基于单片机的LED路灯控制系统.doc
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1、 毕业设计说明书学生姓名: 朱沛霖 学 号: 20077449 系 部: 理工系 专业年级: 07级电子信息工程 题 目: 基于单片机的LED路灯控制系统 指导教师: 陈亚妮 评阅教师: 2011年05月03日中文摘要本系统以AVR低功耗单片机系列ATMEGA16L为核心组成支路控制系统,采用专用时钟芯片实现精确的时钟功能,设定并显示开关灯时间。该控制系统能根据环境明暗变化自动开灯和关灯,以达到节能要求。ATMEGA16L是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器,使系统在低功耗的状态下稳定工作。系统采用线路简单、体积小的专用时钟芯片DS1302,DS1302工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时
2、功率小于1mW。使用DS1302不但使电路功耗降低,而且节省IO口资源。采用低功耗的字符型液晶作为显示器件,显示更为直观。使用光敏电阻来检测环境明暗的变化,光敏电阻在不同光强下电阻值会发生明显变化,单片机内部AD采集电阻值的变化量达到检测目的。采用对射式收发一体光电传感器检测物体的运动,使用灵敏光电传感器更有效地实现在物体运动过程中路灯的自动控制,达到节能的要求。当路灯电路出现故障时,单片机采集路灯电路采样点的电压后处理采集到的数据,实现自动报警功能。该系统基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法实现题目基本要求。关键词 ATMEGA16L 功耗 节能 光电传感器 外文摘要Title :Based
3、on SCM LED street lamp control system AbstractThis system to AVR low power consumption ATMEGA16L as the core component microcontroller series branch control system, using special clock chip achieve precise clock function, set and display open to turn off the lights of time. The control system can au
4、tomatically shade according to the environment changes, turns lights on and to meet energy requirements. ATMEGA16L is in a high performance, low power consumption 8-bit AVR microprocessor in low power consumption, made the system under the condition of stable job. System USES line is simple, small v
5、olume of special DS1302 work, DS1302 clock chip when low power consumption, maintain data and clock 1mW information when power is less than. Use DS1302 not only make the power consumption of the circuit is reduced, and save IO mouth resources. Using low power consumption character type LCD as displa
6、y device, showing more intuitive. Use photoconductive resistance to test environment changes, light in different light intensity photoconductive resistance under obvious changes in electrical resistance will happen, microcontroller internal AD acquisition resistance changes quantity achieved testing
7、 purpose. DuiShe type transceiver integrated by photoelectric sensor detection the movement of objects, photoelectric sensor using sensitive more effectively in the process in motion of automatic control, achieve street energy requirements. When street circuit malfunction, SCM acquisition street cir
