基于单片机模拟路灯控制系统毕业设计论文.doc

基于51单片机的模拟路灯控制系统 1. 系统设计 1.1 设计要求 一、任务（来自原题） 设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。 图1 路灯控制系统示意图 图2 路灯布置示意图（单位：cm） 二、设计要求+ 1．基本要求 （1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。 （2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。 （3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。 （4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。 （5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。 2．发挥部分 （1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。 （2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。 （3）性价比高，工作稳定，符合电磁兼容（EMC）方面的要求，无对外干扰或干扰小。 1.2 总体设计方案 1.2.1 功能分解及设计思路 本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的 主要功能主要分解为以下五个方面： 一是时钟功能及定时开关灯。 二是根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。 三是根据交通情况自动调节亮灯状态：当 汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。 四声光报警功能，当路灯出现故障时而不 亮时，控制器发出信号，并显示有故障路灯的地址编号。 五是根据绿色节能照明要求，采用恒流源 驱动LED路灯发亮且能调光，路灯驱动电源输出功率能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。 以上功能的实现，都是以单片机为核心， 在单片机系统实现的输入输出和显示功能的基础上，由单片机的内置逻辑和运算功能，加上一定的外围电路得以实现。针对以上的五个功能，采用模块 化的设计思想，以下分别叙述之。 1.2.2 方案论证与比较 1.2.2.1 时钟功能及定时开关机。 方案一：采用专用时钟芯片。 现在流行的串行时钟电路 很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。其优势是可以单独使用，直接连接到单片机外围，有自己独立的时钟晶振，精度较高。单片机通过串行接口 读取和写入当前的时钟值，时钟芯片的运行受单片机死机的影响少。其缺点一是消耗了单片机IO口资源。二是在编程时需要增加读写串行口的内容，消耗了单片机的运行时间。三是增加了成本。增加了时钟芯片及其外围电路的开支。 DS1302的典型应用电路如图3 所示： 图3 DS1302的典型应用电路 方案二：采用单片机内置时钟振荡电路及定时器构建时间平台。 本方案直接利用单片机的内置定时器，通过定时器的中断和简 单运算实现时钟功能。 例如： ST C单片机，在4M时钟时，单个指令的运行时间是1微秒，设置定时器1每125个指令周期产生一个中断，即125微秒，8个中断后，时间平台是1毫秒 ，设置以下时间计数变量分别为： uchar To1mS = 0x00; //当该变量增加到某个数值时,表示经过了1毫秒 uchar T o2mS = 0x00; //当该变量增加到某个数值时,表示经过了2毫秒 uchar Is 2mS = 0; //到达2毫秒时刻 uchar To 20mS = 0x00; //当该变量增加到某个数值时,表示经过了20毫秒 uchar Is20mS = 0; //到达20毫秒时刻 uchar To 1S = 0x00; //当该变量增加到某个数值时,表示经过了1秒 uchar Is1 S = 0; //到达1秒时刻 在秒时间 平台，用ToMIN变量，计数60秒后进入分钟平台，计数60分钟后，进入小时平台。 方案二没有增加外置电路，充分利用了单片机的定时器功能，实施简洁方便，主要的缺点是当控制系统断电或死机以后，需要人工重新定时。 本系统的 时钟功能实现采用方案二。 1.2.2.2 根据环 境明暗变化，自动开灯和关灯功能。 方案一：采用比较器的解决方案。 光敏电阻与 固定电阻串联，加一级电压跟随器后输入比较器，与比较器负输入端的电压值进行比较，得到一个高电平或低电平输出，进入单片机的IO口。 优点 是电路比较直观，操作比较方便，可直接通过电位器调节路灯的开启亮度。对维护人员的要求不高。 缺