基于單片機模擬路燈控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、<p>　　基于51單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)</p><p><b>　　1. 系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　1.1 設計要求</b></p><p>　　一、任務（來自原題）</p><p>　　設計并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示，路燈布置如圖2

2、所示。</p><p>　　圖1 路燈控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　圖2 路燈布置示意圖（單位：cm）</p><p><b>　　二、設計要求+</b></p><p><b>　　1．基本要求</b></p><p>　?。?）支路控制器有時鐘功能，能設定、顯示

3、開關燈時間，并控制整條支路按時開燈和關燈。</p><p>　?。?）支路控制器應能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈。</p><p>　　（3）支路控制器應能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當可移動物體M（在物體前端標出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達S點時（見圖2），燈1亮；當物體M到達B點時，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動時，則亮燈次序與上相反。</p>

4、<p>　　（4）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間。</p><p>　　（5）當路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），支路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。</p><p><b>　　2．發(fā)揮部分</b></p><p>　?。?）自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動電源。</p><p&

5、gt;　?。?）單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自動減小，該功率應能在20%～100%范圍內(nèi)設定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差≤2%。</p><p>　　（3）性價比高，工作穩(wěn)定，符合電磁兼容（EMC）方面的要求，無對外干擾或干擾小。</p><p>　　1.2 總體設計方案</p><p>　　1.2.1 功能分解及設計思路 </

6、p><p>　　本模擬路燈控制系統(tǒng)的設計方案要實現(xiàn)的 主要功能主要分解為以下五個方面：</p><p>　　一是時鐘功能及定時開關燈。</p><p>　　二是根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈。</p><p>　　三是根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當 汽車靠近路燈時，路燈能自動點亮；當汽車遠離時，路燈自動熄滅。</p><p

7、>　　四聲光報警功能，當路燈出現(xiàn)故障時而不 亮時，控制器發(fā)出信號，并顯示有故障路燈的地址編號。</p><p>　　五是根據(jù)綠色節(jié)能照明要求，采用恒流源 驅(qū)動LED路燈發(fā)亮且能調(diào)光，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在20%～100%范圍內(nèi)設定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差≤2%。</p><p>　　以上功能的實現(xiàn)，都是以單片機為核心， 在單片機系統(tǒng)實現(xiàn)的輸入輸出和顯示功能的基礎上，由單片機的內(nèi)置邏輯和運算

8、功能，加上一定的外圍電路得以實現(xiàn)。針對以上的五個功能，采用模塊 化的設計思想，以下分別敘述之。</p><p>　　1.2.2 方案論證與比較 </p><p>　　1.2.2.1 時鐘功能及定時開關機。</p><p>　　方案一：采用專用時鐘芯片。 </p><p>　　現(xiàn)在流行的串行時鐘電路 很多，如DS1302、 DS1307、PC

9、F8485等。其優(yōu)勢是可以單獨使用，直接連接到單片機外圍，有自己獨立的時鐘晶振，精度較高。單片機通過串行接口 讀取和寫入當前的時鐘值，時鐘芯片的運行受單片機死機的影響少。其缺點一是消耗了單片機IO口資源。二是在編程時需要增加讀寫串行口的內(nèi)容，消耗了單片機的運行時間。三是增加了成本。增加了時鐘芯片及其外圍電路的開支。</p><p>　　DS1302的典型應用電路如圖3 所示：</p><p&g

10、t;　　圖3 DS1302的典型應用電路</p><p>　　方案二：采用單片機內(nèi)置時鐘振蕩電路及定時器構建時間平臺。</p><p>　　本方案直接利用單片機的內(nèi)置定時器，通過定時器的中斷和簡 單運算實現(xiàn)時鐘功能。</p><p><b>　　例如： </b></p><p>　　ST C單片機，在4M時鐘時，單個指令

11、的運行時間是1微秒，設置定時器1每125個指令周期產(chǎn)生一個中斷，即125微秒，8個中斷后，時間平臺是1毫秒 ，設置以下時間計數(shù)變量分別為：</p><p>　　uchar To1mS = 0x00; //當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了1毫秒</p><p>　　uchar T o2mS = 0x00; //當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了2

12、毫秒</p><p>　　uchar Is 2mS = 0; //到達2毫秒時刻</p><p>　　uchar To 20mS = 0x00; //當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了20毫秒</p><p>　　uchar Is20mS = 0; //到達20毫秒時刻</p>&l

13、t;p>　　uchar To 1S = 0x00; //當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了1秒</p><p>　　uchar Is1 S = 0; //到達1秒時刻</p><p>　　在秒時間 平臺，用ToMIN變量，計數(shù)60秒后進入分鐘平臺，計數(shù)60分鐘后，進入小時平臺。</p><p>　　方案二沒有

14、增加外置電路，充分利用了單片機的定時器功能，實施簡潔方便，主要的缺點是當控制系統(tǒng)斷電或死機以后，需要人工重新定時。</p><p>　　本系統(tǒng)的 時鐘功能實現(xiàn)采用方案二。</p><p>　　1.2.2.2 根據(jù)環(huán) 境明暗變化，自動開燈和關燈功能。</p><p>　　方案一：采用比較器的解決方案。</p><p>　　光敏電阻與 固定電阻串

