光线自动检测路灯照明控制系统设计(共15页)

1、华侨大学厦门工学院“工程设计导论(do ln)”总结报告 设计(shj)课题：光线自动检测路灯(ldng)照明控制系统设计 指导老师： 专业班级： 姓名学号： 2013 年 12 月 16日光线自动检测路灯照明(zhomng)控制系统设计(shj)摘要(zhiyo):本文是关于光线自动检测路灯照明控制系统设计整个设计中采取CDIO工程模式，即：光线自动检测系统的构思、软件和硬件电路的设计、光检测功能与实品的制作实现，实际过程的检验运作。系统以AT89C52单片机为主要控制芯片，采用DS1302时钟芯片和MI3-P光敏传感器。系统的硬件电路设计主要包括时钟模块、光检测模块、电源模块、电池电量监控

2、模块、LED模块。系统通过已设定好主程序的AT89C52单片机跟电池监控器和时钟设置器间进行信号传递，并控制灯控制电路、电源控制电路实现整个系统核心部分的运行。关键词:LED灯，时钟芯片，光敏传感器，单片机目 录第1章 绪论(xln)11.1课题(kt)背景及研究意义11.2 国内外现状(xinzhung)11.3课题的设计目的21.4课题设计的任务与要求2第2章 系统总体方案的设计22.1系统设计思路32.2系统框图设计32.3各模块的比较与选择32.3.1单片机的选择32.3.2 LED灯的选择42.3.3时钟芯片的选择42.3.4光敏传感器的选择42.3.5太阳能电池板的选择4第3章 硬

3、件电路设计53.1单片机接口设计53.2电池监控器设计53.3光敏传感器MI3-P电路设计 63.4电源电路设计63.5 LED电路设计7结论与展望 8参考文献 8附录(fl) 9致谢(zh xi)词 10光线自动检测路灯照明控制系统设计 第1章 绪论(xln)1.1课题背景(bijng)及研究意义当人们有了夜晚出行的需求时，便出现了道路照明。近代道路照明始于白炽灯的出现。道路照明是随着时代的发展、科技的进步(jnb)和人们生活水平的不断提高而发展的。从人们仅要求照明路面察觉道路的情况，到帮助人们识别道路是行人还是障碍物，再到帮助机动车和非机动车驾驶者辨别行人的特征等。道路照明的根本目的是在于

4、为驾驶员和行人提供良好的视觉条件，指引他们行进，以便提高交通效率，降低夜间的交通事故和犯罪，同时帮助行人看清周围环境，辨别方向。随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们在夜间到户外休闲、购物、观光等活动越来越多，良好的道路照明也起到丰富生活、繁荣经济和提升城市形象的作用。随着时代的发展，城市现代化建设步伐不断加快，对路灯是城市照明工程的主要组成部分，在夜晚，路灯的照明起到非常重要的作用。但是路灯在起着重要作用的同时，也在消耗着大量的能源。本课题的研究目的在于设计出一种路灯节能控制系统，能够有效地解决现阶段路灯照明存在的几点不足，其意义在于：第一，为城市路灯交通提供一种科学有效的方案，保

5、证路灯照明的有效性与安全性；第二，有效利用电力资源，尽量避免电力资源的浪费；第三，提高了城市基础设施管理水平，在改善城市道路照明质量的同时，节省人力物力财力.1.2国内外现状近年来，各种各样的节能路灯正面向国内外市场开展而来，其性能也在不断的提高。国内节能路灯的发展已经比较成熟，我国已经完全掌握了这方面的技术，拥有自主的研发能力。节能路灯已不再是高耗电、易损坏的传统路灯，它已经向着多功能化和智能化的方向发展。如现在一些城市用的太阳能路灯，利用太阳能电池板在白天吸收光能，然后存储在蓄电池里面，等夜晚的时候再将白天存储的电能供给灯发光来实现节能这一效果，一些智能节能路灯还可以自动检测线路故障出处，

6、另外还有利用光敏电阻来实现白天跟夜晚的自动关闭和接通路灯等一些向着节能方面发展的新功能。也许现在(xinzi)的一些节能路灯应用的还不是很广泛，考虑到研发和制造的成本问题，不能短期内实现国内完全(wnqun)普遍，但随着节能减排这一理念逐渐受到人们的强烈关注。节能路灯(ldng)产业必将迅猛发展，在不久的将来将能够实现普遍化，对日益短缺的能源起了进一步的缓解的重要作用。1.3课题的设计目的学习学科专业的核心基础知识，熟悉了解本学科专业的内涵。引进学习CDIO国际先进教育理念与工程教育模式并用于本课程实践。学习掌握电气电子工程设计的主要方法（模块化设计）。熟悉掌握典型电气/电子系统的结构框图以及

