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智能路灯模型的设计与制作

智能路灯模型的设计与制作

该模型由单片机作为主控芯片、通过A/D转换芯片对光信号进行采样实现光电转换。光电开关控制路灯自动亮暗,本系统可根据用户需要自行设计参数,简单易行,适用范围广泛。

一、系统基本原理

该模型以单片机作为主控芯片、通过A/D转换芯片对光信号进行采样实现光电转换。通过时钟芯片电路得到实时时间,通过键盘与显示电路完成系统状态变换、对时间及参数进行设定并显示。系统根据环境明暗变化自动开灯和关灯;根据交通情况自动调节亮灯状态。另外支路控制器能分别独立控制每支路灯的开灯和关灯时间。当路灯出现故障时,支路控制器能够发出声光报警信号,并显示有故障路灯的地址。每个单元控制器由恒流源驱动模块组成,具有调光功能。驱动电源的输出功率能在规定时间按设定要求自动减小,该功率在20%~100%范围内设定并调节,调节误差小于等于2%。系统控制框图看图一。

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图1 系统控制框图

二、系统硬件部分

1、支路控制模块

我们采用单片机P89V51RD2作为核心控制。因为单片机控制功能强、体积小、价格低、使用起来灵活,这使工作人员控制起来更容易操作,简单易行。其次,单片机还具有很强的抗干扰能力,能在恶劣环境下可靠的工作。再次,单片机具有较宽的温度适应范围,这就确保系统不会因一年四季温度的不同而不正常运行。

时钟电路:时钟电路我们选用DS1302时钟芯片,DS1302价格便宜,包括年、月、日,时、分、秒、以判断是否到开灯或关灯时间,从而保证准确地按照设定好的时间控制路灯。如图2.

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图2时钟电路

光电转换电路:通过光强变化控制路灯的自动开和关,光敏电阻阻值随光照强度的变化而变化,将光照强度的变化转换为数字信号输送给单片机处理。如图3。

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U30A

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图3光电转换电路

EEPROM :系统采用非易失的数据存储器24LC16B 用来存放需用户设定的时间、光强、路灯开关控制字等198个工作参数,以保障系统在掉电时工作参数不丢失,并在电源恢复正常后能继续正常工作。而且方便用户对参数的自行设置与修改。EEPROM 中路灯开关控制字的高四位和低四位分别控制LED1和LED2的明暗变化。由16进制的0~F 来调整灯的功率的变化,功率等于高四位或低四位所存储的数据乘以7,使它们的功率可以在灯的额定功率0~100%之间变化,实现了对灯亮暗的整体控制和单独控制。如图4。

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图4 EEPROM 电路

键盘和数码管显示电路图:由于要实现人机对话,系统设置8个数字按键。显示部分

采用4位LED 数码管,显示稳定,价格便宜,易于实现;系统应用代码显示,前两位数码管显示参数代码,后两位显示具体参数。如图5。

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图5 键盘和数码管显示电路图

光电开关传感器:我们采用单片机读取反射式光电传感器电位开关(int1—int6)的电位的变换,来实现支路控制器能根据交通情况自动调节亮灯状态。如图6。

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图6读电开关传感器电路图

2、单元控制器

单元控制器采用数控恒流源,通过改变恒流源的外围电压,利用电压的大小来控制输出电流的大小。电压控制电路采用数控的方式,利用单片机送出数字量,经过D/A 转换转变成模拟信号,再送到大功率三极管进行放大。单片机系统实时对输出电流进行监控,采用数字方式作为反馈调整环节,由程序控制调节功率管的输出电流恒定。当改变负载大小时,基本上不影响电流的输出,采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定。其电路图见图7。

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图7 数控恒流源

三、系统软件部分

1、系统状态转换图

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图8系统状态转换图

2、各个工作状态

(1)工作状态

首先对EEPROM的参数表进行检测,判断此参数表是新表还是旧表。如果是新表,自动跳转到组态,待表填写准确无误后,手动返回到工作状态。如果是旧表,进一步判断此表是否被损坏。如果被损坏,系自动跳转到组态状态,进行修复。由单片机读出DS1302此时的时间和A/D转换的光照强度,判断当前的季度、时段、光段返回控制字。

(2)工作显示状态

按下K0键,由工作状态进入此状态。在此状态下,路灯系统正常工作,情况同上述工作状态,对月、日、时、分、光强进行轮流显示。如果DS1302有错误,将自动进入到错误状态。此时路灯系统停止工作,数码管显示错误代码。

再次按下K0键,即可退出并返回到工作状态。

(3)组态状态

当在工作状态查看参数表时,如果表为新表或已经被损坏,此时将由工作状态自动跳转到此状态,对参数表进行设置,待设置完成后,按确认键(K4)自动设置参数标志位

C9=0xAAH和CA=0X55H,校验和填入到CB=校验和(表的范围从06H~C8H)。此状态还可以设置DS1302的时间。

(4)测试状态

测试状态可有工作状态和组态状态进入,按下K5键,进入此状态。

分别对EEPROM、时钟和A/D转换电路进行测试。 K6键选择上一项,K7键为选择下一项。数码管的设置同上。再次按下K5键,结束测试并退回到工作状态。

(5)错误状态

在工作状态和工作显示状态时,读取DS1302,如果时钟里的时间不正常,则将自动进入到错误状态,数码管显示错误代码CC01并报警。若LED1灯出现故障则显示CC02并报警;若LED2灯出现故障则显示CC03并报警;提示用户及时修改。

(6)演示状态

在此工作状态下若有物体由左到右到达S点,LDE1灯亮,当物体到达B点时,LDE1灯灭,LDE2灯亮,当物体由右到左移动时,则灯亮次序与上相反。

四、调试及性能分析

1、测试仪器

自制模拟路灯系统,路灯距地面的高度40cm,路面宽度20cm,路灯之间的距离为80cm。

2、测试方法

编写相应的程序,结合硬件电路,分别对数码管显示、键盘、A/D、D/A、恒流源模块、光电转换等进行分别检测,然后再进行整个系统调试。

注意事项:

(1)焊接时要注意虚焊,电路比较多不易检查。

(2)调试过程中应注意时序的分析与应用,遇到时序问题会出现模块不能正常工作等问题。比如显示占空比问题,显示亮度不均匀。读写时序区分开来。

(3)串口的器件要与单片机距离较近,读取时不易出错。

(4)串口下载时不要带电插拔数据线,容易寻坏。

3 、测试数据

(1)在光照很强的情况下,光敏电阻的阻值是100欧左右,在光照最弱的环境里,阻值最大可达700K左右。

(2)输入电压与路灯功率之间的关系(见下表一)。

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表一路灯相关参数测试数据表

根据表中数据可知输入电压与灯两端的电流成线性关系,如6图所示:

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图6 路灯电流电压关系图

我们利用上述的数据来实现恒流源驱动控制的查表算法。

五、结束语

设计与实验,终于完成了模拟路灯控制系统的制作,完全达到了题目的要求。本设计性价比高,实现了时间控制和光强控制两种功能的结合。大大节约能源的消耗,而且更方便了人员的控制。符合现在社会的发展需要。由于时间有限,有些细节可能还不是很完善,所以如果

时间再充裕一些,可能我们会做得更完美。希望各位专家及老师提出意见及建议。