基于單片機的模擬路燈控制系統設計方案
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摘要： 文章設計了一種路燈控制系統，它的硬件主要由美國Cygnal 公司的C8051F020 單片機、12864 液晶顯示器、LED 恒流驅動(dòng)電源等組成。C8051F020 單片機作為模擬路燈控制系統支路控制核心，實(shí)現模擬路燈控制系統的時(shí)鐘功能，設定顯示開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，并能控制支路按時(shí)開(kāi)燈和關(guān)燈; 根據環(huán)境明暗的變化自動(dòng)控制開(kāi)燈和關(guān)燈; 根據交通情況自動(dòng)調節亮燈狀態(tài); 獨立控制每只路燈的開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間; 當路燈出現故障時(shí)，支路控制器發(fā)出滴答的報警信號，并顯示有故障燈的編號。交通情況采用紅外收發(fā)傳感器方式實(shí)現自動(dòng)調節功能; 該系統具有人機界面直觀(guān)，紅外遙控調節方便，系統運行穩定，精度高等特點(diǎn)。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/167900.htm0 引言
本文采用高效節能環(huán)保的LED 燈作為光源，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊來(lái)實(shí)現，根據環(huán)境、交通等因素，單片機采集光敏電阻或光電開(kāi)關(guān)的信號控制路燈的亮滅，實(shí)現了光電和時(shí)間控制; 同時(shí)具有交通情況檢測、故障自動(dòng)檢測與報警等功能，實(shí)現了路燈的智能化控制，節省了電力能源和人力資源。
1.1 系統設計要求。
設計并制作一套模擬路燈控制系統，路燈布置如圖1 所示。要求實(shí)現模擬路燈控制系統的時(shí)鐘功能，設定顯示開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，并能控制支路按時(shí)開(kāi)燈和關(guān)燈;根據環(huán)境明暗的變化自動(dòng)控制開(kāi)燈和關(guān)燈; 根據交通情況自動(dòng)調節亮燈狀態(tài); 獨立控制每只路燈的開(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間; 當路燈出現故障時(shí)，支路控制器發(fā)出滴答的報警信號，并顯示有故障燈的編號。交通情況采用紅外收發(fā)傳感器方式實(shí)現自動(dòng)調節功能。單元控制器具有調光功能，路燈驅動(dòng)電源輸出功率能在規定時(shí)間按設定要求自動(dòng)減小，該功率應能在20% ~ 100% 范圍內設定并調節，調節誤差≤2%.
圖1 路燈布置示意圖
1.2 系統設計方案
系統采用C8051F020 單片機作為系統的控制器，利用有線(xiàn)傳輸方式實(shí)現對LED1 和LED2 的控制，控制方式如圖2 所示。C8051F020 單片機是完全集成的混合信號系統級芯片，內部自帶ADC、DAC.而本系統需要采集環(huán)境明暗的變化，自動(dòng)控制LED 亮度，這需要將模擬電壓轉換為數字量處理，將數字量轉換為模擬量控制。整個(gè)系統完全自給自足，使用外圍器件少，系統成本低，系統調試簡(jiǎn)單方便。
圖2 C8051F020 控制方式結構。
2 系統硬件設計
2.1 系統總體框圖及控制電路的設計
紅外線(xiàn)路燈控制系統硬件結構如圖3 所示?？刂葡到y主要由主控單片機、顯示接口、紅外遙控、傳感器、恒流驅動(dòng)等功能模塊組成。C8051F020 單片機接收紅外線(xiàn)遙控信號，設定其開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間，啟動(dòng)模擬控制系統，并將環(huán)境明暗信號采集輸入單片機進(jìn)行模數轉換，控制LED 燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。單片機實(shí)時(shí)檢測LED 燈的工作狀態(tài)，當出現故障時(shí)，單片機控制聲光電路報警并控制液晶顯示器顯示其故障點(diǎn)編號。在規定的時(shí)間內輸出模擬電壓控制LED 燈的亮度。根據紅外接收信號檢測交通情況，并能根據不同的交通情況對LED 燈作出相應智能控制。C8051F020 單片機最小系統及接口電路見(jiàn)圖4.
圖3 紅外線(xiàn)路燈控制系統硬件結構。
圖4 C8051F020 單片機最小系統及接口電路原理圖。
2.2 LED 恒流驅動(dòng)電源設計
由于OP07 具有非常低的輸入失調電壓( 最大為25 μV) ,所以OP07 在很多應用場(chǎng)合不需要額外的調零措施; OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低( ± 2 nA) 和開(kāi)環(huán)增益高( 300 V/mV) 的特點(diǎn)。OP07 集成運放6 腳的輸出電壓經(jīng)電阻R30 反饋至反相輸入端，構成同相比例電路。功率三極管Q6的基極與運放相連，用來(lái)增加驅動(dòng)電流。當OP07 的同相端輸入電壓恒定時(shí)，由于負反饋的存在，保證了OP07 輸出電壓恒定，從而使流經(jīng)LED 負載的電流為恒定電流。LED 恒流驅動(dòng)電源電路原理圖如圖5 所示。
圖5 LED 恒流驅動(dòng)電源電路原理圖。
根據圖5 可知：
由上式可以看出輸出電流的值僅與輸入端控制電壓有關(guān)，兩者成正比關(guān)系，電路中R25 = R26,R39 = R30,通過(guò)選擇適當的電阻值可以改變比例因子。在改變電流源比例因子的同時(shí)，也要注意改變補償電容C29的電容值。
2.3 位置檢測電路
采用紅外收發(fā)傳感器，一個(gè)發(fā)射管發(fā)射紅外線(xiàn)和一個(gè)接收頭接收紅外線(xiàn)信號。圖6 為紅外收發(fā)傳感器判斷交通情況原理框圖及紅外接收發(fā)射電路。紅外發(fā)射管和接收管對射式安裝，當有障礙物到達紅外發(fā)射管和接收管中間時(shí)，會(huì )產(chǎn)生不同的高低電平，單片機采集此信號，控制燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。紅外發(fā)射管和接收管采用屏蔽的方式來(lái)消除外界的干擾。
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