模拟路灯控制系统（廖钰龙） - 图文

2013 届毕业设计（论文）

材 料

系 、 部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 廖钰龙 指导教师： 王 韧 职 称： 副教授 专 业： 电气工程与自动化 班 级： 电气本 0901 学 号： 09401240138

2013 年 5月

湖南工学院2013届毕业设计（论文）课题任务书

指导教师 课题名称 1、设计任务 设计一套基于单片机控制的模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。 王韧 学生姓名 模拟路灯控制系统的设计与研究 廖钰龙 学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化

LED灯1输入、显示装置LED灯2单元控制器1单元控制器2支路控制器 图1 路灯控制系统示意图 内容及任务 LED灯240定位点404020MLED灯1S’4040ACB图2 S路灯布置示意图（单位：cm） 2、设计内容 （一）、模拟路灯控制系统的硬件系统 （1)、单片机最小系统模块；（2）、显示模块；（3）、键盘模块；（4）、检测及报警模块； （5）、实时时钟模块； （二）、模拟路灯控制系统的软件系统 （1）、系统监控程序模块 （2）、显示程序模块 （3）、键盘程序模块 （4）、实时时钟程序模块 1、模拟路灯控制系统的设计要求 （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。 （6）、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%范围内设定并调节，调节误差≤2%。 拟 达 到 的 要 求 或技 术 指 标 起止日期 2013/3/25～3/31 2013/4/1～4/7 2013/4/8～4/14 2013/4/15～4/21 2013/4/22～5/5 2013/5/6～5/19 2013/5/20～5/26 2013/5/27～6/2 2013/6/3～6/9 工作内容 根据毕业设计课题任务书、撰写开题报告 1000字以上与课题有关的外文资料翻译 课题总体方案设计 课题硬件系统设计 课题软件系统设计 课题系统调试 撰写毕业设计说明书 教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩 毕业设计答辩 备注 1周（第5周） 1周（第6周） 1周（第7周） 1周（第8周） 2周（第9、10周） 2周（第11、12周） 1周（第13周） 1周（第14周） 1周（第15周） 进度安排 [1] 沈红卫.单片机应用系统设计实例与分析［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003. [2] 张毅刚主编.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工大学出版社，1990.8. [3] 何立民编著.MCS-51 系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.1. [4] 李光飞.单片机C程序设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003.01. [5] 王幸之，王雷，王闪.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学 出版社，2002. 主[6] 周慈航.单片机应用程序设计技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002. 要[7] 何立民.MS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社,1999. 参[8] 杨振江等.智能仪器与数据采集系统中的新器件及应用[M].西安：西安电子科技 考大学出版社，2001. 资料 [9] 马忠梅编著.单片机的C语言Windows环境编程宝典[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.6. [10] 谢自美.电子线路设计与实验测试[M].武汉：华中科技大学，2010. [11] 康华光.电子技术基础模拟部分[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.7. [12] 阎石.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2009. 年 月 日 教研室 意见 年 月 日 院主管领导 意见 湖南工学院毕业设计(论文)开题报告

