無線路燈控制系統(tǒng)

1、安慶師范學院電子設計無線路燈控制系統(tǒng)作品設計說明書 學 院： 安慶師范學院 組員姓名： 梁偉 任坤 郭帥 汪昌伍 指導教師： 楊偉 張?zhí)m芳老師 設計時間: 2013年 3月10日 物理與電氣工程學院摘要本設計實現(xiàn)了對路燈的無線控制。由3個獨立模塊組成，分別為主控制模塊和2個路燈模塊。主控模塊以單片機（STC89C52RC）為控制器，采用nRF24L01構成無線通信收發(fā)模塊，以1602液晶顯示屏顯示，可實現(xiàn)路燈無線控制、故障檢測報警、光線檢測、人體紅外檢測。路燈模塊采用無線通信收發(fā)模塊以及路燈驅動電路組成。設計采用每個路燈既作為信號接收端又是信號中轉端的控制策略。 具有無線控制，環(huán)保節(jié)能，智能控

2、制，故障檢測的特點。關鍵詞： STC89C52RC 無線控制 環(huán)保節(jié)能 智能控制 目 錄引言 5第一章 系統(tǒng)設計的目標和任務61.1 系統(tǒng)設計的基本要求61.2 系統(tǒng)設計的思路61.3 方案論證6第二章 系統(tǒng)設置與總體流程 7第三章 模塊概述及功能簡介73.1 nRF24L01概述 7 3.11 簡介 7 3.12性能參數(shù)7 3.13原理圖83.2 人體紅外感應模塊9 3.21功能特點電氣參數(shù) 9 3.22功能特點 9 3.23原理圖103.3 光敏傳感器11 3.31模塊描述11 3.32模塊原理圖113.4 1602液晶顯示 12 3.41簡介12 3.42原理圖123.5 聲光報警模塊1

3、33.6 故障檢測電路13第四章 模塊電路設計14第五章 軟件設計.16 5.1 系統(tǒng)軟件介紹16 5.2 控制策略17第六章 設計總結 176.1 測試儀器176.2 測試方法 17 6.3 測試過程17 6.4 測試情況17第七章 設計總結18參考文獻19引 言 在我國，大部分城市特別是中小城市的路燈系統(tǒng)自動化管理水平還不是很高，特別是當季節(jié)、氣候天氣變化時不能及時改變開關狀態(tài)，不能對路燈充分利用，從而給市民帶來了一定的困擾。當有些路燈壞掉時也不容易及時發(fā)現(xiàn)，人工查詢勞動強度也大。由于城市區(qū)域及道路的拓展，路燈的數(shù)量也急劇增長，對于路燈現(xiàn)代化管理的要求也日益迫切，以往的全自動控制系統(tǒng)易出現(xiàn)

4、故障，維修時又影響路燈的管理和控制，影響市民正常生活。路燈的智能化管理和無線通信技術的結合是當前路燈控制系統(tǒng)和節(jié)能環(huán)保的必然趨勢。第一章 系統(tǒng)設計的目標和任務1.1 系統(tǒng)設計的基本要求本次設計的主要內容是設計一種基于單片機無線路燈控制系統(tǒng)的硬件電路，主要利用單片機對路燈采集的模擬數(shù)據(jù)的處理及存儲。設計的基本要求：（1）遠距離無線控制。（2）路燈自動故障檢測。 （3）光線加入時，路燈自動點亮；午夜之后，有人經(jīng)過時。路燈點亮。1.2 系統(tǒng)設計的思路該系統(tǒng)分為監(jiān)測部分與終端接收部分。 圖1 系統(tǒng)組成 監(jiān)測部分：光敏傳感器、人體紅外傳感器、比較電路 。對環(huán)境的檢測。終端接收部分：1602液晶顯示屏 、

5、蜂鳴器。1.3 方案論證方案一：采用TX-2B，RX-2B五通道通信收發(fā)芯片。利用芯片的五個通道來編碼。采用兩種不同頻率的信號可以實現(xiàn)控制2的8次方即256個路燈，通過住控制臺來控制從機的情況，同時判斷從從機接受來的信號做出相應的處理。 方案二：完全采用分離元件來實現(xiàn)，通過分離元件完成自身單片機所需要的定時以及信號的發(fā)送和接受。 方案三：采用NRF24L01芯片與單片機連接,由自身的接受和發(fā)射硬件來傳遞和接受其他模塊的信號。nRF24.L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊,并融合了增強型Sho

