(tǒng)最終5

1、模擬路燈控制系統(tǒng)最終5模擬路燈控制系統(tǒng)摘要：本設(shè)計(jì)以STC89S54單片機(jī)作為模擬路燈控制系統(tǒng)的核心；由光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)對定位點(diǎn)處經(jīng)過物體的精確定位，并將檢測的信號經(jīng)單片機(jī)分析處理后控制LED燈的亮滅；LED的電源采用自制的恒流源驅(qū)動；由光敏電阻根據(jù)環(huán)境光線的變化實(shí)現(xiàn)路燈的自動開關(guān)；通過調(diào)節(jié)PWM脈沖占空比實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)，以此達(dá)到調(diào)光效果。111DS12c887完成控制器的時(shí)鐘功能，并通過鍵盤設(shè)定和調(diào)整時(shí)間；24co8存儲芯片實(shí)現(xiàn)路燈開關(guān)時(shí)間單獨(dú)控制。關(guān)鍵詞：STC89s54;光電開關(guān);DS12c887;光敏電阻;恒流源;PWM脈沖；24C08Abstract:Theanaloglightcont

2、rolsystemofthisdesignisbasedonthemicrocontrollerSTC89S54.Objectisdetectionbythephotoelectricswitchatanchorpoint,andthedetectedsignalisanalyzedandprocessedbytheMCUtocontrolLEDlight.Aself-madecontinuouscurrentsourceisadoptedtodrivelightregulationcircuit.Photosensitiveresistorsareusedtocontrolthelights

3、witchesautomaticallyaccordingtothenaturallight.ByadjustthePWpulsedutyachievepoweradjust,thusweachievelightregulation.Thecontroller，sclockisprovidedbytheDS12C887,whichcanadjustandsetthetimebykeyboard.Forindividualcontroloflights,weuse24C08storagetoachieveswitchingtime.Keywords:STC89S54;PhotoelectricS

4、witch;DS12C887;photosensitiveresistor;Continuouscurrentsource;PWpulse；24C081 / 10模擬路燈控制系統(tǒng)最終5一、方案的選擇與論證根據(jù)系統(tǒng)的要求，我們將系統(tǒng)分為以下幾個(gè)基本模塊：顯示模塊，控制器模塊，定位點(diǎn)精確定位模塊，LED恒流源模塊，時(shí)鐘模塊，環(huán)境檢測模塊。其主要模塊111以下設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)：1 .顯示模塊方案一：采用傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示：數(shù)碼管顯示對于本系統(tǒng)而言也能實(shí)現(xiàn)，但是考慮到供電時(shí).，其功耗大，并且數(shù)碼管顯示的字符少，消耗的單片機(jī)的I/O口多，直觀性差。方案二：采用液晶顯示：本系統(tǒng)需要正常的時(shí)鐘顯示，而且可以設(shè)定和

5、調(diào)整時(shí)間，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)地址編號也可顯示出來，采用串行工作方式液晶顯示不僅能夠節(jié)省單片機(jī)的I/O口，同時(shí)也能直觀的顯示時(shí)間、出現(xiàn)故障時(shí)的地址編號以及一些必備的字符?？紤]上述原因我們選擇方案二。2 .定位點(diǎn)精確定位模塊方案一：超聲波模塊：超聲波模塊檢測距離長，而且也能達(dá)到精確的測量，但是對于超聲波電路來說需要提供頻率為40KHz的方波，若采用單片機(jī)定時(shí)器供給，會影響主電路，而且外部電路比較復(fù)雜，增加了外圍電路的成本。方案二：光電開關(guān)：光電開關(guān)的檢測范圍為0-80加，而模擬控制距離為20cm,傳感器檢測的距離相對來說比較近，通過調(diào)整光電開關(guān)的檢測距離實(shí)現(xiàn)對距離的精確測量，光電開光的外圍電路比較簡單，

