模擬路燈控制系統(tǒng)實驗指導

1、模擬路燈控制系統(tǒng)實驗指導一、任務(wù)和要求1、任務(wù)設(shè)計并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，路燈布置如 圖2所示。led燈 1led 燈 22、要求（1）支路控制器有手動開關(guān)燈的功能，能控制整條支路或單獨路燈燈1和燈 2的開燈和關(guān)燈。（2）支路控制器有時鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間，并控制整條支路按 時開燈和關(guān)燈。（3）支路控制器應(yīng)能根據(jù)壞境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。（4）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當口j移動物體m （在 物體前端標出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達s點時（見 圖2）,燈1亮；當物體m到達b點時，燈1滅，燈2亮；若物體m由 右至左移動時，

2、則亮燈次序與上相反。（5）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。（6）當路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報警信號，并顯 示冇故障路燈的地址編號。3、說明1）光源采用1 w的led燈，led的類型不作限定。2）系統(tǒng)中不得采用接觸式傳感器。4. 基本要求（3）需測定可移動物體m上定位點與過“亮燈狀態(tài)變換點”（s、b、s，等點） 垂線間的距離，耍求該距離w2cm。二、系統(tǒng)的總體方案根據(jù)設(shè)計的基本要求，系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能有：能通過按鍵進行手動的開燈 和關(guān)燈；能實時顯示時間并按設(shè)定開燈、關(guān)燈時間；根據(jù)環(huán)境明暗變化，能自動 開燈和關(guān)燈；根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)燈亮狀態(tài)。能分別獨立控制

3、每只路燈的開關(guān) 時間；能檢測故障，檢測到故障會進行聲光報警，并顯示出故障路燈的地址編碼。 系統(tǒng)設(shè)計包含以下兒個基本模塊：控制模塊、信息顯示模塊、鍵盤模塊、路燈模 塊、位置探測模塊、光亮度檢測模塊。總的系統(tǒng)框圖如圖3所示。圖31、控制模塊控制器采用5 1系列單片機，5 1系統(tǒng)單片機是一種最常用的單片機，其最 大的特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)成熟、成木低、容易學習，方便用軟件編程實現(xiàn) 齊種算法與邏輯控制，廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。單片機系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能有, 完成數(shù)字及控制信號的輸入、數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)的顯示以及路燈電路的的驅(qū)動與控 制。2、顯示模塊顯示模塊用來實現(xiàn)交互菜單、提示信息、時間、系統(tǒng)工作狀態(tài)等信

4、息的顯示。 顯示器件可選用字符型液晶器lcd 1602, lcd 1602顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯 示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市而上字符液晶大多數(shù)是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是完全相同 的，因此基于i1d44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型 液晶。該顯示器能基本滿足本系統(tǒng)顯示的需要。3、鍵盤模塊根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，鍵盤要能輸入09共10數(shù)碼、確認、退出等信號，所 以用爐4矩陣鍵盤。4、路燈模塊51單片機i/o口為集電極上拉輸出方式，高電平輸出電流等于上拉電阻的電 流，這個電流比較小，低電平輸出是內(nèi)部晶體管吸收的電流,最大可以達到

5、10ma, 但是整個端口的總電流不能超過24mao所以，51單片機i/o口用來驅(qū)動普通小功 率的沒冇問題。因本系統(tǒng)中采用的是1w的led燈，1w的led燈需要200ma的屯 流才能工作，故不能用直接用i/o口來驅(qū)動它工作。本方案采用大功率的mos驅(qū) 動1wled燈工作。5、位置探測模塊采用st 188紅外對射傳感器感測是否有物體通過，當沒有物體通過時ce截 止，單片機采到的電壓值為低電平；當有物體經(jīng)過時be導通，電源電壓加到e 端，單片機采到的電壓值為高電平。st188的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4, k端接510q電阻，e端接20k電阻，a和c端接+5v的電壓。6、光亮度檢測模塊。光皺電阻隨著光線變強電

