模拟路灯控制系统论文

1、模拟路灯控制系统摘要系统采用STC125612AD单片机为控制核心，通过内置的 PWM产生LED路灯的调 光控制信号，以CE9910芯片为核心构成恒流源电路，以PCF8563时钟芯片产生高精度的时间信息。通过光敏电阻检测电路检测环境光线的变化。在路面两侧分别安装红外发 射管和红外接收头，检测过往物体，并自动控制路灯的亮灭，利用语音录放芯片实现故 障的语音播报。AbstractSystem selects STC125612AD as controller, dimming LED lamp control signal is produced by internal PWM of MCU, a

2、nd the constant current source circuituses CE9910 as its core. System uses PCF8563 clock chip produces high-precision time information. Through the photosensitive resistance detection circuit detects ambient light changes. IR LED and IR receiver are installed on both sides of the road to test the pa

3、st objects and uses voice record/playback chip to broadcast the voice of fault.一、方案比拟与论证1、单片机的选择与论证方案一：使用 AT89S51 单片机采用传统的AT89S51作为控制核心。AT89S51单片机具有价格低廉使用简单等特点， 但其运算速度较低，功能比拟单一。方案二：使用STC12C5612单片机采用STC12C5612AD单片机。该单片机具有超强的抗静电，抗宽电压电源抖动，抗 温度影响能力。超低功耗，宽电压，高速度，速度比普通 8051 快 812 倍。内置 PWM 功能，可以直接对 LED 灯亮度

4、进展控制。由于需要产生 PWM 信号，需要较强的抗干扰能力，故采用方案二。2、时钟功能实现与论证方案一：选用单片机内部定时器采用单片机内部定时产生时间，需占用较多的单片机资源，且时间不准确，在掉电 时数据会丧失。方案二：选用PCF8563时钟芯片采用PCF8563时钟芯片产生时间，可以产生准确的时间，通过给时钟芯片加备用电池，具有掉电保护功能。为了使实际的作品能够更贴近实际产品的应用，采用方案二。3、LED 灯恒流驱动电源的设计与论证方案一：采用 LM317 恒流源电路以 LM317 为核心，构成输出电流可调的恒流源电路 ,该方案元件较为常见，而且价 格廉价。但是在实际应用中由于三端集成稳压电

5、路功耗较大，需安装足够大的散热片进 展散热，且稳压性能随温度变化大，损耗大，且不易进展 PWM 调节。方案二：采用CE9910恒流源电路采用 C E99 1 0芯片为核心，构成输出电流可调的恒流源电路，效率高达 90，能表 达节能的理念。斜坡补偿电流模式 PWM 同步降压型转换器可实现输出可调电流，价格也比拟廉价在损耗节能上CE9910比CW7805要优越的多，而且CE9910可以用PWM实现输出 电流可调，所以采用方案二。4、物体经过检测方案的设计与论证方案一：采用霍尔传感器在路面上安装霍尔传感器，当有金属物体通过的时候它可以检测到磁场的变化从而 检测到物体，再把信号传送给单片机，由单片机发

6、出指令去控制灯的开关。方案二：采用红外发射接收电路在公路的两边，正对的安装红外发射与接收TL0038红外接收头的传感器，当 有物体通过的时候发射光会被物体所遮挡，此时接收端没有接收到信号，再把当前状态 信号传给单片机，由单片机发出指令去控制灯的开关。霍尔传感器由于受物体性质材料的限制，会影响灵敏度。所以采用方案二。二、系统硬件设计与实现1、系统总体设计图1系统总体组成框图系统总体组成框图如图1所示，本系统包括键盘输入电路、PCF8563实时时钟电路、光敏电阻采样电路、红外发射电路、红外接收电路、电流采样电路、ST7920液晶显示电路、PWM调光电路、声光报警电路、从单片机驱动语音录放电路等组成

7、，系统以STC12C5612单片机作为主控芯片，完成所有电路模块的检测和驱动功能。2、红外发射电路的设计与计算系统要求对移动物体进展检测，设计中采用了对红外发射和接收方案进展检测，将红外发射信号的频率调制到38KHZ上，这样才能与一体化红外接收头的频率相匹配c38KHZ的信号可以通过单片机直接产生也可以通过外围电路产生，在设计中为了降低对单片机资源的占用，采用由与非门电路构成的RC振荡电路产生振荡信号。振荡频率计算如下：2.2R2C，R2c12.2fI63 12 102.2 38 10选择电阻R2为1K Q ,那么电容C为12nF。红外发射电路如图2所示图2红外发射电路3、恒流源及采样放大电路

