模擬路燈控制系統(tǒng)最終5

1、模擬路燈控制系統(tǒng)摘要：本設計以STC89S54單片機作為模擬路燈控制系統(tǒng)的核心；由光電開關實現(xiàn)對定位點處經過物體的精確定位，并將檢測的信號經單片機分析處理后控制LED燈的亮滅；LED的電源采用自制的恒流源驅動；由光敏電阻根據(jù)環(huán)境光線的變化實現(xiàn)路燈的自動開關；通過調節(jié)PWM脈沖占空比實現(xiàn)功率的調節(jié)，以此達到調光效果。由DS12C887完成控制器的時鐘功能，并通過鍵盤設定和調整時間； 24C08存儲芯片實現(xiàn)路燈開關時間單獨控制。 關鍵詞：STC89S54; 光電開關; DS12C887; 光敏電阻; 恒流源; PWM脈沖；24C08Abstract: The analog light contro

2、l system of this design is based on the microcontroller STC89S54. Object is detection by the photoelectric switch at anchor point, and the detected signal is analyzed and processed by the MCU to control LED light. A self-made continuous current source is adopted to drive light regulation circuit. Ph

3、otosensitive resistors are used to control the light switches automatically according to the natural light. By adjust the PWM pulse duty achieve power adjust, thus we achieve light regulation. The controller's clock is provided by the DS12C887, which can adjust and set the time by keyboard. For

4、individual control of lights, we use 24C08 storage to achieve switching time.Keywords: STC89S54; Photoelectric Switch; DS12C887; photosensitive resistor;Continuous current source; PWM pulse；24C08一、 方案的選擇與論證根據(jù)系統(tǒng)的要求，我們將系統(tǒng)分為以下幾個基本模塊：顯示模塊，控制器模塊，定位點精確定位模塊，LED恒流源模塊，時鐘模塊，環(huán)境檢測模塊。其主要模塊由以下設計方案實現(xiàn)：1.顯示模塊 方案一：采用

5、傳統(tǒng)的數(shù)碼管顯示：數(shù)碼管顯示對于本系統(tǒng)而言也能實現(xiàn)，但是考慮到供電時，其功耗大，并且數(shù)碼管顯示的字符少，消耗的單片機的I/O口多，直觀性差。 方案二：采用液晶顯示：本系統(tǒng)需要正常的時鐘顯示，而且可以設定和調整時間，當出現(xiàn)故障時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)省單片機的I/O口，同時也能直觀的顯示時間、出現(xiàn)故障時的地址編號以及一些必備的字符。 考慮上述原因我們選擇方案二。2.定位點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，若采用單片機定時器供給，會影響主電路，而且外部電路比較復雜，增

6、加了外圍電路的成本。方案二：光電開關：光電開關的檢測范圍為0-80cm，而模擬控制距離為20cm，傳感器檢測的距離相對來說比較近，通過調整光電開關的檢測距離實現(xiàn)對距離的精確測量，光電開光的外圍電路比較簡單，并且是開光量輸出，單片機能直接讀取，節(jié)省了轉換電路。從電路的性價比和穩(wěn)定性考慮，我們選擇方案二。 3.控制器模塊 方案一：采用89S51單片機控制：根據(jù)題目要求系統(tǒng)需要時鐘顯示，時間的設定和調整，占用程序存儲器空間大，而51系列單片機存儲容量小，只有2KB的ROM,所需單片機的數(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，

7、并且STC89S54功耗低，抗干擾能力強，電壓范圍寬。 綜合考慮在實現(xiàn)功能的同時也降低了系統(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：由大功率三極管構成的電路所需的電流較大，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，導致LED 發(fā)光管燒壞并且不能達到滿功率點亮，因此我們放棄此方案。 方案二：采用集成穩(wěn)壓器構成的恒流源：三端集成穩(wěn)壓器工作在懸浮狀態(tài)時，在輸出端和公共端接入一個電阻器，從而形成固定恒流源，電路不僅結構簡單，而且可靠性高，同時能夠直接與單片機相連，通過調整PWM脈沖，能夠實現(xiàn)調光的功能，并且功耗低?？紤]上述原因我們采用方案二

