2023年模拟路灯控制系统设计报告

模拟路灯控制系统设计报告

摘要

本设计以单片机做核心控制单元，支路控制器由STC89C52实现时钟功能，

能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路准时开灯和关灯；单元控制器以

STC12c4052为核心运用超声波测距完毕对定位点的监测使电路能根据交通情况

自动调节亮灯状态；光控LED点亮由纯硬件电路组成，根据光敏三极管的特性

实现电路根据环境明暗变化，自动开灯和关灯；支路控制器与各控制单元通过

RS-485总线进行通信。此系统基本实现题目规定，并且稳定性好，成本低，易

于操作。

关键词：单片机;超声波测距;光控电路;RS-485总线

Abstract

ThedesignmakesMCUasthecoreofthecontrolunittoachievethe

clockfunction,besetuptodisplaylightswitchingtimeandcontrol

thewholesliproadtoswitchthelights.Theunitcontrolleruses

STC12C4052asthecoretocompletetheultrasonicrangingpointformonitoring

trafficconditionsinthecircuittoautomaticallyadjustlighting

accordingtothestate,thelight-controlledLEDlightingfromapure

hardwarecircuit,accordingtothecharacteristicsofphototransistor

circuitimplementationaccordingtoenvironmentalchangesinlightand

shade,autolights,andturnoffthelights,slipcontrollerandthe

controlunitthroughtheRS-485bus.Thissystemisbasicallythesubject

requirements,andgoodstability,lowcost,easytooperate.

KEYWORD:MCU,UltrasonicRanging;LightControlCircuit;RS-485bus

一、方案选择与论证

1、时钟的实现

方案一:采用FPGA,集成度高，速度高，时钟准确，由软件驱动硬件，采用

开发板简化外围硬件电路，但成本较高。

方案二:运用单片机的定期计数功能来实现时钟的设计，外加一片DS1302

以达成实时显示当前时间，简朴易行，易于实现。两者对比，我们采用方案二。

2、光控模块的设计。

方案一:感光元件用光敏电阻，光敏电阻的工作原理是基于内光电效应，可

用于检测光线的有无，价格便宜，但反映较迟钝，对温度变化比较敏感。

方案二:感光元件用光敏三极管，光敏三极管不仅具有感光功能且对信号有

放大作用，它可以根据光线的强弱控制电流的大小，用光敏三极管具有更高的灵

敏度，更高的速度，同时它的稳定性高。在本次设计中我们选用光敏三极管。

3、根据交通情况自动调节亮灯模块。

该模块重要是对物体的感应元件的选择，在此我们提出以下方案：

方案一、采用红外传感器，其具有价格便宜，易制，安全的优点，但是精

度低，方向性差，在这个设计中不利于布线，因此我们不倾向于用红外检测移

动物体。

方案二、用超声波检测移动过已知点物体的电路简朴，易于布线，且运用

单片机对其信号的解决也较易实现，此外因它运用机械波，可以适应较差的环

境，适应能力强，耐用。最终决定用超声波完毕此模块。

二、系统设计

1、总体电路构成

该系统重要由支路时钟控制模块、单元电路光控模块、自动调节亮灯模块

及故障检测和声光报警模块四大部分组成，系统框图如下:

LED灯1LED灯2

其中单元控制器组成图如下:

2、各模块具体实现原理分析和说明

(1)支路时钟控制模块：

时钟由STC89c52单片机通过编程产生，再驱动LCD液晶显示屏上显示。

通过对8个按键的控制来实现对时钟、闹铃时分的校准调节，具有复位功能，

并可设立定期，定期时间到产生中断，由单片机分析判断，通过RS-485总线单

元控制器进行通信，实现对单元控制器的控制。

注：用单片机设计时钟初始化部分程序如下：

voidtime_init()

TM0D=0X21;

TH0=0x4c;

TL0=0;

EA=1;

ETO=1;

TRO=1;

THl=Oxfd;

TLl=Oxfd;

SCON=OxdO;

TR1=1;

P2_7=0;

)

⑵单元电路光控模块

电路如图所示：

当天亮着时，光敏三极管T1导通，输出为低阻，晶体管T2截止，T3导通,

继电器吸合，其常闭触电K11断开，路灯H不亮。天黑光弱，T1输出为高阻，

T2导通，T3截止，继电器的K11触点为闭合状态，路灯亮。

⑶自动调节灯亮模块

①超声波接受电路

②超声波发射电路

此模块的关键在于如何准确检测S点B点是否有物体通过并将信号传给单

元控制器，通过度析让控制器作出相应回应，控制灯的亮否。再此运用超声波

在一种介质中传输速率一定及其反射原理来拟定物体位置。用一对超声波收发

装置检测物体。发射部分用单片机控制产生40KHz的方波，然后加以驱动，送

至发射传感器发射，要使测量误差小于1cm,时间的误差必须小于30微秒。当

有物体通过预定点时，接受传感器将信号经CX10206进行放大，之后传入单片

机进行比较计算，控制LED点亮。(计算公式及方法)

s=0.5XVXT=O.5XVX(TrXN)

三、软件设计

支路时钟控制系统流程图

此系统中有键按下执行相应功能，实现通过时钟对单元控制器的控制及LED

状态。

单元控制系统流程图

四、系统测试

1.液晶显示调试部分:

为了实现定期控制路灯的亮灭，我们使用1602LCD显示器显示准确的时间，

并且可以对的设立控制路灯亮灭的时间，当定期时间到，指示灯亮，并控制支

路的路灯状态。在调试的过程中，由于1602的一个管脚接线错误而导致没有点

亮，用万用表检测各个管脚的高低电平状态，排查所有的管脚并对的连接，再

次测试，1602可以对的的按照规定工作，时钟及液晶显示模块都正常，可以实

现对支路对的的定期控制。

2.光控电路部分

光控电路通过模拟测试，在光亮的状态下接上电源，继电器自动跳到常开

端，说明光敏电路工作正常。

3.主控和支路通信部分

主控和支路的通信是保证整个系统工作的关键部分，考虑到合用和通用的

原则，我们采用的工业上常用的485总线，由于我们对通迅的练习较少，所以

这个模块调试了很长的时间。对于单片机的串口中断设立不对的，支路接受信

号总是错误，进而导致支路不正常。之后，我们只做了一个简朴的通信程序来

测试485总线，通过调试无误后，再和主控连接起来，实现对主控和支路的对

的通信，保证了整个路灯控制系统的运营。

4.超声波控制部分

将超声波电路的发射和接受探头，分别与单片机的相应I/O口相连，并接

通电源，当有障碍物通过探头的检测范围内时，LED灯亮，超过监测检测范围

时，LED灯灭。运用此原理，即可完毕对灯LED的控制。由于外界对超声波的

影响，使得检测电路的灵敏度也许减少，但总的来说，可以实现超声波对灯LED

的控制，达成设计的规定。

五、结论

通过几天的努力和学习，我们受益良多。基本完毕了对模拟路灯控制系统的

设计，设计过程中，我们不仅检查了自身水平，更重要的是学到了很多课本上没

有的知识，使自己得到了进一步的提高。同时增强了动手实践能力，也深刻的体

会到了共同协作和团队精神的重要性。本次竞赛极大的锻炼了我们各方面的能

力，虽然我们碰到了很多困难和障碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并

存，我们将继续努力争取获得更大的进步。

参考文