几种汽车检测模块分析与论证

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1、单元设计：车辆检测模块：方案一：地感线圈环形线圈车辆检测器是传统的交通检测器，其工作原理为在道路上埋设感应线圈，感应线圈 与车辆检测器连接。当车辆经过线圈时，由于线圈电感量的变化，车辆的通过状态变化将被 检测到，同时将状态信号传输给车辆检测器，由其进行采集和计算。如图1为地感线圈平面 开凿图。图1地感线圈平面开凿图优点：环形线圈车辆检测器相对于其他检测器具有低成本、高可靠性、高检测精度、全天候 工作的优点，是目前应用最广泛的车辆检测器。缺点：1、按照环形线圈施工要求，检测线圈在初次安装时要切割路面，植入环形检测线圈。 封路施工不可避免会造成交通阻塞，对于城市主干道交通产生影响。2、埋植线圈的切

2、缝容 易使路面受损，缩短路面及检测线圈的使用寿命。实际使用中尤其对沥青路面的损坏更为严 重，导致检测线圈的损毁率居高不下，使用和维护成本上升，影响系统的可用性。3、检测 线圈容易受到路面下沉、裂缝、冰冻等环境影响，产生误报。4、受自身测量原理限制，当 车流拥堵、车辆间距较小时，其测量精度大幅度下降，不适于城市交叉路口交通流检测。5、 环形线圈车辆检测器一经设置即固定不变，在道路通行状况改变时调整困难。方案二：微波车辆检测器微波车辆检测器是以微波对车辆发射电磁波产生感应原理为基础。4以RTMS微波为例，其 工作方式为：悬挂于路侧，在扇形区域内发射连续的低功率调制微波，并在路面上留下一条 长长的投

3、影RTMS以2米为一 “层”，将投影分割成32层。用户可将检测区域定义为一层 或者多层。RTMS根据被检测车辆返回的回波，测算出目标车辆的交通信息，并通过RS232 定期向控制中心传送该交通信息。如图2为信号检测、转换模块。VOU T图2信号检测、转换模块优点：RTMS的测量方式在车型单一、车流稳定、车速分布均匀的高速公路上检测准确度较 高，且不受天气影响。缺点：1、在车流拥堵、车型分布不均匀，尤其是大型车较多的路段，由于遮挡影响，检测 精度会急剧下降；2、微波车辆检测器不能检测停止车辆，因此不适合安装在交通拥堵的城 市道路或路口； 3、微波车辆检测器要求距离最近车道有一定间距，否则会有盲区。

4、方案三：视频车辆检测器视频检测器由图像采集、图像预处理、图像分析（提取目标车辆）三部分组成。主要是通过视 频摄像机作为前端传感器，通过在摄像机采集视频图像上设置检测区域，当车辆进入虚拟检 测区时使图像背景灰度值发生变化，经过处理器处理，判断出车辆的存在，并以此检测车辆 的流量和速度等交通参数。优点：视频检测器具有采集信息量大，准确，直观可靠、安装调试维护方便等优点，可根据 需要灵活设置检测区域，还可提供现场视频图像，便于管理随着视频交通检测技术的发展， 检测算法的不断完善，目前成熟的视频检测产品都具有夜间（低照度情况下）检测算法、灯 光反光影响的抑制算法、树及车辆阴影抑制算法、恶劣天气（雨、雪

5、、雾等）检测算法及摄 像机晃动抑制等先进的算法。保证了视频车辆检测器全天候可靠准确运行，成为目前取代环 形线圈检测器的一种重要替代产品。缺点：1、视频检测器基于摄像机采集视频作为处理内容，视频画面的质量对检测结果具有 较大影响，比较突出的影响因素有：恶劣天气（雨、雪、雾）、灯光、树及车辆动态阴影。 方案四：红外检测器红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是380nm-780nm， 发射波长为780nm-1mm的长射线称为红外线，这里销售的红外线光电开关优先使用的是接 近可见光波长的近红外线。光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反

6、射， 由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可 被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的 强弱或有无对目标物体进行探测。安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它 来记数机械臂的运动次数。对射型光电开关：由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况 下会产生一个开关信号变化。特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感 应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。漫反射型光电开关：是当开关发射光束时，目标产生

