路灯控制电路设计Word格式.docx
《路灯控制电路设计Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《路灯控制电路设计Word格式.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
液晶显示驱动简单，耗电量小，无辐射危险，平面直角显示以及影响稳定不闪烁灯优势，显示直观、抗干扰能力强等诸多优点，两方案比较，选择该方案。
2.4单元控制器模块选型
2.4.1热释电型红外传感器
热释电型红外光敏元器件的特点是：
灵敏度较低、响应速度较慢、响应的红外线波长较长，价格便宜。
为了提高灵敏度，通常都加上一个菲涅尔透镜，其原理是移动物体或人发射的红外线进入透镜，产生一个交替的“盲区”和“高灵敏区”，这样就会产生一系列的光脉冲进入传感器，从而产生电流变化，送给控制系统。
目前一般配上透镜可检测10m左右。
但考虑到实际路灯之间的距离，因此没有选择此方案。
2.4.2感应线圈
感应线圈的原理是：
根据金属物体通过磁场，使线圈电感量发生变化，同时状态信号传输给检测器，由其进行采集放大，送给单片机。
特点是：
灵敏度高，响应速度快，在恶劣天气条件下仍具备有出色的性能。
但由于电路复杂，因此没有选用此方案。
2.4.3红外对管
红外对管包括红外发射管和红外接收管。
发射管就是能够发射出红外线的二极管，接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。
红外接收二极管一般有圆形和方形两种。
由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。
然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。
红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。
所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路，这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高，所以我们也采用了一体化接收头。
原理是无移动物体通过时，红外接收管接受红外线呈高电平，当有移动物体通过时，遮挡了红外线使接收管电压变化，产生一个脉冲，送给单片机控制开关灯。
综合考虑，我们选择了红外对管。
2.5恒流源模块选型
2.5.1采用LC降压的方式
优点：
价格低。
缺点：
效率极低，给1W的LED供电，需要消耗4-6W的电力。
功率因数极低，差不多0.2左右。
严重缩短LED的寿命。
对电网的污染很大。
串联多颗时会有闪烁。
2.5.2通过如HV9910开关电源芯片设计
普通常用
效率低：
在60%左右，体积大，批量生产时LED的亮度一致性差，无法批量化，干扰大，电网污染大，串联LED灯，常会有闪烁，可以通过接红、白等颜色的灯观看到，模块中使用电解电容，电解电容的寿命大概是5000小时，而LED是100000小时，这样的模块很容易一年就会损坏。
2.5.3LM358驱动LED
输出恒定电流：
350mA+/-5%（1WLED）。
功率因数0.625-0.75。
效率高达到93%（10W）。
反馈电路更好的稳定电流。
模块温升低。
需要双电源供电，电压范围较窄。
2.6时钟芯片的选型
2.6.1DS1302
采用DS1302实时时钟/日历芯片，最大总行速度400bit/s,每次读写数据后，其内嵌的字地址寄存器会自动产生增量的地址寄存器、分频器、可编程时钟输出、定时器、400HZ的I2总线接口，DS1302与单片机之间简单的采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线，简单方便。
2.6.2DS12887
使用DS12887时钟芯片，它具有微功耗、外围电路简单、精度高、工作稳定可靠等优点，但是其占用的I/O多，且体积大。
综合考虑，我们选择了方案一。
三硬件电路设计
3.1单片机模块单元电路的设计
单片机单元模块电路
