模擬路燈控制系統(tǒng)1nuh

1、I乙5704模擬路燈控制系統(tǒng)摘要本系統(tǒng)以STC89C52單片機為控制核心，支路控制器采用89C52單片機控制該系統(tǒng)，單元控制器制作了兩個LED恒流驅(qū)動源。采用DS1302時鐘功能實現(xiàn)設定開關燈的時間，采用光敏電阻檢測環(huán)境的明暗變化，采用紅外光電傳感器檢測移動物塊控制燈的亮滅，路燈發(fā)生故障實現(xiàn)聲光報警。采用遙控器進行指令輸入是我們的創(chuàng)新。顯示臺由12864液晶顯示屏顯示燈亮滅時間，亮燈的狀態(tài)，系統(tǒng)工作狀態(tài)等。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機實現(xiàn)了題目的所有要求和部分發(fā)揮要求。系統(tǒng)工作穩(wěn)定，且綜合性價比較高。關鍵詞：STC89C52DS1302 紅外光電傳感器 光敏電阻AbstractThis s

2、ystem to STC89C52 microcontroller as control core, branch controller using this system, STC89C52 single-chip microcomputer control unit controller made two LED constant-current drive power. Using DS1302 clock function realization set by the time, open and testing environment photoconductive resistan

3、ce changes, using infrared detection of moving objects pieces pipe, the bright light control fault realize sound-light alarm lamp. Using remote control for the command input is our innovation. The 12864 LCD display lights out of time, that the light on time. This system USES a topic STC89C52 microco

4、ntroller all the basic requirements and partly requirements. Systemand comprehensive performance stable job.Keywords: STC89C52 DS1302 Infrared photoelectric sensor photosensitive resistance一、系統(tǒng)總體設計方案 根據(jù)題目要求，我們決定采用模塊方式構(gòu)成整個系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括支路控制器模塊、故障檢測報警模塊、顯示模塊、光電傳感器模塊、時鐘模塊、輸入模塊、環(huán)境檢測模塊、繼電器模塊和電源等，結(jié)構(gòu)見圖1： 圖1 控制系

5、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.1支路控制器的選擇【方案一】： 采用數(shù)字電路實現(xiàn)。數(shù)字電路結(jié)構(gòu)簡單，響應速度快。但處理能力有限，題目要求支路控制器需實現(xiàn)的功能很多，數(shù)字電路不易實現(xiàn)?！痉桨付浚翰捎肧TC89C52作為主控制單片機。該芯片功能強大，具有足夠快的速度；有各種同步串行接口、足夠的內(nèi)部ROM和RAM，以減小控制系統(tǒng)的物理尺寸，具有看門狗功能和穩(wěn)定的電源，本系統(tǒng)圖形顯示程序要求較高，因此我們采用了52系列的STC89C52它的程序存儲器達到32KB），可以很方便的實現(xiàn)我們所需功能，利用其強大的功能不僅可以簡化硬件電路而且還可以大幅度提高系統(tǒng)運行速度，最終通過液晶來顯示結(jié)果?！痉桨溉浚簯肁RM，ARM是

6、一種功耗很低的高性能處理器，技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。方便、安全、高效。但ARM編程較復雜，我們專科學生很難掌握，且開發(fā)板價格較高。綜合題目要求和性價比我們選擇方案二為本系統(tǒng)的最終方案，我們用STC89C52自己動手制作的最小系統(tǒng)板，結(jié)構(gòu)緊湊，工作穩(wěn)定，性價比很高。1.2定時開關燈的選擇【方案一】： 采用軟件編程實現(xiàn)時鐘。利用單片機定時器中斷，產(chǎn)生1秒信號，實現(xiàn)時鐘。此方案不需硬件，但占用太多程序存儲器、中斷源等單片機資源?！痉桨付浚豪肈S1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線（其引腳圖如圖2所示）RES（復位）、I/O （數(shù)據(jù)線）、SCLK（

7、串行時鐘）。SCLK/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。DS1302 工作時功耗很低保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW。DS1302芯片體積小、占用空間小，引腳也很少，操作起來非常方便，因此我們采用此方案。 1.3環(huán)境檢測的選擇【方案一】：采用光敏電阻控制環(huán)境的變化，它隨入射光的強弱改變電阻器，入射光強電阻減小，入射光弱電阻增大，沒有極性，純粹是個電阻器件，使用時可加直流也可加交流，易于控制?！痉桨付浚翰捎霉饷舳O管控制正常工作時給光敏二極管加上反相偏置電壓后，如果光照照射不足，光敏二極管內(nèi)阻處于很大狀態(tài)只有在足夠的光照射下，二極管內(nèi)阻才大幅下降，沒有反向電流，

