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1、基于單片機(jī)的模擬路燈控制電路設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，路燈布置如圖2所示。二、要求1基本要求（1）支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈。（2）支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。（3）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)可移動(dòng)物體M（在物體前端標(biāo)出定位點(diǎn)，由定位點(diǎn)確定物體位置）由左至右到達(dá)S點(diǎn)時(shí)（見圖2），燈1亮；當(dāng)物體M到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動(dòng)時(shí)，則亮燈次序與上相反。（4）支路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時(shí)間。（5）當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器

2、應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。2發(fā)揮部分（1）自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動(dòng)電源。（2）單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在20%100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差2%。（3）其它（性價(jià)比等）。三、說明1光源采用1 W的LED燈，LED的類型不作限定。2自制的LED驅(qū)動(dòng)電源不得使用產(chǎn)品模塊。3自制的LED驅(qū)動(dòng)電源輸出端需留有電流、電壓測(cè)量點(diǎn)。4系統(tǒng)中不得采用接觸式傳感器。5基本要求（3）需測(cè)定可移動(dòng)物體M上定位點(diǎn)與過“亮燈狀態(tài)變換點(diǎn)”（S、B、S等點(diǎn)）垂線間的距離，要求該距離2cm。根據(jù)題目要求，本控制系統(tǒng)電路由MCU為

3、主控芯片，輔以測(cè)量光和紅外的傳感元件，可根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈，支路控制器能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)，獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時(shí)間。當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制LED的明暗，并在在液晶屏上顯示，此電路還具有許多擴(kuò)展功能。前言伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)的進(jìn)步，越來越多的電子產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，并且電子產(chǎn)品也不斷向體積小，功能大，效率高，能耗低的方向發(fā)展，我們的設(shè)計(jì)作品充分體現(xiàn)了這些特點(diǎn)。設(shè)計(jì)中我們運(yùn)用了STC12C5A60S2單片機(jī)，因?yàn)樗鼉?nèi)置AD轉(zhuǎn)化，并且能夠輸出PWM信號(hào)，使外部電路簡(jiǎn)單；運(yùn)用

4、DS1302時(shí)鐘芯片保證了時(shí)間的實(shí)時(shí)顯示，還運(yùn)用NE555構(gòu)成的多諧振蕩器與紅外發(fā)射二極管構(gòu)成紅外發(fā)射電路；顯示電路我們采用1602液晶顯示屏，是我們的設(shè)計(jì)更加人性化。并且在我們?cè)O(shè)計(jì)制作中充分考慮了環(huán)保的問題，我們運(yùn)用的輔助器件基本都是剩下的廢料。一 總體方案設(shè)計(jì) 串口通信按 鍵信號(hào)輸入時(shí)鐘芯片顯 示路燈驅(qū)動(dòng)檢 測(cè)LED信號(hào)報(bào)警 STC12C5A60S2圖1 系統(tǒng)框圖本方案具有兩路信號(hào)輸入檢測(cè)與顯示、報(bào)警等功能，此外通過主控單元電路的擴(kuò)展，可添加多種附加功能。二 方案論證與設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)框圖，對(duì)單元電路控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面是我們對(duì)各部分單元電路的論證與設(shè)計(jì)2.1 主控電路的選擇與論證2.1.1采用

5、89C51系列的單片機(jī)作為CPU89C51單片機(jī)是8位單片機(jī)，4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串口通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。其指令是采用的被稱為“CISC”的復(fù)雜指令集，工具有111條指令，與其他高位單片機(jī)相比而言，指令周期較長(zhǎng)，運(yùn)算速度太慢，而且由于其內(nèi)部總線是8位的，其內(nèi)部功能模塊也基本上都是8位的；89C51單片機(jī)本身的電源電壓是5伏，89C51有兩種低功耗方式：待機(jī)方式和掉電方式。2.2.2 采用LPC2138單片機(jī)作為CPU該芯片其本身自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，帶大容量的32KRA

6、M和512KFLASH ,內(nèi)部資源豐富且系統(tǒng)穩(wěn)定，芯片價(jià)格昂貴。2.2.3 采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為CPU該芯片位增強(qiáng)型8051內(nèi)核，除具有51系列單片機(jī)的性能外，還具有以下以下功能：1、 高速：速度比普通8051快812倍；2、 增強(qiáng)掉電檢測(cè)電路（P4.6），可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作時(shí)無需操作EEPROM；3、 工作頻率：035MHz，相當(dāng)于8051:0420MHz;4、 8通道，10位高速ADC，速度可達(dá)25萬次/秒，2路PWM還可當(dāng)2路D/A使用；5、 4個(gè)16位定時(shí)器，兼容普通8051的定時(shí)器T0/T1，2路PCA實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器；6、 系統(tǒng)工作穩(wěn)

