路燈自動控制系統(tǒng)實驗報告

1、分布式計算機網(wǎng)絡測控技術(shù)路燈自動控制系統(tǒng)實驗報告學 院： 信息工程學院姓 名： *學 號： *同組成員： *指導教師： *完成時間： 2014年7月10日目錄第一章 緒論31.路燈自動控制系統(tǒng)研究背景31.1研究背景31.2路燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀31.3研究目的及意義42.課程設計的目的53.課程設計的要求54.本文的主要內(nèi)容5第二章 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)61.系統(tǒng)硬件總體設計62.光敏傳感器接入模塊63.繼電器控制路燈模擬模塊74.數(shù)據(jù)采集卡9第三章 上位機軟件的設計與實現(xiàn)101.系統(tǒng)軟件總體設計102.系統(tǒng)軟件詳細設計10第四章 心得體會17參考文獻18附錄19第一章 緒論1.路燈自動控制系

2、統(tǒng)研究背景1.1研究背景隨著時代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設步伐不斷加快，對城市道路照明及城市亮化工程需求也更大，而能源的供需矛盾也越來越突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高?，F(xiàn)在再采用那些傳統(tǒng)的手控、鐘控城市照明系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何充分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領域一個新的和緊要的課題。 城市路燈照明是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚墓苍O施。路燈照明耗電量約占總耗電量的15%，全國各地無不面對電力緊張帶來的各種問題。面對供電緊張形勢，路燈巡查對于市政部門來講是一項需要耗費大量人力的工作，各種臨時應急節(jié)電措施被廣泛采用：夜晚間隔關燈、調(diào)整路燈開關的時間、在用電緊

3、張的日子里關閉景觀照明、號召居民在用電高峰時關閉空調(diào)、公共設施和寫字樓等空調(diào)溫度調(diào)高一度等等，當用電高峰過后，這些措施可能就被束之高閣，明年的用電高峰來臨，一切又會重新開始。這樣的節(jié)電措施，在緩解用電緊張的同時，卻帶來資源的浪費和對人們?nèi)粘Ｉ畹呢撁嬗绊?。緩解用電緊張的最佳和有效的辦法是對用電實施智能化管理，減少浪費，使我們的每一度電都能物盡其用！啟用先進路燈監(jiān)控系統(tǒng)，可以對城市的路燈實施統(tǒng)一啟閉，對夜間照明系統(tǒng)和路燈的實時監(jiān)控和管理，確保高效穩(wěn)定，全天候運行，控制不必要的“全夜燈照明”，有效節(jié)約電能消耗。對于城市公共照明系統(tǒng)來說，采用智能化的管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源節(jié)約、減少資源浪費、滿足人們生活

4、要求、顯示現(xiàn)代化城市靚麗風景的科學解決方案。1.2路燈控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀目前，市場上普遍采用的路燈控制技術(shù)主要有以下三類： 人工干預控制； 時鐘控制； DDS獨立控制技術(shù)。控制技術(shù)特點： 人工干預控制在道路照明設施建設之初，按照需要的照明方式施工建設以實現(xiàn)路燈的隔一亮一等特殊照明模式。在需要開啟/關閉路燈時派出人員操作控制開關來實現(xiàn)對路燈的控制。 優(yōu)點：具有一定的應變能力。 缺點：管理難度大、安全系數(shù)低、工作量，不能檢測整個線路路燈的工作狀況。 時鐘控制其原理是將原人工控制開關更換為時鐘控制器，由此實現(xiàn)一般狀況下的路燈自動控制。 優(yōu)點：一般狀況下可免除人干預，工作量降低，成本較低。 缺點：應變

