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基于模拟路灯控制系统的设计说明书-学位论文.doc
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1、基于模拟路灯控制系统的设计 摘要随着城市建设和社会经济的迅速发展,城市道路照明作为城市文明与现代化程度的重要标志,已受到越来越多的关注,规模也在不断扩大。路灯是一个城市的照明系统不可分割更无可替代的一部分,现有的路灯管理的方式方法已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要,必须依靠现代化的高科技管理手段。由于单片机具有集成度高,处理能力强,可靠性高,系统结构简单,价格低廉的优点,因此在路灯照明工程中被广泛应用。本系统采用MSC-51系列单片机AT89C51和相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器,利用51系列单片机可编程控制八位逻辑I/O端口实现路灯的智能化,达到节能、自动控制的目的,单片机采
2、集光敏电阻或光电开关的信号控制路灯的亮灭,具有自动检测故障报警等功能,同时根据实际情况,通过计时系统来对时间进行有效的控制,在本设计中,输入是开关按钮,进行时间控制,显示是六个数码管和LED二极管,时间为正常24小时走时,可用按钮调节定时开关时间,通过程序实现按规定时间开关灯功能,由于路灯采用LED灯,节能环保,耗电量低,使用寿命长,可以获得很好的经济和环保效益。本系统实用性强、操作简单,能够有效地解决城市路灯照明系统存在的灯光控制方法和管理手段落后,所用灯具科技含量低等问题。关键词:单片机,控制,LEDTHE DESIGN OF THE CONTROL SYSTEM OF SIMULATED
3、 STREET LAMPSABSTRACT Along with the rapid city construction and development of the community economy,urban lighting has been one of the chief signs that represent the urban civilization level. So it is an increasing concern and its scale has been steadily enlarged. The street light is an integral p
4、art of a city lighting system and means of the existing street lights have been far from being able to meet the needs of the development and management of urban street, and must rely on modern high-tech management tools. Microcontroller with high integration, processing capability, high reliability,
5、 simple structure and low cost advantages, and therefore is widely used in street lighting works. The system uses the MSC-51 SCM AT89C51 and the associated optical testing equipment to design intelligent light control of street lamp controller, eight 51-series single-chip programmable control logic
6、I / O ports to achieve intelligent street lamps to achieve energy saving, automatic control purpose of the SCM Acquisition photoresistor or photoelectric switch signal to control the lights off bright, with automatic detection and fault alarm function, at the same time, according to the actual situa
7、tion, the timing system to time for effective control in this design, the input switch button time control, showing the six digital control and LED diode, time for the normal 24 hours to go, the available buttons to adjust the timer switch time, through the process time required to switch lights, st
8、reet lights with LED lights, energy saving and environmental protection, power consumption low, service life is long, you can get a good economic and environmental benefits. This system is practical, simple operation, can effectively solve the backward city street lighting system, lighting control a