8、的设计与计算图3恒流源及采样放大电路系统采用CE9910乍为恒流源电路的主芯片，CE991C是一种采用1.5MHz恒定频率、斜坡 补偿电流模式PWM同步降压型转换器，可实现可调输出电流。内部同步开关提高了效 率，并免除了增设一个外部肖特基二极管的需要。CE991C可使用单节锂离子电池供电，向负载提供达1A的驱动能力。LED电流可以通过一个外部电流感应电阻来设置。100mV 低反应电压减少了功率损耗，更好地提高了效率。恒流源及采样放大电路如图3所示。系统设计的LED灯的额定电流为350mA,那么采样电路Rs的大小为：RsUs100mV350mA0.3为了方便故障的经检测，将反应电阻上的电压通过运

9、放进展放大,LM358构成的同相比例运放电路的电压放大倍数为:AU51K1K51经放大后的电压到达单片机的高电平要求。正常工作时，运放输出为高电平，当LED等出现故障损坏时，由于反应电压为 0V,运放输出的电压为低电平。4、ST7920液晶显示接口电路图4单片机与液晶模块的接口图系统采用ST7920的128X 64液晶显示模块作为显示器件，该模块内置了汉字字库，并 由串行和并行两种接口方式，由模块的PSB引脚控制，当PSB接地时为串行，接电源时为并行，在本系统设计中采用了串行的接口方式，所以将PSB口接地。单片机与ST7920 液晶模块的接口图如图4所示。5、ISD4002语音报警在系统设计中

10、除了采用声光报警之外，对报警方式进展了发挥，采用ISD4002语音模块实现语音报警功能。ISD4002语音录放芯片采用2.73.3V单电源供电。采用直接模 拟量存贮技术，音质好，信息存放在芯片内部FLASHRAM中，抗断电，无需专用语音开发工具，能随意更改内容和耗电省等优点。录放时间为2分钟即120秒，通过SPI接口形式与微控制器配合使用，实现分段录音和播放功能。三、系统软件设计1、系统软件总体设计在软件设计中，将系统分成五个功能模块，通过按键进展功能的选择和退出，每个功能都有对应的显示界面，由 ST7920液晶模块进展显示。系统的主程序流程图如图5所示。图5主程序流程图2多级菜单的设计与实现

11、本系统设计的一大特色就是在于分级菜单界面的设计，每个界面对应一个功能，由按键可轻易实现设置和切换，每个界面的设计如图6所示功能界面一 当前时间：- 开灯时间：- 关灯时间：-功能二界面二光线状况：灯状况 ：功能界面三物体位置： 灯1状况： 灯2状况：功能界面四灯1状况灯2状况灯1开灯. 灯1关灯.灯2开灯.灯2关灯.功能界面五功率设置：图6多级菜单界面图3、PWM信号占空比的调节STC12C5612单片机内置PWM调制功能。此功能通过比拟定时器的低字节和定时标志存放器的低字节在模块相应的管脚上输出 PWM调制信号，当CL < CCAPnL时输出值为低，当CL >= CCAPnL时，

12、输出值为高。脉宽调制模块使用PCA定时器时，CCAPMn存放器的PWMn和En位必须置位。当PWMn=1时，使能CEXn脚作用脉宽调节输出在程序中只需要改变CCAPnL的值，就可以实现PWM信号占空比的调整。4、语音播报故障灯号的软件设计在系统设计中，由从单片机控制语音录放芯片ISD4002实现故障灯号的语音播报。ISD4002语音录放芯片里预先录制了三段报警信息，分别为“灯一故障，请检修、“灯二故障，请检修、“灯一灯二故障，请检修等。当主单片机检测到灯出现故障时， 通过串口向从单片机发送故障灯号，从单片机对接收的数据进展处理，并向ISD4002芯片发送播放对应故障语音信息的命令，这样语音录放

13、芯片就可以在灯出现故障时自动的播放对应的语音报警信息。语音播报模块与单片机的接口图如图7所示主 STC12C5612单片机从 STC12C5612单片机ISD4002语音录放模块图7语音播报模块与单片机接口图四、数据测试与分析1、物体移动自动调节灯亮状态测试表1物体移动与自动调节灯亮灭测试表向左SBS'向右S'BS定位点与亮灯状态变换点的距离1mm1mm1mm定位点与亮 灯状态变换 点的距离1mm1mm1mm灯状态灯1亮灯2灭灯1灭灯2亮灯1灭灯2灭灯状态灯1灭灯2亮灯1亮灯2灭灯1灭灯2灭如上表格数据可知误差只有1mm,超过了题目的精度要求2、设定开关灯时间与实际开关灯时间比照测试表2设定开关灯时间与实际开关灯时间比照测试表设定开灯时间12:10:10实际开灯时间12:10:10设定关灯时间13:10:10实际关灯时间13:10:10如上表格数据可知误差几乎为零3、设定输出功率与实际输出电流的比照表3设定输出功率与实际输出电流的比照表设定输出占空比实际输出电流20%66 mA40%130 mA60%200 mA80%260 mA100%310 mA设定的功率是通过对信号的占空比进展设置的，