模拟路灯控制系统1nuh

I乙5704模拟路灯控制系统摘要本系统以STC89C52单片机为控制核心，支路控制器采用89C52单片机控制该系统，单元控制器制作了两个LED恒流驱动源。采用DS1302时钟功能实现设定开关灯的时间，采用光敏电阻检测环境的明暗变化，采用红外光电传感器检测移动物块控制灯的亮灭，路灯发生故障实现声光报警。采用遥控器进行指令输入是我们的创新。显示台由12864液晶显示屏显示灯亮灭时间，亮灯的状态，系统工作状态等。本系统采用STC89C52单片机实现了题目的所有要求和局部发挥要求。系统工作稳定，且综合性价比拟高。关键词：STC89C52 DS1302 红外光电传感器 光敏电阻AbstractThis system to STC89C52 microcontroller as control core, branch controller using this system, STC89C52 single-chip microcomputer control unit controller made two LED constant-current drive power. Using DS1302 clock function realization set by the time, open and testing environment photoconductive resistance changes, using infrared detection of moving objects pieces pipe, the bright light control fault realize sound-light alarm lamp. Using remote control for the command input is our innovation. The 12864 LCD display lights out of time, that the light on time. This system USES a topic STC89C52 microcontroller all the basic requirements and partly requirements. System and comprehensive performance stable job.Keywords: STC89C52 DS1302 Infrared photoelectric sensor photosensitive resistance一、系统总体设计方案 根据题目要求，我们决定采用模块方式构成整个系统。整个系统包括支路控制器模块、故障检测报警模块、显示模块、光电传感器模块、时钟模块、输入模块、环境检测模块、继电器模块和电源等，结构见图1： 图1 控制系统结构图1.1支路控制器的选择 【方案一】： 采用数字电路实现。数字电路结构简单，响应速度快。但处理能力有限，题目要求支路控制器需实现的功能很多，数字电路不易实现。【方案二】：采用STC89C52作为主控制单片机。该芯片功能强大，具有足够快的速度；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的物理尺寸，具有看门狗功能和稳定的电源，本系统图形显示程序要求较高，因此我们采用了52系列的STC89C52它的程序存储器到达32KB，可以很方便的实现我们所需功能，利用其强大的功能不仅可以简化硬件电路而且还可以大幅度提高系统运行速度，最终通过液晶来显示结果。【方案三】：应用ARM，ARM是一种功耗很低的高性能处理器，技术具有性能高、本钱低和能耗省的特点。方便、平安、高效。但ARM编程较复杂，我们专科学生很难掌握，且开发板价格较高。综合题目要求和性价比我们选择方案二为本系统的最终方案，我们用STC89C52自己动手制作的最小系统板，结构紧凑，工作稳定，性价比很高。1.2定时开关灯的选择【方案一】： 采用软件编程实现时钟。利用单片机定时器中断，产生1秒信号，实现时钟。此方案不需硬件，但占用太多程序存储器、中断源等单片机资源。【方案二】：利用DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线其引脚图如图2所示RES复位、I/O 数据线、SCLK串行时钟。SCLK/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302芯片体积小、占用空间小，引脚也很少，操作起来非常方便，因此我们采用此方案。 1.3环境检测的选择【方案一】：采用光敏电阻控制环境的变化，它随入射光的强弱改变电阻器，入射光强电阻减小，入射光弱电阻增大，没有极性，纯粹是个电阻器件，使用时可加直流也可加交流，易于控制。【方案二】：采用光敏二极管控制正常工作时给光敏二极管加上反相偏置电压后，如果光照照射缺乏，光敏二极管内阻处于很大状态只有在足够的光照射下，二极管内阻才大幅下降，没有反向电流，因此不宜控制环境的变化，故采用此方案。经上述比拟，为了便于更好的实现该功能，我们选择方案一。1.4移动物体检测的选择 【方案一】：采用普通发光二极管发射和光敏二极管接收的方案。