6、阻值會變小，光線變?nèi)踝柚禃內(nèi)?。根?jù)光敏電阻的工作特性，按照路燈實際工作情況，可以設(shè)定一個閾值亮發(fā)，當環(huán)境亮友低于 這個亮度時，使電壓比較器輸岀高電平，單片機采集到高電平后開燈，反z,單 片機采集到的低電平后關(guān)燈。三、系統(tǒng)設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，系統(tǒng)由手動開關(guān)燈、定時開關(guān)燈、根據(jù)環(huán)境明亮開關(guān) 燈、根據(jù)交通情況開關(guān)燈和路燈檢測等模塊組成。下面分別介紹各個模塊的硬件 和軟件的設(shè)計。(-)手動開關(guān)燈模塊實驗?zāi)康模?、掌握單片機小系統(tǒng)的的設(shè)計2、掌握路燈碩件電路的設(shè)計3、掌握手動開關(guān)燈模塊軟件的設(shè)計軟硬件設(shè)計：1、單片機小系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，控制系統(tǒng)要通過良好的人機交換界面完成系統(tǒng)的所有控制功 能

7、。微控制器選用89s51 (52)單片機，鍵盤選用4*4鍵盤，顯示器選用16*2 的液晶顯示器lcd 1602o單片機小系統(tǒng)proteus中的仿真原理圖5如下：c2mjujxju2rvrluu1lac(b. "tx叫eaheisehf靈 e“ bobba&bbftp1rsdftpi jd pi jpi j p'ap> a p« j!ertxoeh溜c3 ottu*9lu3daab8ra3km1axzdr922p22a>0 f25iaii p2xai2 p22iai9 p2j1ai< p2.nai»raoriud pb.xxd p3

8、jtfb raatlttp9xsp3fp3jirt?ct.nht2、路燈電路設(shè)計51單片機i/o口為集電極上拉輸岀方式，高電平輸出電流等于上拉電阻的電 流，這個電流比較小，低電平輸出是內(nèi)部晶體管吸收的電流,最大可以達釦oma, 但是整個端口的總電流不能超過24ma。所以，51單片機i/o口用來驅(qū)動普通小功 率的沒有問題。因本系統(tǒng)屮采用的是1w的led燈，1w的led燈需耍200ma的電 流才能工作，故不能用直接用i/o口來驅(qū)動它工作。木方案釆用大功率的mos驅(qū) 動1wled燈工作。具體電路圖6,其工作原理為，n溝道增強型場效應(yīng)管q1和q2 分別接pot和poti丨，當poy）和pot輸出高電平

9、時，場效應(yīng)用q1和q2導通，led 燈d1和d2開燈，反z, led燈d1和d2關(guān)燈。圖6在面包板上安裝如上圖電路并測試。3、單片機程序設(shè)計1）單片機端口和電路的連接pood1 燈，p01d2 燈p30-p33接鍵盤行掃描線，p34-p37接鍵盤列掃描線p00-p07 接 lcd1602 的 d0-d7p25 接 lcd1602 的 rw, p26 接 lcd 1602 的 rs, p27 接 lcd 1602 的 en,2）提供的c程序頭文件和文檔 lcd1602pdf文檔，介紹lcd 1602的原理與應(yīng)用。 頭文件lcd1602.h函數(shù)：lcd_init()液晶顯示器初始化函數(shù)。函數(shù)：lc

10、d_disp_cher (uchar x, uchar y, uchar *p), lcd 可以顯示 2 彳亍字 條，參數(shù)x為顯示字符起始列數(shù)，取值范圍1-16, y參數(shù)為顯示字符的起始行數(shù)。參數(shù)為要顯示字體串指向的第1個字符。 頭文件keyscan, h,調(diào)用keyscan ()函數(shù)，有按鍵按下時返回鍵值0-15, 無按鍵按下時，返回鍵值oxff.3) 程序流程圖主程序流程圖手動開關(guān)燈流程圖路燈初始化 顯示本級菜單跳出循環(huán) 返加主菜單.（二）定時開關(guān)燈實驗?zāi)康模?、掌握時鐘芯片ds1302的原理與應(yīng)用。2、掌握定吋開關(guān)燈程序的設(shè)計。軟硬硬件設(shè)計1、ds1302硬件電路ds1302是由美國da