单片机单元模块电路采用上电复位电路，上电复位就是接通电源后，单片机自动实现复位操作。
上电复位电路由C13、S3、R24构成，上电瞬间9脚获得高电平，随着电容C13的充电，9脚的高电平逐渐下降。
9脚的高电平只要能保持猪狗的时间（2个机器周期），单片机就能进行复位操作。
Y1、C1、和C18构成内部时钟振荡电路，C1和C18的作用主要是稳定频率和快速起振容值为5~30Pf,典型值为30pF。
为方便与计算机通信晶振的频率选用11.0592MHz。
3.2实时时钟控制电路的设计
实时时钟电路
实时时钟采用DS1302，它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
本电路由Y2构成起震。
3V的纽扣电池构成掉电保护电路，1302的CLK，I/O，RST口分别接单片机的IO口，从而控制1302的时钟显示。
DS1302的2脚和3脚外接32.768KHz的晶振，7脚为串行时钟接口，与单片机的15脚相连，6脚为数据输入/输出端，以便于总线控制，与单片机的17脚连接，5脚复位引脚，与单片机P3.6相连，当时钟达到设定值时，自动复位。
3.3串口通信电路的设计
串口电路
串口下载电路采用MAX232电平转换芯片，于采用此电路方便电路的调试，减少单片机的损坏，并且应用串口通信还可以实现与计算机通信，供计算机时时接收和发送数据，为人们的使用提供了极大的方便。
MAX232芯片外接4个0.1uF的去耦电容，一减小噪声对它的影响。
当跳冒接上后本串口即可下载程序。
MAX232的电路连接如图所示。
3.4光敏总控制电路
光敏总控电路电源控制电路
光敏总控电路和电源控制电路联合控制整个电路的灯亮灭。
光敏总控电路由光敏电阻，三极管S9013组成，三极管的集电极与单片机的14脚相连。
通过检测光敏总控的输出电压，通过单片机给电源控制电路输入一个开关信号，控制继电器的通与断，进而控制整个电路的工作情况。
工作原理：
白天，由于光照强，光敏电阻RS1的阻值变小，导致两端电压减小，进而影响三级管b、e两端的电压，使其处于反偏状态，无电压输出，通过单片机给电源控制电路一个低电平，继电器断开，整个路灯控制电路断开，路灯灭；
夜晚，与白天情况相反。
3.5声光报警电路的设计
声光报警电路
电磁式蜂鸣器分为两类，一类是有源蜂鸣器，内部含有音频振荡电路，直接接上额定电压就可以连续发声;
二是无源蜂鸣器，工作时需要接入音频方波，改变方波频率可以得到不同的音调的声音。
本电路中采用有源蜂鸣器，由PNP三极管8550构成驱动电路，其基极与单片机的25脚相连，R15为LED的限流电阻。
当检测到路灯电路有问题时，单片机的25脚输出低电平，三极管导通，LED亮，蜂鸣器响。
3.6红外发射电路设计
红外发射电路
555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。
只要外部配接少数几个阻容元件便可以组成单稳态触发器、无稳态振荡器、多谐振荡器等电路，本设计采用555组成的无稳态振荡器。
接通电源vcc后，vcc经电阻R1和R2对电容C充放电，其电压uc由0按指数规律上升。
当uc≥2/3vcc时，555定时内部电压比较器C1和C2的输出分别为uc1=0，uc2=1，基本RS触发器被置0，Q=0，Qˉ=1.输出u0跃到低电平U0L。
与此同时，放电管V导通，电容C经电阻R2和放电管V放电，电路进入暂稳态。
随着电容C的放电，uc随之下降。
当、Uc随之下降到Uc≤1/3Vcc时，则555定时器内部电压比较器C1和C2的输出为Uc1=1；
Uc2=0，基本RS触发器被置1，Q=1，Qˉ=0，输出U0由低电平Uol跃到高电平Uoh。
同时，因Qˉ=0，放电管V截止，电源Vcc又经电阻R1和R2对电容C充电。
电路又返回到前一个暂缓态。
因此，电容C上的电压Uc将在2/3Vcc和1/3Vcc之间来回充电和放电，从而使电路产生了震荡，输出矩形脉冲。
其振荡频率即周期计算如下
周期T=0.69（R1+2R2）C1
R1，R2代入10K，C1代入0.1uf
频率f=1/0.69（10K+2×
10K）×
0.1uf=483HZ
占空比q=（R1+R2）/（R1+2R2）=2/3.