题 目 学生姓名 模拟路灯控制系统的设计与研究 廖钰龙 班级学号 电气本0901 09401240138 专业 电气工程与自动化 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1000字以上的文献综述。 随着国家经济和城市建设的发展，城市照明系统因为其展现城市形象的作用，而受到了各地政府的高度重视。而大部分城市管理部门所采用的控制方式已很难保证城市照明系统的正常运行，特别是当控制箱或线路出现问题时，就有可能造成大面积灭灯，产生较坏的影响。同时由于缺少实时监测手段，无法实现故障的及时发现和维修，所以各级政府和市民对城市的照明系统提出了更高的要求，而城市照明管理部门不但管理城市道路照明，还将参与城市景观灯的管理。就目前的城市照明来看，灯光控制分为分散性的时控方式和手控方式，时控方式就是在路灯配电箱中安装定时器，按照预设的时间自动开灯和关灯；手控方式主要用于城市的景观灯等等，由于城市的景观灯开关考虑到其使用的特殊性，所以是采用人工手动控制方法。需要每天都要派人去现场手工开关灯，因此导致亮灯时间周期长，无法实时控制亮灯、灭灯的时间。而时控方式又要定期去调整开关灯时间，也很不合理，不能实现开关灯控制的最优化、合理化、科学化，造成能源的浪费，使灯具设备使用寿命大大缩短。导致城市照明设备的自动化智能化程度不高，随着城市的不断发展，路灯的使用范围也越来越大，路灯的控制范围也越来越大，现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施出现的故障情况，从而导致不能有效地节约能源，并且故障率高、维修困难，使得维护人员的工作量很大。而由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测等功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，能够为及时进行修复提供了有力的保障，因此设计出一种既能有效节约资源又能方便城市居民的城市路灯控制系统就显得尤为重要。 而目前实现模拟路灯控制系统的控制单元主要有2种：PLC和单片机，如果采用PLC作为控制单元，虽然PLC的硬件接线简单，工作稳定性高，容易实现模拟路灯控制系统的功能，但是由于用PLC构建的整个系统的性价比很低，所以使用PLC作为控制单元的这种设计方案我们不宜采用，而采用单片机为控制单元并且结合光敏电阻、调光电路和数码管系统等可以组成一套简易、经济、实用的模拟路灯控制系统．由于单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉的优点，因此使用它作为控制单元可以实现模拟路灯控制系统所要求的逻辑控制和模拟控制，所以选择单片机作为控制的核心单元。 模拟路灯控制系统简单原理就是以AT89C52单片机作为模拟路灯控制系统的控制核心，实现了调光功能、支路控制功能、独立控制功能、路面检测、天色及故障检测、报警等功能。设计并制作了性能稳定的直流稳压电路源、驱动发光二极管的恒流源驱动电路，路面检测采用了具有灵敏度高、使用环境广等特点的接近开关、天色检测模块及故障检测则采用了灵敏度较高的光敏电阻。硬件电路包括主控板、键盘显示电路、天色检测模块、路面检测模块、路灯故障检测模块、报警模块等组成，采用汇编语言编写了软件，基本实现了现代路灯控制系统所要求的功能。 在微型计算机的庞大群体中，单片机那是鼎鼎有名的，单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，相当于一个微型的计算机，是实现“信息采集与处理”的核心。而且单片机现在的使用领域已经十分广泛，比如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。而且各种产品一旦用上了单片机，就能够起到使产品升级换代的功效，另外考虑到城市照明管理系统效率的高低又将直接影响到城市的市容、投资环境、交通安全和社会治安等，是构建良好的城市环境的重要组成部份，因此利用单片机实现模拟路灯控制系统的设计与研究，不但可以帮助我学习到更多的单片机方面的知识，，而且模拟路灯控制系统的设计与研究也是很有现实意义的。

