袁文鳳 黃夢(mèng)真
摘 要:文章介紹了一種以89C51單片機(jī)為核心構(gòu)成的模擬路燈控制系統(tǒng)的控制電路,該電路采用傳感器檢測(cè)技術(shù),使路燈可以根據(jù)交通和環(huán)境情況自動(dòng)調(diào)節(jié)燈的狀態(tài)。并具有故障檢測(cè)功能,故障發(fā)生時(shí),某一支路發(fā)出報(bào)警信號(hào),同時(shí)有顯示部分顯示故障燈所在支路的地址編碼。再加上液晶顯示模塊和信息輸入模塊,可以直觀地顯示出路燈的亮滅時(shí)間并可對(duì)其進(jìn)行控制操作。
關(guān)鍵詞:路燈控制;LED驅(qū)動(dòng);MCU;傳感器
1 模擬路燈控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)與論證
該系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)交通狀況,并及時(shí)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)。換句換說該系統(tǒng)具有測(cè)試點(diǎn)不同、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一樣的情況下,燈的亮滅不一樣,當(dāng)某一運(yùn)動(dòng)的物體即將到達(dá)燈下時(shí),該路燈提前點(diǎn)亮,當(dāng)運(yùn)動(dòng)的物體駛過該路燈快要來到下一路燈下時(shí),上一路燈熄滅,下一路燈點(diǎn)亮。所以該系統(tǒng)首先具備檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),還要求控制器能根據(jù)環(huán)境的變化而變化,形成智能化控制燈亮滅的目的。通過分析,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了光控開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這一功能。
1.1 探測(cè)運(yùn)動(dòng)物體
該系統(tǒng)采用單片機(jī)控制路燈亮滅,當(dāng)檢測(cè)到物體運(yùn)動(dòng)時(shí),將檢測(cè)到的信號(hào)傳回單片機(jī),并有單片機(jī)根據(jù)信號(hào)對(duì)LED燈進(jìn)行控制。
方案一:利用光敏電阻檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的信號(hào)。根據(jù)光敏電阻對(duì)光線的靈敏度原理,光敏電阻收到的光亮度增加時(shí),光敏電阻的阻值減小,使輸出的電壓增大為高電平,又因?yàn)榇?lián)分壓,此時(shí)需加入電平轉(zhuǎn)換電路,使輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為低電平,輸入單片機(jī)進(jìn)行控制。該方案設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是光敏電阻的測(cè)光范圍寬,靈敏度較高,響應(yīng)范圍寬。那么,該系統(tǒng)若要順利進(jìn)行,運(yùn)動(dòng)物體需要帶有光源,另外光敏電阻還會(huì)受路燈等其他燈光的影響,故導(dǎo)致其不能正常工作。為了節(jié)約成本,我們可以利用光敏電阻的特性,設(shè)計(jì)光電開關(guān)、故障檢測(cè)等電路。
方案二:根據(jù)方案一的分析,光電開關(guān)工作原理是根據(jù)發(fā)射端發(fā)出的光束,經(jīng)過物體反射,接受端據(jù)此判斷是否有物體經(jīng)過。若沒有光線被折射回來,輸出高電平;反之,則輸出低電平。單片機(jī)再根據(jù)接收端電平的高低,做出相應(yīng)控制。以此判斷運(yùn)動(dòng)物體是否經(jīng)過設(shè)定位置。具體設(shè)計(jì)在路的一側(cè)安裝光電開關(guān),采用E3F-DS10C4,其具有長(zhǎng)壽命和高可靠性。其中LED指示燈可以檢測(cè)傳感器的狀態(tài),經(jīng)濟(jì)且操作簡(jiǎn)單。手動(dòng)調(diào)節(jié)探頭上的一個(gè)旋鈕就可以控制探頭的靈敏度,最遠(yuǎn)探測(cè)距離為30厘米,滿足設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求、安裝在路邊,不影響路面的正常行駛。
1.2 信息采集和數(shù)顯