11、llas公司推出的具有涓細電流充電能力的低功耗實時時 鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償?shù)榷?種功能。其外圍電路如圖所不：81vcc1 vcc2x1rstsclk i/ox2ds130223-r&t:s®au22、單片機程序設(shè)計1）單片機端口和電路的連接p22sda, p23sck, p24rst2）提供的c程序頭文件和文檔 ds1302pdf文檔，介紹ds1302的原理與應(yīng)用。 dsl302.h頭文件,dsl302. c程序。3）程序流程圖程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能為，能實時顯示時、分、秒，能設(shè)置開燈和關(guān)燈的時間, 能控制所有燈在規(guī)定的時間開燈和關(guān)燈

12、。能分別獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈 時間。輸入時間時具有糾錯功能。設(shè)置時間流程圖實現(xiàn)功能有，能設(shè)置系統(tǒng)的時間，要求在輸入時間時具有容錯的功能。（三）根據(jù)環(huán)境明暗開關(guān)燈模塊實驗?zāi)康模?、掌握環(huán)境明暗檢測電路的設(shè)計2、掌握環(huán)境明暗檢測電路軟件的設(shè)計軟硬件設(shè)計：1、環(huán)境明暗檢測電路的設(shè)計（本電路要完成硬件電路的安裝與調(diào)試）光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小，所以可用光敏電阻檢測環(huán)境的明 暗，從而實現(xiàn)根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。所設(shè)計的環(huán)境明暗檢測電路 如下圖所示，電路屮電位器rv1對電源分壓后給電壓比較器同相端提供一個基準 電壓。電壓比較器反相端的電壓由光皺電阻決定，當光照強度增大時，光敏

13、電阻 阻值減小，反相端電壓升高，當光照強度達到一定值時，反相端電壓大于同相端 電壓，電壓比較器輸出低電平，經(jīng)過反相器u4:a后輸出高電平，來實現(xiàn)控制開 燈和關(guān)燈。（注：在proteus仿真時，如把電壓比較器直接連接到單片機，單片 機不能區(qū)分其電平，在其后增加了一個反相器則可以。）2、單片機程序設(shè)計電路連接：反相器輸出hjp12根據(jù)設(shè)計要求，程序能通過端口的電平來判斷環(huán)境的明暗，從而實現(xiàn)開關(guān)燈。 當環(huán)境亮度低于某一亮度閾值時，路燈打開。反之，路燈關(guān)閉。其流程圖如下:開始路燈初始化 菜單初始化nnv關(guān)燈，顯示路燈工. 作狀況鍵盤扌"1描退出，返凹h上級 菜單（四）根據(jù)交通情況開關(guān)燈模塊實

14、驗?zāi)康模?、掌握交通狀況檢測電路的設(shè)計2、掌握交通狀況檢測電路軟件設(shè)計軟硬件設(shè)計：1、紅外發(fā)送接受模塊st188的原理與應(yīng)用。采用st 188紅外對射傳感器感測是否有物體通過，當沒有物體通過吋ce截 止，單片機采到的屯壓值為低屯平；當有物體經(jīng)過吋be導通，電源電壓加到e 端，單片機采到的電壓值為高電平。st188的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如卜'圖，k端接510q 電阻，e端接20k電阻，a和c端接+5v的電壓。st188內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2、交通狀況檢測電路的設(shè)計（本電路要完成硬件電路的安裝與調(diào)試）當有車輛或人經(jīng)過時，st188紅外對射傳感器被擋光，如下圖電路按收三級 管截止，輸出為低電平，反z輸出為高電平

15、。電路中r1二510q, r2二20kq。hr25_ gnd在proteus仿真電路中，i大i沒有紅外對射傳感器，可以用如下電路模擬紅外 對射傳感器的功能。3、交通狀況檢測電路軟件設(shè)計如上電路和單片機的連接：sl-p13, s2-p14, s3-p15根據(jù)設(shè)計要求，程序要求能實現(xiàn)當可移動物體m （在物體前端標出定位點， 由定位點確定物體位置）由左至右到達s點時（見圖2）,燈1亮；當物體m到 達b點時，燈1滅，燈2亮；若物體m由右至左移動時，則亮燈次序與上相反。本模塊程序設(shè)計要求同學們獨立完成，編程的要點是，定義一個標記位flag, 當車輛從s-b-s'時，flag二0；當車輛從s' -b-s時，flag=lo（四）路燈檢測模塊實驗?zāi)康模?、掌握報警電路的設(shè)計2、掌握路燈檢測電路軟件的設(shè)計軟硬件設(shè)計：1、報警電路的設(shè)