8、cuit sample point voltage post-processing the data collected, the realization of automatic alarm function. This system based on reliable hardware design and stable software algorithm topic basic requirements.Keywords ATMEGA16L power energy-saving Photoelectric senso目 次1、引言12、设计任务3 2.1 任务32.2 要求43、方案
9、论证与比较44、总体设计方案54.1 支路控制系统设计 6(1)时钟模块7(2)信号采集模块的设计8(3)显示、按键模块8(4)路灯控制模块9(5)声光报警模块9(6)电源模块9 (7) 恒流源模块 104.2 软件设计165、结果分析 176、结论 187、致谢 198、参考文献 20附录A 系统原理图 21 附录B 程序清单22 1 引言 道路照明与人们生产生活密切相关,随着我国城市化进程的加快,绿色、高效、长寿命的LED路灯逐渐走入人们的视野。目前,LED照明技术日趋成熟,大功率LED光功效已经达到80lm/W,其优点是省电环保、安全、长寿命和高显色指数。作为一种全新的照明技术,LED路
10、灯使城市路灯照明节能改造成为可能。在全球节能环保的绿色大潮下,用LED路灯替代传统路灯自然成为人们关注的焦点。从我国道路照明灯具的使用情况来看,最常见的路灯照明光源为高压放电(HID)型式,如高压钠灯、金卤灯以及低压钠灯和高压汞灯等。其缺点是:1、传统路灯的光源中含有重金属物质,污染环境,而且光源为球形发光,光发散不易控,光线易溢出指定照射区域,所以形成光污染;2、传统路灯光源的能耗是LED的5-10倍,在我们国家照明用电约占总电量的12%。如果按保守估计,2010年我国总发电量将达到30000亿度,照明用电约3600亿度,其中将近70的用于道路照明。如能节约一半的道路照明用电将近1300亿度
11、,相当于三峡电站的年发电量的1.5倍。3、在显色性方面:传统路灯较差,显色指数只能达到2040左右;4、在均匀度方面:传统路灯均匀度低,垂直照度虽可达道路照明标准,但边缘照度远远低于垂直照度,均匀度差,不能达到道路照明标准;5、传统路灯只能达到“亮”的层次,谈不上照明“质”的层次。传统路灯光的方向不可控,在路面形成圆形光斑,产生局部阴影,照明效果不佳,对行人和车辆驾驶人员在视觉方面造成影响,容易产生交通事故。随高亮度白光发光二极管(LED)的技术不断进步,大功率的LED照明技术日趋成熟,目前已经商业化的大功率白光LED光源,每灯可达到80到120流明的光度输出,效率大约在80lm/W,并预估在
12、2009年整体性能将可以提升一倍,到达每灯管200流明,发光效率则可望达到160lm/W。另外LED光源具有器件性能稳定、高效、节能、长寿命、显色指数较好等优点。此外,在节能环保的巨大压力下,国外政府采取相关政策鼓励和推广LED照明产品应用。2005年12月日本出台改善与提高能源使用的促进税法,明确规定企业或机构使用LED照明取代白炽灯照明,可获得投资额130超额折旧,或者是投资额7%的税率减免;欧盟2006年7月开始实施RoHs法案,限制含汞的荧光灯管的使用;美国加州立法者提议到2012年实行白炽灯禁止令;2007年2月澳大利亚政府宣布将逐步淘汰白炽灯;我国台湾2012年限制白炽灯的使用;国
13、家发改委、财政部、科技部等部门正在努力推动LED产品取代传统的白炽灯和高压钠灯等传统光源,并确立了到2015年实现节能260亿元人民币的目标。在技术和政策的推动了LED路灯成为替代传统路灯的首选。下面我们就LED路灯与传统路灯(高压钠灯)对比在主要性能方面的优点有:1、环保:LED是全固体发光体,可以承受高强度机械冲击和震动,不易破碎,废弃物便于回收。而且LED光源本身不含汞、铅等有害物质,无红外和紫外污染,不会在生产和使用中产生对外界的污染。使用太阳能电池供电,会更有利于环保。2、节能:发光效率高,灯具反射损失低,节省能源70%;在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10。3、寿命长,维护成
14、本低 :LED理论寿命超过10万小时,LED路灯的实际使用寿命在5万小时以上,是高压钠灯15倍以上的寿命,维护费用低。表1和表2为二者的使用效益比较:4、显色性佳:LED路灯的色温可以在4000-7000K之间灵活选择,显色指数最可达80以上,发光颜色更接近于自然光,路面看起来更明亮,感觉更舒适,驾驶人员也感觉更安全。5、光效利用率高:LED光源利用率高,约为90%,LED发光角度同灯具的发光角度可保持一致,LED路灯的光可以直接照射到指定区域,光源利用率高。7、启动时间短:LED路灯将不存在启动延时问题,可随时接通,随时工作,能够非常方便地实现智能化节能控制。8、供电系统:LED路灯用专用驱
