模拟路灯控制系统 设计报告

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1、模拟路灯控制系统设计报告2009年全国大学生电子设计竞赛论文（广东赛区）参赛题目：模拟路灯控制系统（I题）论文编号：238二00九年九月2模拟路灯控制系统设计报告2模拟路灯控制系统设计报告目录第一章系统方案的比较与论证11系统总体方案选择与论证1第二章硬件设计21模块设计及其工作原理21.1LED恒流驱动电路设计21.2计时电路31.3LCD显示按键输入电路31.4传感器检测电路3第三章软件设计及其软件流程图41主程序流程图4第四章系统测试和分析51测试方法52测试仪器53测试结果及分析5第五章总结6附录71附录图

2、7参考文献82模拟路灯控制系统设计报告模拟路灯控制系统设计报告摘要：本系统以PIC16F877A单片机为控制核心，能按设定时间控制整条支路或分别独立控制每只路灯的亮灭，由自制的恒流驱动电源点亮LED灯。通过外围电路器件感知外部环境的变化，控制、调节路灯的亮灭状态，以达到控制路灯实现节能的功能。根据交通情况利用红外对管来确定物体是否到达定位点，自动调节灯的状态。当任意灯出现故障（灯不亮）的时候，主控制器会发出声光警报，并在LCD屏幕上显示故障灯的编号。关键字：第一章系统方案的比较与论证1系统总体方案选择与论证根据题目

3、设计任务要求，为了实现按时开关灯、感应环境明暗变化、路灯故障识别、输出功率可调等功能，可采用多种方案实现。本设计着重考虑两种方案:方案一：该系统方案如图1所示。由PIC单片机16F877A作为核心模块、LCD显示模块、时钟模块、可控恒流源模块、键盘输入模块、红外对管模块构成。由输入模块设定系统控制路灯开/关时间，功能界面由LCD模块显示，红外对管模块实时监测路面物体移动情况，将信息及时反馈到核心模块进行处理，核心模块根据路面情况通过I/O接口控制恒流电源模块调整LED路灯功率，同时可控恒流源模块还能检测各支路路灯是

4、否有故障。图1方案二：该方案系统如图2所示。本方案用了三片单片机分别做主/从控制单元，其中主单元控制器通过RS458串行通信方式控制两个从单元控制器，实现数据收集和LED路灯控制。8模拟路灯控制系统设计报告图2方案比较与选择：两种方案的不同之处主要在于核心模块控制器的控制方式。方案一只用一片PIC单片机作为核心控制模块，采用I/O口直接控制各支路控制器实现题目要求的功能，电路设计和程序调试比较简单。方案二采用三片单片机做主从控制完成功能，方案一电路更加简单，性价比更高，所以我们选用方案一。第一章硬件设计1模块设计及

5、其工作原理1.1LED恒流驱动电路设计本系统要求使用可变恒流电源驱动LED，通过电流的调节实现LED功率的调整，同时恒定的电流使LED的功率稳定，这对电流恒定的要求比较高。在该系统恒流源模块设计中，由于输出功率需要可调节，最大输出功率达到1W，所以为不影响系统稳定性我们采用LED独立供电、PWM脉宽调节输出功率的驱动方式。本电路采用PWM实现输出电流可调，从而实现调光功能。由单片机的RC1和RC2引脚输出两路PWM信号，分别控制两个恒流驱动电源电路，由于两个恒流驱动电源电路相同，在此只设计一个恒流驱动电源电路。电路

6、图如图3所示。图3可调恒流驱动电源电路图4典型PWM波形8模拟路灯控制系统设计报告PWM是一种周期一定而占空比可调制的方波信号，图4是一种在实际电路中经常遇到的典型PWM波形，该PWM的高低电平分别为VH和VL，PWM的幅值为A，脉冲宽度为x(t)，则脉冲宽度调制波可以表示为：式中：假设脉冲中心在KTs处，t0为未调制宽度，m为调制指数；tk为第K个矩形脉冲的宽度。可以看出，脉冲宽度调制信号由x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成，当t0<

7、接通过滤波器进行解调，PWM滤波D/A的输出直流电压为VI。LM358、场管5N60C、LED灯等元件组成恒流电路，流过LED灯的电流为：分析可知：流过LED灯的电流只与PWM的脉宽和电阻R有关，与LED灯的供电电压VCC无关，即当PWM脉宽增大输出电流IO增大，反之减小；VCC变化，IO不变，从而实现了输出功率可调和恒流功能。根据题目要求输出功率要达到1W，即输出电流要达到330mA左右。经过实验测试R取值为4.1Ω，VI可在0~1.5V之间调节。J1为电压测试端，J2为电流测试端。1.1计时电路本系统要定时控制

8、灯的开关状态，对时间的精确度要求较高，并在掉电或复位的情况下不会造成时间数据丢失，从而带来不便。所以使用DS1302芯片，它与单片机之间，简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1RES（复位）2I/O（数据线）3SCLK（串行数据的位同步脉冲信号）。两芯片之间实现了串口数据传送。1.2LCD显示按键输入电路本设计中，LCD与单片机进行串口通信，具体