7、定，方便高效的開發(fā)環(huán)境。綜合上述，由于STC12C5A60S2眾多的優(yōu)良性質(zhì)，尤其是內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)化、高速度和多功能復(fù)位引腳的特性，這樣可以減少擴(kuò)展，提高性價(jià)比。因此，本設(shè)計(jì)最終才用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控CPU。2.3 顯示設(shè)備的選擇與論證2.3.1使用數(shù)碼管顯示可以使用一個(gè)3/8譯碼器作為位選芯片，一個(gè)74LS573作為段選芯片，預(yù)計(jì)要完成各功能電路的顯示則至少需要兩個(gè)四合一數(shù)碼管，此方案連線太多，硬件設(shè)計(jì)不便，并且其功耗大。2.3.2使用液晶顯示液晶顯示驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，耗電量小，無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影響穩(wěn)定不閃爍燈優(yōu)勢(shì)，顯示直觀、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，兩方案比較，選擇該方

8、案。2.4 單元控制器模塊選型2.4.1 熱釋電型紅外傳感器 熱釋電型紅外光敏元器件的特點(diǎn)是：靈敏度較低、響應(yīng)速度較慢、響應(yīng)的紅外線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，價(jià)格便宜。為了提高靈敏度，通常都加上一個(gè)菲涅爾透鏡，其原理是移動(dòng)物體或人發(fā)射的紅外線進(jìn)入透鏡，產(chǎn)生一個(gè)交替的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，這樣就會(huì)產(chǎn)生一系列的光脈沖進(jìn)入傳感器，從而產(chǎn)生電流變化，送給控制系統(tǒng)。目前一般配上透鏡可檢測(cè)10m左右。但考慮到實(shí)際路燈之間的距離，因此沒有選擇此方案。2.4.2 感應(yīng)線圈感應(yīng)線圈的原理是：根據(jù)金屬物體通過磁場(chǎng)，使線圈電感量發(fā)生變化，同時(shí)狀態(tài)信號(hào)傳輸給檢測(cè)器，由其進(jìn)行采集放大，送給單片機(jī)。特點(diǎn)是：靈敏度高，響應(yīng)速度快，在惡劣

9、天氣條件下仍具備有出色的性能。但由于電路復(fù)雜，因此沒有選用此方案。2.4.3紅外對(duì)管 紅外對(duì)管包括紅外發(fā)射管和紅外接收管。發(fā)射管就是能夠發(fā)射出紅外線的二極管，接收電路的紅外接收管是一種光敏二極管，使用時(shí)要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作而獲得高的靈敏度。紅外接收二極管一般有圓形和方形兩種。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號(hào)較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。然而現(xiàn)在不論是業(yè)余制作或正式的產(chǎn)品，大都采用成品的一體化接收頭。紅外線一體化接收頭是集紅外接收、放大、濾波和比較器輸出等的模塊，性能穩(wěn)定、可靠。所以，有了一體化接收頭，人們不再制作接收放大電路，這樣紅外

10、接收電路不僅簡(jiǎn)單而且可靠性大大提高，所以我們也采用了一體化接收頭。原理是無移動(dòng)物體通過時(shí)，紅外接收管接受紅外線呈高電平，當(dāng)有移動(dòng)物體通過時(shí)，遮擋了紅外線使接收管電壓變化，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，送給單片機(jī)控制開關(guān)燈。綜合考慮，我們選擇了紅外對(duì)管。2.5 恒流源模塊選型2.5.1 采用LC降壓的方式優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低。 缺點(diǎn)：效率極低，給1W的LED供電，需要消耗4-6W的電力。功率因數(shù)極低，差不多0.2左右。嚴(yán)重縮短LED的壽命。對(duì)電網(wǎng)的污染很大。串聯(lián)多顆時(shí)會(huì)有閃爍。2.5.2 通過如HV9910開關(guān)電源芯片設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：普通常用 缺點(diǎn)：效率低： 在60%左右，體積大，批量生產(chǎn)時(shí)LED的亮度一致性差，無法批量化，