7、漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当电开关 有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化。特征：有效作用距离是由目标的反射能 力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常 是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了 的反射性能敏感。1、反射式：反射板反射光电开关（继电器常开常闭接点输出）检测距离：最大值4米被检测物最小直径：5毫米指向角度：小于5度工作电压：最大1030V直流，标准1224V工作电流：无检测物体5毫安，有检测物体遮挡12V时30毫安；24V时50毫安（有物体 遮挡时内部继电器吸合）输出方式：继电器

8、常开转常闭接点触点容量：3A/250V温度范围：一2570度探测灵敏度：可以电位器调节接法：产品正面有红色LED指示，没有遮挡物体时处于熄灭状态，有遮挡物体时立即点亮， 非常直观，引线长度为100毫米，其中棕色线是正24V，蓝线是电源地线，灰线是继电器触 点的公共端，白线是继电器触点的常闭，黑线是继电器触点的常开触点。优点：反射板反射式光电开关集发射和接收一体化，使用和安装非常方便，精心设计的光路 经过透镜聚焦配合特制的反射板反射，可以达到4米的检测距离，在很多场合可以替代红外 对射，并且采用继电器输出。优点：1）、在红外线反射型传感器的前方或侧面不应有大面积的阻挡物或反射物，以免影响 其正常

9、工作。2）、外界的各种颜色因对红外线的反射效率不同，表现出的检测距离也不一样。 如我们站在红外线反射型传感器的前方，身着浅色（白、灰、黄）和身着深色（黑、蓝、紫） 时会造成检测距离的不同，此属正常现象。3）、红外线反射型传感器的检测距离于工作电压 有关，电压越高距离越远。2、对射式：红外对射式的光谱和内部原理。如图1mm78Dnm5米 对射型光电开关（继电器常开常闭接点输出）检测距离：5米被检测物：直径14.8mm以上的不透明体指向角度：5度发射端工作电压：1030V直流接收端工作电压：1030V直流发射端工作电流：12V时4毫安24V时8毫安接收端工作电流：有遮挡内部继电器吸合：12V时18

10、毫安24V时32毫安20毫安无遮挡：12V时1.5毫安24V时6毫安输出方式：继电器常开转常闭接点触点容量：3A/250V温度范围：一2570度20米红外对射型光电开关（继电器驱动输出）这是一种可以适合室外工作的红外对射开关，具备一定的防水和抗环境光线干扰的性能，检 测距离为20米，直流1224V供电，比较安全，输出是继电器常开转常闭触点，灵活方便。 性能参数：外形尺寸：76*49*30mm红外频率：1.92KHz红外波长：940nm对射距离：有效距离20米，最大距离30米对射夹角：小于正负10度工作温度：-20C70C发射电流：12V时26毫安，24V时35毫安接收电流：27毫安最大负载：继

11、电器可以控制30V以下电流小于1A的负载安装步骤：接收器的上有三个红色的LED指示灯，LED1是电源指示，接通电源就点亮， LED2和LED3是动作指示，没有遮挡物体时LED2熄灭，当有遮挡物体时LED2点亮，同 时继电器切换动作，继电器可以通过输出模式切换跳线帽来切换常开还是常闭模式，默认发 货是常开模式，继电器吸合后通过接线柱输出一个闭合信号，可以用于触发报警器等设备。 LED3是信号强弱指示灯，LED3点亮表示调试正常。安装高度应该离地面大于20厘米，尽 量避免阳光直射的位置，发射和接收器之间距离最好大于2米，并且要垂直放置，接线柱必 须位于下方，防水橡胶密封圈必须安装否则失去防水性能，

12、发射和接收必须处于同一水平线 正对安装，当灵敏度不够时可以尝试取下发射和接收的蘑菇形聚光透镜改善性能。优点：1、由于在接收电路中加入了 AGC控制电路，使得接收灵敏度大大加强。2、本产品外壳采用工程塑料，并加入特殊配方，使得外壳更坚硬，在强烈阳光下曝晒都不 退色，抗老化。3、本产品在电路设计中加入抗干扰功能，使得本产品在阳光直射和大雨、大雾环境下的影 响较少.缺点：红外发射器的工作电压为1224伏直流电压，电压超过26伏会损坏红外发射器，推荐工作 电压为12伏直流。当发射器接通工作电压后，发射板上的红色LED就会点亮。红外发射器的发射距离和它的工作电压密切相关，在12伏直流电压下，对射距离约为