5、能力較差，如果將時鐘控制器設置在每天19：00開啟次日08：00關閉，則無論在任何季節(jié)以及任何氣象條件與能見度的情況下都將死板的按照預定時間工作。 DDS獨立控制技術(shù) 其原理是在每個路燈的線路上加裝控制檢測器，并采用無線或有線的方式與控制主機相連再采用有線或無線的方式與控制系統(tǒng)連接，以此來實現(xiàn)對路燈的開關控制或定時開關控制。并可實現(xiàn)預設的工作模式（如隔一亮一等），以及對路燈故障精確偵測并報告。 優(yōu)點：高程度自動化，高應變能力，提供多樣的工作模式，并可檢測路燈故障。 缺點：造價高昂，施工難度大：要在每盞路燈下安裝獨立的控制器施工難度可想而知，由此又使得工程造價過高。1.3研究目的及意義目前，我國

6、路燈控制系統(tǒng)面對著如下幾個問題： 控制落后開關燈方式落后：當前路燈控制，還停留在手動、光控、鐘控方式。受季節(jié)、天氣和人為因素影響，自動化管理水平低，經(jīng)常該亮時不亮，該滅時不滅，極易造成極大的能源浪費，增加了財政負擔。 操控不便 調(diào)節(jié)操控能力不足，無法遠程修改開關燈時間，不能根據(jù)實際情況(天氣突變,重大事 件,節(jié)日)及時校時和修改開關燈時間。 燈況不明不具備路燈狀況監(jiān)測?現(xiàn)有的照明設施管理工作主要采用人工巡查模式，不僅工作量大,還浪費人力、物力、財力。故障依據(jù)主要來源于巡視人員上報和市民投訴，缺乏主動性、及時性和可靠性，不能實時、準確、全面地監(jiān)控全城的路燈運行狀況，缺乏有效的故障預警機制。 設施

7、被盜不具備設施防盜監(jiān)測，城市路燈覆蓋面積大，管理手段落后，無法準確發(fā)現(xiàn)電纜盜割、燈頭被盜和斷路，一旦出現(xiàn)以上情況，勢必給政府帶來巨大的經(jīng)濟損失，同時影響市民的正常生活。 這些問題造成了管理部門的困擾，制約了路燈建設的發(fā)展。城市路燈控制系統(tǒng)的目的是：解決當前路燈控制問題，使系統(tǒng)具備監(jiān)控具備遠程性 、監(jiān)控具備實時性 、單燈管控能力 、 集中管控能力，群燈和線路、數(shù)據(jù)監(jiān)測管理能力等功能。2.課程設計的目的本次設計的目的就是在掌握傳感器的基本應用，利用數(shù)據(jù)采集卡采集傳感器采集到的數(shù)據(jù)，傳送至上位機中進行處理，并且能夠聯(lián)系其他元件設計出成品，進行理論與實際的結(jié)合，從而實現(xiàn)對整個模擬路燈自動系統(tǒng)的控制，提

8、高應用計算機軟件的有關設計能力，提高分析、解決實際問題的能力。3.課程設計的要求（1）采用光敏傳感器檢測環(huán)境亮度；（2）當環(huán)境光線亮度高時，自動切斷電燈電源；當亮度低于一定閾值時，電源自動接通；（3）為安全起見，可以采用發(fā)光二極管或者數(shù)碼管替代實際電燈。（4）開發(fā)上位機軟件，可以遠程監(jiān)控路燈的狀態(tài)。4.本文的主要內(nèi)容 本文設計并開發(fā)了一個基于數(shù)據(jù)采集卡的路燈模擬控制系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括以下幾個部分： （1）系統(tǒng)各個功能模塊硬件電路的設計與實現(xiàn)，包括：傳感器接入與信號調(diào)理模塊，光電隔離模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，繼電器控制模擬路燈模塊。（2） 系統(tǒng)上位機軟件的設計與實現(xiàn)，主要功能為顯示當前路燈的亮滅狀態(tài)，

9、并可以顯示當前光敏的參數(shù)，加以輔助判斷。第二章 系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)1.系統(tǒng)硬件總體設計系統(tǒng)硬件總體可分為4個部分，即：傳感器接入模塊，光電隔離模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，繼電器控制模擬路燈模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如下圖2-1所示：數(shù)據(jù)采集光發(fā)光二極管PC繼電器光敏模塊圖2-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2.光敏傳感器接入模塊電路中，光控觸發(fā)器電路由光敏電阻器R、電阻器R1、R2組成。 在白天，光敏電阻器RG受光照而呈低阻狀態(tài)， 9014處于截止狀態(tài)，從而控制路燈點亮。當光照度逐漸減弱，光敏電阻RC的阻值逐漸增大反向電流較大，9014導通，從而路燈熄滅。 R1 R2 R2 AD620電源 GND R2 光敏R 圖2-2