其他两个发射电路分析与此电路一样。
3.7红外接收电路
红外接收电路
该电路有红外接收管和5k的可调电阻组成，可调电阻主要用于调节S端的电位。
当光线变暗，红外放射电路有信号发出时，红外接收管接收到其发出的信号，红外接收二级管的阻值有500千欧以上减小到几十千欧，电路导通S端的电压从可调电阻两端取出，为高电平，送到单片机的23脚，路灯灭；
但是红外接收管未接受到信号时，红外二极管的阻值无穷大，S端为低电平，送到单片机的23脚后，单片机同时发出信号控制路灯时期变亮。
其他红外接收电路的分析与此分析一样。
3.8恒流源电路
恒流源电路图
此单元电路的输入信号有两路，一路是定时时间的输入，另一路是PWM信号的输入，
当定时时间未到继电器处于断开，LED处于熄灭状态；
当时间灯开时间，Q7输入高电平，继电器线圈得电，开关吸和，此时如果，PWM为高电平，电流经LED灯、R26，R32到地；
如果PWM为低电平，电流经LED灯、L1、Q9到地，通过采样电路取样、经滤波电容C18滤波后，去出采样信号，并把采样信号送入单片机，起到LED灯的恒流。
3.9电源电路
电源电路
由于市电的品质因数和三端稳压器的输出品质因数不同，如果直接整流滤波后，品质因说降低。
但如果市电经过变压后，送入由D19、D20、D21和C28、C29构成的PFC电路再经C23、C20、C27、C24滤波后送达7805和7905三端稳压器，品质因数品质因数提高，达到了省钱节能的最佳效果，这也是次电路的有点所在。
3.10整机电路图
四硬件调试与仿真
4.1恒流源模块调试与仿真
此图为恒流源仿真图像，上面为输入信号，下面为采样输出信号。
其信号输入为频率为100Hz，占空比为15%，幅值为5V。
4.2发射电路的测试
该仿真为发射电路振荡频率的测试，其频率为478Hz，周期为2.09ms，若要改变其频率，只要改变R1、R2和C的值即可。
五软件流程设计
5.1液晶显示页面
页面是在K1按下的次数变换的，当第一次按下时进入第一个页面设置，以至类推，当按下第五次时返回到主页面显示时间。
5.2PWM调节
PWM是调节灯亮度的信号，当调PWM的占空比时灯就随着变大而变大，PWM信号是由单片机输出。
根据题的要求是在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤20%。
所以我们在调节时PWM变换在20～100之间变化，当减到20时再减就一直保持在20，当加到100时也不能再加。
5.3比较定时程序
flag3为灯亮变换的标志位，当flag3为0时表示在时间控制状态。
当外部环境变化引起等亮时flag3为1，当过一段时间后灯自动熄灭此时flag3为2，如果在这段时间内天变明，灯将熄灭并且flag3为0.在flag3为1时等开关是不受定时时间控制的。
只有在flag3为2在这个状态下灯才能根据环境明暗变化，自动开关灯。
5.4根据环境明暗变化，自动开关灯
5.5根据交通情况自动调节
六测试检测
6.1测量仪器
1.数字万用表；
2.示波器；
3.频率计
6.2基本功能
要实现的功能
测试结果
时钟功能
实现了此功能
设定、显示开关灯时间
控制整条支路按时开关灯
根据环境敏感自动开关灯
根据交通情况控制灯开关
达到要求
控制每只路灯开关灯时间
有故障时，声光报警
6.3发挥功能
功能
自动LED恒流源驱动
实现
功率自动减小
功率可控达到20%～100%
调节误差
调节误差≤1%
6.4其他发挥部分
是否实现？
描述
模拟公路
采用废弃的三合板
灯罩
采用破损的乒乓球
模拟电线杆
采用闭路线皮
电源供电
应用PFC提高了品质因数
七总结
首先，感谢河南省电子设计竞赛组委会给我们这样一次珍贵的锻炼机会，在这次大赛中，我们完成了大赛题目要求的所有内容，同时也启迪了我们的创意意识和团队合作意识，培养了我们的分析问题，解决问题的能力，加深了对所学理论的实际运用。
这次比赛我们经过四天三夜的拼搏，受益匪浅，终身难忘。