该方案在实际使用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到，不利于检测。因此我们不采用此方案。【方案二】：用红外光电传感器进行检查，是利用物体对红外光束的遮光或反射，有同步回路选通而检测物体的有无，对所有能反射光线的物体均能检测。当光电传感器有光线反射回来时，输出低电平，当没有光线反射回来时，输出高电平。数据处理简单，便于与单片机接口，能够到达较理想的效果。红外光电传感器的工作原理是利用投光器发出的光束，光束被物体阻断到达全反射或局部反射，通过接收器做出判断反响，操作简单，使用方便。其光电传感器和光电传感器实物图。见附图1.【方案三】：利用超声波检测。每个LED灯上放置一个超声波模组边缘的LED灯需要两个，在物体M通过S，B，S时，系统探测到，把信息传递给支路控制器。但超声波散射较大，不能准确检测物体位置。且外围电路复杂，不易实现。经过比拟，我们采用方案二。1.5故障检测报警的选择【方案一】：采用专门的声音芯片发出声音来报警。 由CPU在需要报警的时候给芯片一个信号使它自己工作，但是外部电路过于复杂，而且语音芯片的价格比拟昂贵，又要占用I/O资源，使系统的可靠性下降，所以此方案不宜采用。【方案二】：声音局部用蜂鸣器和发光局部用LED管，由于蜂鸣器容易控制，可以实现报警功能。LED管高效节能，因此我们采用此方案。1.6单元控制器的选择 【方案一】：选用MAX16800 。MAX16800可工作于高电压、可设定恒流输出。该器件主要特点：工作电压范围6.540V；恒流输出范围35350mA；输出电流精度可达3.5；内部集成了低压差恒流调整管，其压差典型值为0.5V；过热关闭保护；外部只需接电流检测电阻。有EN端作选通及输入PWM信号作调光EN接低电平时，耗电典型12A【方案二】：SMD802是 PWM LED恒流驱动应用设计使用IC，输入电压可以市电直接整流滤波供电，高达300KHz的可编程设定频率。外部取样电阻设置负载电流从10mA到1A。但需要接外部高压MOSFET，电路较复杂。我们选择方案一。 1.7输入的选择【方案一】：红外线遥控信号的接收，可以使用一种集红外线接收和放大一体化红外线接收器，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，比方：VS_1838b，体积和普通的塑封三极管大小一样。其中接收器对外只有3个引脚：Out、GND、Vcc与单片机接口连接，使用非常方便。 【方案二】：采用矩阵式键盘接口设计。采用常用的扫描法对键盘进行识别，分为两个步骤：第一步，识别键盘有无键被按下；第二步，如果有键被按下，识别出具体的按键。这种方法适用于按键较多的场合而且由于需要不断的扫描，所以这种设计容易浪费系统资源，不易设计功能键。故我们采用方案一。1.8显示方案的选择【方案一】：采用LED数码管显示。该方案控制简单，且LED数码管亮度高，醒目，但是数码管只能显示有限的数字和符号，占用资源较多且信息量较少，为了方便观察，因此我们不采用此方案。【方案二】：采用字符式LCD显示。完成参数与状态显示要求有较大的显示容量，因此我们选用128*64点阵的汉字图形型液晶显示模块，它可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字16*16点阵、128个字符8*16点阵及64256点阵显示RAMGDRAM。可与CPU直接接口，工作电压为5V，提供两种界面来连接微处理机，8位并行及串行两种连接方式。且液晶显示器还可以实现光标显示、画面移位、睡眠模式等功能。我们选用方案二。 二、系统的硬件设计与实现 本系统有电源、采用DS1302掉电保护、红外遥控、LCD液晶显示、声光报警、光敏电阻、光电传感器等局部组成，各局部紧密联系，形成了一套完善的测量系统。见附图32.1路灯布置设计杆体总高40cm，灯杆底部设有木块固定杆体。路宽40cm，当物体M自左向右沿中线移动时，物体参考点的初始位置设置在距LED1大于40cm的左边，在S点设置第一个红外光电传感器，在A点放置LED1 ，距离LED1 40cm处的B点放置第二个红外光电传感器，距离B点40cm处的C点放置LED2，在距LED2 40cm处的S处放置第三个光电传感器图2路灯布置示意图单位：cm 2.2单片机最小系统 单片机最小系统采用了STC89C52单片机。该单片机和8051单片机兼容，使用方便，具有较强的抗干扰特性。其外部扩展局部电路，满足该系统的需求。其最小系统原理图见附图52.3 DS1302时钟电路局部由于DS1302工作在多字节传送模式8个时钟/日历存放器从存放器0地址开始连续读写从0位开始的数据当命令字节为FE 或FF 时，DS1302工作在多字节RAM传送模式31 RAM存放器从0地址开始连续读写从0位开始的数据。其硬件原理图和流程图见附图6、7 2.4光敏电阻测光局部在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。2.5光电传感器 该光电传感器在工作过程中对信号能够到达自发自收，其工作电压为5V，工作电流为100mA。有效测量距离为大于20cm。易于装配，使用方便，可以满足我们实验所要求的功能。2.6故障检测报警本系统采用蜂鸣器控制灯，当出现故障时，蜂鸣器发出声音报警，具体电路采用单片机上的SP管脚上的上下电平控制。