8、因此不宜控制環(huán)境的變化，故采用此方案。經(jīng)上述比較，為了便于更好的實現(xiàn)該功能，我們選擇方案一。1.4移動物體檢測的選擇【方案一】：采用普通發(fā)光二極管發(fā)射和光敏二極管接收的方案。該方案在實際使用時，容易受到外界光源的干擾，有時甚至檢測不到，不利于檢測。因此我們不采用此方案?！痉桨付浚河眉t外光電傳感器進行檢查，是利用物體對紅外光束的遮光或反射，有同步回路選通而檢測物體的有無，對所有能反射光線的物體均能檢測。當光電傳感器有光線反射回來時，輸出低電平，當沒有光線反射回來時，輸出高電平。數(shù)據(jù)處理簡單，便于與單片機接口，能夠達到較理想的效果。紅外光電傳感器的工作原理是利用投光器發(fā)出的光束，光束被物體阻斷達

9、到全反射或部分反射，通過接收器做出判斷反應，操作簡單，使用方便。其光電傳感器和光電傳感器實物圖。見附圖1.【方案三】：利用超聲波檢測。每個LED燈上放置一個超聲波模組（邊緣的LED燈需要兩個），在物體M通過S，B，S時，系統(tǒng)探測到，把信息傳遞給支路控制器。但超聲波散射較大，不能準確檢測物體位置。且外圍電路復雜，不易實現(xiàn)。經(jīng)過比較，我們采用方案二。1.5故障檢測報警的選擇【方案一】：采用專門的聲音芯片發(fā)出聲音來報警。 由CPU在需要報警的時候給芯片一個信號使它自己工作，但是外部電路過于復雜，而且語音芯片的價格比較昂貴，又要占用I/O資源，使系統(tǒng)的可靠性下降，所以此方案不宜采用。【方案二】：聲音部

10、分用蜂鳴器和發(fā)光部分用LED管，由于蜂鳴器容易控制，可以實現(xiàn)報警功能。LED管高效節(jié)能，因此我們采用此方案。1.6單元控制器的選擇【方案一】：選用MAX16800 。MAX16800可工作于高電壓、可設定恒流輸出。該器件主要特點：工作電壓范圍6.540V；恒流輸出范圍35350mA；輸出電流精度可達±3.5；內(nèi)部集成了低壓差恒流調(diào)整管，其壓差典型值為0.5V；過熱關閉保護；外部只需接電流檢測電阻。有EN端作選通及輸入PWM信號作調(diào)光（EN接低電平時，耗電典型12A）【方案二】：SMD802是 PWM LED恒流驅(qū)動應用設計使用IC，輸入電壓可以市電直接整流濾波供電，高達300KHz的

11、可編程設定頻率。外部取樣電阻設置負載電流從10mA到1A。但需要接外部高壓MOSFET，電路較復雜。我們選擇方案一。1.7輸入的選擇【方案一】：紅外線遙控信號的接收，可以使用一種集紅外線接收和放大一體化紅外線接收器，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼容的所有工作，比如：VS_1838b，體積和普通的塑封三極管大小一樣。其中接收器對外只有3個引腳：Out、GND、Vcc與單片機接口連接，使用非常方便?！痉桨付浚翰捎镁仃囀芥I盤接口設計。采用常用的掃描法對鍵盤進行識別，分為兩個步驟：第一步，識別鍵盤有無鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識別出具體的按鍵。這種方法適用于

12、按鍵較多的場合而且由于需要不斷的掃描，所以這種設計容易浪費系統(tǒng)資源，不易設計功能鍵。故我們采用方案一。1.8顯示方案的選擇【方案一】：采用LED數(shù)碼管顯示。該方案控制簡單，且LED數(shù)碼管亮度高，醒目，但是數(shù)碼管只能顯示有限的數(shù)字和符號，占用資源較多且信息量較少，為了方便觀察，因此我們不采用此方案?！痉桨付浚翰捎米址絃CD顯示。完成參數(shù)與狀態(tài)顯示要求有較大的顯示容量，因此我們選用128*64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，它可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16*16點陣）、128個字符（8*16點陣）及64256點陣顯示RAM（GDRAM）?？膳cCPU直接接口，工作電壓為5V，提供兩

13、種界面來連接微處理機，8位并行及串行兩種連接方式。且液晶顯示器還可以實現(xiàn)光標顯示、畫面移位、睡眠模式等功能。我們選用方案二。二、系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn) 本系統(tǒng)有電源、采用DS1302掉電保護、紅外遙控、LCD液晶顯示、聲光報警、光敏電阻、光電傳感器等部分組成，各部分緊密聯(lián)系，形成了一套完善的測量系統(tǒng)。見附圖32.1路燈布置設計桿體總高40cm，燈桿底部設有木塊固定桿體。路寬40cm，當物體M自左向右沿中線移動時，物體參考點的初始位置設置在距LED1大于40cm的左邊，在S點設置第一個紅外光電傳感器，在A點放置LED1 ，距離LED1 40cm處的B點放置第二個紅外光電傳感器，距離B點40cm處的