我们不仅完成了一件作品，而去大大提高了我们的创新精神，动手能力，团队协作和竞争意识，这次比赛对我们的毅力和意志力也是一个重要的考验，我们在调试的过程中遇到了不少错误，我们都是很认真细心地检查电路的连线，测量电路的参数，单步运行可能出问题的程序段，直至找到错误的根源。
在这次比赛中，我们充分发挥团队合作精神。
我们既分工又合作，一个负责软件，一个负责硬件，一个软硬兼施，每人负责完自己的部分，又继续写报告，大大提高了工作效率。
当调试过程中出现问题时，又一起讨论商量怎么解决问题。
我们在比赛中做到精益求精，在完成基本功能之后，又向发挥部分进发，最后完成所有的基本功能和全部发挥部分。
参考文献
【1】胡宴如耿苏燕模拟电子技术高等教育出版社
【2】杨志忠卫桦林数字电子技术高等教育出版社
【3】胡宴如高频电子线路高等教育出版社
【4】李全利单片机原理及应用技术高等教育出版社
【5】姜志海单片机的C语言电子工业出版社
【6】谭浩强C语言程序设计清华大学出版社
附录一：
操作说明
本模拟路灯控制电路显示界面可以显示如下图的界面，共有四个控制键，一个键控制哪一屏幕的选择，另一个键控制各个屏幕的需要调整的时间位，另两个一个加一键，一个减一键。
按下K1键，页面进去如图1页面，再按K2键光标将在将要修改数据的地方闪烁，按下K3键数据将加一，按下K4键数据将减一。
在首次使用时要调节时钟的时间，以后就不用调节，我们采用了时钟芯片，在主芯片断电时时钟芯片有供电电池将保证时钟数据不丢失。
第二次按下K1时，页面进入如图2页面，次页面是对LED1的亮度的调节。
当按下K2时光标在050下闪烁。
按下K3时数据将增加，此时灯也随着变亮，当数据增加到100时灯最亮。
再按K3时数据将不会再增加。
当按下K4时数据将减一，灯也随着变暗，当减到20时灯最暗。
再按K4时数据将不会再减小。
，
第三次按下K1时是调节LED2的亮度，方法和调LED1灯的方法相同。
第四次按下K1键时，页面进入如图3页面，此页面是对LED1灯开关时间的调节。
按下K2键光标将在被修改数据之间转换，当按下K3键数据加一，按下K4键时数据减一。
第五次按下K1键时是调节LED2的开关灯时间，方法和调节LED1灯的方法相同
附录二：
装配图
附录三元器件清单
序号
位号
封装
元件名称
数量
1
Dianzizuo
Battery
2
C1
RAD-0.3
Cap
3
C2
RAD-0.1
4
C3
5
C4
6
C5
7
C6
8
C7
9
C8
10
C9
11
C10
12
C11
13
C12
14
C13
CAPR5-4X5
CapPol1
15
C14
16
C15
17
C16
18
C17
19
C18
20
C19
21
C20
22
C21
CAPPR5-5x5
CapPol2
23
C22
24
C23
25
C24
26
C25
27
C26
28
C27
29
C28
30
C29
31
D1
PIN2
PhotoSen
32
D2
33
D3
34
D4
DIO10.46-5.3x2.8
Diode1N4007
35
D5
36
D6
37
D7
38
D8
pin2
LED
39
D9
40
D10
41
D11
42
D12
43
D13
44
D14
45
D15
46
D16
47
D17
48
D18
49
DS1
LED3
50
DS2
51
DS3
52
F1
Baoxiansi
Fuse1
53
J1
DSUB1.385-2H9
DConnector9
54
K1
Xiaojidianqi
Relay-SPDT
55
K2
56
K3
57
L1
CAPPR7.5-16x35
INDUCTOR
58
L2
59
LED1
LED-0
LED0
60
MK1
Fengmingqi
Mic1
61
P1
HDR1X16
Header16
62
P2
HDR2X2
Header2X2
63
Q1
BCY-W3/E4
2N3904
64
Q2
65
Q3
66
Q4
67
Q5
68
Q6
2N3906
69
Q7
70
Q8
71
升级会员 