10、光敏傳感模塊電路圖這部分電路主要用來檢測當前環(huán)境光的強度，通過光敏二極管的阻值的變化導致電路電壓的變化，將采集到的電壓信號通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)缴衔粰C軟件中，利用設置好的閾值判斷燈是否應該亮滅。光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的,其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕虼斯ぷ鲿r需加上反向電壓。無光照時,有很小的飽和反向漏電流,即暗電流，此時光敏二極管截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。3

11、.繼電器控制路燈模擬模塊圖2-3 路燈控制模塊電路圖這部分電路主要是利用電磁式繼電器實現(xiàn)對路燈亮滅的控制，采用軟件驅(qū)動繼電器，用繼電器控制。電磁式繼電器按吸引線圈的電流種類可分為：交流電磁繼電器和直流電磁繼電器。按繼電器反映的參數(shù)可分為：中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器。1.電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)與工作原理 電磁式繼電器的結(jié)構(gòu)及工作原理與接觸器相似，電磁繼電器是由纏繞于鐵心的線圈的“電磁鐵部分”，安裝于鐵片上的可動觸點與固定觸點組合而成的“觸點部分”，共同結(jié)合構(gòu)成的。當電流流過線圈，鐵心變成電磁鐵?？蓜予F片被吸引，受到向下的力的作用?？蓜佑|點也向下方移動，與固定觸點接觸構(gòu)成閉合電路。當線圈中無電

12、流流動，鐵心不再變成電磁鐵?？蓜予F片不再受到吸引，由于返回彈簧的作用，受到向上方的力的作用?？蓜佑|點也向上方移動，于是與固定觸點脫離接觸而使電路斷開。（a）電磁式繼電器外觀圖（b）電磁式繼電器原理構(gòu)造圖（c）電磁式繼電器動作原理示意圖1 （d）動作原理示意圖2 圖2-4 電磁式繼電器的原理結(jié)構(gòu)2.中間繼電器（文字符號KA）中間繼電器是將一個輸入信號變成一個或多個輸出信號的繼電器，它的輸入信號為線圈的通電或斷電，它的輸出信號是觸頭的動作，不同動作狀態(tài)的觸頭分別將信號傳給幾個元件或回路。中間繼電器與接觸器所不同的是中間繼電器的觸頭對數(shù)較多，并且沒有主、輔之分，各對觸頭允許通過的電流大小是相同的，其

13、額定電流約為5A。NPN晶體管驅(qū)動時：當晶體管T1基極被輸入高電平時，晶體管飽和導通，集電極變?yōu)榈碗娖剑虼死^電器線圈通電，觸點RL1吸合。當晶體管T1基極被輸入低電平時，晶體管截止，繼電器線圈斷電，觸點RL1斷開。繼電器驅(qū)動線圈是個電感，在掉電瞬間會產(chǎn)生巨大的感生電動勢，如果沒有泄放電路這個感生電動勢會直接加載驅(qū)動電路上，損壞驅(qū)動電路。二極管并聯(lián)在線圈上就是給感生電動勢形成一個泄放回路。4.數(shù)據(jù)采集卡基本參數(shù)：12位AD精度，250KS/s采樣頻率單端16路/差分8路AD緩存：16K字FIFO存儲器AD量程：10V，5V，010V12位DA精度4路模擬量輸出DA量程：10V，5V，05V，0