8、。 5.時鐘模塊 方案一：采用DS1302：采用DS1302實現(xiàn)時鐘需要給DS1302外加電池，增加外加電路，同時DS1302采用串口的方式雖然減少了I/O口，但是軟件讀寫時序比較不方便，執(zhí)行速度慢。 方案二：采用時鐘芯片DS12C887：DS12C887功能豐富，其內部又增加了世紀寄存器，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，其內部時間信息還能夠保持10 年之久等優(yōu)點。 考慮上述原因我們采用方案二。二、 理論分析與參數(shù)計算1.聲光報警電路參數(shù)計算： 由5V電源供電，PNP型三極管驅動，對于發(fā)光二極管的限流電阻通過計算可得：R=(VCC-Ud)/Id

9、，則R=(5-2)/10mA=300，由于發(fā)光管的電流在1030mA,故在此范圍內我們選擇220 2.環(huán)境檢測模塊參數(shù)計算：將LM324運放的反相輸入端與一個可調電阻相連作為運放的基準電壓，光敏電阻和可調電位器與同相輸入端相連，作為輸入端，通過調整輸入端的可調電位器阻值，可以改變運放的輸入電壓。則Ui=VCC/(RP+Rg)* Rg，輸入與基準電壓相比，大于基準電壓輸出高電平，小于基準電壓輸出低電平?；鶞孰妷簽椋篣ref=VCC/(4.7K+RP)*RP 3.LED驅動電源參數(shù)計算：恒流源的供電電壓為12V,當三極管9013導通處于放大狀態(tài)時，大功率三極管TIP42C也導通，使得7805穩(wěn)壓模

10、塊工作，輸出恒定的5V電壓。則模塊的恒定電流為： I=5/R(R為可以調節(jié)輸出電流的可調電阻) 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。恒流源電阻的計算：經過7805后電路的電壓為5v，要想驅動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18，功率為：P=I2*R,則功率為1.4w，所以選擇功率大于2w的18電阻。三、 系統(tǒng)具體電路設計1. 本系統(tǒng)采用STC89S54作為控制核心，通過傳感器采集信號經單片機分析處理后控制路燈的亮滅，并且同時將時間顯示出來，也可通過鍵盤設

11、定和調整時間，再出現(xiàn)故障后同時將地址編號顯示出來，并且可以聲光報警。將光敏電阻的檢測電路的輸出與單片機相連，可以達到根據(jù)環(huán)境條件自動調節(jié)的功能。電路的方框圖如圖1所示：2電路的恒流源的設計圖2 恒流源電路3.電路的整機原理圖圖3 整機原理圖四、系統(tǒng)的軟件設計 系統(tǒng)采用C語言編程實現(xiàn)各項功能。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，精確定位模塊時鐘顯示模塊，LED驅動電源模塊進行調試，然后再對整機進行調試，以提高調試效率。測試方法：環(huán)境檢測模塊的調試：搭接電路前先對光敏電阻進行檢測，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，測量經過運放后的

12、輸出，將其調整為靈敏度最高的一段范圍內，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)跑道的寬度，我們應將光電開關的測量距離調整在20cm范圍內，并且誤差不能超過2cm 。 時鐘和顯示模塊調試：檢查硬件接線正確無誤后，軟件測試。LED驅動電源模塊：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。整機調試：各模塊電路檢測達標后，將各模塊電路連接到一起進行調試。檢查電路連線是否正確，對軟件進行調試。軟硬件都調試完后將程序燒錄到芯片中實際演練觀察工作過程，對系統(tǒng)軟硬件反復調試。 2.測試儀器如表1：儀器名稱儀器型號數(shù)量備注

13、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SS332331兩米卷尺1秒表1常用工具一套模擬試驗箱THM-3型1函數(shù)信號發(fā)生器SP1641B型13調光電路通過調節(jié)占空比實現(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100%250mA4.06V0.015是98%240mA4.1V0.06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是結果分析本系統(tǒng)我們采用了一些補償?shù)姆?/p>

14、法,使恒流源的功率恒定輸出也恒定使誤差很小，最后使誤差控制在了2%以內。六、 總結1.系統(tǒng)創(chuàng)新部分 時鐘模塊 電路采用DS12C887實現(xiàn)此功能，在此功能的基礎上，我們應用其特有的斷電保持功能以及本身自帶的電池經過軟件編程實現(xiàn)了斷電保護，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，對于路燈的獨立控制我們采用存儲芯片24C08來實現(xiàn)分別獨立控制路燈的開關時間，通過芯片的寫保護功能可以實現(xiàn)斷電后數(shù)據(jù)不丟失。 液晶顯示 顯示部分我們采用12864，工作方式為串行工作方式，只需三個I/O口就可以實現(xiàn)，這樣可以節(jié)省單片機的硬件資源。 2.總結 本設計完成了題目的基本要求以及發(fā)揮部分，在完成的