6、并且是開光量輸出，單片機(jī)能直接讀取，節(jié)省了轉(zhuǎn)換電路。從電路的性價(jià)比和穩(wěn)定性考慮，我們選擇方案二。3 .控制器模塊方案一：采用89s51單片機(jī)控制：根據(jù)題目要求系統(tǒng)需要時(shí)鐘顯示，時(shí)間的設(shè)定和調(diào)整，占用程序存儲器空間大，而51系列單片機(jī)存儲容量小，只有2KB的ROM,所需單片機(jī)的數(shù)量多。方案二：采用STC89S54控制：采用89S54作為總的控制器，其存儲空間比89S51大兩倍，執(zhí)行速度快，并且STC89s54功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，電壓范圍寬。綜合考慮在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)也降低了系統(tǒng)的成本，所以選擇方案二。4 .LED恒流源模塊方案一：采用大功率三極管作為恒流源：山大功率三極管構(gòu)成的電路所需的電流較大

7、，會造成電阻發(fā)熱，功耗增大，并且主要原因是輸出電流不能恒定，導(dǎo)致LED發(fā)光管燒壞并且不能達(dá)到滿功率點(diǎn)亮，因此我們放棄此方案。方案二：采用集成穩(wěn)壓器構(gòu)成的恒流源：三端集成穩(wěn)壓器工作在懸浮狀態(tài)時(shí)，在輸出端和公共端接入一個(gè)電阻器，從而形成固定恒流源，電路不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且可靠性高，同時(shí)能夠直接與單片機(jī)相連，通過調(diào)整PWM脈沖，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)光的功能，并且功耗低。考慮上述原因我們采用方案二。5 .時(shí)鐘模塊方案一：采用DS1302：2 / 10模擬路燈控制系統(tǒng)最終5采用DS1302實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘需要給DS1302外加電池,增加外加電路,同時(shí)DS1302采用串口的方式雖然減少了I/O，但是軟件讀寫時(shí)序比較不方便，執(zhí)

8、行速度慢。方案二：采用時(shí)鐘芯片DS12C887：DS12C887功能豐富,其內(nèi)部又增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路解決了“千年”問題：DS12c887中自帶有鋰電池，外部掉電時(shí)，其內(nèi)部時(shí)間信息還能夠保持10年之久等優(yōu)點(diǎn)?？紤]上述原因我們采用方案二。二、理論分析與參數(shù)計(jì)算1 .聲光報(bào)警電路參數(shù)計(jì)算：山5V電源供電，PNP型三極管驅(qū)動，對于發(fā)光二極管的限流電阻通過計(jì)算可得：R=(VbUj/Id,則R=(5-2)/103=300。，由于發(fā)光管的電流在1030mA,故在此范圍內(nèi)我們選擇220。2.環(huán)境檢測模塊參數(shù)計(jì)算：將LM324運(yùn)放的反相輸入端與一個(gè)可調(diào)電阻相連作為運(yùn)放的基準(zhǔn)電壓，光敏電阻和可調(diào)電

9、位器與同相輸入端相連，作為輸入端，通過調(diào)整輸入端的可調(diào)電位器阻值，可以改變運(yùn)放的輸入電壓。則UlVb/(Rp+RJ*L，輸入與基準(zhǔn)電壓相比，大于基準(zhǔn)電壓輸出高電平，小于基準(zhǔn)電壓輸出低電平。基準(zhǔn)電壓為：Uef=Vcc/(4.7K+Rp)*Rp3. LED驅(qū)動電源參數(shù)計(jì)算：恒流源的供電電壓為12V,當(dāng)三極管9013導(dǎo)通處于放大狀態(tài)時(shí)，大功率三極管TIP42c也導(dǎo)通，使得7805穩(wěn)壓模塊工作，輸出恒定的5V電壓。則模塊的恒定電流為：I=5/R很為可以調(diào)節(jié)輸出電流的可調(diào)電阻)恒流源三極管的選擇：電路的電流為280mA,電流比較大，考慮3裕量我們選擇電流為大于等于1A的三極管，因此我們選用PNP型三極管

10、。恒流源電阻的計(jì)算：經(jīng)過7805后電路的電壓為5v,要想驅(qū)動LED則需要280mA的電流，則電路的恒流電阻為：R=5/280mA所以電阻為18Q,功率為：P工廠2*R，則功率為L4w,所以選擇功率大于2w的18。電阻。三、系統(tǒng)具體電路設(shè)計(jì)1 .本系統(tǒng)采用STC89S54作為控制核心，通過傳感器采集信號經(jīng)單片機(jī)分析處理后控制路燈的完滅，并且同時(shí)將時(shí)間顯示出來，也可通過鍵盤設(shè)定和調(diào)整時(shí)間，再出現(xiàn)故障后同時(shí)將地址編號顯示出來，并且可以聲光報(bào)警。將光敏電阻的檢測電路的輸出與單片機(jī)相連，可以達(dá)到根據(jù)環(huán)境條件自動調(diào)節(jié)的功能。電路的方框圖如圖1所示：2 / 10模擬路燈控制系統(tǒng)最終5留1單片機(jī)控制方框圖3