11、干擾大，電網(wǎng)污染大，串聯(lián)LED燈，常會(huì)有閃爍，可以通過接紅、白等顏色的燈觀看到，模塊中使用電解電容，電解電容的壽命大概是5000小時(shí)，而LED是100000小時(shí)，這樣的模塊很容易一年就會(huì)損壞。2.5.3 LM358驅(qū)動(dòng)LED優(yōu)點(diǎn)：輸出恒定電流：350mA +/- 5%(1W LED)。功率因數(shù)0.625-0.75。效率高達(dá)到93%(10W)。反饋電路更好的穩(wěn)定電流。模塊溫升低。缺點(diǎn)：需要雙電源供電，電壓范圍較窄。2.6 時(shí)鐘芯片的選型2.6.1 DS1302 采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷芯片，最大總行速度400bit/s,每次讀寫數(shù)據(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量的地址寄存器、分頻器

12、、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、400HZ的I2總線接口，DS1302與單片機(jī)之間簡(jiǎn)單的采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需用到三個(gè)口線，簡(jiǎn)單方便。2.6.2 DS12887 使用DS12887時(shí)鐘芯片，它具有微功耗、外圍電路簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，但是其占用的I/O多，且體積大。綜合考慮，我們選擇了方案一。三 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)模塊單元電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)單元模塊電路單片機(jī)單元模塊電路采用上電復(fù)位電路，上電復(fù)位就是接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。上電復(fù)位電路由C13、S3、R24構(gòu)成，上電瞬間9腳獲得高電平，隨著電容C13的充電，9腳的高電平逐漸下降。9腳的高電平只要能保持豬狗的時(shí)間

13、（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就能進(jìn)行復(fù)位操作。Y1、C1、和C18構(gòu)成內(nèi)部時(shí)鐘振蕩電路，C1和C18的作用主要是穩(wěn)定頻率和快速起振容值為530Pf,典型值為30pF。為方便與計(jì)算機(jī)通信晶振的頻率選用11.0592MHz。3.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制電路的設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用DS1302 ，它是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。本電路由Y2構(gòu)成起震。3V的紐扣電池構(gòu)成掉電保護(hù)電路，1302的CLK，I/O，R

14、ST口分別接單片機(jī)的IO口，從而控制1302的時(shí)鐘顯示。DS1302的2腳和3 腳外接32.768KHz的晶振，7腳為串行時(shí)鐘接口，與單片機(jī)的15腳相連，6腳為數(shù)據(jù)輸入/輸出端，以便于總線控制，與單片機(jī)的17腳連接，5腳復(fù)位引腳，與單片機(jī)P3.6相連，當(dāng)時(shí)鐘達(dá)到設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)復(fù)位。3.3 串口通信電路的設(shè)計(jì) 串口電路串口下載電路采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，于采用此電路方便電路的調(diào)試，減少單片機(jī)的損壞，并且應(yīng)用串口通信還可以實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信，供計(jì)算機(jī)時(shí)時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，為人們的使用提供了極大的方便。MAX232芯片外接4個(gè)0.1uF的去耦電容，一減小噪聲對(duì)它的影響。當(dāng)跳冒接上后本串口即可下載程

15、序。MAX232的電路連接如圖所示。3.4 光敏總控制電路 光敏總控電路 電源控制電路光敏總控電路和電源控制電路聯(lián)合控制整個(gè)電路的燈亮滅。光敏總控電路由光敏電阻，三極管S9013組成，三極管的集電極與單片機(jī)的14腳相連。通過檢測(cè)光敏總控的輸出電壓，通過單片機(jī)給電源控制電路輸入一個(gè)開關(guān)信號(hào)，控制繼電器的通與斷，進(jìn)而控制整個(gè)電路的工作情況。工作原理：白天，由于光照強(qiáng)，光敏電阻RS1的阻值變小，導(dǎo)致兩端電壓減小，進(jìn)而影響三級(jí)管b、e兩端的電壓，使其處于反偏狀態(tài)，無電壓輸出，通過單片機(jī)給電源控制電路一個(gè)低電平，繼電器斷開，整個(gè)路燈控制電路斷開，路燈滅；夜晚，與白天情況相反。3.5 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)聲光報(bào)警電路電磁式蜂鳴器分為兩類，一類是有源蜂鳴器，內(nèi)部含有音頻振蕩電路，直接接上額定電壓就可以連續(xù)發(fā)聲;二是無源蜂鳴器，工作時(shí)需要接入音頻方波，改變方波頻率可以得到不同的音調(diào)的聲音。工作原理：本電路中采用有源蜂鳴器，由PNP三極管8550構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，其基極與單片機(jī)的25腳相連，R15為L(zhǎng)ED