13、10 米左右，在24伏直流工作电压时对射距离为20米。当在大雨、大雾等情况下，距离会减少 30%左右。220V交流50米 红外对射型光电开关（继电器常开/常闭触点输出） 检测距离：50米 被检测物最小直径：5毫米 指向角度：5度 工作电压：220V交流 输出驱动电流：3安 温度范围：一2570度优点：这是国内同规格中对射距离最远的产品，标称距离为50米，实际距离可以达到70 米，采用大透镜优化光路设计，发射和接收端直接使用220V交流电供电，输出为继电器触 点，一组常开转常闭触点，带接线柱，产品上有工作指示灯。长距离红外反射检测传感器红外线反射型传感器实际上是一种一体化的红外线发射、接收器件，

14、它内部包含红外线发 射、接收及信号放大与处理电路，能够以非接触的形式检测出前方一定范围内的人体或物体， 并转换成高电平信号输出。由于红外线反射型传感器内部采用了低功耗器件和抗干扰电路， 所以工作稳定可靠，性能优良，可广泛应用于各种自动检测，自动报警和自动控制等装置中。 如：光电计数器，接近式照明开关，自动干手器，自控水龙头，感应门铃，倒车告警电路。 红外线反射型传感器的外形和引线见上图，外壳的侧面设有状态指示灯和灵敏度调节孔，一 只红色的发光管用来作为状态指示，没有检测到反射物体时熄灭，有反射物时点亮发光。 灵敏度调节孔用来调节反射检测距离，顺时针调距离增大，逆时针调距离减小。红外线反射 型传

15、感器通过一条1.5米的双芯屏蔽线做为输出引线，其中红色线为电源正极，蓝色线为输 出端，黄色接电源负极。蓝色线静态时为低电平，有反射物时输出高电平，最大输出电流大 于3mA。实际应用时，如需加长引出线，可选用相同材质的双芯屏蔽线即可。红外线反射型传感器的电参数：工作电压512V，极限电压15V，工作电流520mA，最 大30mA，对应检测距离为0100 cm。图3反射式传感器的输出内部电路图红外线反射型传感器的输出端内部电路见上图3，由于考虑器件的通用性和输出保护措施，加入了限流保护电路，当外接负载超过额定值时启动保护，自动减小输出电流，以保护组件 和外部负载的安全。当红外线反射型传感器接通电源

16、后，即从模块内部的红外线反射管向前方发射38KHZ的 调制红外线，一旦有物体或人体进入有效范围内时，红外线就会有一部分被反射回来，被与 发射管同排安装的光敏接收管收到并转换成同频率的电信号后，由模块内部电路进行放大， 解调，整形，比较处理后，在输出端给出高电平信号。红外线反射型传感器的检测距离与工作电压密切相关。工作电压越高，红外线反射功率越强， 检测距离就越远；反之，电压低，检测距离就相对较近，还有检测距离和被检测物体的大小 和反射红外线能力密切相关！ 一般来说，颜色淡的物体反射红外线的能力强些，最大检测距 离也会远一些。由于红外线反射型传感器使用了调制技术和采用进口带补偿的抗干扰器件，在一

17、定程度上 解决了抗干扰的问题，如白天、黑夜的灵敏度基本保持一致，这是其它产品所无法比拟的， 但由于未加入密码电路，故在离频闪的日光灯较近距离时（2米以内），红外线反射型传感 器会有同步的输出，使用时请注意回避正对日光灯（不包括用电子变压器启动的日光灯）。 通过以上几个方案并结合实际高架路灯的外部环境得出，方案一中，地感线圈在交叉路口的 实现存在很大的问题，可移动性非常差，不易维修，对路面质量要求非常高，且埋设地的路面易于损坏。方案二中，微波车辆检测要与车道有一定距离，否 则会有盲区，这就会扩大高架的占有空间，这是得不偿失的。方案三中，视频车辆检测在此 处发挥的功能不太大，其主要是对车辆的监控并

18、且识别车辆，一般用于小区、车库以及一些 重要的场所。方案四中，采用的是220V交流电驱动的，简化电路。而且这种类型的对射距 离比较宽，符合高架单车道的要求。不采用反射型主要是因为高架的外侧一般会安装护墙， 这样会影响到反射式的工作精度和准确度。综上所述，我们采用的是方案四中220V交流50 米红外对射型光电开关。附表一、常用车辆检测器的比较信号处理模块：方案一：单运放由普通低温漂运算放大器所构成的信号放大电路。普通低温漂运算放大器构成前级放大电路 会引入大量噪声。由于信号转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最 后的测量精度。方案二：差动放大由高精度低漂移运算放大器构成差动放大

