基于單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計方案
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摘要： 文章設(shè)計了一種路燈控制系統(tǒng)，它的硬件主要由美國Cygnal 公司的C8051F020 單片機、12864 液晶顯示器、LED 恒流驅(qū)動電源等組成。C8051F020 單片機作為模擬路燈控制系統(tǒng)支路控制核心，實現(xiàn)模擬路燈控制系統(tǒng)的時鐘功能，設(shè)定顯示開關(guān)燈時間，并能控制支路按時開燈和關(guān)燈; 根據(jù)環(huán)境明暗的變化自動控制開燈和關(guān)燈; 根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài); 獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間; 當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時，支路控制器發(fā)出滴答的報警信號，并顯示有故障燈的編號。交通情況采用紅外收發(fā)傳感器方式實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能; 該系統(tǒng)具有人機界面直觀，紅外遙控調(diào)節(jié)方便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，精度高等特點。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/167900.htm0 引言
本文采用高效節(jié)能環(huán)保的LED 燈作為光源，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊來實現(xiàn)，根據(jù)環(huán)境、交通等因素，單片機采集光敏電阻或光電開關(guān)的信號控制路燈的亮滅，實現(xiàn)了光電和時間控制; 同時具有交通情況檢測、故障自動檢測與報警等功能，實現(xiàn)了路燈的智能化控制，節(jié)省了電力能源和人力資源。
1.1 系統(tǒng)設(shè)計要求。
設(shè)計并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)，路燈布置如圖1 所示。要求實現(xiàn)模擬路燈控制系統(tǒng)的時鐘功能，設(shè)定顯示開關(guān)燈時間，并能控制支路按時開燈和關(guān)燈;根據(jù)環(huán)境明暗的變化自動控制開燈和關(guān)燈; 根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài); 獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間; 當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時，支路控制器發(fā)出滴答的報警信號，并顯示有故障燈的編號。交通情況采用紅外收發(fā)傳感器方式實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小，該功率應(yīng)能在20% ~ 100% 范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差≤2%.
圖1 路燈布置示意圖
1.2 系統(tǒng)設(shè)計方案
系統(tǒng)采用C8051F020 單片機作為系統(tǒng)的控制器，利用有線傳輸方式實現(xiàn)對LED1 和LED2 的控制，控制方式如圖2 所示。C8051F020 單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，內(nèi)部自帶ADC、DAC.而本系統(tǒng)需要采集環(huán)境明暗的變化，自動控制LED 亮度，這需要將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量處理，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制。整個系統(tǒng)完全自給自足，使用外圍器件少，系統(tǒng)成本低，系統(tǒng)調(diào)試簡單方便。
圖2 C8051F020 控制方式結(jié)構(gòu)。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)總體框圖及控制電路的設(shè)計
紅外線路燈控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3 所示?？刂葡到y(tǒng)主要由主控單片機、顯示接口、紅外遙控、傳感器、恒流驅(qū)動等功能模塊組成。C8051F020 單片機接收紅外線遙控信號，設(shè)定其開關(guān)燈的時間，啟動模擬控制系統(tǒng)，并將環(huán)境明暗信號采集輸入單片機進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，控制LED 燈的開關(guān)狀態(tài)。單片機實時檢測LED 燈的工作狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)故障時，單片機控制聲光電路報警并控制液晶顯示器顯示其故障點編號。在規(guī)定的時間內(nèi)輸出模擬電壓控制LED 燈的亮度。根據(jù)紅外接收信號檢測交通情況，并能根據(jù)不同的交通情況對LED 燈作出相應(yīng)智能控制。C8051F020 單片機最小系統(tǒng)及接口電路見圖4.
圖3 紅外線路燈控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。
圖4 C8051F020 單片機最小系統(tǒng)及接口電路原理圖。
2.2 LED 恒流驅(qū)動電源設(shè)計
由于OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓( 最大為25 μV) ,所以O(shè)P07 在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施; OP07 同時具有輸入偏置電流低( ± 2 nA) 和開環(huán)增益高( 300 V/mV) 的特點。OP07 集成運放6 腳的輸出電壓經(jīng)電阻R30 反饋至反相輸入端，構(gòu)成同相比例電路。功率三極管Q6的基極與運放相連，用來增加驅(qū)動電流。當(dāng)OP07 的同相端輸入電壓恒定時，由于負(fù)反饋的存在，保證了OP07 輸出電壓恒定，從而使流經(jīng)LED 負(fù)載的電流為恒定電流。LED 恒流驅(qū)動電源電路原理圖如圖5 所示。
圖5 LED 恒流驅(qū)動電源電路原理圖。
根據(jù)圖5 可知：
由上式可以看出輸出電流的值僅與輸入端控制電壓有關(guān)，兩者成正比關(guān)系，電路中R25 = R26,R39 = R30,通過選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚悼梢愿淖儽壤蜃?。在改變電流源比例因子的同時，也要注意改變補償電容C29的電容值。
2.3 位置檢測電路
采用紅外收發(fā)傳感器，一個發(fā)射管發(fā)射紅外線和一個接收頭接收紅外線信號。圖6 為紅外收發(fā)傳感器判斷交通情況原理框圖及紅外接收發(fā)射電路。紅外發(fā)射管和接收管對射式安裝，當(dāng)有障礙物到達紅外發(fā)射管和接收管中間時，會產(chǎn)生不同的高低電平，單片機采集此信號，控制燈的開關(guān)狀態(tài)。紅外發(fā)射管和接收管采用屏蔽的方式來消除外界的干擾。
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