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基于单片机的模拟路灯控制系统设计
作者:管理员    发布于:2016-02-16 08:29:36    文字:【】【】【

  软件设计应用研发基于单片机的模拟路灯控制系统设计岳静/西安航空学院器作为环境明暗程度、物体移动方向信息采集设备,同时在软件编程辅助下,能够设定时钟和开关灯的时间,并依据时钟时间、交通开关灯、环境明暗、亮灯状态灯进行全面控制,利用光敏器件获取路灯信息,并发出声光故障报警信号。在软件编程中以C51作为主要语言,并设计相应的模块,不仅能够提高软件编程与调试效率,同时能够降低软件故障发生率,保证系统软件运行可靠性。本文对基于单片机模拟路灯控制系统设计进行深入分析,以为模拟路灯控制系统研究提供一定的依据。

  着城市照明工程发展,路灯数量不断增加,电能消耗量也不断提高,人们对路灯控制系统要求也提出了更高层次的要求。从现阶段路灯控制情况开看,很多地区仍沿用以往光控或钟控方法,传统控制系统并不能依据天气或季节变化进行自动调整,外部环境对其影响和干扰较大,而且其灵敏性较低,运行可靠性相对较差,因此常出现开灯过早或过晚、关灯过早或过晚的现象,不仅增加了电能消耗量,同时对城市交通安全造成严重影响。本文利用单片机对模拟路灯控制系统进行优化,以保证运行可靠性,避免电能过度浪费。

  1模拟路灯控制系统设计思路1.1设计要求。基于单片机的模拟路灯控制系统,必须满足以下几点要求:(1)支路路灯控制系统必须具备时钟功能,并能够显示和设定路灯开关时间,使支路路灯能够按时开、关灯。(2)支路路灯控制系统能够对环境明暗程度,自动开、关灯。(3)支路路灯控制系统能够依据道路交通情况对亮灯状态进行自动调节。如所示,当物体M从左到右向S移动时,将路灯1自动开启,而当物体M移动到S后,路灯1自动关闭。当物体M从右到左向S移动时,将路灯2自动开启,而当物体M移动到S后,路灯2自动关闭。(4)支路路灯控制系统能够对每个路灯开、关灯时间进行单独控制。

  1.2总体方案。研究模拟路灯控制系统的硬件,其主要以STC89C58型号单片机作为系统控制芯片,并在C语言软件编程优化下,实现路灯系统自动化控制效果。而控制系统以DS1302型号的时钟芯片作为时钟源,并在液晶型显示模块辅助下,能够显示控制系统时钟,同时对控制系统运行情况进行监测,在界面设置方面有四个不同的单独控制键。模拟控制系统主要有两种运行模式,即人工模式和自动模式。人工模式主要是有操作者利用控制平台按钮对路灯开、关灯时间进行设置,或者直接对路灯开关进行独立控制。自动模式主要利用光敏电阻对路灯周围环境明暗程度进行采集,并通过红外对管识别系统对周围经过物体进行识别,从而达到路灯自动化控制的作用。当路灯发生故障时,系统中的光敏器件会对路灯故障信息进行采集,并通过单片机对路灯系统声光故障报警器进行控制,发出相应的警报信号。路灯控制系统主要以恒流电源作为其驱动源,在单片机辅助下,能够对恒流源运行进行控制,从而使路灯调光功能得以实现。

  2模拟路灯控制系统硬件设计硬件作为模拟路灯控制系统的重要基础,对控制系统运行可靠性性具有重要意义。因此在对系统硬件进行设计时,不仅要实现其基本功能,同时要保证系统运行稳定性、器件易购性、编程可行性等,才能保证系统硬件与软件的有效结合,使路灯控制系统得到有效优化。

  2.1电路控制模块。电路控制模块在单片机中是小的系统,也是模拟路灯控制系统重要核心,由于受到程序大小限制,所以选定STC89C58型号的单片机进行设计。其主要轻触按键、晶体振荡电路组合而成,能够对系统外围电路进行控制,使每个模块电路均能够正常运行。单片机电路与晶体振荡电路的相互结合,要求单片机应具有相应的时钟频率,才能为路灯控制系统提供相应的时钟信号。

  单片机中的复位电路能够让单片机进行复位操作,并进入到系统初始状态。本研究选用按键型的电平复位,当电路处于运行状态时,将复位键按下后,能够使复位引脚在一定时间范围内处于高电平状态,以达到电平复位的目的。

  2.2独立键盘模块。在路灯控制系统中,独立键盘是单独运行的,每个独立按键使用一条I/O口线,而每条I/O口线独立按键在运行中,不会对其他按键造成干扰。在电路运行后,将单片机与键盘I/O口一端(高电平)进行连接,而键盘另外一端则接地,当按键发生动作时,按键I/O口会受到接地线影响转变成低电平,而且与键盘相连的门输出、四输入、中断口等电平也相对较低。若在处理器中断情况下,按键就会有所响应,并对其他操作也做出响应。