19、器所构成的信号放大电路。差动放大器具有高输入 阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放（如OP07）做成一个差动放大器，如图3所示： 电阻R1、R2和电容C1、C2、C3、C4用于滤除前级的噪声，C1、C2为普通小电容，可以 滤除高频干扰，C3、C4为大的电解电容，主要用于滤除低频噪声。输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器R6可以调 节输出零点，最后一级可以用于微调放大倍数，使输出满足满量程要求。输出级为反向放大 器，所以输出电阻不是很大，比较符合应用要求。图3差动放大电路方案三：光耦隔离光电耦合器（简称光耦）是开关电源电路中常用的器件。光电耦合器分为两种：一种为

20、非线 性光耦，另一种为线性光耦。非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于弄开关信号的传输，不适合于 传输模拟量。线性光耦的电流传输手特性曲线接进直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离 控制。开关电源中常用的光耦是线性光耦。如果使用非线性光耦，有可能使振荡波形变坏，严重时 出现寄生振荡，使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。由此产生的 后果是对彩电，彩显，VCD，DCD等等，将在图像画面上产生干扰。同时电源带负载能力 下降。在彩电，显示器等开关电源维修中如果光耦损坏，一定要用线性光耦代换。常用的4 脚线性光耦有PC817A-C。PC111 TLP521等

21、常用的六脚线性光耦有：TLP632 TLP532 PC614 PC714 PS2031 等。以下是目前市场上常见的高速光藕型号：100K bit/S:Title6N138、6N139、PS87031M bit/S:6N135、6N136、CNW135、CNW136、PS8601、PS8602、PS8701、PS9613、PS9713、CNW4502、HCPL-2503、HCPL-4502、HCPL-2530（双路）、HCPL-2531（双路）10M bit/S:6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611、HCPL-263（双路）、

22、HCPL-2631 （双路）光耦合器的增益被称为晶体管输出器件的电流传输比（CTR），其定义是光电晶体管集电极 电流与LED正向电流的比率（ICE/IF）。光电晶体管集电极电流与VCE有关，即集电极和发SizeDate:File:Number3-Jan-20 12E:文件判设计射极之间的电压。图4检测模块的后级处理电路图由于我们是用光耦来隔离红外主动对射与单片机之间的干扰，我们需要的是类似于开关形式 的。所以我们选择线性光耦。又根据后面选用单片机复位后所有的I/O都是高电平。所以， 为了简化电路的复杂性，我们采用经济适用的8脚、型号为6N136的高速光电耦合器，从 上面资料可以看出，其速度可以

23、达到1M bit/S，符合要求。如上图4为检测模块的后级处理 电路图。方案四：MC4093后级处理模块由四个2输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发功能的2 输入与非门。每个门在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V P)T和下降电压(V N)之差定义为滞后电压( T)。1我们主要用它来稳定检测端接收到信号、消除干扰，能更加精确的体现前级的信号。4图6Title从上面几个处理模块我们可以看出，方案一、方案二都是利用集成运放对信号进行放大，还 要经过A/D转换器才能与单片机进行级联，这对于脉冲式信号无异于是一个弊端。对于方 案四来说，MC4093在处理红外对检测

24、中的反射式、利用光耦隔离无异于是最好的选择，电 路及简单又实用，并且符合我们设计方案的需要。所以，我们选择的是方案三。单片机模块：SizeNumBDate:4-JanFile:E:5选择单片机型号的出发点有以下几个方面：1. 市场货源系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量生产的应用系 统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。2. 单片机性能应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能 达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、 体积和封装形式等方面。影响性能价格比的因素除单片机的性能价格

25、外，还包括硬件和软件 设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。3. 研制周期在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进 行系统的设计。与研制周期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快 系统地研制进程。方案一：由AT89S52构成的单片机模块如图7所示为AT89S52单片机的最小系统，由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构 成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，复位操作则使单片机的片 内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有4K在系

26、统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业+5C130.01uP1 0十pi 1P1 2瑚P1 3P1 4-5-P1 5-6-P1 6十P1 7-8-C.03()P-XTZIU3C-12.0 00MX 2+5 V-1R1410K14U5P1 0P0 0P1 1P0 1P1 2P0 2P1 3P0 3P1 4P0 4P1 5P0 5P1 6P0 6P1 7P0 7INT1P2 0INT0P2 1P2 2T1P2 3T0P2 4P2 5EA/VPP2 6P2 7X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSENAT89S52C 120. 1u3P0 03

