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(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(hào)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(dòng)；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(dòng)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。由DS12C887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； 24C08存儲(chǔ)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: 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(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。其主要模塊由以下設(shè)計(jì)方案實(shí)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(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)定和調(diào)整時(shí)間，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)地址編號(hào)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(hào)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(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(huì)影響主電路，而且外部電路比較復(fù)雜，增

6、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0-80cm，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(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，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(chǔ)器空間大，而51系列單片機(jī)存儲(chǔ)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(chǔ)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(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：由大功率三極管構(gòu)成的電路所需的電流較大，會(huì)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?？紤]上述原因我們采用方案二

8、。 5.時(shí)鐘模塊 方案一：采用DS1302：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口，但是軟件讀寫時(shí)序比較不方便，執(zhí)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)。 考慮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： 由5V電源供電，PNP型三極管驅(qū)動(dòng)，對于發(fā)光二極管的限流電阻通過計(jì)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(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Ui=VCC/(RP+Rg)* Rg，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：Uref=VCC/(4.7K+RP)*RP 3.LED驅(qū)動(dòng)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

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(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。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(dòng)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(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(hào)經(jīng)單片機(jī)分析處理后控制路燈的亮滅，并且同時(shí)將時(shí)間顯示出來，也可通過鍵盤設(shè)

11、定和調(diào)整時(shí)間，再出現(xiàn)故障后同時(shí)將地址編號(hào)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(dòng)調(diào)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(shè)計(jì)圖2 恒流源電路3.電路的整機(jī)原理圖圖3 整機(jī)原理圖四、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(dòng)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

12、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(dòng)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1：儀器名稱儀器型號(hào)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(yàn)箱THM-3型1函數(shù)信號(hào)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%240mA4.1V0.06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(jié)果分析本系統(tǒng)我們采用了一些補(bǔ)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(nèi)。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(huì)影響DS12C887工作，這樣就會(huì)減少工作量。 存儲(chǔ)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(chǔ)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，工作方式為串行工作方式，只需三個(gè)I/O口就可以實(shí)現(xiàn)，這樣可以節(jié)省單片機(jī)的硬件資源。 2.總結(jié) 本設(shè)計(jì)完成了題目的基本要求以及發(fā)揮部分，在完成的