模擬路燈控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、模擬路燈控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、任務(wù)和要求1、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，路燈布置如 圖2所示。led燈 1led 燈 22、要求（1）支路控制器有手動(dòng)開關(guān)燈的功能，能控制整條支路或單獨(dú)路燈燈1和燈 2的開燈和關(guān)燈。（2）支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按 時(shí)開燈和關(guān)燈。（3）支路控制器應(yīng)能根據(jù)壞境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。（4）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)口j移動(dòng)物體m （在 物體前端標(biāo)出定位點(diǎn)，由定位點(diǎn)確定物體位置）由左至右到達(dá)s點(diǎn)時(shí)（見 圖2）,燈1亮；當(dāng)物體m到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體m由 右至左移動(dòng)時(shí)，

2、則亮燈次序與上相反。（5）支路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時(shí)間。（6）當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯 示冇故障路燈的地址編號(hào)。3、說明1）光源采用1 w的led燈，led的類型不作限定。2）系統(tǒng)中不得采用接觸式傳感器。4. 基本要求（3）需測定可移動(dòng)物體m上定位點(diǎn)與過“亮燈狀態(tài)變換點(diǎn)”（s、b、s，等點(diǎn)） 垂線間的距離，耍求該距離w2cm。二、系統(tǒng)的總體方案根據(jù)設(shè)計(jì)的基本要求，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能有：能通過按鍵進(jìn)行手動(dòng)的開燈 和關(guān)燈；能實(shí)時(shí)顯示時(shí)間并按設(shè)定開燈、關(guān)燈時(shí)間；根據(jù)環(huán)境明暗變化，能自動(dòng) 開燈和關(guān)燈；根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)燈亮狀態(tài)。能分別獨(dú)立控制

3、每只路燈的開關(guān) 時(shí)間；能檢測故障，檢測到故障會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警，并顯示出故障路燈的地址編碼。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含以下兒個(gè)基本模塊：控制模塊、信息顯示模塊、鍵盤模塊、路燈模 塊、位置探測模塊、光亮度檢測模塊?？偟南到y(tǒng)框圖如圖3所示。圖31、控制模塊控制器采用5 1系列單片機(jī)，5 1系統(tǒng)單片機(jī)是一種最常用的單片機(jī)，其最 大的特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)成熟、成木低、容易學(xué)習(xí)，方便用軟件編程實(shí)現(xiàn) 齊種算法與邏輯控制，廣泛應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能有, 完成數(shù)字及控制信號(hào)的輸入、數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)的顯示以及路燈電路的的驅(qū)動(dòng)與控 制。2、顯示模塊顯示模塊用來實(shí)現(xiàn)交互菜單、提示信息、時(shí)間、系統(tǒng)工作狀態(tài)等信

4、息的顯示。 顯示器件可選用字符型液晶器lcd 1602, lcd 1602顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯 示兩行，每行16個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。市而上字符液晶大多數(shù)是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是完全相同 的，因此基于i1d44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型 液晶。該顯示器能基本滿足本系統(tǒng)顯示的需要。3、鍵盤模塊根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，鍵盤要能輸入09共10數(shù)碼、確認(rèn)、退出等信號(hào)，所 以用爐4矩陣鍵盤。4、路燈模塊51單片機(jī)i/o口為集電極上拉輸出方式，高電平輸出電流等于上拉電阻的電 流，這個(gè)電流比較小，低電平輸出是內(nèi)部晶體管吸收的電流,最大可以達(dá)到

5、10ma, 但是整個(gè)端口的總電流不能超過24mao所以，51單片機(jī)i/o口用來驅(qū)動(dòng)普通小功 率的沒冇問題。因本系統(tǒng)中采用的是1w的led燈，1w的led燈需要200ma的屯 流才能工作，故不能用直接用i/o口來驅(qū)動(dòng)它工作。本方案采用大功率的mos驅(qū) 動(dòng)1wled燈工作。5、位置探測模塊采用st 188紅外對射傳感器感測是否有物體通過，當(dāng)沒有物體通過時(shí)ce截 止，單片機(jī)采到的電壓值為低電平；當(dāng)有物體經(jīng)過時(shí)be導(dǎo)通，電源電壓加到e 端，單片機(jī)采到的電壓值為高電平。st188的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4, k端接510q電阻，e端接20k電阻，a和c端接+5v的電壓。6、光亮度檢測模塊。光皺電阻隨著光線變強(qiáng)電