27、P0 13P0 23P0 33P0 43P0 53P0 63P0 7101130029P2 0P2 1P2 22P2 32P2 42P2.5P2 62P2 7RXDTXD图7 AT89S52单片机的最小系统80C51产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O 口线，看门狗定 时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。空闲模式下，CPU停止工

28、作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中 断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止， 直到下一个中断或硬件复位为止。而且，它还具有一个看门狗（WDT）定时/计数器，如果 程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复 位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2 个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编 程，亦适于常规编程器。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦

29、 写的Flash存储器可有效地降低开发成本。方案二：由MSP430构成的单片机如图8所示为MSP430单片机的最小系统TuoxP5.5 49_P5650P575TXT2OUT52XT2IN53TDO/TDI54TDI/TDCLK55TMS56TCK57RET58P6059P6760P626TJ 62GND63Ta?64U321436587BOOTSTP1.0P2.2VCC TARGETVCC TOOLU2SIP321436587109121 1TDO/TDITDI/TDCLKTMSTCKGNDRstJTAKB B B B B BLKMOP5.5/SMCLK (LMP5.6/ACLKP5.7/T

30、BOUTHXT2OUTXT2INTDO/TDITDI/TDCLKTMStckRST/MMIP6.0/A0P6.1/A1P6.2/A2AVss DVss AVccU1P3.4/UTXD0TP1PPP B P4P P P P PKLA3 3 4+ P 6/ F*上 |C9 100uU4 AMS1117VinVoutP3.3/UCLK0/SCL P3.2/SOMI0 P3.1/SIMO0/SDA P3.0/SET0 P2.7/TA0P2.6/ADC12CLK/DMAE0 P2.5/Rosc P2.4/CA1/TA2 P2.3/CA0/TA1P2.2/CAOUT/TA0 P2.1/TAINCLK P2

31、.0/ACLK P1.7/TA2 P1.6/TA1 P1.5/TA0NkbERVI 32768C4 12p_L J_+C10 T10u32P3.431P3.33 0P3.229P3.128P3.027P2.726P2.625P2.524P2.423P2.322P2.221P2.120P2.019P1.71 8P1.6P1.5+3VGND图8 MSP430单片机最小系统处理能力强MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰 富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大 量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加

32、多种运算；还有高效的查表处理 指令。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。运算速度快MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据 宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字 信号处理的某些算法（如FFT等）。超低功耗MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的 运行时钟方面都有其独到之处。首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V电压。因而可使其在1MHz的 时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165|iA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有 0.1gAo其

33、次，独特的时钟系统设计。在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系 统、锁频环（FLL和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体 振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生CPU和各功能所 需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的 不同。在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0LPM4）。在实时时钟 模式下，可达2.5gA，在RAM保持模式下，最低可达0.1gA。片内资源丰富MSP430系列单片机的各

34、系列都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0 (Timer_A0)、定时器A1 (Timer_A1)、定时器B0 (Timer_B0)、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位S-A ADC、DMA、 I/O端口、基本定时器(Basic Timer)、实时时钟(RTC)和USB控制器等若干外围模块的 不同组合。其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配 合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器(Timer_A和Timer_B)具有捕获/比较功 能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、

35、时序发生、PWM等；有的器件更具有可 实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用;具有较多的I/O端 口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器 有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶 多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展； 以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。MSP430系列单片机的这些片内外设为 系统的单片解决方案提供了极大的方便。另外，MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。当系 统处于省电

36、的低功耗状态时，中断唤醒只需5四。方便高效的开发环境MSP430系列有OPT型、FLASH型和ROM型三种类型的器件，这些器件的开发手段 不同。对于OPT型和ROM型的器件是使用仿真器开发成功之后烧写或掩膜芯片；对于 FLASH型则有十分方便的开发调试环境，因为器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写 的FLASH存储器，因此采用先下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的 运行，由JTAG接口读取片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。这种方式只需要一 台PC机和一个JTAG调试器，而不需要仿真器和编程器。开发语言有汇编语言和C语 - 1=1。通过以上两种方案的比较论证，方案二功耗