2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。 ⑴选题依据 在当今世界，电力紧张是个全球性的严重问题，而城市路灯照明是人们日常生活中必不可少的公共设施。路灯照明耗电量是非常大的，大约占总耗电量的 18%，。面对如此严峻的供电形势，世界各地的科技工作者都在积极开发节电措施，各种各样的应急节电措施采用：比如调整路灯开关的时间、夜晚间隔关灯、在用电高峰期关闭景观照明等等，但是当用电高峰过后，这些措施可能就被弃之不用，当电高峰再次来临，这些措施才会重新开始使用。因此这样的节电措施，在使用电紧张得到缓解的同时，却带来了资源的浪费，也对人们的日常生活造成了负面影响。使用我认为缓解用电紧张的最佳的办法是根据用电情况去实施智能化管理，减少资源的浪费，尽量让我们的每一度电都产生其应有的价值，此研究课题是根据现在城市路灯控制的发展趋势来进行模拟，对于日后的城市照明控制系统发展具有现实的意义，该系统能够实现对城市照明高效化、科学化管理的要求。设计模拟路灯控制系统有多种方法，可采用PLC技术或者EDA技术中的硬件描述语言（VHDL）、可编程逻辑器件CPLD/FPGA来完成设计，还可以采用DSP技术、单片机技术或者嵌入式的ARM指令系统来进行设计。不过，现在大多数模拟路灯控制系统采用的都是单片机技术，这是由于单片机系统设计具有经济性，灵活性，并且功能可以满足要求。单片机的主要特点包括体积小、重量轻、集成度高、性能稳定、较高的性价比、功耗低、速度快等等。所以综合以上特点，本次设计将为基于单片机的模拟路灯控制系统的设计与研究。 ⑵主要研究内容 本次设计模拟路灯控制系统的硬件系统包括单片机最小系统模块、显示模块、键盘模块、检测及报警模块、实时时钟模块几个部分；而其软件系统则包括系统监控程序模块、显示程序模块、键盘程序模块、实时时钟程序模块。各个模块均采用Proteus进行软件仿真模拟，软件基于 keil采用汇编语言编写，利用 Proteus和 keil之间的联调功能对硬件电路和程序同时进行仿真,通过硬件与软件的结合来实现模拟路灯控制系统的功能。其具体功能包括支路控制器的时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯;支路控制器可以根据环境明暗变化，自动开灯和关灯；支路控制器能够根据交通情况自动调节亮灯状态；支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间；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；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%范围内设定并调节，调节误差≤2%。 因此本课题研究的主要内容是模拟路灯控制系统的硬件电路以及软件的编程部分。设计的整体电路由单片机AT89C52 控制电路、DS1302时钟电路、光敏电阻的电路、红外传感器 CTRT5000 的电路、独立键盘电路、12864液晶显示电路及电源电路组成。而软件的编程部分与硬件电路是一一对应的，最后软件硬件结合以满足我们的设计要求。 ⑶研究思路及方案 根据设计要求，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关灯；支路控制器可以通过光敏电阻的电路来实现根据环境明暗变化，自动开灯和关灯的功能；支路控制器还可以根据交通情况自动调节亮灯状态；支路控制器能通过独立键盘电路来分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间；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；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%范围内设定并调节，调节误差≤2%。以上是我根据毕业设计的具体要求，通过查找并理解相关的文献资料后对本次毕业设计所做出的一个计划，为毕业论文的撰写奠定了基础。 为了完成本次设计所要求的功能，必须通过查阅相关的资料与文献，来加强对单片机理论知识的学习和理解，并且利用 Proteus和 keil之间的联调功能对硬件电路和软件程序同时进行仿真，这样可以避免在实际硬件电路中反复调试，从而提高设计的效率，最后结合各个模块的研究，整合软件和硬件进行对整个系统的调试，以完成模拟路灯控制系统的整体设计。 3.工作进度及具体安排 对本次毕业设计进度安排如下： (1)3月12日—3月18日，查找有关单片机方面的书籍和资料，了解模拟路灯控制系统的具体功能，为毕业设计与毕业论文的撰写奠定基础。 (2)3月19日—3月25日，总结整理收集来的相关资料，以便对整个课题有一个系统的了解，并准备与课题有关的外文资料翻译。 (3)3月26日—4月14日，根据课题要求设计出总体方案。 (4)4月15日—4月21日，根据总体方案设计硬件电路部分。 (5)4月22日—5月5日，根据总体方案设计软件编程部分。 (6)5月6日—5月19日，将硬件电路与软件编程部分结合起来进行整体系统调试。 (7)5月20日—5月26日，根据调试所得到的结论和搜集的资料来撰写毕业设计说明书。 (8)5月27日—6月2日，进行最后的总结工作，准备毕业答辩。 (9)6月3日—6月9日，毕业设计答辩 4．参考文献 [1]张晔，王玉民.单片机应用技术[ M].北京：高等教育出版社，2006.6 [2]王毓银.数字电路逻辑设计[ M].北京：高等教育出版社，2005.12 [3]王幸之，王雷，王闪.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002. [4]谢子殿,朱秀.基于单片机控制的智能化路灯节能装置的设计[J ] .微计算机信息 ,2005 ,21 [5]张毅刚. 单片微机原理及应用[ M] . 北京:机械工业出版社,2004.3 [6]冯建华,周立柱,主编. 数据库系统设计与原理. 北京:清华大学出版社.2004.7 [7]汤惟,主编. 软件工程基础[ M]. 西安:西安交通大学出版社.2000.3 [8]陆坤. 电子设计技术[ M] . 西安:西安电子科技大学出版社,1997 [9]王晓明,郭伟玲,高国,等.LED-新一代照明光源[J].现代显示,2005. [10]王乐.关于LED应用于照明的研究与设计[D].杭州:浙江大学,2005.8-9. [11]戴佳.51单片机C语言应用程式设计[M]. 北京：电子工业出版社，2003. [12]何立民.单片机应用与系统设计[M].北京航空航天出版社，2003.2. 指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日 注：可另附A4纸

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