7、各个模块的基本原理与功能作用。以一个具体系统设计为载体，以自学小组研讨为主开展工程设计，重点学习工程设计方法，体验工程设计系过程，明确作为未来工程师应具备的基本“知识、能力、素质”。1.4课题的任务与要求利用安装在路灯上的光敏电阻对光照的敏感程度来实现白天或光线较亮的情况下，自动关闭，在晚上或光线较暗时，自动开启路灯的控制。另外光线较亮的情况下，自动关闭，在晚上或光线较暗时，自动开启路灯的控，利用太阳能电池板在白天的时候对蓄电池进行充电，晚上的时候对利用安装在路灯上的光敏电阻对光照的敏感程度来实现白天或LED灯进行供电。2.了解一些光控路灯的方法，以及它们的优缺点，通过相互对比，确定设计方案，

8、并对所用传感器进行适当的选择，同时加以电路的设计与分析，完成设计任务。第2章 系统(xtng)总体方案的设计2.1系统设计(shj)思路1.针对这个设计可将系统分为以下几个基本模块：发光(f un)模块、光线检测模块，计时模块，电池电量监控模块。 2.利用AT89C52单片机对光敏电阻收到的光信号进行处理，检测是否有光，无光时作为路灯的LED灯点亮，有光时LED灯熄灭。计时模块中的时钟设置器可以让路灯在设定的时间内自动开启和熄灭。通过电池电量监控，可实现在蓄电池电量不足的情况下，自动开启外部电源对系统进行及时供电。2.2系统框图设计设计使用AT89C52单片机为主控芯片，并由单片机来控制各个电

9、路模块，从而实现整个系统的运行。图2.2 系统框图2.3各模块的比较与选择2.3.1单片机的选择采用(ciyng)AT89C52，是一个低电压，高性能 HYPERLINK /view/22318.htm CMOS 8位单片机，片内含(ni hn)8k bytes的可反复擦写的 HYPERLINK /view/7641.htm Flash只读程序(chngx)存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ HYPERLINK /view/3558.htm RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51 HYPERLINK /view/178189.htm

10、指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash HYPERLINK /view/1223079.htm 存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。2.3.2 LED灯的选择采用单颗大功率LED（30W100W）作为光源，运用独特的多颗芯片集成式单模组光源设计，选用进口高亮度半导体晶片；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。2.3.3时钟芯片的选择选择DS12C887。DS12C887 HYPERLINK /view/1031

11、044.htm 实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪 HYPERLINK /view/6159.htm 寄存器，从而利用硬件电路解决了“千年”问题。2.3.4光敏传感器的选择选择MI3-P光敏传感器。因为此光敏传感器具有代替光敏电阻的特性，可以随光照度变化线性输出。并且低暗电流，低工作照度，有一定的温度稳定性。符合RoHS指令（无铅/无镉）。2.3.5太阳能电池板的选择采用(ciyng)非晶硅薄膜太阳

12、能电池(dinch)板。首先考虑到它的造价成本比其他的太阳能电池板要低得多；能够发出更多的电力：在阳光充足的月份，也就是说在较高的环境温度下，非晶硅太阳电池组件能表现出更优异的发电性能；具有更好的弱光响应(xingyng)特性；拥有优异的高温性能，不容易受外界温度的影响。第3章 硬件电路设计3.1单片机接口设计本次设计是以AT89C52单片机为控制核心，我们需要使用单片机上的P0端口进行光敏编码，所以在光检测电路上使用单片机上的P3.3I/O口。74HC138译码器使用单片机P1口进行控制，另外3个三极管使用单片机的P2.0-P2.1进行控制。时钟芯片DS1302需要3个I/O口，使用单片机的

13、P3.4-P3.6进行控制。光敏传感器LXD3526需要1个I/O口，使用单片机的P2.3对其进行控制。LED灯与电源开关电路接通与否需要4个I/O口，使用单片机的P2.4-P2.7进行控制。 图3.1单片机接口3.2电池监控器设计电池监控器的原理：如图3.2所示，当蓄电池电压降至10.5V以下，LED不亮。当TL431的1端电压大于2.5V时，TL431的3-2端导通，R3的电压大于LED的导通电压，LED导通发亮。图3.2 电池(dinch)监控器3.3光敏传感器MI3-P电路(dinl)设计(shj)如图3.3所示为光敏传感器电路，采用MI3-P光敏传感器为检测元件。其中的光敏检测主要检

14、测光线的强度是否要开关路灯。光敏检测电路主要利用光敏电阻的感光特性进行工作。当白天光照射到光敏电阻时，光敏电阻的阻值降低，输入端电压随之降低，通过光电转换电路将信号传给单片机，即提供给单片机一高电平，控制LED灯关闭。当弱光或无光照时(晚上)，由于光敏电阻的暗电阻很大，输入端电压较高，使得光电转换电路输出为低电平，单片机控制LED灯的自动开启。 图3.3 光敏传感器电路3.4电源(dinyun)电路设计本系统中采用(ciyng)常用的稳压器78L05来实现+5v稳压电源。利用变压器将输入端的220V电压转换为8V的电压，然后供给控制电路使用。其电路图如图3.4所示。 图3.4 电源(dinyu