6、ckBurst技術，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA;接收時，工作電流只有12.3 mA。 由于方案一中的接受和發(fā)送芯片的有效距離只有幾米，達不到實際要求；方案二中分立元件之間相互影響，產(chǎn)生的信號不穩(wěn)定；方案三中的nRF24.L01傳輸信號的距離遠而且信號穩(wěn)定，并且使用方便 ，因此選擇方案三。第二章、系統(tǒng)設置與總體流程 根據(jù)要求設計了兩種模塊功能-主控模塊和路燈模塊。主控制臺主要完成無線收發(fā)信息，時間及編號顯示功能、聲光報警等功能。路燈控制器主要完成故障檢測、無線收發(fā)信息的功能，模塊功能設置見圖1。單片機無線

7、模 塊 無線發(fā) 射聲光報警顯示器單片機無線接 收無線發(fā) 射故障檢測路燈控制主控制臺 路燈控制器 圖2 系統(tǒng)總體框圖總體流程為：首先主控模塊發(fā)射相應的控制信息給路燈模塊，第一臺路燈模塊接收信息后，會將信息和自己編號進行比較，控制路燈的亮滅同時把信息發(fā)給下一編號的路燈模塊。如路燈控制器出現(xiàn)故障，故障信號會反向傳遞給主控器，并由聲光報警器報警。 第三章、模塊概述及功能簡介3.1 nRF24L01概述3.11 簡介nRF24L01是由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4GHz2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括：頻率發(fā)生器、增強型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶

8、體振蕩器、調制器和解調器。輸出功率頻道選擇和協(xié)議的設置可以通過SPI 接口進行設置。幾乎可以連接到各種單片機芯片，并完成無線數(shù)據(jù)傳送工作。極低的電流消耗：當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為0dBm 時電流消耗為11.3mA ，接收模式時為12.3mA，掉電模式和待機模式下電流消耗更低。3.12 性能參數(shù) 1、小體積，QFN20 4x4mm封裝 2、寬電壓工作范圍，1.9V3.6V，輸入引腳可承受5V電壓輸入 3、工作溫度范圍，-40+80 4、工作頻率范圍，2.400GHz2.525GHz 5、發(fā)射功率可選擇為0dBm、-6dBm、-12dBm和-18dBm 6、數(shù)據(jù)傳輸速率支持1Mbps、2Mbp

9、s 7、低功耗設計，接收時工作電流12.3mA，0dBm功率發(fā)射時11.3mA，掉電模式時僅為900nA 8、126個通訊通道，6個數(shù)據(jù)通道，滿足多點通訊和調頻需要 9、增強型“ShockBurst”工作模式，硬件的CRC校驗和點對多點的地址控制 10、數(shù)據(jù)包每次可傳輸132Byte的數(shù)據(jù) 11、4線SPI通訊端口，通訊速率最高可達8Mbps，適合與各種MCU連接，編程簡單 12、可通過軟件設置工作頻率、通訊地址、傳輸速率和數(shù)據(jù)包長度 13、MCU可通過IRQ引腳快判斷是否完成數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送3.13 原理圖 圖3 原理圖圖4 原理圖3.2 人體紅外感應模塊3.2.1 電氣參數(shù)表1 電氣參數(shù)

10、表3.2.2功能特點1、全自動感應:人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平。2、光敏控制（可選擇，出廠時未設）可設置光敏控制，白天或光線強時不感應。3、溫度補償(可選擇，出廠時未設)：在夏天當環(huán)境溫度升高至3032，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。4、兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇） a、不可重復觸發(fā)方式:即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變成低電平； b、可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘K檢測到人體的每一次活動