15、动模块,不需要大型的变压器,整个驱动器能实现恒流驱动,保证了电压变化时LED路灯亮度不变。另外,驱动器有许多保护功能,在异常情况下,保障整个电网的可靠性。同时,作为低压灯具,安全性好也是LED的突出优点。基于LED在节能、减排、环保等方面的独特优势,半导体照明被誉为人类照明的第三次革命,其应用领域也正在被快速拓展。至于在LED路灯方面,据业界统计,全球整体路灯市场规模目前约1.6亿盏,其中,我国占1700万盏,预估08年全球LED路灯照明市场规模约91万盏,其中,我国占有超过50%的路灯装置需求,另从产值的角度来看,今年全球LED路灯总产值约10亿美元,中国是目前全球城市化进程最快的国家之一,
16、可以预料在未来的数十年内,全国各地对于大功率、高亮度、节能的LED路灯产品的市场需求是极其庞大的。目前路灯应用市场已经启动,随着效率的进一步提高和技术的日趋完善,将有很快的发展,市场前景更为看好。面对难得的发展机遇和市场需要,LED路灯虽然还存在不足之处,如没有统一的标准等问题,但是由于节能环保的特点LED路灯的发展已经形成一种趋势。2 设计任务2.1任务设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示,路灯布置如图2所示。图2-1 路灯控制系统示意图图2-2 路灯布置示意图(单位:cm)2.2 要求 1基本要求(1)支路控制器有时钟功能,能设定、显示开关灯时间,并控制整条支路按时开灯和
17、关灯。(2)支路控制器应能根据环境明暗变化,自动开灯和关灯。(3)支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态:当可移动物体M(在物体前端标出定位点,由定位点确定物体位置)由左至右到达S点时(见图2),灯1亮;当物体M到达B点时,灯1灭,灯2亮;若物体M由右至左移动时,则亮灯次序与上相反。(4)支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。(5)当路灯出现故障时(灯不亮),支路控制器应发出声光报警信号,并显示有故障路灯的地址编号。2发挥部分(1)自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。(2)单元控制器具有调光功能,路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小,该功率应能在20%100%
18、范围内设定并调节,调节误差2%。(3)其它(性价比等)。3 方案论证与比较 方案一:题目要求设计一个LED路灯控制系统,实现支路控制器对单元控制器的有效控制。本系统采用ATMEGA16L单片机为主控芯片,采用对射式收发一体的光电传感器采集由于物体运动所产生的信号,再由支路控制器系统对信号进行处理实现对路灯的合理控制,以达到题目要求。支路控制器的时钟采用精确的时钟芯片并由字符型液晶作为显示,利用按键设定、修改开关灯时间。系统采用光敏电阻分压的方式感应周围环境明暗的变化,支路控制系统采集分压值经单片机处理后来控制路灯的变化。当路灯出现故障后路灯电路中采样点的电压值会发生变化,单片机根据变化量进行相
19、应的处理。基于设计思路在设计过程中选择合适的元器件,使用合适的单元电路模块,更有效的达到设计要求。方案二:与方案一不同的是方案二选用AT89S52芯片,采用红外对管对物体的移动进行检测,时钟由单片机定时器实现。方案比较:与AT89S52相比,ATMEGA16L在性能上具有明显的优势,若采用红外对管则给元件的安装带来不便,且不易调试;由单片机定时器实现的时钟不准确,故采用方案一。4 总体设计方案本系统以ATMEGA16L为控制核心。整个系统硬件框图如图1所示:图4-1 系统框图4.1 支路控制系统设计图4-2 最小系统支路控制系统是模拟路灯控制系统的核心,该系统采用ATMEL公司的ATMEGA1
20、6L单片机作为主控制芯片来实现对受控对象的控制。与AT89S52相比,ATMEGA16L是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器,具有速度快、输出电流大、工作电压范围宽、成本低等优点,是一款性价比很高的单片机。(1) 时钟模块图4-3 时钟电路为实现精确的时钟功能并节省单片机IO口资源,该设计使用专用的接口方式为串行的时钟芯片DS1302,该芯片线路简单、体积小,易于操作,且价格低廉。DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,
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