本系統(tǒng)采用時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)燈時(shí)間,并通過顯示系統(tǒng)顯示設(shè)定時(shí)間。單片機(jī)利用時(shí)鐘系統(tǒng)控制整條支路按時(shí)開關(guān)燈。那么鍵盤是最好的手動(dòng)設(shè)置輸入信息的元器件。手動(dòng)操作鍵盤的輸入,對(duì)顯示信息進(jìn)行修改和設(shè)定。本系統(tǒng)采用4個(gè)獨(dú)立式按鍵,分別實(shí)現(xiàn):模式、功能、移位和增加。其中模式鍵分為自動(dòng)和手動(dòng);功能鍵菜單有:時(shí)鐘,LED路燈1的亮、滅時(shí)間,LED路燈2的亮、滅時(shí)間,和顯示有故障路燈的地址編號(hào),另外功能鍵還可調(diào)出需要設(shè)定的菜單。增加鍵,則用來改變選定的數(shù)值。移位鍵,用來選定需要修改的數(shù)值。這里重點(diǎn)探討顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
如果采用LED燈組成顯示,將占用太多的系統(tǒng)資源,顯示信息量少,需要循環(huán)刷新,并且功耗大。若采用單片機(jī)專用08032液晶顯示屏,只占用單片機(jī)11個(gè)接口,動(dòng)態(tài)掃描,滾動(dòng)顯示信息,節(jié)約資源。
1.3 明暗環(huán)境檢測(cè)和聲光報(bào)警功能
采用光敏電阻的感光特性,制作成光敏傳感器,感應(yīng)周圍環(huán)境的變化,控制和檢測(cè)燈的亮滅。根據(jù)題目的基本要求分析所得,系統(tǒng)的控制有兩種模式:Auto和Normal模式。該系統(tǒng)采用三個(gè)光敏傳感器,其中兩個(gè)用來檢測(cè)路燈的故障,另一個(gè)用來感測(cè)環(huán)境亮暗的變化,當(dāng)環(huán)境變暗時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)模式:探測(cè)有物體經(jīng)過時(shí),是否燈亮。若該亮的路燈不亮,既不能正常工作時(shí),該支路的光敏傳感器檢測(cè)到燈不亮的信號(hào),便把該信息傳達(dá)給單片機(jī),由單片機(jī)控制聲光報(bào)警器,并把故障路燈的編號(hào)通過LCD液晶顯示出來。
1.4 恒流源和調(diào)光設(shè)計(jì)
根據(jù)調(diào)光需要,選擇額定電壓3v,額定功率1瓦的LED燈。根據(jù)功率公式:P=UI得LED所需的電流。
應(yīng)為I=P/U,I為330mA,通過計(jì)算恒流值應(yīng)為固定的330mA。有上述,我們首先選定LM317三端可調(diào)正穩(wěn)壓集成電路。調(diào)光部分采用PWM控制,在假設(shè)控制電路輸出頻率恒定,通過調(diào)整其占空比,使得在規(guī)定時(shí)間內(nèi)路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能按設(shè)定要求自動(dòng)減小,并能調(diào)節(jié)輸出功率,使其設(shè)定在一定范圍內(nèi)。
2 電路設(shè)計(jì)與說明
2.1 恒流源供電和調(diào)光電路
已知Iout為330mA,由LM317構(gòu)成的穩(wěn)壓電路可得:
Iout=(Vref/R)+Iadj=1.25V/R=330mA
所以可得出R為3.7歐,即需要有3.7歐的電阻,才能滿足輸出電流為330mA,由于LED的驅(qū)動(dòng)功率比較大,所以采用二個(gè)6.8Ω/2W的電阻并聯(lián)來實(shí)現(xiàn)(實(shí)測(cè)電阻值為7.3Ω,并聯(lián)后為3.65Ω),滿足設(shè)計(jì)需要。
2.2 模擬路燈系統(tǒng)述
該系統(tǒng)以STC8051單片機(jī)進(jìn)行控制,漫反射傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)輸入到單片機(jī),單片機(jī)做出判斷,并執(zhí)行相應(yīng)操作。若檢測(cè)到故障,單片機(jī)將信號(hào)傳給聲光報(bào)警電路。若檢測(cè)到某移動(dòng)物體,則控制某支路路燈進(jìn)行相應(yīng)操作,并利用中斷系統(tǒng)設(shè)定路燈亮滅時(shí)間、顯示時(shí)間。
3 系統(tǒng)測(cè)試
在有光源或無光源環(huán)境下,經(jīng)測(cè)試,系統(tǒng)能夠到達(dá)設(shè)計(jì)要求,及時(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體并及時(shí)響應(yīng),控制路燈亮滅。
3.1 漫反射傳感器的檢測(cè)
3.2 光敏電阻傳感器的檢測(cè)
4 結(jié)束語
模擬路燈控制系統(tǒng)建立在現(xiàn)場(chǎng)終端和遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)上,能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào),并對(duì)信號(hào)作出處理。從而達(dá)更好地服務(wù)行人和車輛的目的。
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作者簡(jiǎn)介:袁文鳳(1983-),女,河南周口人。