15、聯(lián)，加一級電壓跟隨器后輸入比較器，與比較器負輸入端的電壓值進行比較，得到一個高電平或低電平輸出，進入單片機的IO口。 </p><p>　　優(yōu)點 是電路比較直觀，操作比較方便，可直接通過電位器調(diào)節(jié)路燈的開啟亮度。對維護人員的要求不高。</p><p>　　缺點 是不方便進行數(shù)碼控制。</p><p>　　方案二：采用AD變換。</p><p>

16、;　　光敏 電阻與固定電阻串聯(lián)，由單片機內(nèi)置的AD變換接口讀入當前的電壓值，然后根據(jù)讀取的電壓值判斷當前的環(huán)境亮度。路燈的開啟電平由內(nèi)部的變量控 制。方案二的優(yōu)點在于可以方便以實現(xiàn)對路燈開啟電平的數(shù)碼控制和遠程控制。</p><p>　　本系統(tǒng) 采用方案二。</p><p>　　1.2.2.3 根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)。</p><p>　　當汽車 靠近路燈時，

17、路燈能自動點亮；當汽車遠離時，路燈自動熄滅。</p><p>　　方案一 ：采用工業(yè)級的光電傳感器。這種光電傳感器普遍運用于電梯、生產(chǎn)線等工業(yè)場所。優(yōu)點是使用方便，型號很多，輸出量是開關量，不需調(diào)理電路。缺 點是價格較貴。</p><p>　　方案二：采用廉價的紅外對射傳感器。</p><p>　　紅外對 射的特點是傳輸距離較遠，能量集中。當沒有物體遮擋時，紅外光直

18、射到紅外探頭上，紅外接收管連續(xù)輸出低電平到單片機，當有物體經(jīng)過時，紅外光 被遮住，此時紅外探頭輸出高電平到單片機。由于紅外光的發(fā)射有一定的偏角，本設計利用了黑色套管遮擋紅外發(fā)射燈頭，以減少紅外光的散失。 </p><p>　　本 系統(tǒng)采用方案二。</p><p>　　1.2.2.4 故障報警功能</p><p>　　采 用光敏電阻檢測路燈的亮度，同時排除環(huán)境光的干擾

19、。</p><p>　　利 用單片機的AD口，讀入光敏電阻上檢測到的路燈亮度值。</p><p>　　1.2.2.5 恒流源驅(qū)動LED及20％到100％范圍內(nèi)可調(diào)亮度。</p><p>　　方案一：采用恒流源驅(qū)動芯片，目前市場上成品的恒流源驅(qū)動芯片比較多，一般采用使用取樣電阻調(diào)節(jié)輸出電流的方式。這些芯片使用方便，性能較好，但 價格較貴。</p>&l

20、t;p>　　方案 二：采用PWM方式驅(qū)動功率三極管輸出驅(qū)動電流，用電流取樣電阻串入LED供電回路，用AD口讀取當前的電流值，實現(xiàn)閉環(huán)控制。方案二利用了單片機的AD變換資源，同時采用PWM方式，可以使LED工作在斷斷續(xù)續(xù)的狀態(tài)，可以延長LED的使用壽命。</p><p>　　本系 統(tǒng)采用方案二。</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)各模塊的最終方案 </p><

21、p>　　1.3 系統(tǒng)功能說明書（用戶使用說明書）</p><p>　　1.3.1 路燈的工作模式</p><p>　　本 模擬路燈控制系統(tǒng)具備5種工作模式，分別是自動群控模式、自動分控模式、根據(jù)照度自動控制模式、根據(jù)交通情況自動控制模式、 手動控制模式，下面對每種工作模式簡單介紹如下：</p><p><b>　　自動群控模式</b>&l

22、t;/p><p>　　在該 模式下，支路控制器根據(jù)設定好的定時信息，自動地同時打開或者關閉兩盞路燈。系統(tǒng)啟動后默認進入該模式。</p><p><b>　　自動分控模式</b></p><p>　　在該模式下，支路控制器根據(jù)設定好的定時信息，分別控制兩盞路燈的開關，例如，當系統(tǒng)的時間和路燈1開燈的時間相等時，開啟路燈1； 當系統(tǒng)的時間和路燈2關燈的

23、時間相等時開啟路燈2。</p><p>　　根據(jù)照度自動控制模式</p><p>　　在該模式 下，當環(huán)境照度低于一定的值時開啟兩盞路燈，當環(huán)境照度高于一定的值時關閉兩盞路燈。</p><p>　　根 據(jù)交通情況自動控制模式</p><p>　　在該模式 下，當可移動物體M由左到右到達S點時（見圖××），燈1亮；當物體M到

24、達B點時，燈1滅，燈2亮；若物體M由右到左移動時，則亮燈的次序與上相反。</p><p><b>　　手 動控制模式</b></p><p>　　在手動模 式時，兩盞路燈只能由支路控制器用增加和減少鍵手動的調(diào)整亮度，路燈的亮度可以在0％～100％自由的上下調(diào)整，步進為10％。</p><p>　　（1）～（ 4）等四種工作模式是互斥的，即在某一