9、nd management tools used in the lamps low scientific and technological content.KEY WORDS: microcontroller,control,LED- 71 - 目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 国内外研究现状及课题意义11.1.1 课题意义11.1.2 国内外研究现状11.2 主要研究的内容41.3 方案论证41.3.1 传感电路部分41.3.2 执行电路部分5第2章 总体设计62.1 设计要求62.2 设计思路62.3 系统框图7第3章 硬件设计83.1 单片机概述83.1.1 单片
10、机的简介83.1.2 单片机的特点93.2 单片机的选型93.2.1 AT89C51的简介103.2.2 AT89C51特性概述113.2.3 单片机的中断系统113.2.4 引脚说明113.2.5 时钟电路153.2.6 存储器系统153.3 时钟电路183.4 复位电路193.4.1 复位方式193.4.2 手动按钮复位193.4.3 上电复位203.5 LM324213.5.1 LM324简介213.5.2 LM324的特点223.6 74HC573简介223.7 光敏电阻简介243.8 按键电路253.9 显示电路263.9.1 显示方式选择263.9.2 LED的驱动和显示273.1
11、0 电源电路283.11 光控电路283.12 路灯控制电路29第4章 软件设计304.1 主程序304.2 计时程序304.3 中断程序344.4 按键程序354.5 程序清单36第5章 系统调试485.1 结果分析485.2 系统调试485.2.1 对每个子程序进行调试485.2.2 总的程序调试48第6章 结 论50参考文献51附录A 外文参考及中文翻译53附录B 系统原理图71致 谢72 第1章 绪 论1.1 国内外研究现状及课题意义1.1.1 课题意义近年来,随着我国经济改革的深入发展和信息化时代的深入,各级政府对城市整体形象工程建设备受重视,他们通过各种方式来开展城市化建设。城市亮
12、化随之也被政府重视,既而大量的资金投入建设与改造中,是我们的城市变得灯火辉煌的同时,诸多问题随之而来:我国目前大部分城市采用全夜灯方式照明,可是到了后半夜行人稀少,浪费太大;所以,有些地方采用前半夜全亮,而后半夜全灭的方式,这种方式虽然节约电费支出,但是不利于社会治安,容易引发交通事故。而且,我国大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制,这样也有许多的不利之处;若采用人工控制,则路灯开关存在着一定的不确定性,同时也占用了一定的人力资源;定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况,有的天还没黑路灯就开,天还没亮路灯就灭的情况,影响人们的日常生活。高效LED照明系统具有省电、轻巧、寿命长
13、、高耐久性等特征,近年来已经越来越多应用于路灯照明系统,其趋势是取代目前广泛采用的高压汞灯的路灯照明。明显地提高了路灯的用电效率,延长了路灯的使用寿命。现阶段,城市路灯照明系统存在的灯光控制方法和管理手段落后,所用灯具科技含量低等问题。为了解决这些缺点与不足,为此,提出了路灯智能化控制,采用高效LED路灯光源,以单片机作为控制中心,利用传感器模块、光控路灯模块来实现。1.1.2 国内外研究现状随着技术发展和人们对生活质量要求的提高,对城市公共照明系统也提出了新的要求。其发展趋势可以体现在以下几个方面, 即: 精确化控制、多场景控制、网络化控制、节能与快速反应。绿色照明是当今和未来照明领域的重要
14、发展趋势, 提高城市照明系统的实时监控, 提高城市照明维护响应速度是现代技术发展的必然结果。城市照明监控技术在我国已有将近三十年的发展历史了, 从过去简单的有线载波监控和无线监控技术发展到今天的网络通信技术, 城市照明监控的理念正在发生变化。近年来,随着科技的不断发展,各种路灯控制器也被不断的研究出来。其中,美国和日本主要集中在研究紧凑型荧光灯和镇流器荧光灯两个方面。而我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品,能达到一定的节能效果,但就功能和效果上还不能尽如人意,主要有以下几种情况:第一种,采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢,用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪
15、灭,不能自动调节,同时如果电压突然升高,则会对灯具造成损坏,相对来说稳压效果较差;第二种是采用电子器件构件的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术,不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的,现在国内外都开始采用智能控制方式,如光控、声控、时空等,国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯,基本可以达到完全自给自足的效果。本系统采用的路灯是LED灯。众所周知,LED是目前最为节能的发光元件,通过采用LED发光可以节省大量的电能,并且LED灯发光柔和,亮度适中,对环境无污染,已经广泛的应用于各种照明场合。因此,智能光控节能路灯必将在未来得到广泛的应用。 目前LED路灯的配光
