路灯控制课程设计

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1、南京工程学院课程设计任务书 课 程 名 称 检测技术及系统课程设计 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气091 起 止 日 期 12.6.1112.6.22 指 导 教 师 许大宇 1课程设计应达到的目的通过对本课程的设计，使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术，了解国内外对这些工程量进行测控的系统组建原理，通过对检测系统的设计与分析，增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力,逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。2课程设计题目及要求题目：路灯控制系统设计要求：（1）检测控制亮度范围：0100Lux,根据环境亮暗程度控

2、制路灯开关状态；（2）根据题意，明确路灯控制系统性能指标及其能完成的功能；（3）根据系统要求，选择合适的传感器（尽量选择实验室中已有的传感器）；（4）设计传感器测量电路；（5）选择单片机的品种、型号，设计单片机的外围测量电路；（6）计算有关的电路参数，有条件的情况下，根据实验室现有设备进行实验数据的测取，明确测量电路输出与被测非电量的关系；（7）画出系统原理框图（此部分放在说明书的开始）；（8）画出系统电路图，最好用PROTEL画；（9）在说明书中详细说明本系统工作原理。3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求(1) 给出设计说明书一份；(2) 有条件的情况下尽

3、量给出必要的实验数据；(3) 在说明书中附上完整的系统电路原理图（手画或用PROTEL画）。4主要参考文献1、 李现明，吴皓编著.自动检测技术.北京：机械工业出版社，20092、 徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京：机械工业出版社.20013、 陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京：人民邮电出版社.20005课程设计进度安排起 止 日 期工 作 内 容12年6月11日布置设计任务，熟悉课题，查找资料；12年6月12日结合测控对象，选择合适的传感器，理解传感器性能；12年6月13日设计传感器测量电路，选择合适的单片机，设计其外围电路；12年6月14日设计电路参数，有条件情况下，在实验室进

4、行实验，进一步理解测量电路输入输出关系；12年6月15日继续设计论证电路参数，完善系统设计方案；12年 6月 18日查找资料，理解系统各部分工作原理；12年 6月 19日理清系统说明要点，着手设计说明书的书写；12年 6月 20日书写设计说明书，充分理解系统每一部分作用；12年 6月 21日完善设计说明书，准备设计答辩。12年 6月 22日设计答辩。6成绩考核办法平时表现30%，设计成果40%，答辩表现30%.教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日院（系、部、中心）意见：主管领导签字： 年 月 日目录1模拟路灯控制系统的功能62系统硬件设计62.1系统硬件设计总体框架62.2光线采集模块

5、设计72.3 时钟模块设计82.4 灯泡显示电路9 2.5 复位电路103. 系统的流程图114. 实验原理及体会125. 参考资料136. 总体图13 随着数字技术和网络技术的发展，路灯数字化和网络化已经成为一种必然趋势。城市的扩大，路灯数量的迅速增长，人工控制方式在故障实时监控处理、按需控制、节能等方面已越来越不能适合城市的发展。因此对于路灯所采取的智能控制和节能措施已经非常有意义。1 模拟路灯控制系统的功能本系统以LED路灯为控制系统的研究对象。以AT89C51单片机为控制核心，设计了一个路灯自动控制系统。该系统利用时钟芯片DSl302计时，根据当地天黑天亮的时间对单片机进行编程设定，从

6、而实现对路灯开关状态的时间控制；由光敏器件对环境光照度的采集，将采集信号送给单片机，当白天天气恶劣光线昏暗时，打开路灯照明。2 系统硬件设计2.1系统硬件设计总体框架 系统硬件模块包含：单片机控制模块，采用AT89SC51；时钟控制模块，采用DS1302时钟芯片；传感器模块，采用光敏检测实现对周围环境光照度的采样系统总体框架如图一：时钟模块灯泡显示模块单片机控制模块光照度检测图一 系统模块框架2.2光线采集模块设计 光线采集模块通过光敏电阻Rl对外部光线进行采样，将采集到的模拟信号通过ADC0832芯片转换成数字信号，送单片机进行处理，执行相应的控制命令，其电路设计如图二所示。图二 光线采集电

7、路光敏电阻一般用于光的测量、光的控制和光的转换（将光的变化转化为电的变化）。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（及光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。所以光敏电阻，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换，通过ADC0832器件进行模数转换后提供给单片机。AT89C51按照预设的方案实现如下光控路灯开关功能：自动测光，白天(或光线强时)路灯熄灭，夜晚(或光线暗时)路灯自动点亮；感光度可调，可根据需要调节在任意光线下工作

8、。2.3时钟模块设计在本系统中，时钟采用一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片DSl302，它可以对年、月、周、日、时、分、秒进行计时，并具有闰年补偿功能。如图三所示，Vcc1 为后备电源，Vcc2 为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由两者中的较大者供电。X1和X2是振荡源，外接晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。I/O为串行输入输出端（双向）。而SCLK始终是输入端。DSl302与CPU同步串行通讯，接口只需三根线：RST、I/O、SCLK控制方式，主控电路利用时钟模块电路产生时钟及定时等功能，从而实现分路路灯开