25、時刻只能具有其中的一種功能，不過各種模式可以手動的切換，手動調(diào)整路燈亮度的功能在這 四種模式中都是有效的。</p><p>　　另外，該路燈 控制系統(tǒng)還具備故障檢測功能，當路燈出現(xiàn)無法正常工作的狀況時，該控制系統(tǒng)能夠判定是哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，并將故障通過聲音警報及數(shù)碼管顯示告知用戶。</p><p>　　1.3.2 按鍵操作說明</p><p>　　支路控制器具備5個

26、按鍵，分別為時間調(diào)整鍵、模式選擇鍵、增加鍵、減少鍵、確認鍵。</p><p>　　時間調(diào)整鍵：按時間調(diào)整鍵時，可以循環(huán)地選擇系統(tǒng)時間、路燈1和2共同的開關燈時間、路燈1的開關燈時間和路燈2的開關燈時間。</p><p>　　模式選擇鍵：按模式選擇鍵可以進行系統(tǒng)工作模式的切換，順序為自動群控模式自動分控模式根據(jù)照度自動控制模式 根據(jù)交通情況自動控制模式手動控制模式。</p>&

27、lt;p>　　增加、減少鍵：按這兩個鍵可以對時間或者亮度進行增減，長按時時間或者亮度可以連續(xù)變換。</p><p>　　確認鍵：確認鍵只在時間調(diào)整時有效，分別確認小時、分鐘、秒的輸入。</p><p>　　2. 單元電路設計</p><p>　　2.1 每部分模塊的電路設計</p><p>　　2.1.1 電源供電電路</p

28、><p>　　采用變壓器與三端穩(wěn)壓器相結(jié)合</p><p>　　2.1.2 單片機最小系統(tǒng)</p><p>　　其核心芯片是STC12C5404AD。</p><p>　　2.1.3 輸入與輸出</p><p><b>　　鍵盤：</b></p><p>　　采用AD變換輸入口

29、為鍵盤輸入口，節(jié)省了IO口資源。</p><p><b>　　LED顯示： </b></p><p>　　2.1.4 電流源驅(qū)動</p><p><b>　　3. 軟件設計</b></p><p>　　軟件采用C語言編寫，可移植性和可讀性強。 </p><p>　　軟件編

30、寫體現(xiàn)了模塊化的任務驅(qū)動方式。代碼盡 量符合變量定義規(guī)范。</p><p>　　3.1 -----子程序</p><p>　　本系統(tǒng)包含以下子程序 </p><p>　　//鍵盤處理------------------------------</p><p>　　void KeyboardScan(void); //鍵盤掃描函數(shù)</p

31、><p>　　void KeyboardOperate(uch ar KeyNum);//按鍵處理函數(shù)</p><p>　　/ /定時器處理------------------------------</p><p>　　void InitTimer(void);//定時器參數(shù)設定及啟動</p><p>　　/ /路燈控制------------

32、------------------</p><p>　　V 特調(diào)oid BrightnessSet(uchar LightNum, uchar Brightness);//亮度調(diào)整</p><p>　　//AD采樣------------------------------</p><p>　　void ADExchange(uchar Num);//AD采樣&l

33、t;/p><p>　　/**************************************************************</p><p>　　* 亮度調(diào)整函數(shù) *</p><p>　　*********************************

34、*****************************/</p><p>　　void BrightnessSet(uchar LightNum, uchar Brightness)；</p><p><b>　　額頭紋</b></p><p>　　/***** ***************************************

35、******************</p><p>　　* 溢出中斷處理程序 *</p><p>　　**************************************************************/ </p><p>　　void interrupt

36、6 TimerInterrupt(void);</p><p>　　兒也讓他3.2 ----系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　3.2.1 系統(tǒng)流程圖</p><p>　　3.2.2定時器溢出中斷處理函數(shù)流程圖</p><p>　　3.2.3按鍵掃描流程圖</p><p><b>　　4. 系統(tǒng)測試&l

37、t;/b></p><p><b>　　4.1 測試儀器</b></p><p><b>　　流明計而同樣問題</b></p><p><b>　　數(shù)字示波器</b></p><p><b>　　功率計</b></p><p&g

38、t;<b>　　萬用表</b></p><p><b>　　直流電源等</b></p><p><b>　　4.2 指標測試</b></p><p><b>　　各部分測試的指標</b></p><p><b>　　功率測試</b>

39、</p><p><b>　　功能測試</b></p><p>　　4.2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能</p><p><b>　　1．基本要求</b></p><p><b>　　2．發(fā)揮部分</b></p><p><b>　　3．特色功能<

40、;/b></p><p><b>　　5. 結(jié)論</b></p><p>　　本方案的系統(tǒng)設計符合本次試題的要求，經(jīng)過功率擴大、電網(wǎng)通訊等方面的改良，可以用于實際路燈控制，是一個低成本，高可靠性的合理方案。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄 1 程序代碼&