2.7单元控制器电路 下列图是单元控制器电路。其中RSENSE与ILED的关系：RSENSE=204mV/ILEDILED的范围为35350mA。例如，ILED设定为200mA，RSENSE=1.02,可取标准阻值1.0精度1、1/4W。 N大小与串联的LED数及其正向压降VF有关： VINNVF+ILEDRSENSE+1.2V式中，N为LED数，VF为LED的正向电压，1.2V为MOSFET的管压降在VIN12V时要加1.5V。因为ILEDRSENSE这一项很小，一般可略去。最小的VIN为6.5V，最大的VIN为 40V。在调光时，可以在EN端输入低频PWM信号，改变其脉冲宽度改变占空比来调节LED的亮度占空比大时亮度大，如下列图3所示。图3 单元控制器电路2.8红外遥控原理及工作过程红外遥控系统由发射和接收两大局部组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。发射局部包括编码调制、LED红外发送器；红外遥控信号的接收，可以使用一种集红外接收和放大于一体的一体化红外线接收器，无需任何外接元件，就可以输出与TTL电平兼容的信号比方VS-1838b。接收局部包括光、电转换放大器、解调、解码电路。我们使用一个适合单片机使用的红外遥控，并为它配上红外解码芯片，只占用单片机的一个引脚串口输入，就能把按键数扩充到二十余个。NEC码产生的遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同种遥控码互相干扰。红外接收头接受数据，见附图9 三、系统软件的设计与理论分析3.1系统主流程图见附图93.2局部子程序流程图四、测试数据与分析4.1测试仪器：数字万用表、线性稳压电源、高精度秒表、100cm直尺、木板、物块等。4.2测试方法及数据4.2.1 根本要求1测试：用遥控器设置任意设定开灯时间18：00：00，关灯时间06：00：00，调整现在时间，到开灯时间LED灯1和LED灯2自动开灯，关灯时间自动关灯。系统实现良好4.2.2根本要求2测试：光敏电阻未遮挡时代表环境明亮，LED灯1和LED灯2关。光敏电阻用遮光罩遮挡时代表环境变暗，LED灯1和LED灯2关。系统实现良好4.2.3根本要求3测试：正向测试：拖动可移动物体M小木块，由左至右到达S点时，灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；到达S点时，灯2灭。物体M上定位点与过“亮灯状态变换点S、B、S等点垂线间的距离2cm分别为0.5cm，0.2cm，0.8cm。 反向测试：拖动可移动物体M小木块，由右至左到达S点时，灯2亮；当物体M到达B点时，灯2灭，灯1亮；到达S点时，灯1灭。物体M上定位点与过“亮灯状态变换点S、B、S等点垂线间的距离2cm分别为1.0cm，0.4cm，0.3cm。4.2.4根本要求4测试：用遥控器设置任意设定LED灯1开灯时间19：00：00，关灯时间05：00：00，设置任意设定LED灯2开灯时间20：00：00，关灯时间04：00：00，调整现在时间，到19：00：00 LED灯1自动开灯，到19：00：00自动开灯，04：00：00 LED灯2自动关灯，05：00：00 LED灯1自动关灯。系统实现良好4.2.5根本要求5测试：将LED灯1断路跳线帽拔下，表示LED灯1故障，蜂鸣器报警，液晶显示“LED灯1故障，LED灯1故障指示灯闪烁。将LED灯2断路跳线帽拔下，表示LED灯2故障，蜂鸣器报警，液晶显示“LED灯2故障，LED灯2故障指示灯闪烁。4.2.6发挥要求1测试：在电压测量点测得电压3.5V,电流测量点测得恒定电流150mA。4.3测试结果分析 通过测试，我们使实现了题目的所有根本要求和局部发挥要求。检测移动物体时，物体M上定位点与过“亮灯状态变换点S、B、S等点垂线间的距离有一定误差，但在题目要求范围内。造成误差的原因是传感器的散射，及安放角度不能保证100%的90垂直。五、总结 经过四天三夜的辛勤努力，我们实现的题目的全部要求，在某些方面系统性能还超过了题目的要求，但由于时间紧迫，系统还有许多可以改良的地方，比方电路的布局、和抗干扰方面还有很大的提升空间，经过改良相信性能还会有进一步的提升，参加本次竞赛培养了我们严谨认真的态度和独立解决问题的能力，以及注重细节，在遇到困难和障碍时，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。参考文献：1.?电子技术根底模拟局部?第四版康华光主编 北京高等教育出版2.?新概念51单片机C语言汇编教程?郭天祥 电子工业出版社3.?微型计算机控制技术?于海生 北京：清华大学出版社4.?电工技术与电子技术?王鸿明 北京：清华大学出版社5.?电子线路根底教程?王成华 北京：科学出版社附录：各模块电路图、流程图附录： 图1光电传感器传感器原理图 光电传感器实物图 图2线性稳压电源原理图 图3系统硬件示意图 图4光电传感器 图5主控制器模块原理图 图6 DS1302硬件原理图图7 DS1302流程图 图8.1系统的主要工作模式图8.2不同共条件下的按键功能图8.3物块从左向右运动 图8.4物块从右向左运动 图9红外接收头接收数据流程图 线性电源PCB印制板图