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        路燈智能控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)

        2011-02-28 09:05:10楊傳彤
        黑龍江交通科技 2011年6期
        關(guān)鍵詞:看門狗高電平時鐘

        楊傳彤

        (中國航空工業(yè)空氣動力研究院)

        1 市場現(xiàn)狀

        目前市場主要有以下幾種光源控制器,即光控、鐘控(包括機(jī)械鐘和石英鐘)、電子時鐘控制等幾種。

        (1)光控。采用光敏器件,根據(jù)外界環(huán)境的光線變化轉(zhuǎn)換成電信號,然后通過比較電路比較得出開、關(guān)信號去控制用電設(shè)備。這種控制方式在理想狀態(tài)下,是十分準(zhǔn)確可靠,但在實(shí)際中,很容易受外界各種雜散光線的影響,而且必須定期擦洗感光器件表面的灰塵,因此,在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性。

        (2)鐘控。一般采用石英鐘或機(jī)械鐘作為時鐘基準(zhǔn),使用機(jī)械開關(guān)對用電設(shè)備進(jìn)行控制,這種控制方式要求必須定期更換電池或上發(fā)條,一旦忘卻,很容易失去控制,另外還有一個缺點(diǎn)是抗震動的能力比較差,很容易受外界的干擾。

        (3)電子鐘控。電子鐘控類似上述石英或機(jī)械鐘控制,只不過時鐘有電子電路來完成,該種控制方式要求使用者要定期對開關(guān)時間進(jìn)行調(diào)整,它的開關(guān)時間完全由人工來設(shè)定。在停電時沒有保護(hù)功能,來電后必須進(jìn)行重新設(shè)定。

        以上控制方式都有其局限性,而路燈智能控制系統(tǒng)則彌補(bǔ)了上述不足,此種控制系統(tǒng)具有時鐘準(zhǔn)確可靠,開關(guān)時間可自動設(shè)定,不需要人工進(jìn)行調(diào)整的優(yōu)點(diǎn),由于采用微電腦芯片,可根據(jù)內(nèi)部日期自動查詢當(dāng)日的開、關(guān)時間,而且隨著季節(jié)變化,能夠自動改變每日開、關(guān)時間,這樣就不需要人工去調(diào)整。該控制系統(tǒng)還具有掉電保護(hù)功能,不受停電影響,來電后仍可正常運(yùn)行,只要控制系統(tǒng)不出故障,就不用定期進(jìn)行調(diào)整。若系統(tǒng)出現(xiàn)故障,故障檢測電路會記錄下來,以供檢修人員參考。

        2 應(yīng)用系統(tǒng)方案的選定

        (1)設(shè)計(jì)思想。經(jīng)度線和緯度線可以標(biāo)定出每一地區(qū)的方位,而每一地區(qū)一年中日出與日落的時間可以通過天文測量得出。而《民用晨光始和民用昏影終》表則測出了東經(jīng)0°,北緯0°~51°范圍內(nèi),一年中每隔十天的日出和日落時間。若想獲得某一地區(qū)的日出和日落時間,首先要獲得這一地區(qū)的經(jīng)緯度數(shù)值,然后根據(jù)緯度值查出在表中的位置,再根據(jù)經(jīng)度值通過公式計(jì)算得到其時間,并根據(jù)其開關(guān)時間進(jìn)行控制。

        (2)方案選定。充分考慮以上設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)原則的前提下,采用了體積小、重量輕的單片機(jī)為主機(jī),以AT89C51單片機(jī)為中心設(shè)計(jì)其核心電路、控制繼電器動作的接口電路、鍵盤接口、顯示器接口、以及看門狗電路、掉電保護(hù)等電路,組成了單片機(jī)開發(fā)的路燈智能控制系統(tǒng)的硬件部分。

        在軟件方面,程序用AT89C51匯編語言編制,程序固化在4 KB的EPROM當(dāng)中。

        3 應(yīng)用系統(tǒng)組成

        根據(jù)以上思路,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示,對于以單片機(jī)為核心處理器的系統(tǒng)來說,還需要增加一些附屬電路來保證其系統(tǒng)的可靠性和提高系統(tǒng)的抗干擾能力,系統(tǒng)還需要具有輸入范圍寬、輸出穩(wěn)定度高、電流大等特點(diǎn)的高穩(wěn)定度電源。

        圖1 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)示意圖

        (1)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器電路的研制過程。采用AT89C51芯片內(nèi)部自帶的4 KBEPROM來存儲程序,除此之外還將DS12887的RAM空間地址存儲年、月、日、時、分、秒信息,用X25045的RAM空間地址存儲經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和故障檢測數(shù)據(jù)。

        (2)鍵盤、顯示器電路的研制。鍵盤是系統(tǒng)作為輸入部分的重要組成部分。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求,既要滿足系統(tǒng)的基本功能,又要使操作人員使用方便、易于操作。因此系統(tǒng)采用雙按鍵式。