37、低、性能高、价格低及功能齐全。但是，MSP430 的功能太过于强大且存储空间等的各方面都超出了我们的应用范围。而AT89S52虽然功能 不是那么强大，但是其功能也非常健全。在我们应用范围和性价比上是非常适合本课题。所 以在设计中采用AT89S52型单片机，其功耗低、高性能且具有高密度非易失性存储器，可 以满足本系统模块的应用要求。照明模块：方案一：LED灯模块LED是一种具有 高电压控制电路、光控电路、时间控制电路和温度控制电路的高效节能 LED路灯。具有结构简单、效率高、重量轻、安全性能好、节能效果好、无污染、免维护 和寿命长等特征，适用于新建道路照明和旧道路照明灯具节能改造。它原先是由简单

38、的二极 管构成，后来逐渐加入其他元素和材料才有了各种颜色的LED灯。这些都还不足以让其在 市场上占有很大的份额。而白光LED的开发是照明产业的一大里程碑。LED路灯原理1、概述50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960 年。LED是英文light emitting diode (发光二极管)的缩写，它的基本结构是一块电致发 光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线 的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和 n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某

39、些半导体材料的PN结中，注入的少数 载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光 能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理 制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)， 电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱 与电流有关。2、原理：首创散热器与灯壳一体化设计，LED直接与外壳紧密相接，通过外壳散热翼与空气对流散 热，充分保证了 LED路灯50000小时的使用寿命。按照每天工作12个小时计算，其寿命也 在10年以上，维护费用极低；灯壳采用铝合

40、金压铸成型，可以有效的散热和防水、防尘。 灯具表面进行了耐紫外线抗腐蚀处理，整体灯具达到IP65标准；采用二次配光设计，针对 性地将LED发出的光控制在需要范围内，提高了灯具出光效果的均匀性和光能的利用率， 更能凸显LED路灯节能优点。与传统的钠灯相比，可节电60%以上。3、特点：无不良眩光、无频闪。消除了普通路灯不良眩光所引起的刺眼、视觉疲劳与视线干扰，提高 驾驶的安全性;启动无延时，通电即达正常亮度，无须等待，消除了传统路灯长时间的启动 过程；绿色环保无污染：不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染；与太阳能结合是 绝好搭档，充分发挥LED直流低压工作与节能环保的优点，太阳能电池板与LED

41、光源相结 合，为客户实现最佳性价比和高可靠性。4、适用场所：城市道路、人行道、广场、学校、公园、庭院、居住区、高架，厂区以及其他需要室外照明 的场所。其他1、高压钠灯与模组LED1) 功率：一般来说，75W的LED模组就可以代替250W的高压钠灯，而150W的LED模组就可以 代替400W的高压钠灯。从这里就可以看出，若实行全面的LED模组代替高压钠灯，那么 每年会为国家节省电能达上亿元。2) 其他方面诸如配光性能、散热性能、电气性能、使用寿命等等。选型：选型条件：由于在前面，已经论证了 150W的LED模组可以代替400W的高压钠灯。串联 的LED数应当少于10个，这是因为作为LED灯具，有

42、一个安规上的要求。根据欧盟IEC 61347-2-13 (5/2006)标准，针对采用直流或交流供电的LED模块要求在LED灯具中的电压 不得超过最大安全特低电压(SELV)，也就是其工作输出电压W25 Vrms (35.3 Vdc),所以串联 的LED总数不得超过10个。而作为路灯，为了修理更换方便通常采用LED模块，每一个 模块通常设计成长方形，恒流模块也设计在其中。建议每个模块的功率小于30W。这样， 在100W左右的路灯采用3-4个LED模块，而150WLED路灯，则采用5-6个LED模块。 再大功率则可以用7-8个模块。选型结果：根据前面的条件可以看出，我们选用的是3W的LED，将每

43、十个LED分为一组， 共需要五组来组成一个150W的路灯(如果是较窄的高架，我们可以用3组共75W的路灯 代替250W的高压钠灯)。所以，我们最终选用的是3W、十个为一组、共五组的LED模组 来实现单个高架路灯的照明。LED驱动源模块：恒流模块的性能和特点普通的稳压电源是在负载变化时，输出电压不变。而恒流模块是一种在输入电压变化时保持 输出电流恒定的一种电源。在使用前，必须了解它的各种特点。1. 电流的设定：一般恒流模块的输出电流都可以在很大的范围内根据用户的要求来调节， 只要简单地改变一下输出电流设定电阻就可以了。2. 类型：恒流模块有升压型、降压型和升降压型三种。选择哪一种完全是由所要求的