14、C點放置LED2，在距LED2 40cm處的S處放置第三個光電傳感器圖2路燈布置示意圖（單位：cm）2.2單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)采用了STC89C52單片機。該單片機和8051單片機兼容，使用方便，具有較強的抗干擾特性。其外部擴展部分電路，滿足該系統(tǒng)的需求。其最小系統(tǒng)原理圖見附圖52.3 DS1302時鐘電路部分由于DS1302工作在多字節(jié)傳送模式8個時鐘/日歷寄存器從寄存器0地址開始連續(xù)讀寫從0位開始的數(shù)據(jù)當命令字節(jié)為FE 或FF 時，DS1302工作在多字節(jié)RAM傳送模式31 RAM寄存器從0地址開始連續(xù)讀寫從0位開始的數(shù)據(jù)。其硬件原理圖和流程圖見附圖6、72.4光敏電阻測光部分在黑

15、暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對增加了半導體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。2.5光電傳感器該光電傳感器在工作過程中對信號能夠達到自發(fā)自收，其工作電壓為5V，工作電流為100mA。有效測量距離為大于20cm。易于裝配，使用方便，可以滿足我們實驗所要求的功能。2.6故障檢測報警本系統(tǒng)采用蜂鳴器控制燈，當出現(xiàn)故障時

16、，蜂鳴器發(fā)出聲音報警，具體電路采用單片機上的SP管腳上的高低電平控制。2.7單元控制器電路 下圖是單元控制器電路。其中RSENSE與ILED的關系：RSENSE=204mV/ILEDILED的范圍為35350mA。例如，ILED設定為200mA，RSENSE=1.02,可取標準阻值1.0（精度1、1/4W）。 N大小與串聯(lián)的LED數(shù)及其正向壓降VF有關：VINNVF+ILED×RSENSE+1.2V式中，N為LED數(shù)，VF為LED的正向電壓，1.2V為MOSFET的管壓降（在VIN<12V時要加1.5V）。因為ILED×RSENSE這一項很小，一般可略去。最小的VIN

17、為6.5V，最大的VIN為 40V。在調(diào)光時，可以在EN端輸入低頻PWM信號，改變其脈沖寬度（改變占空比）來調(diào)節(jié)LED的亮度（占空比大時亮度大），如下圖3所示。圖3 單元控制器電路2.8紅外遙控原理及工作過程紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作。發(fā)射部分包括編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；紅外遙控信號的接收，可以使用一種集紅外接收和放大于一體的一體化紅外線接收器，無需任何外接元件，就可以輸出與TTL電平兼容的信號（比如VS-1838b）。接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。我們使用一個適合單片機使用的紅外遙控，并為它配上紅外解碼芯片，只占用單片

18、機的一個引腳（串口輸入），就能把按鍵數(shù)擴充到二十余個。NEC碼產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設備，防止不同種遙控碼互相干擾。紅外接收頭接受數(shù)據(jù)，見附圖9三、系統(tǒng)軟件的設計與理論分析3.1系統(tǒng)主流程圖見附圖93.2部分子程序流程圖四、測試數(shù)據(jù)與分析4.1測試儀器：數(shù)字萬用表、線性穩(wěn)壓電源、高精度秒表、100cm直尺、木板、物塊等。4.2測試方法及數(shù)據(jù)4.2.1 基本要求1測試：用遙控器設置（任意設定）開燈時間18：00：00，關燈時間06：00：00，調(diào)整現(xiàn)在時間，到開燈時間LED燈1和LED燈2自動開燈，關燈時間自動關燈。系統(tǒng)實現(xiàn)良好4.2.

19、2基本要求2測試：光敏電阻未遮擋時代表環(huán)境明亮，LED燈1和LED燈2關。光敏電阻用遮光罩遮擋時代表環(huán)境變暗，LED燈1和LED燈2關。系統(tǒng)實現(xiàn)良好4.2.3基本要求3測試：正向測試：拖動可移動物體M（小木塊），由左至右到達S點時，燈1亮；當物體M到達B點時，燈1滅，燈2亮；到達S點時，燈2滅。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2cm（分別為0.5cm，0.2cm，0.8cm）。 反向測試：拖動可移動物體M（小木塊），由右至左到達S點時，燈2亮；當物體M到達B點時，燈2滅，燈1亮；到達S點時，燈1滅。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

20、距離2cm（分別為1.0cm，0.4cm，0.3cm）。4.2.4基本要求4測試：用遙控器設置（任意設定）LED燈1開燈時間19：00：00，關燈時間05：00：00，設置（任意設定）LED燈2開燈時間20：00：00，關燈時間04：00：00，調(diào)整現(xiàn)在時間，到19：00：00 LED燈1自動開燈，到19：00：00自動開燈，04：00：00 LED燈2自動關燈，05：00：00 LED燈1自動關燈。系統(tǒng)實現(xiàn)良好4.2.5基本要求5測試：將LED燈1斷路跳線帽拔下，表示LED燈1故障，蜂鳴器報警，液晶顯示“LED燈1故障”，LED燈1故障指示燈閃爍。將LED燈2斷路跳線帽拔下，表示LED燈2故障，蜂鳴器報警，液晶顯示“LED燈2故障”，LED燈2故障指示燈閃爍。4.2.6發(fā)揮要求1測試：在電壓測量點測得電壓