全国电子大赛模拟路灯控制系统.docx

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1、题目名称：模拟路灯控制系统（I题）X.方案论证与比较1ED灯驱动的比较与选择18A三极管作为1ED的驱动，这是因为3DA18A管耗小，功率为IW符合驱动三极管的条件。传感器的比较与选择用光敏电阻组成光敏探测器。光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化。当光线照射到物体上时，光线反射，反射光一般好弱，考虑到试题的要求，因此光敏电阻在晚上对行人的检测将不再起大作用，因此我们考虑其他的方案。用RPR220型光电对管。RPR220是一种一体化反射型光电探测器，其发射器是一个神化钱红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。采用RPR220完全可以有效的降低干扰，而且方便可行，能够准

2、确的实施检测。RPR220采用DIP4封装，其具有如下特点：塑料透镜可以提高灵敏度。内置可见光过滤器能减小离散光的影响。体积小，结构紧凑。且当发光二极管发出的光反射回来时，三极管导通输出低电平。显示模块的比较与选择本模拟路灯控制系统中，要求显示时钟和路灯出故隙时显示相应的路灯，此时的显示可以用液晶模块1602来显示，或者采用其他的1CD模块来显示，也可以采用数码管来显示，对于这个系统，采用1ED作为显示，数码管显示亮度高，由于显示模块只是用来显示一些简单数字，且根据要求所显示数字为清晰可见这就为使用数码管的变成了可能。用数码管作为显示模块也能体现性价比，所以我们选择了一个四位一体共阳的数码管作

3、为显示模块。测量方法比较和选择传感器的传感距离在可行的范围之内越近越好,我们可以选择接触式测量和非接触式测量，对于该系统，我们选择了非接触是的测量比较接近实际而又符合生活中实际路灯对晚上行人的感触。而测量路灯运行的正常状况，我们可以加高电压或者电流让1ED灯烧坏，此时CPU发出报警和显示相应烧坏的路灯序号，而一般情况下我们不采取这种做法，在可行的情况的下，我们可以选择截断1ED灯一根电源供应线，此时电路的相当于烧坏1ED的作用，测量的效果亦可以起到烧坏1ED灯的作用，所以我们选择了后者作为1ED灯运行状况的测量。2 .硬件设计总体设计模拟路灯控制控制系统有五大板块组成，划分为：电源模块，单片机

4、控制模块，传感模块，1ED灯驱动模块，报警模块，各个模块并不是相互独立的，而是彼此工作，一旦有一板块停止工作，都会影响其他的模块。电源模块输入的220V的交流电，经变压器两降压和相关元件整流，滤波，稳压后输出5V的直流电源输送给各个模块，控制模块是整个电路的核心，它收集来自各个模块的信号，并对信号进行处理发出相应的控制指令，传感模块对环境和路灯下是否有行人进行信号的发射和收集，当传感器检测到环境是晚上，检测到是否有人路过，自动开启和关闭路灯，并对路灯的好坏情况反映给控制模块，让CPU作出相应的处理。模拟路灯控制系统总体框架图反射式光电传感器模块设计：依题意，“可移动物体M（在物体前端标出定位点

5、，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”，可见，要感应物体M的移动，可用红外传感器来感应物体的到来和离去，把物体的移动信息及时的传送至CPU,让CPU作出相应的处理，我们选择了RPR220传感器，因为它具有发射和接收功能，而且管耗小，较灵敏，其工作电压为为5V,光电传感模块原理图如下所示：光敏电阻感应模块设计：本系统使用的光敏电阻是龙信达科技公司生产的型号为1XD95系列的9的光敏电阻，1ED灯驱动电路模块设计:本设计使用的1ED灯为IW的大功率发光二极管，不能使用普通的三极管来做驱动，这是因为普通的三极管功率小，发热量大，极易烧坏，所以必须使用中大功率的三极管来做驱动,

6、我们选择了3DA18A三极管,它的额定功率为1W,最大电压为5V,最大电流为220MA,DIP金属封装，管耗小。1ED灯驱动电路模块的原理图如下：电源模块的设计由于整个系统的正常工作电压是5V,所以我们打算用12V的变压器把220V的交流电降压到12V,然后再通过KBP307进行整流，经过7805稳压到5V,电源模块原理图如下：3 .软件设计我们选用了AT89S52单片机作为中央处理器，它内部具有4KB的程序存储空间，3个定时、计数器。我们采用了C语言编程来控制单片机。程序的大致流程图如下图所示：程序流程图4 .系统测试测试：通过按键的设置，可以任意设置时间，由于是采用四位一体数码管，所以只能

7、显示分钟和秒的时间，虽然不能显小时的时间，但也总算是实现了部分时钟的功能。控制整条支路按设好的时间开灯和关灯功能的测试：首先我们先通过按键设置好多少时间以后就马上开灯或者关灯，数码管上显示的时间久开始倒计时,一旦达到所设置的时间就马上开灯或者关灯。在实验中,我们分别设置了一分钟以后就开灯和关灯，结果从灯的亮灭情况来看确实是达到了要求，因此我们这一步的设计是成功的。我们测试这个功能很简单，在白天的情况下，1ED灯是处于熄灭的状态，当我们用物体把光敏电阻罩住，阻止光照射到光敏电阻,两个1ED灯就马上亮起来,因此我们的这一步的设计是成功的。我们用一个当物体经过第一个光电传感器时，灯1亮；当物体经过第