14、10V16路DI/DO軟件支持：VC、VB、C+Builder、Delphi、Labview、LabWindows/CVI、組態(tài)軟件等語言的平臺驅(qū)動簡易示例程序（了解板卡的工作流程，包括板卡的各種初始化設置，數(shù)據(jù)的讀?。└呒壯菔境绦颍òúㄐ物@示、連續(xù)不間斷大容量存盤、高級數(shù)據(jù)分析等功能）工程級源代碼開放，可直接編譯通過。第三章 上位機軟件的設計與實現(xiàn)1.系統(tǒng)軟件總體設計 本次課設的軟件重點在數(shù)據(jù)采集模塊設計與實現(xiàn)。圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖數(shù)據(jù)采集卡有16個數(shù)字量輸入輸出通道和16個模擬量輸入通道。本軟件數(shù)據(jù)采集為一個模塊，即是光敏電路輸出；輸出控制也是一個模塊，即是控制繼電器開關。2.系統(tǒng)軟

15、件詳細設計數(shù)據(jù)采集的步驟如下：安裝板卡和板卡驅(qū)動程序。使用VC的MFC向?qū)В⒁粋€基于對話框的工程。添加相應函數(shù)及事件響應，界面如下：圖3-2 上位機軟件界面光敏開啟事件響應函數(shù)：開啟定時器1；停止光敏事件響應函數(shù)：關閉定時器1；重點在于定時器響應函數(shù)：if(nIDEvent=1)/定時器1的響應intn=0; HANDLE hDevice; / 設備對象句柄 int DeviceLgcID; / 物理設備ID號(由板上JP1決定) BOOL bReturn; / 函數(shù)的返回值 int nReadSizeWords; / 每次讀取AD數(shù)據(jù)個數(shù) LONG nRetWords; / 實際讀取的數(shù)

16、據(jù)個數(shù) int nChannelCount = 0; / 采樣通道數(shù) WORD ADBuffer32768; / 接收AD 數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) WORD ADData; float Volt; / 將AD原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值 int nRemainder = 0; USB2832_PARA_AD ADPara; / 初始化AD的參數(shù)結(jié)構(gòu) ADPara.FirstChannel= n; / 首通道0 ADPara.LastChannel= n; / 末通道3 ADPara.InputRange= 1; / 量程選擇 ADPara.Gains= USB2832_GAINS_1MULT; / 使用1倍增益

17、 ADPara.GroundingMode= USB2832_GNDMODE_SE; / 單端方式 nChannelCount = ADPara.LastChannel - ADPara.FirstChannel + 1; / 采樣通道數(shù) DeviceLgcID = 0; / 設備ID號, 假設系統(tǒng)中只有一個USB2832設備，即DeviceLgcID=0; hDevice = USB2832_CreateDevice(DeviceLgcID); / 創(chuàng)建設備對象 if(hDevice = INVALID_HANDLE_VALUE) printf(Create Device Errorn);

18、return; bReturn = USB2832_InitDeviceAD(hDevice, &ADPara); / 初始化AD if (!bReturn) printf( USB2832_InitDeviceAD Errorn ); nReadSizeWords = 128;/ 讀取數(shù)據(jù)的大小 printf(請等待，您可以按任意鍵退出，但請不要直接關閉窗口強制退出.n); if(!USB2832_ReadDeviceAD(hDevice, ADBuffer, nReadSizeWords, &nRetWords) / 讀取AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) printf(ReadDeviceAD Error.n

19、); int nChannel = ADPara.FirstChannel; for (int Index=0; Index4; Index+) / 總共顯示64個點的AD數(shù)據(jù) ADData = ADBufferIndex&0x1FFF; Volt = (float)(10000.00/8192) * ADData - 5000.00); / 將AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值 if (nChannel=0) m_data.Format(%8.2f,Volt); UpdateData(FALSE); NumberProcess(); StationJudge(); / 多點數(shù)據(jù)換算顯示 USB2832_R

20、eleaseDeviceAD(hDevice); / 釋放AD，停止AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 USB2832_ReleaseDevice(hDevice); / 釋放設備對象Else/定時器2的響應int n=18; HANDLE hDevice; / 設備對象句柄 int DeviceLgcID; / 物理設備ID號(由板上JP1決定) BOOL bReturn; / 函數(shù)的返回值 int nReadSizeWords; / 每次讀取AD數(shù)據(jù)個數(shù) LONG nRetWords; / 實際讀取的數(shù)據(jù)個數(shù) int nChannelCount = 0; / 采樣通道數(shù) WORD ADBuffer32768;