11、/ 10模擬路燈控制系統(tǒng)最終53 / 10模擬路燈控制系統(tǒng)最終56 / 10iim片£琵£26營工£3籃X四、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用C語言編程實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。見附錄。五、測試方法與數(shù)據(jù)1.測試方案與方法方案：先對各模塊環(huán)境檢測模塊，精確定位模塊時(shí)鐘顯示模塊，LED驅(qū)動電源模塊進(jìn)行調(diào)試，然后再對整機(jī)進(jìn)行調(diào)試，以提高調(diào)試效率。測試方法：環(huán)境檢測模塊的調(diào)試：搭接電路前先對光敏電阻進(jìn)行檢測，根據(jù)測出的數(shù)據(jù)來確定光敏傳感器的靈敏度。測完靈敏度后，搭接電路，測量經(jīng)過運(yùn)放后的輸出，將其調(diào)整為靈敏度最高的一段范圍內(nèi)，使其能夠根據(jù)環(huán)境的變化能夠精確的發(fā)揮出其作用。精確定位模塊：根據(jù)跑

12、道的寬度，我們應(yīng)將光電開關(guān)的測量距離調(diào)整在20cm范圍內(nèi)，并且誤差不能超過2cm。時(shí)鐘和顯示模塊調(diào)試：檢查硬件接線正確無誤后，軟件測試。LED驅(qū)動電源模塊：檢查電路中三極管的狀態(tài)是否正確，檢查完畢后，在檢查7805穩(wěn)壓電源是否輸出正常，最后通電測量所要恒定的電流。整機(jī)調(diào)試：各模塊電路檢測達(dá)標(biāo)后，將各模塊電路連接到一起進(jìn)行調(diào)試。檢查電路連線是否正確，對軟件進(jìn)行調(diào)試。軟硬件都調(diào)試完后將程序燒錄到芯片中實(shí)際演練觀察工作過程，對系統(tǒng)軟硬件反復(fù)調(diào)試。2.測試儀器如表L儀器名稱儀器型號數(shù)量備注數(shù)字萬用表KJ92051深圳市科杰儀器儀表有限公司示波器TDS2201淮陰市儀表雙路可跟蹤直流穩(wěn)壓電源SS3323

13、31兩米卷尺1秒表1常用工具一套模擬試驗(yàn)箱THM-3型1函數(shù)信號發(fā)生器SP1641B型13調(diào)光電路通過調(diào)節(jié)占空比實(shí)現(xiàn)，測試儀器為萬用表，測試數(shù)據(jù)如下表2所示:表2占空比電流電壓誤差是否在誤差范圍內(nèi)100%250mA4.06V0.015是98%240mA4.IV0.06是90%290mA3.65V0.05是86%280mA3.55V0.01是70%250mA3.14V0.2是40%190mA2.33V0.048是20%150mA2.05V0.1是結(jié)果分析本系統(tǒng)我們采用了一些補(bǔ)償?shù)姆椒?，使恒流源?使誤差很小，最后使誤差控制在了僚以內(nèi)。，率恒定輸出也恒定六、總結(jié)1 .系統(tǒng)創(chuàng)新部分時(shí)鐘模塊電路采用DS12c887實(shí)現(xiàn)此功能，在此功能的基礎(chǔ)上，我們應(yīng)用其特有的斷電保持功能以及本身自帶的電池經(jīng)過軟件編程實(shí)現(xiàn)了斷電保護(hù)，即使電源被突然斷開，也不會影響DS12c887工作，這樣就會減少工作量。存儲模塊根據(jù)題目要求，對于路燈的獨(dú)立控制我們采用存儲芯片24C08來實(shí)現(xiàn)分別獨(dú)立控制路燈的開關(guān)時(shí)間，通過芯片的寫保護(hù)功能可以實(shí)現(xiàn)斷電后數(shù)據(jù)不丟失。液晶顯示顯示部分我們采用12864,工作方式