16、技术已经有了很大发展,有些厂家已经开发出良好的二次配光系统,而不再是单纯依靠光源排列来配光,但综合看,配光还不能做到完全合理,有些在道路内侧的配光较亮,均匀度也能满足要求,但人行道侧环境光的亮度明显不足,SR值明显不符合要求,还是厂家设计人员对道路照明标准的要求理解不够。 LED路灯的色温问题: 目前大功率LED路灯基本上都是采用5000K6000K色温的白光,作为道路照明光源,在视觉上过分阴冷甚至阴森,同时远视时眼睛的观察能力会下降,在这方面的一些研究中证明,低于3000K的黄光或暖白光是比较适合道路照明的。高压钠灯的相关色温(Tcp)为2100K左右,属于暖色温,其显色指数(Ra)只有23
17、25,显色性低;而LED路灯现在使用的色温多大于5300K,属于冷色温,较好的产品,其Ra可达7080,显色性好。作为机动车行驶的快速通道与主干道,偏黄色光的钠灯,对看清前方90160m左右距离路面状况,效果比白色光略优,特别是在有雾、多尘的空气条件下,钠灯较有优势,相对的LED路灯射程短,在较高的高度下工作,灯光就显得很暗。对于人行道、商业步行街、居住小区等道路,LED的显色性优于钠灯,分辨人的状况更加清晰,较有优势。LED路灯的寿命:使用寿命应立足于整个灯的寿命。高压钠灯称标准寿命目前已超过2万小时,实际应用3年左右,节能型电感镇流器不会低于20度,灯具也是如此。LED路灯标称使用寿命是5
18、万小时以上,这是芯片的理想寿命,芯片的封装、灯具散热等因素都有可能光衰减,还有驱动电路(以电子元器件为主)的寿命显然也不能达到5万小时。美国能源之星制订的要求,分为不低于35000h和25000h两档,主要是LED芯片寿命很长,却与封装后的温度,散热等诸多因素有关,另外还有驱动电路装置的电子元器件寿命问题。LED路灯的维护:对于光源的维护,高压钠灯若直接更换光源电器,成本较高。而对于LED路灯,现在很多大功率LED灯珠内部集成了齐纳二极管,单颗LED灯珠损坏不会影响整体灯具的亮度,不需要更换,但是要整个光源更换,现场的维护就无法进行了。一旦出现整体故障时,只能整个灯具进行替换维护,这对使用单位
19、来说是很不方便的,还有待今后解决。LED路灯的统一标准:LED路灯在产品规格方面缺少统一的技术标准,目前还没有统一的LED路灯生产技术标准,每个厂家都按自己的标准生产自己的产品,彼此之间是很难通用的。而高压钠灯由于技术标准的统一,灯具、光源、电器方面通用性较强,不同厂家之间的产品是可以互用的,从维护角度考虑,这是很重要的,而维护对于路灯管理单位来说则又是重中之重,只有这样才可以及时对熄灭路灯进行维护,保证高的亮灯率,同时大大降低维护成本。LED路灯还没有标准可循,对订购、使用、维护都不利。本设计是采用MSC-51系列单片机AT89C51和相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器,实现了能根据
20、实际光线条件通过8051芯片的P1口控制路灯开关的功能。照明系统能够根据不同区域的不同功能需求,在每天不同时段、不同自然光照度或者不同交通流量情况下,按照特定的设置,实现对道路照明的动态智能化管理,即TPO管理(TIME时间PLACE地点OCCASION场合)。智能化道路照明控制系统,通过综合考虑和分析与道路照明密切相关的时间、路段、环境照度和交通流量等因素的场景控制方法,在微机中按照预设的控制策略,对道路照明进行动态智能化管理,控制路灯在不同情况下工作在不同状态实现多样化的道路照明场景,从而在提高照明质量的同时获得最佳的节简单的相控技术,不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的
21、目的,现在国内外都开始采用智能控制方式,如光控、声控、时控等,国外甚至开始采用太阳能供能光控能效果。随着社会文明的不断发展,城市照明已不仅局限于街道的照明,而且发展成了了城市景观等装饰性照明的综合市政工程。社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性要求不断提高,利用51系列单片机可编程控制八位逻辑I/O端口实现路灯的智能化,达到节能、自动控制的目的,避免了传统电路对能源的浪费,且路灯的自动控制更方便了工作人员的管理。本系统实用性强、操作简单。现在许多生产厂家大功率LED的热沉散热壳体应用基本采用不同的合金铝材料,其导热系数不一,一些材料的散热速率难以满足LED工作条件。不可忽
22、略的铝基板及导热硅胶,硅脂材料的导热环节,使用材料的实际寿命质量,将直接影响LED的工作散热条件。如何减少中间环节,直接与热沉散热近距离接触将热量快速达到平衡的有效散热,是现今高质量的LED灯具产品开发需考虑的方向。从对比上看,最好的散热材料也并不是铝材。铜和铝的对比中形成了一种新型的工艺铜铝结合。所谓的铜铝结合就是把铜和铝用一定的工艺完美的结合到一块,让铜快速的把热量传给铝,再由大面积的铝把热量散去,这不但增充了铝的导热不及铜,还弥补了铜的散热不如铝,有机的结合从而达到急速传热快速散热的效果。多篇文章中都阐述了散热是靠面积而不是看体积的大小,许多企业都了解了个中道理,壳体采用多层翅片散热,但
23、对热沉散热壳体的翅片忽略了防尘和积尘,日积月累将会影响壳体的散热效果。应从在自然条件下规避积尘的最小化,不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性。保证热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响,散热通道的畅通,做到真正的长寿命。大家共同来探讨一个设计方式:散热是靠面积的道理显而易见,是否可以将散热面做成柱状或多面形锥体。作为解决办法,导热介质就应运而生了,它的作用就是填充两个接触表面之间大大小小的空隙,增大发热源与散热片的接触面积。导热硅脂是我们最常见的导热介质。 导热硅脂是用来填充铝基板与散热片之间的空隙的材料的一种,这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导铝基板散发出来的热
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