11、后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點)。5、具有感應封鎖時間(默認設置:2.5S封鎖時間)：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現(xiàn)“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。(此時間可設置在零點幾秒幾十秒鐘)。6、工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC4.5V-20V。7、微功耗:靜態(tài)電流<50微安，特別適合干電池供電的自動控制產(chǎn)品。8、輸出高電平信號：可方便與各類電路實現(xiàn)對接。3.23 原理圖圖

12、5 原理圖3.3光敏傳感器3.31模塊描述1、可以檢測周圍環(huán)境的亮度和光強（與光敏電阻比較，方向性比較好，可以感知固定方向的光源）2、靈敏度可調3、工作電壓3.3V-5V4 、輸出形式 a 模擬量電壓輸出 b 數(shù)字開關量輸出（0和1）5、設有固定螺栓孔，方便安裝6、小板PCB尺寸：3cm * 1.6cm3.32 模塊原理圖圖6 光敏傳感模塊3.4 1602液晶顯示3.4.1 簡介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起

13、到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。1602LCD是指顯示的內容為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）。3.4.2 原理圖7 1602顯示電路3.5 聲光報警模塊聲光報警模塊由三極管、+5V電壓、10K電阻和蜂鳴器組成。當LED燈出現(xiàn)異常時，從機向主機發(fā)出報警信號；主機接收到從機的報警信號時，就會驅動報警用的蜂鳴器的LED燈。電路圖4如下： 圖8 聲光報警3.6 故障檢測電路采用電壓比較器來判斷LED是否發(fā)生故障。如圖5： 圖9 故障檢測 第四章 模塊電路設計圖10 整體原理圖圖11實物圖圖12 實

14、物圖第五章、軟件設計5.1 系統(tǒng)軟件介紹采用keil軟件編程，采用模塊化編程方式，子程序主要有收發(fā)模塊子程序、故障檢測子程序、數(shù)碼管顯示子程序等。5.2 控制策略由于本設計采用信號傳遞式的控制策略，所以對所有的路燈模塊進行了統(tǒng)一編號，路燈模塊接收到控制模塊信號時，除了和自己編號進行比較外，還會將信號傳遞給下一個路燈模塊。在故障檢測時，路燈模塊不會對其他路燈的故障信號進行比較，而是直接向下個路燈進行信號傳遞，直到最后傳遞到主控模塊。流程圖如下： 圖13主控制臺流程圖圖14 路燈控制系統(tǒng)流程圖第六章、測試和測試結果6.1 測試儀器萬用表、示波器、數(shù)碼管、LED6.2 測試方法 首先用萬用表檢測對電

15、路各節(jié)點電流電壓測量，然后將主控模塊和路燈模塊先進行一對一測試，最后進行多模塊綜合測試。6.3 測試過程 硬件測試：因總系統(tǒng)有三個獨立模塊，所以首先主控模塊和路燈模塊先進行一對一測試。然后特定的距離對二個模塊進行整體測試 軟件測試：將軟件寫入各個硬件模塊，通過主控模塊檢測路燈模塊，通過路燈亮滅情況，判斷控制策略的正確性。第七章、 設計總結本次課程設計，我系統(tǒng)電路的主要設計，在做課程設計的時間了我學到了很多東西，總的來說有如下收獲：（1） 通過對電路的設計，對51系列單片機的原理和功能有了進一步的了解，學到了更多的電路知識，如復位電路的原理，晶振電路的作用，旁路電容的作用，上拉電阻的功能，串口通

16、信電路。（2） 通過元器件的購買和電路板的焊接，增強了自身的實踐動手能力，對電路原理的應用有了更深刻的認識。（3）在測試階段，尤其是在硬件電路的檢查階段，有很深的體會，有時候一個簡單的錯誤就有可能造成電路無法正常工作，通過找錯排錯，更加熟悉了電路的原理和51單片機的工作原理。（4）通過本次課程設計，我更加深刻的認識到團隊合作的重要性，小組成員分工合作，是設計成功的關鍵，只有大家團結一致，才能更快更好的完成任務，但是從本課程設計中，我也看到了自身還存在許多不足，在實踐動手能力方面比較弱，對一些電路知識掌握得不是很好。 參考文獻 1 李光飛.單片機課程設計實例指導.北京航空航天大學出版社.北京:2003年6月2 李朝青.單片