21、/ 接收AD 數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) WORD ADData; float Volt; / 將AD原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值 int nRemainder = 0; USB2832_PARA_AD ADPara; / 初始化AD的參數(shù)結(jié)構(gòu) ADPara.FirstChannel= n; / 首通道0 ADPara.LastChannel= n; / 末通道3 ADPara.InputRange= 1; / 量程選擇 ADPara.Gains= USB2832_GAINS_1MULT; / 使用1倍增益 ADPara.GroundingMode= USB2832_GNDMODE_SE; / 單端方式 nChan

22、nelCount = ADPara.LastChannel - ADPara.FirstChannel + 1; / 采樣通道數(shù) DeviceLgcID = 0; / 設備ID號, 假設系統(tǒng)中只有一個USB2832設備，即DeviceLgcID=0; hDevice = USB2832_CreateDevice(DeviceLgcID); / 創(chuàng)建設備對象 if(hDevice = INVALID_HANDLE_VALUE) printf(Create Device Errorn); return; bReturn = USB2832_InitDeviceAD(hDevice, &ADPara

23、); / 初始化AD if (!bReturn) printf( USB2832_InitDeviceAD Errorn ); nReadSizeWords = 128;/ 讀取數(shù)據(jù)的大小 printf(請等待，您可以按任意鍵退出，但請不要直接關閉窗口強制退出.n); if(!USB2832_ReadDeviceAD(hDevice, ADBuffer, nReadSizeWords, &nRetWords) / 讀取AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) printf(ReadDeviceAD Error.n); int nChannel = ADPara.FirstChannel; for (int Index=0

24、; Index4; Index+) / 總共顯示64個點的AD數(shù)據(jù) ADData = ADBufferIndex&0x1FFF; Volt = (float)(10000.00/8192) * ADData - 5000.00); / 將AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值 if (nChannel=18) m_hotdata.Format(%8.2f,Volt); UpdateData(FALSE); NumberProcess(); StationJudge(); / 多點數(shù)據(jù)換算顯示 USB2832_ReleaseDeviceAD(hDevice); / 釋放AD，停止AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 USB2832_Re

25、leaseDevice(hDevice); / 釋放設備對象/數(shù)據(jù)處理void CLightDlg:NumberProcess() HANDLE hDevice;int DeviceLgcID = 0; hDevice = USB2832_CreateDevice(DeviceLgcID);if(hDevice = INVALID_HANDLE_VALUE)MessageBox(Create Device Error.n);return;UpdateData(TRUE);Data = atof(m_data);HotData = atof(m_hotdata);if(Datamark1)bDO

26、Sts1=1;bDOSts0=0; USB2832_SetDeviceDO(hDevice, bDOSts);if(HotDatamark2)bDOSts1=0;if(flag=0) bDOSts0=1; USB2832_SetDeviceDO(hDevice, bDOSts);elsebDOSts1=0;bDOSts0=0; USB2832_SetDeviceDO(hDevice, bDOSts);/指示燈狀態(tài)改變void CLightDlg:StationJudge()UpdateData(TRUE);CBitmap bmp; bmp.LoadBitmap(IDB_BITMAP1); CBitmap bmp2; bmp2.LoadBitmap(IDB_BITMAP2); if (bDOSts1=1)/接口DO0 m_bitmap.SetBitmap(HBITMAP)bmp); /綠色位圖else m_bitmap.SetBitmap(HBITMAP)bmp2); /紅色位圖 bmp.Detach();UpdateData(FALSE);圖3-3 路燈狀態(tài)顯示第四章 心得體會這次課程設計我主要做的是電路焊接部分的工作。在這次課程設計之前，一直沒想過這次的課程設計內(nèi)容是這些題。當老師布置課