9、关进行定时控制，其原理图如图三所示：图三 DSl302时钟电路AT89C51单片机根据时钟芯片DSl302提供时钟信号，根据当地的光照度，按照下列时段实现时控开关灯：冬季时间：傍晚18：00开灯，次日早晨6：30关灯：春秋季时间：傍晚18：30开灯，次日早晨6：00关灯；夏季时间：傍晚20：00开灯，次日早晨5：00关灯。这个时段可动态修改，修改操作在上位机完成，通过通信模块将指令写入AT89C51芯片内，随即就改变了时控开关灯的工作时段。2.4 灯泡显示电路 本电路是通过继电器驱动电灯泡。继电器是一种电控制器件，具有控制系统（输入回路）和被控制系统（输出回路）之间的互动关系，实际上就是用小电

10、流控制大电流运作的一种“自动开关”，在电路中起着自动调节、安全保护、电路转换等作用。当流入继电器的电流乘以继电器的标称电阻达到其标称电压时，继电器就在磁场作用下将原先悬置的开关拉到另一个开关处，即由“常开触点”到“常闭触点”。电路中，因为单片机输出口的电流很小，无法驱动继电器，所以在继电器输入端应该接一个PNP三极管，用来放大电流，驱动继电器工作。而为了保护此三极管的正常工作，还应在三极管的输出端（集电极）加上一个二极管用来保护三极管不被过流击穿，此二极管在实际应用中非常重要。灯泡显示电路设计如图四所示。图四 灯泡显示电路 2.5 复位电路 所谓复位，就是指单片机CPU和系统中有关部件都处于一

11、个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位方式主要有上电复位和按钮手动复位两种。 如图五中的电路是由上电复位和按钮复位两种功能。此电路是电平复位电路，当单片机上电时，电路通过电容C充电瞬间加给RST引脚一个高电平脉冲，可使复位有效；单片机工作运行后，按下按钮是使电容处于个短路电路中释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的，也可以使系统复位完成。图五 复位电路3 系统的流程图环境光线变暗开始LED灯点亮LED灯熄灭环境光线变暗系统初始化显示时钟，开关灯显示环境明暗检测4 实验原理及体会4.1 原理现就采用光敏元件设计光控照明电路作如下分析： 电路原理：利用光敏元件随光照强度的变化而阻

12、抗发生变化的特点，去控制电信号的强弱，再由传感器将变化的电信号传递给触发器，只要电信号强度达到一定程度将触发触发器使其导通工作。光控照明电路其主要功能是实现当外界光照强度降低到一定程度时，使照明电路导通工作。就其方案而言多种多样，但我们在设计时必须要考虑方案的可行性，稳定性以及元器件的灵敏度，尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的这样电路功能才能较容易实现，为此我们在设计光控电路时，不但要尽量使电路结构简化，而且要使电路功能强，功能的实现要可靠稳定。 延时电路电路原理：利用电子计数器的原理实现定时功能。延时电路说白了就是一个计数器，其构成方案一般有三种：硬件构成；软件构成；软硬相结合构成；对于由硬件

13、构成的定时器，一般是用改变R、C元件值控制定时的，其效率较高，但灵活性，通用性较差如555定时器；而由软件构成的定时器是用执行一段程序来实现定时的，其灵活性通用性较高，但效率较差；故现在设计定时器一般都是采用软硬相结合的方法集两者之长通过编程设定不同的延时常数，而由硬件控制定时过程，其效率和灵活性都得到了较大的提高。如大规模集成电路可编程计数器8253，51单片机通过编程构成计数器等。在一个实际的电路中延时不是主要目的，而主要目的是为了完善电路功能。故作为一个延时电路，在整个电路中其应在延时结束后能发出一个结束信号，控制电路是否继续工作下去。所以前述声控，光控电路尽管也能实现控制电路的功能，但

14、其功能是不完善的，为此应对其进行改进有三种方案可行：声控延时；光控延时；声光联控延时；此三种方案可用于不同的场合，现就第三种方案加以事例进行分析。4.2 体会从刚接到课程设计课题：我首先是查找一些相关的书籍及资料，并根据实际情况拟定设计方案，从而达到优化方案。在研究设计电路时，最难的是调试了，但在老师和同学的帮助下使得本次设计达到了预定的要求。同时，通过这次毕业设计，在各个方面都有了很大的提高，特别是在理论和实践结合方面使我受益匪浅，使我大学里学习的理论知识在根本上得到一次最完整的实践和提高。也为我即将面临的工作奠定了很好的基础。在本次毕业设计中深深认识到自己的各个方面的不足之处，测四年所学知识的目的，每一环节都认真对待，定期向知道老师报告进展情况和请教不懂的地方，得以完成任务。在以后的工作中，我必须进一步深化在实践中去丰富理论，完善知识结构。由于环境条件的影响，理论与实践还是有一定的差距，这也要求我们在实践中注意检验的积累。5 参考资料 （1）彭琳茹.基于单片机的模拟路灯控制系统； （2）李升主编.单片机原理与接口技术； （3）王虎城，周晋军，皮依标，叶振华.基于光传感器和单片机的校园路灯控制系统设计6 完整电路图15