6、阻值會(huì)變小，光線變?nèi)踝柚禃?huì)變?nèi)?。根?jù)光敏電阻的工作特性，按照路燈實(shí)際工作情況，可以設(shè)定一個(gè)閾值亮發(fā)，當(dāng)環(huán)境亮友低于 這個(gè)亮度時(shí)，使電壓比較器輸岀高電平，單片機(jī)采集到高電平后開燈，反z,單 片機(jī)采集到的低電平后關(guān)燈。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)由手動(dòng)開關(guān)燈、定時(shí)開關(guān)燈、根據(jù)環(huán)境明亮開關(guān) 燈、根據(jù)交通情況開關(guān)燈和路燈檢測等模塊組成。下面分別介紹各個(gè)模塊的硬件 和軟件的設(shè)計(jì)。(-)手動(dòng)開關(guān)燈模塊實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握單片機(jī)小系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)2、掌握路燈碩件電路的設(shè)計(jì)3、掌握手動(dòng)開關(guān)燈模塊軟件的設(shè)計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)：1、單片機(jī)小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制系統(tǒng)要通過良好的人機(jī)交換界面完成系統(tǒng)的所有控制功 能

7、。微控制器選用89s51 (52)單片機(jī)，鍵盤選用4*4鍵盤，顯示器選用16*2 的液晶顯示器lcd 1602o單片機(jī)小系統(tǒng)proteus中的仿真原理圖5如下：c2mjujxju2rvrluu1lac(b. "tx叫eaheisehf靈 e“ bobba&bbftp1rsdftpi jd pi jpi j p'ap> a p« j!ertxoeh溜c3 ottu*9lu3daab8ra3km1axzdr922p22a>0 f25iaii p2xai2 p22iai9 p2j1ai< p2.nai»raoriud pb.xxd p3

8、jtfb raatlttp9xsp3fp3jirt?ct.nht2、路燈電路設(shè)計(jì)51單片機(jī)i/o口為集電極上拉輸岀方式，高電平輸出電流等于上拉電阻的電 流，這個(gè)電流比較小，低電平輸出是內(nèi)部晶體管吸收的電流,最大可以達(dá)釦oma, 但是整個(gè)端口的總電流不能超過24ma。所以，51單片機(jī)i/o口用來驅(qū)動(dòng)普通小功 率的沒有問題。因本系統(tǒng)屮采用的是1w的led燈，1w的led燈需耍200ma的電 流才能工作，故不能用直接用i/o口來驅(qū)動(dòng)它工作。木方案釆用大功率的mos驅(qū) 動(dòng)1wled燈工作。具體電路圖6,其工作原理為，n溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管q1和q2 分別接pot和poti丨，當(dāng)poy）和pot輸出高電平

9、時(shí)，場效應(yīng)用q1和q2導(dǎo)通，led 燈d1和d2開燈，反z, led燈d1和d2關(guān)燈。圖6在面包板上安裝如上圖電路并測試。3、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)1）單片機(jī)端口和電路的連接pood1 燈，p01d2 燈p30-p33接鍵盤行掃描線，p34-p37接鍵盤列掃描線p00-p07 接 lcd1602 的 d0-d7p25 接 lcd1602 的 rw, p26 接 lcd 1602 的 rs, p27 接 lcd 1602 的 en,2）提供的c程序頭文件和文檔 lcd1602pdf文檔，介紹lcd 1602的原理與應(yīng)用。 頭文件lcd1602.h函數(shù)：lcd_init()液晶顯示器初始化函數(shù)。函數(shù)：lc

10、d_disp_cher (uchar x, uchar y, uchar *p), lcd 可以顯示 2 彳亍字 條，參數(shù)x為顯示字符起始列數(shù)，取值范圍1-16, y參數(shù)為顯示字符的起始行數(shù)。參數(shù)為要顯示字體串指向的第1個(gè)字符。 頭文件keyscan, h,調(diào)用keyscan ()函數(shù)，有按鍵按下時(shí)返回鍵值0-15, 無按鍵按下時(shí)，返回鍵值oxff.3) 程序流程圖主程序流程圖手動(dòng)開關(guān)燈流程圖路燈初始化 顯示本級(jí)菜單跳出循環(huán) 返加主菜單.（二）定時(shí)開關(guān)燈實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握時(shí)鐘芯片ds1302的原理與應(yīng)用。2、掌握定吋開關(guān)燈程序的設(shè)計(jì)。軟硬硬件設(shè)計(jì)1、ds1302硬件電路ds1302是由美國da

11、llas公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí) 鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷?種功能。其外圍電路如圖所不：81vcc1 vcc2x1rstsclk i/ox2ds130223-r&t:s®au22、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)1）單片機(jī)端口和電路的連接p22sda, p23sck, p24rst2）提供的c程序頭文件和文檔 ds1302pdf文檔，介紹ds1302的原理與應(yīng)用。 dsl302.h頭文件,dsl302. c程序。3）程序流程圖程序?qū)崿F(xiàn)的主要功能為，能實(shí)時(shí)顯示時(shí)、分、秒，能設(shè)置開燈和關(guān)燈的時(shí)間, 能控制所有燈在規(guī)定的時(shí)間開燈和關(guān)燈

