单片机控制的模拟路灯控制系统设计.doc
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1、2010年全国大学生电子竞赛论文设计题 目: 模拟路灯控制系统 学生姓名: 指导教师: 模拟路灯控制系统摘要:本系统采用凌阳SPCE061A单片机,构成系统的支路控制器和单元控制器。自己制作的LED数码管显示模块、键盘输入控制模块、光敏传感器、光电传感器、声光报警模块等作为系统的辅助电路。分别实现了开关灯时间的显示和控制,不同环境明暗和交通情况下的路灯智能控制,故障报警等题目中的基本要求。系统的单元控制器利用自制恒流驱动电源,可以使驱动电源输出功率在规定的时间自动减少,完成题目要求的发挥部分。此外,系统采用双核控制,在若干车辆双向行驶的复杂交通情况下,依然可以实现对路灯的智能控制;自己加工辅助
2、模块,大大提高了系统的性价比,部分模块(如LCD显示模块)的选材还体现了低功耗的新兴理念。关键词:路灯控制 凌阳SPCE061A 恒流驱动电源Abstract: This system uses Sunplus SPCE061A SCM, constitute a system of tributaries controller and a unit controller.Their led led display module, keyboard input control module, photosensitive sensors, acousto-optic photoelectric
3、 sensors, alarm module, and so on as a system of auxiliary circuits.Switch lamps respectively implementation time is displayed and control, different environments and darks and traffic situations Streetlight alarming intelligent control, and so the basic requirements in the topic. System unit contro
4、ller self-made constant-current drive power, can make driving power output power within the prescribed time automatically, complete the requirements of the play a part of the topic.Additionally, the system with dual-core control, in certain vehicles two-way carriageway of complex traffic situations,
5、 still can implement smart control on the street; its own processing subsidiary modules, greatly improved price, some modules (such as LCD display modules) selection also embodies the emerging concept of low power consumption.Keywords: Street light controlSunplus SPCE061Aconstant current driving pow
6、er1 方案比较与论证1.1 最小系统开发板比较论证:方案一:采用MCS-51系列单片机。传统的51 单片机具有价格低廉,使用简单等特点,但其运算速度低,功能单一,RAM、ROM空间小。方案二:采用SPCE061A单片机作为控制模块。 SPCE061A具有丰富的资源:RAM,ROM空间大、指令周期短、低功耗、低电压、体积小,易扩展,可编程音频处理,易于编写和调试,且独具语音播报功能等优点。这些特点极大地提高了开发效率。综上分析,选择方案二。1.2 显示模块比较论证:方案一:采用SPLC501液晶显示模块。内建128*64点阵,有丰富的文字和图形显示功能,轻薄便携,视觉舒适,但液晶显示不够鲜明,
7、欠稳定,寿命短。 方案二:采用LED数码管显示。LED数码管具有颜色鲜艳,亮度高、功耗低、可视角度大和刷新速率快等优点;并且通过查阅相关资料得知,LCD与LED的功耗比大约为10:1,相比较而言,LED功耗更低。鉴于本系统只显示有限的数字和符号,选择方案二。1.3 键盘输入控制模块比较论证:方案一:采用触摸屏液晶显示按键输入控制。采用触摸屏液晶,精度可调,美观大方,时尚前卫。但同时价格昂贵,易损坏,维护量工作大。方案二:采用自制的4*4矩阵式键盘输入控制,4*4矩阵式键盘充分利用单片机的I/O端口,节省硬件的同时,扩增了按键数。同时,自己制作的矩阵式键盘,方便耐用,原理简单,检修容易。基于减少
8、开支和方便控制的考虑,选择方案二。1.4 环境明暗-路灯控制模块比较论证:方案一:在电子城购买光敏传感器。采购光敏传感器,使用方便,节省时间。但市面上的传感器质量参差不齐,质量好的传感器又价格高昂,价格低的传感器测量准确度又没有保证。方案二:采用自己制作的光敏传感器。该传感器以光敏电阻为主要元件,利用其在环境明暗不同情况下的分压不同,给单片机以不同反馈,实现开关灯控制,本方案对路灯实时控制,控制灵活,体现人性化设计。综上分析,我们选用方案二。1.5 交通情况-路灯控制模块比较论证:方案一:采用碰撞开关。碰撞开关结构简单,但是移动物体必须碰到碰撞开关才能工作。有一定破坏性。方案二:采用超声波测距
9、模组。超声波测距模组通过超声波的渡越时间法,通过不断发射超声波,不断感知超声波,可以比较准确的感知移动物体的位置,实现车来灯亮,车走灯灭。但超声波测距模组价格不菲,用于本系统有些大材小用。方案三:采用自己制作的光电传感器。自己制作的光电传感器采用一体化结构,对经过的物体感知灵敏,高低电平变化明显,体积小,结构紧凑,安装方便。为减少开支提高性价比,选择方案三。1.6 声光报警模块比较论证:方案一:选择专门的语音存储芯片1420,通过单片机控制放音。放音时间只有20秒,只能进行简单的放音,不能满足报警的要求。方案二:凌阳SPCE061A本身自带DAC语音播放功能,具有大量语音处理函数库供用户调用,
10、功能过于强大,自带大部分语音处理函数库大部分都被浪费,报警的方式过于单一,不够灵活。方案三:自己焊接外围声光报警模块,自己焊接报警模组,声光报警方式灵活,且仅利用单片机的一个或两个端口,就可实现报警动作。综上分析,我们选择方案三。1.7 恒流源模块比较论证:方案一:购买现成的恒流源,电流稳定;但价格昂贵。方案二:用LM2575ADJ制作可调恒流源。直流电压输入,经LM2575ADJ和LM393构成反馈回路,输出恒定电流,通过对回路中的可调电阻调节输出电流的大小。方案理论上可行,但实际试验测试,输出线性度不够高,在5V电压下工作性能不够稳定。方案三:用LM358制作PWM恒流驱动。方案将两片LM
11、358和单片机构成有机整体,利用凌阳开发板的PWM输出,并且利用开发板自带的AD采集对外部电压采集,自动建立电压与输出电流的关系,从而精确调节电流输出。方案电路连接简单,控制灵活,合理充分地利用了开发板资源。鉴于以上分析,我们选择方案三。系统需要的各个模块,我们尽量选用自己制作,而避免购买市场现成的模组。一方面我们更熟悉各模块原理,另一方面,自己制作的模块可以更好为系统服务。经过仔细的方案论证和分析,我们确定的最终方案如下:支路控制及单元控制器:SPCE061A单片机显示模块:自制LED数码管显示键盘输入控制模块:自制4*4矩阵式键盘环境明暗路灯控制模块:自制光敏传感器交通情况路灯控制模块:自
12、制光电传感器驱动电源模块:自制恒流驱动电源声光报警模块:自制声光报警模块2 理论分析与设计2.1 系统整体设计:系统结构框图如图1所示。为了使本模拟路灯控制系统更好应对更复杂的情况(譬如:当多辆汽车穿梭于我们的公路上,并且双向行驶等复杂情况),我们使用了两片SPCE061A单片机分别作为系统的支路控制器和单元控制器。图1 系统结构框图2.2 单元硬件设计:2.2.1 键盘输入控制电路设计对于键盘输入设计,我们采用矩阵式,这样对于同样的端口,矩阵键盘多了一倍的按键,易于通过多余的按键实现扩展功能的实现。值得一提的是,我们拆卸废旧电脑键盘的按键,自己组装成4*4符合题目要求的矩阵键盘,不但变废为宝
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