8、二个光电传感器时，灯1灭，灯2亮；当物体经过第三个光电传感器时，灯2灭。若物体以相反的次序经过光电传感器，那么灯亮次序与上相反。由此我们也实现了这一功能。由于灯出现故障，大多数情况是断路，由此我们只要在灯亮的情况下使灯不接入电路就可以人为制造故障了检测显示和报警的功能。在具体操作时，我们把1号灯不接入，那么数码管显示数字1,蜂鸣器发出报警声；当我们把2号灯不接入，那么数码管娴熟数字2,蜂鸣器发出报警声。总结测试表明，模拟路灯控制系统灯能够实现本次设计的基本要求。通过各种方案的讨论及尝试，再经过多次的整体软硬件结合调试，不断地对系统进行优化，才终于把此次设计完成。在这次电子竞赛设计中，我们也从中

9、学到了一些有关电子方面的知识，比如大功率1ED的驱动，非接触式传感器的工作原理等，同时我们在电路检测这一环节中，也学到了一些检测基本电路故障的方法，比如在光电传感器这一部分电路中，很多次都不能实现传感器的作用，电路不工作正常，单片机无法采样电平,于是我们就在面包板上一个一个元器件的替换，后来才知道每个元器件不同的数值会直接影响传感器的正常工作，通过不断的调试，终于找出了能让传感器正常工作的元器件数值。虽然我们这次设计基本上达到了要求，但还有很多的不足，比如在制作PCB板中，没有很好布局与布线，在各个电路模块中，也没有很好考虑到整个控制系统的方便性，由于要用传感器采样，所以就必须要制作多个模块，

10、于是决定采用导线把模块接到单片机并控制各个模块的工作情况，这样就增加了电路的复杂性，同时电路受到的不明干扰性也增大。在部分模块电路的硬件测试中，刚开始做面包板试验时，电路连接是对了，但没有实现相应的功能，我们就一直在改电路，甚至想换掉整个模块，经过反复的思考，我们就怀疑芯片是坏的，于是我们就单独检测了芯片的功能，终于发现原来芯片是坏的，由此我们就得到一点经验，那就是在做面包板试验时，要仔细认真检测每个元器件的好坏，哪怕是刚买回来的元器件也可能是坏的。还有一个要注意的问题，那就是在调试各个模块的时候要记得仔细检查各个焊点是否短路和虚焊，如果不确定的地方，最好是用万用表检测一下。另外，在软件调试时

11、，我们采用先编好一个模块的程序，并实现功能，接着继续编其他模块的程序，一个一个模块功能实现的方式，最后才把各个程序串联起来，经过不断的调试与修改，最后终于能使整个程序正常运行起来，并可以实现各个模块的功能，总体上达到了设计的基本要求。由于时间的原因，我们没有把发挥部分做出来，这也是很大的遗憾，因为我们在前阶段元器件的选择和调试中浪费了很多的时间，以至于到最后都没有时间去做发挥的部分，不管怎样，我们还是感到比较欣慰，毕竟是已经很努力去做了。参考文献1 .模拟电子线路基础，吴运昌著，广州：华南理工大学出版社，2004年；2 .数字电子技术基础，阎石著，北京：高等教育出版社，1997年；3 .单片机

12、原理及应用，李建忠著，西安：西安电子科技大学，2002年；附录：附1：电路原理图附2:源程序*typedefunsignedcharuint8;*无符号8位整型变量*/typedefsignedcharint8;*有符号8位整型变量*/typedefunsignedshortuint!6;*无符号16位整型变量*/typedefsignedshortinti6;*有符号16位整型变量*/sbitP1_0=P10;sbitP1_1=P11;sbitP1_2=P12;sbitP1_3=P13;sbitP1_4=P14;sbitP1_5=P15;sbitP1_6=P16;sbitP1_7=P17;s

13、bitP2_0=P20;sbitP2_1=P21;sbitP2_2=P22;sbitP2_3=P23;sbitP2_4=P24;sbitP2_5=P25;sbitP2_6=P26;sbitP2_7=P27;sbitP3_0=P30;sbitP3_1=P31;sbithjjc=P32;sbitP3_3=P33;sbitf1ag_8=P34;sbitf1ag_9=P35;/“1234”一固定显示的数，可根据具体情况更改（可改为O10）constuint81eds_gd4=1,2,10,10）;/1ed显示时用的显示数据缓冲区（Ied段码管上的显示内容就是数组里的内容）uint8eds4=0,0,0

14、,0）;uint81ed_zimo11=OxCO,0xF9,OxA4,OxBO,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,OxFF;/*按键为4个，定义及键码分别为：（不可改，否则按键处理时对不上号）切换/确认键：EKB-OK=1,用来切换设置状态和显示状态力U键：EKB_ADD=2,焦点数字加1减健：EKB-SUB=4,焦点数字减1显示模式切双键：EKB.MODE=8,手动切换时间显示和“1234”显示/-*/#defineEKB_OK1#defineEKB_ADD2#defineEKB_SUB4#defineEKB_MODE8按键信息结构typedefstruct（uint8io_s;按键状态【更新前为上一次状态，更新后为当前状态】uint8io_n;按键状态连续持续ticks个数记录uint8kb_s;当前键盘状态【0-未按下；I-按下】uint8kb_chg;键盘状态变位标识1I0,读清零，1