        (3)電源及繼電器控制電路的研制。電源供應(yīng)采用12 V、3 W的電源。并用穩(wěn)壓芯片7809和7805轉(zhuǎn)換成9 V(為繼電器提供電源)、5 V(為集成電路芯片提供電源)。

        采用多組繼電器控制,通過軟件編程可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路的復(fù)雜控制。例如控制戶外多組廣告射燈的顏色變換,增加系統(tǒng)的使用范圍。

        (4)檢測電路的研制。檢測電路是用來檢測系統(tǒng)內(nèi)部故障,采用四與門芯片74LS08和X25045來實(shí)現(xiàn)此功能。CPU通過74LS08檢測電路故障,并通過報(bào)警器向操作人員報(bào)警,X25045存儲故障數(shù)據(jù)以備檢修人員參考。

        (5)DS12887實(shí)時時鐘芯片的內(nèi)部包含有一個鋰電池、石英晶振和寫保護(hù)電路,可以為系統(tǒng)提供精確的非易失時鐘、百年歷、可編程中斷、非易失靜態(tài)RAM,在斷電情況下仍能保持時間及內(nèi)存,為程序的正確運(yùn)行和控制提供了保障。

        如圖2所示,MOT管腳接地是選擇了INTEL時序;DS管腳在INTEL時序下被稱作讀(/RD),它與CPU中的讀信號相連,從DS12887中讀取數(shù)據(jù);AS管腳與CPU中的ALE/P相連,AS的下降沿使得地址鎖入DS12887;/IRQ管腳是DS12887的中斷輸入,與CPU的/INT0相連,為系統(tǒng)提供500 ms一次的周期中斷,/IRQ總線是漏極開路輸出,要求外接上拉電阻。

        圖2 CPU與DS12887接口設(shè)計(jì)

        (6)系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。X25045芯片有三種常用的功能:看門狗定時器,電壓監(jiān)控和E2PROM組合在單個封裝之內(nèi)。這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求。

        看門狗定時器對微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)故障時、在可選的超時周期(TIME-OUT INTERVAL)之后,X25045看門狗將以RESET信號作出響應(yīng)。用戶可從三個預(yù)置的值中選擇此周期。一旦選定,即使在電源周期變化之后,此周期也不改變。

        利用X25045低VCC檢測電路,可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受低電壓狀況的影響。當(dāng)VCC降到最小VCC轉(zhuǎn)換以下時,系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位一直確保到VCC返回且穩(wěn)定為止。

        如圖3所示,串行輸出(SO)是串行數(shù)據(jù)輸出引腳,在讀周期內(nèi),數(shù)據(jù)在此引腳上移出,數(shù)據(jù)由串行時鐘的下降沿同步輸出;串行輸入(SI)是串行數(shù)據(jù)輸入引腳,所有操作碼、字節(jié)地址以及寫入存儲器的數(shù)據(jù)在此引腳上輸入,數(shù)據(jù)由串行時鐘的上升沿鎖存;串行時鐘(SCK)控制用于數(shù)據(jù)輸入和輸出的串行總線定時;寫保護(hù)(/WP)接高電平,所有的功能包括非易失性寫操作保持正常;復(fù)位(RESET)是高電平有效,漏極開路的輸出端,只要VCC下降到低于VCC檢測電平,它將變?yōu)楦唠娖?。直至VCC上升到最小VCC檢測電平200 ms為止。如果看門狗定時器工作且/CS保持高電平或低電平的時間長于看門狗超時周期,則RESET變?yōu)楦唠娖健?/p>

        4 軟件功能設(shè)計(jì)

        (1)本系統(tǒng)可隨季節(jié)變化自動改變每日開啟和關(guān)斷時間,全年無需人工調(diào)整照明時間,實(shí)現(xiàn)全自動控制;

        (2)本系統(tǒng)可隨季節(jié)變化自動改變每日開啟時間,但關(guān)斷時間人工設(shè)定延時數(shù)小時后或定點(diǎn)自動關(guān)閉;

        (3)本系統(tǒng)可人工設(shè)定開啟和關(guān)斷兩個時間點(diǎn),自動在定時時間內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行控制;

        (4)本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多段分時控制,多組繼電器控制。例如:控制戶外多組廣告射燈的顏色變換。

        5 結(jié)束語

        本文所寫的單片機(jī)開發(fā)的路燈智能控制系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到鐵路、廠礦(如黑龍江省軍區(qū))、大專院校(如哈爾濱工程大學(xué))的路燈控制中,經(jīng)過實(shí)踐表明,該產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、使用方便、節(jié)約能源。

        圖3 CPU與X25045接口設(shè)計(jì)

        圖4 主程序設(shè)計(jì)流程圖

        [1] 張友德,趙志英,涂時亮.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].復(fù)旦大學(xué)出版社,1993.

        [2] 張積東,孫積第,夏華龍.單片機(jī)51/98開發(fā)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社,1994.

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        [5] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社,1993.

        [6] 袁樂安.智能儀表的開發(fā)[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2000,20(2).

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