44、输入 电压和输出电压之间的关系而决定的。但是如果从得到最大效率的观点出发，那么就应该选 择降压型。降压型就是输入的电压比较高。所以输入的电流就比较小，这样由铜损所引起的 损耗就比较小，而降压型的恒流模块通常有较高的效率。所以，也一定要把负载中串联的 LED数目尽量减少，以便能够采用降压型的恒流驱动模块。3. 输入电压和输出电压的关系不管是升压型还是降压型恒流模块，其升压比或降压比都是越接近1时效率越高。当然也不 能等于1，而必须留出2-3V给恒流模块消耗。而这完全是由路灯的整灯设计所决定的。所 以在进行路灯的总体设计时就必须考虑这个因素来选择电源电压和负载串联的LED个数。 而不是设计好了再来

45、要求恒流模块必须提供多高的效率。4. 调光能力：恒流模块通常都具有调光能力，而且这种调光能力并不是简单地调节其输出 电流，而是采用一种称之为脉宽调制（PWM）的调光方法，它利用了LED的快速开关能力 和人眼的视觉残留，使得看上去的亮度发生了变化。从而避免了因为调节电流而产生的色谱 的变化。这种调光能力在路灯设计中是非常重要的，因为利用这种性能可以使路灯的亮度根 据交通流量来变化，从而进一步实现了节能的目的。比较：下面我们分太阳能LED路灯和市电LED路灯两种情况来讨论。太阳能LED路灯的最大特点就是它通常是由蓄电池供电的，而蓄电池有一些特点是需要考 虑的：1、蓄电池只有几种规定的电压，12V是

46、最常使用的，因为它是汽车电池的标准电压24V 就需要用两个串联。36V就更少见了。为此，在太阳能LED路灯中经常需要采用升压型的 恒流驱动模块。这就影响了恒流模块的效率。2、在太阳能路灯中另一个需要考虑的问题是输入电压的变化对于恒流源的输出功率和效率来说，要得到最高的效率就要保持输入和输出电压的比值越接 近1越好。但是如果输入电压不稳。那么就很难保持在最高效率的最佳状态。太阳能LED 路灯系统通常采用蓄电池作为能量储存单元。而蓄电池在刚充满电和快放完电的时候电压会 有较大的变化。通常这种变化超过30%以上。例如对于12V的蓄电池，其输出电压可以在 14.8V变化到10.8V。当然对于恒流模块来

47、说，这样的变化是完全可以承受的。也就是完全 可以在这样大的变化范围内保持其输出电流的恒定。但是这也是有代价的，那就是不能工作 于最佳状态。所谓最佳状态就是指效率最高的状态。或是输出功率最高的状态。对于恒流模块来说，不管是升压型还是降压型，只有当输出电压最接近输入电压的时候，效 率最高。通常输出电压是由负载决定的，是很少变化的。所以当输入电压在一个范围内变化 时，它的效率也跟着变化。为了保证在最坏情况下也能工作，就不能工作在最佳状态了！ 选型：根据LED灯的设计规则和恒流源的选用，我们可以选用输入为交流220V，输出为3.3V-60V、 功率为30W （3WLED3.2v电流在480ma左右，3

48、.3V电流在750ma左右）。原理图如下。B如图所示，先将220V交流电经过变压器降压变为72V的交流电，然后经过桥式整流（电桥） 变为1.1倍的输入电压，然后经过两次电容滤波成为一个脉动很小的直流电压，然后经过降 压型高效率LED恒流驱动芯片输出电流为750mA电压为3.3V-60V，最后在输出端并联一 个小电容滤波，大电容保护前级芯片。这样就构成了可以驱动30W的LED模块，使其正常 发光。R ev is :太阳能路灯一般需要采用升压型的恒流驱动模块，这就影响了恒流模块的效率。另一个就是 太阳能路灯无法正常的工作在最佳的工作状态，这是另一个缺陷。而利用市电经过一系列的SizeN u mb er变换、降压、恒流和反馈，我们可以是路灯工作在最佳状态，达到最佳的利用效率。所dB以，5E2012She、 I FS、 I UIU 顷少、已、， J匹厂八，3， |刀2/八 I 。 / 1闵/ E: 文件、毕业设计、外围电路LED 恒流模块、QDQndB”：驱动源我们选择的是基于XL8002的横流模块。456