12、。能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈 時(shí)間。輸入時(shí)間時(shí)具有糾錯(cuò)功能。設(shè)置時(shí)間流程圖實(shí)現(xiàn)功能有，能設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)間，要求在輸入時(shí)間時(shí)具有容錯(cuò)的功能。（三）根據(jù)環(huán)境明暗開關(guān)燈模塊實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握環(huán)境明暗檢測電路的設(shè)計(jì)2、掌握環(huán)境明暗檢測電路軟件的設(shè)計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)：1、環(huán)境明暗檢測電路的設(shè)計(jì)（本電路要完成硬件電路的安裝與調(diào)試）光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小，所以可用光敏電阻檢測環(huán)境的明 暗，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。所設(shè)計(jì)的環(huán)境明暗檢測電路 如下圖所示，電路屮電位器rv1對電源分壓后給電壓比較器同相端提供一個(gè)基準(zhǔn) 電壓。電壓比較器反相端的電壓由光皺電阻決定，當(dāng)光照強(qiáng)度增大時(shí)，光敏

13、電阻 阻值減小，反相端電壓升高，當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，反相端電壓大于同相端 電壓，電壓比較器輸出低電平，經(jīng)過反相器u4:a后輸出高電平，來實(shí)現(xiàn)控制開 燈和關(guān)燈。（注：在proteus仿真時(shí)，如把電壓比較器直接連接到單片機(jī)，單片 機(jī)不能區(qū)分其電平，在其后增加了一個(gè)反相器則可以。）2、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)電路連接：反相器輸出hjp12根據(jù)設(shè)計(jì)要求，程序能通過端口的電平來判斷環(huán)境的明暗，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈。 當(dāng)環(huán)境亮度低于某一亮度閾值時(shí)，路燈打開。反之，路燈關(guān)閉。其流程圖如下:開始路燈初始化 菜單初始化nnv關(guān)燈，顯示路燈工. 作狀況鍵盤扌"1描退出，返凹h上級(jí) 菜單（四）根據(jù)交通情況開關(guān)燈模塊實(shí)

14、驗(yàn)?zāi)康模?、掌握交通狀況檢測電路的設(shè)計(jì)2、掌握交通狀況檢測電路軟件設(shè)計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)：1、紅外發(fā)送接受模塊st188的原理與應(yīng)用。采用st 188紅外對射傳感器感測是否有物體通過，當(dāng)沒有物體通過吋ce截 止，單片機(jī)采到的屯壓值為低屯平；當(dāng)有物體經(jīng)過吋be導(dǎo)通，電源電壓加到e 端，單片機(jī)采到的電壓值為高電平。st188的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如卜'圖，k端接510q 電阻，e端接20k電阻，a和c端接+5v的電壓。st188內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2、交通狀況檢測電路的設(shè)計(jì)（本電路要完成硬件電路的安裝與調(diào)試）當(dāng)有車輛或人經(jīng)過時(shí)，st188紅外對射傳感器被擋光，如下圖電路按收三級(jí) 管截止，輸出為低電平，反z輸出為高電平

15、。電路中r1二510q, r2二20kq。hr25_ gnd在proteus仿真電路中，i大i沒有紅外對射傳感器，可以用如下電路模擬紅外 對射傳感器的功能。3、交通狀況檢測電路軟件設(shè)計(jì)如上電路和單片機(jī)的連接：sl-p13, s2-p14, s3-p15根據(jù)設(shè)計(jì)要求，程序要求能實(shí)現(xiàn)當(dāng)可移動(dòng)物體m （在物體前端標(biāo)出定位點(diǎn)， 由定位點(diǎn)確定物體位置）由左至右到達(dá)s點(diǎn)時(shí)（見圖2）,燈1亮；當(dāng)物體m到 達(dá)b點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體m由右至左移動(dòng)時(shí)，則亮燈次序與上相反。本模塊程序設(shè)計(jì)要求同學(xué)們獨(dú)立完成，編程的要點(diǎn)是，定義一個(gè)標(biāo)記位flag, 當(dāng)車輛從s-b-s'時(shí)，flag二0；當(dāng)車輛從s' -b-s時(shí)，flag=lo（四）路燈檢測模塊實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握報(bào)警電路的設(shè)計(jì)2、掌握路燈檢測電路軟件的設(shè)計(jì)軟硬件設(shè)計(jì)：1、報(bào)警電路的設(shè)