  2.3电路显示模块。电路显示主要有液晶模块组合而成,作用于人机接口处,并能够反馈信息。本研究系统硬应用研发软件设计件液晶模块选用全点阵图型的液晶显示屏,并利用软件编程实现显示屏的滚动、反显、任意显示等功能。

  2.4电路时钟模块。模拟路灯控制系统所选用的时钟电路型号为DS1302,其具有性能高、耗能低的优点,同时携带有RAM时钟芯片,工作电压范围在2.5至5.5V.时钟电路与CPU间有三天连线,即I/O线、SCLK线及RST线。

  在加电之后,时钟电路课进入到初始操作状态,并可对时钟时间进行调整。

  2.5路灯驱动模块。由于单片机I/O口无法直接对路灯开关灯进行驱动,所以必须设置驱动模块对单片机信号进行识别,并对路灯开光灯进行控制。通常情况下单片机信号均为高电平或低电平,为了避免路灯启动时单片机I/O口呈现高电平状态,所以将路灯开启信号设置为低电平,而关闭信号则设置为高电平。

  2.6环境明暗感应与交通检测模块。模拟路灯控制系统环境明暗感应电路与交通检测电路均通过传感器采集外部信号,并由单片机来处理,而系统器件选用了光敏电阻及红外对管。光敏电阻主要依据路灯周围环境光线强弱进行判断,白天由于光线强,其光敏电阻也相对较高,传输到MCU时呈低电平状态,而黑夜光线暗,光敏电阻较低,传输到MCU时呈高电平状态。红外对管主要对移动物体进行实时监测,其是集放射电路和接受电路为一体的反射感应路灯开关模块,在红外射程范围内,如果有物体阻挡红外线,其反射模块会将信息传输到单片机。交通检测电路主要有三个不同测试点,分别连接在单片劫的接口线上并依据电平高低发生改变。

  2.7故障检测报警模块。随着路灯数量的不断增加,故障检测与判断难度也不断增加。为了保证路灯故障检测工作顺利进行,及时掌握路灯故障状况,提高路灯维修效率,为人们营造良好的光照环境。在对模拟路灯控制系统硬件进行设计时,路灯故障检测与判断由光学传感器来控制,当路灯出现故障时,电路信号传输到单片机,并由单片机发出声光报警信号。

  3模拟路灯控制系统软件设计软件作为模拟路灯控制系统的重要核心,对系统运行可靠性起着至关重要的作用。本研究主要通过C语言进行软件编程,其程序主要有实时监测、自动化控制、人工控制及故障检测。

  3.1实时监测。实时监测程序能够对路灯信息进行实时监测,并通过液晶显示屏反应出,监测内容主要包括路灯运行状态、控制方式、时钟时间及故障信息等,具体监测流程见。

  3.2人工控制。人工控制程序分为两种控制形式,即单灯控制与定时开光。单灯控制主要通过对处理器进行对比设置,而定时控制主要是对开灯、关灯时间进行对比设置,以达到控制单灯状态的目的。

  3.3自动化控制。自动化控制程序主要依据路灯所处地区交通情况,对路灯亮度进行调节,一方面能够满足交通光照需求,另一方面能够避免资源浪费。

  3.4故障检测。故障检测程序主要对路灯故障进行有效判断,并发出报警信号,使维修人员能够及时排除故障,避免其影响交通安全。

  4模拟路灯控制系统测试4.1开关定时。(1)将路灯1、路灯2同时开灯时间设置为17:00,关灯时间则设置为17:15.(2)路灯1开灯时间设置为18:00,路灯2开灯时间设置为18:(3)路灯1关灯时间设置为7:00,路灯2关灯时间设置为7:15.两盏路灯均能够定时完成开关灯任务。

  4.2交通检测。通过对模拟路灯控制系统交通检测模块进行测试,测试结果显示,路灯1、路灯2能够哟局交通情况进行自动调节,以满足交通光照需求:模拟路灯控制系统交通检测模块测试数据;M物体S定点A定点B定点C定点S定点;路灯1关关开开关;路灯2开开关关关;误差距离(cm)4.3环境明暗感应。通过对系统环境明暗感应模块进行测试,测试结果显示,环境变亮后系统会自动开灯,而环境变暗后系统则会自动关灯。

  4.4恒流源。通过对恒流源电压、电流计功率进行测试,测试结果表明,当恒流源电流准确度达到98时,其输出功率准确率变化幅度在2以下,能够满足系统设计。

  通过对以单片机作为核心的模拟路灯控制系统进行设计和测试,有效实现了系统开灯时间、关灯时间自动化设定功能,确保支路路灯能够按时开关灯。同时系统能够对交通情况、环境明暗做出判断,并对路灯亮度、开灯、关灯进行自动调节和控制。路灯故障后,系统会发出相应的报警声光信号,并将故障路灯详细编号显示在液晶显示屏上,为路灯维修提供重要依据。模拟路灯控制系统外围器件相对较少,软件编程较为简便,调试便捷,成本较低,并具有良好的节能降耗的意义。

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