路灯节能控制系统设计.doc

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1、模拟路灯节能控制系统的设计1引言　　在倡导绿色用电的今天，路灯节能控制日益成为人们关注的话题，这里设计并制作一套模拟路灯节能控制系统。节能控制系统结构如图1所示。图1模拟路灯节能控制系统结构图　　模拟路灯节能控制系统实现的功能:支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯;能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯，能根据交通情况自动调节亮灯状态;并能分别独立控制单只路灯的开灯和关灯时间;当图1模拟路灯节能控制系统结构图路灯出现故障时(灯不亮)，支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。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

2、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%。　　2总体设计方案　　2.1设计思路　　设计采用PWM脉宽调制技术和恒流源电路对路灯的驱动和亮度调节。通过单片机和传感器及其检测电路完成路灯工作状态的控制。显示部分利用液晶显示模块，菜单式操作，显示时间、故障路灯地址、支路开关灯时间、每只灯的开关时间等功能。　　2.2设计原理　　根据模拟路灯节能控制系统结构图，将整体电路分成为五部分:环境控制电路、时钟电路、交通状况的传感器检测电路、显示控制模块、LED恒流驱动及故障检测电路。　　2.2.1环境控制电路　　利用光敏电阻的阻值与光照度呈反比例关系，采样

3、其两端的电压信号，利用采样的电压信号通过施密特触发器输出的TTL电平来控制LED灯的开关。电路可靠，有效地避免由于短时间光照剧烈变化引起的误动作，操作者可以通过电位器方便的进行调试。　　2.2.2时钟电路　　使用时钟专用芯片DS1302进行时钟控制，通过外加很少的电路就可以实现高精度的时钟信号。　　外围电路简单可靠，时间精度高，采用串口通信可以节省I/O口的资源，通过外接锂电池后可以实现时间信息储存。　　2.2.3交通状况的传感器检测电路　　使用红外传感器，来判断物体是否通过相关位置，并送入单片机判断执行相关程序。它具有光电传感器的优点，又避免了LED灯的灯光干扰。　　2.2.

4、4显示控制模块　　使用128×64液晶点阵进行信息显示，使用独立键盘进行功能切换和时间调整。信息量大，外围电路简单，通过下拉式菜单方便操作，人机界面友好。　　2.2.5LED恒流驱动及故障检测电路　　利用三端可调稳压集成块LM317，实现恒流输出。PWM脉宽调制法来控制灯的亮度，可以精确的控制灯的亮度和功率，而且LED灯在从暗到亮的变化中过度平滑。可以选用单片机内部集成有两路PWM脉宽，能方便的产生所需要的PWM脉宽调制信号。　　2.3系统组成　　2.3.1根据以上的设计思路及设计原理确定系统组成框图如图2。图2系统组成框图　　2.3.2每只LED灯控制逻辑关系图　　每只LED

5、灯控制逻辑关系图如图3所示。在规定的时间条件成立(开灯时间)或环境明暗条件成立(暗到一定程度)的情况下开灯;当有物体(如人、车等)通过到规定的区域内时灯亮，当物体离开规定区域时灯灭，实现节能要求。图3LED灯控制逻辑关系图　　3单元电路设计　　3.1环境光控制电路　　环境控制电路是对环境光亮度的检测，将检测信号送单片机P15，从而实现自动开灯关灯。图4为环境控制电路图。　　明暗检测采用光敏电阻RG1和R12(RP2)分压，提取电压信号，送到由555定时器组成的施密特触发器。当环境暗到一定程度(通过RP2可以方便的调节)，RG1阻值上升，施密特触发器翻转，将电平信号送单片机处理。

6、C8为抗干扰设计，如天暗时，闪电的干扰，C8使555的2脚电压不会突变，防止误动作。D2为指示灯，方便调试。图4环境控制电路图　　3.2时钟电路　　DS1302是一款高精度时钟集成电路，它可以进行年、月、日、星期、时、分、秒计时，功能强大。　　电路如图5所示。图5时钟电路图　　3.3交通状况的传感器检测电路　　传感器检测电路如图6所示。　　传感器采用E18-D80NK红外传感器，是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测到目标是低电平输出，正常状态是高电平输出;检测距离可以根据要求进行调节。图6传感器检测电路图　　3.4显示控制模块　　显示控制模块如图7所示。控制见软件设计。图

7、7显示控制模块　　3.5LED恒流驱动及故障检测电路　　恒流驱动及故障检测电路如图8所示。　　图8是其中一路LED恒流驱动电路。恒流驱动最简单的两端线性恒流驱动电路。它借用三端集成稳压器LM317组成恒流电路，外围仅用两个元件:　　电流取样电阻R42和抗干扰消振电容C9。J9、J10、J12分别是路灯、压降测试端、电流测试端。　　恒流值I由R42值来确定:I=1.25/R42。　　1.25V是LM317的基准电压。反过来，根据所要求的恒流值I，可计算电流取样电阻:R42=1.25/I。　　L