15、n)电路3.5 LED电路设计本系统LED电路设计如图3.5所示，利用电容C4和C5来保持电压输出回路的稳定，通过三极管IRF3205对输出电压和电流进行放大，然后流入D3所在回路，使LED灯发光。图3.5 LED电路图结论(jiln)与展望我们在整个设计制作过程中，始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重(bngzhng)的原则，我们采取了诸多的有效措施，基本完成了设计题目所规定的指标和要求，而且对于有些指标进行了扩展设计，功能提高。同时考虑到性价比和人机互动，简化电路，改善显示界面，优化整机构造，提出更人性化的设计。自动检测路灯照明控制系统是我们小组成员互相合作、共同努

16、力完成的一个项目，虽然在设计制作过程中遇到很多的麻烦和困难，例如，采用蓄电池仍存在诸多弊端，首先因充电次数限制其寿命的长短；其次，化学结构影响充电电流的限制，继而限制了充电时间，使得充电效率受限；最后，不属于环保能源。因受内部工作的温度效应和外界温度变化的不稳定性，控制器的温度调节仍然不够精确。在电路的结构上仍需要进一步的简化明了，模块之间的衔接不够融洽。这些问题有待继续查阅了资料，对课题的进一步深入研究，不断地比较和论证，原有的方案不断改变和完善。通过这次设计，体会到学以致用的道理以及事必躬亲的做事态度，在这次设计当中能将以前所学习的专业知识进一步消化，并且努力吸取新知识，扩增了知识面。我们

17、相信通过这次工程导论设计所经历的，给予我们更多的是一种成长向上的经验。与此同时，也展现了我们良好的团队合作精神。我们希望在未来的努力中可以更加团结，达到更加完美的地步。太阳能路灯的发展前景毋庸置疑,这将对国家的环保(hunbo)产业做出巨大贡献。当前太阳能路灯虽然还只是在一些乡村道路等照明要求不高的地区进行推广,但随着光伏行业的迅猛发展,太阳能电池的转换效率的提高,成本的持续下降,以及国家对绿色可再生能源利用的重视程度越来越高,太阳能灯具利用和发展的前景一定会更好，再通过光线自动检测系统的结合，将更好的达到节能的效果。参考文献1卫晓娟.单片机原理及应用系统(xtng)设计.北京:机械工业出版社

18、，2012.8.2吴宇平.绿色(l s)电源材料.北京:化学工业出版社，2008.5.3侯宏录.光电子材料与器件.北京:国防工业出版社，2012.2.4吴晗平.光电系统设计基础.北京:科学出版社，2010.4.5董原.高级电工实用技术.呼和浩特:内蒙古人民出版社，2008.10.6刘太福.绿版电子电路.北京:科学出版社，2007.7林明星，范文利.电气控制及可编程序控制器.北京:机械工业出版社，2010.18何晓帆.实用照明电路图集.北京:中国电力出版社，2009.9冯建勤，冯主玲.电气工程基础.北京:中国电力出版社，2010.1.10俞丽华.电器照明.上海:同济大学出版社，2011.6.11

19、/p-325239326.html附录“工程设计导论”设计任务书 指导教师：解源1. 瓦斯/烟雾气体自动监测报警系统设计； 一、设计题目2. 光线自动检测路灯照明控制系统设计；3. 电梯升降电气自动控制系统设计；4. 温度/湿度自动检测控制系统设计。二、设计目的学习(xux)学科专业的核心基础知识，熟悉了解本学科专业的内涵。引进(ynjn)学习(xux)CDIO国际先进教育理念与工程教育模式并用于本课程实践。学习掌握电气电子工程设计的主要方法（模块化设计）。熟悉掌握典型电气/电子系统的结构框图以及各个模块的基本原理与功能作用。 以一个具体系统设计为载体，以自学小组研讨为主开展工程设计，重点学习

20、工程设计方法，体验工程设计系过程，明确作为未来工程师应具备的基本“知识、能力、素质”。三、设计任务明确设计目的意义，进行相关信息检索与市场调研，了解课题的应用现状及发展趋势。自主学习物理学、电路电子学、计算机学等相关基础知识。构思课题的总体方案，进行与课题相关方案的调研、比较与论证，论述本方案的先进性、系统性与可行性。设计系统的结构框图，论述系统的工作原理，分析研讨组成系统的各个模块（各单元）的功能作用及工作原理。*选做拓展项目：计算机绘图/ 计算机仿真/ 电路实验/ 系统实现/ 系统运作等。四、设计要求课堂教学环节认真听讲做笔记（无教材），课外自主学习阅读与课题相关的书籍文献资料（10本/篇以上），并做读书笔记，每人须提交课堂笔记与读书笔记。以小组为单位开展分工协作，选择课题，进行资料检索、学习讨论与比较分析，构思课题总体方案。小组须提交开题报告。小组进行本系统结构框图的设计，分析讨论组成系统的各个模块/方框（包括检测对象）的功能作用，对本系统的工程运作与实现开展相关的探讨。小组须提交设计总结报告。 以小组为单位作设计口头报告（制作PPT演示），并在班级上进行公开答辩。五、备注 设计人员：2012级：电气4班 / 电气3、5班，6-7人为一组（组长负责制）。设计时间：1-16周：周一3-4节 / 周一5-6节（1-6周讲课，7-14设