【正文】 th the development of science and technology, especially the rapid development of puter technology, people power saving consciousness rise ceaselessly, the control of the power supply voltage will bee urban construction of choice. Keywords: Micro Controller Unit (MCU)； digitaltoanalog converters (DAC)； digital converter (ADC)； closedloop control 基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) iii 目錄 緒論 4 總體設(shè)計方案及論證 6 三端可調(diào)穩(wěn)壓器 6 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 13 穩(wěn)壓控制模塊 16 顯示模塊 20 軟件設(shè)計 24 硬件 測試 27 參考文獻 46 基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 1 頁，共 48 頁 電是工業(yè)的動力，是人類生活的源泉，如果沒了電，人類將失去光明，人類生活將變成一片混亂。而且路燈基本都采用高壓鈉燈（該燈功率大），區(qū)域內(nèi)供電電壓極不穩(wěn)定，波動范圍大。但是我國的既能省電又 能延長路燈壽命的技術(shù)相比國外卻是落后了，特別是要針對我國的現(xiàn)狀并且吸取國外的技術(shù)經(jīng)驗才能設(shè)計出符合我國的路燈控制技術(shù) 。 緒論 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 2 頁，共 48 頁 及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。但在實際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位 器也容易磨損。另一方面，在國家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識指導(dǎo)下，我國電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國際先進水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品 。其不足是由于反應(yīng)速度較慢，基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 3 頁，共 48 頁 用電高峰時電壓降到非穩(wěn)定區(qū)，容易造成燈光閃滅，不能自動調(diào)節(jié)，同時如果電壓突然升高，則不能避免燈具受到市電的瞬時高壓沖 擊，對燈具的保護能力較差 。該設(shè)備主要采取簡單的相控技術(shù)，不足之處是元件容易發(fā)熱燒壞，由于采用相控技術(shù)產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，使熒光燈和氣體燈小停閃動，減損燈具壽命及相關(guān)附件的使用壽命，降低照明質(zhì)量，不綠化不環(huán)保，國家相關(guān)規(guī)定已經(jīng)明確禁止使用這種無功補償技術(shù)設(shè)備，以系統(tǒng)節(jié)電濾波形式，主要是凈化電網(wǎng)，補充無功功率，補償電網(wǎng)，而對于有功電度表計量系統(tǒng)，缺少實際節(jié)電效果。它的應(yīng)用將會克服大功率電源的 制造、運輸及維修等困難。 (2)不斷提高功率器件性能要求，主要體現(xiàn)在鎮(zhèn)流裝置上技術(shù)提高。 第三部分 主要 詳細闡述了各個模塊的整體結(jié)構(gòu)以及設(shè)計框圖，包括單片機控制系統(tǒng)模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓 /電流采樣模塊、繼電器驅(qū)動模塊、顯示模塊、光信號采集模塊和鍵盤模塊。 總體設(shè)計方案 及各功 能模塊硬件實現(xiàn) 總體設(shè)計方案及論證 根據(jù)設(shè)計要求， 我設(shè)計了以下三種方案： 方案一 ， 設(shè)計開關(guān)電源。但用數(shù)字量控制的 作用更加明顯。方案原理圖如圖 所示。該設(shè)計方案，主要由單片機控制模塊，穩(wěn)壓控制模塊，電壓 /電流采樣模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，光信號采集模塊，繼電器輸出模塊七部分組成。 方案一 ， 7805 是三端正電源穩(wěn)壓電路，它是 5V 固定電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。 方案二 ， LM317 是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 LM317 服務(wù)于多種應(yīng)用場合，包括局部穩(wěn)壓 等。穩(wěn)壓內(nèi)部含有過流、過熱保護電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點。 Vout=（ 1+12RR ） +IadjR2 (式 ) 式 中， 是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓 Vref，此電壓加于給定電阻 R1 兩端，將產(chǎn)生一個恒定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器 R2。 方案一， TLC5620 帶有緩沖參考 輸入（高阻抗）。 對 TLC5620 的數(shù)字控制是通過一個簡單的 3線串行總線完成，并且與 CMOS版本兼容，易于和所用主流微處理器和微控制器接口。 14 針的小外形封裝使得模擬信號的數(shù)字控制功能可以應(yīng)用于要求節(jié)省空間的情況。每個電阻串的一端接到 GND基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 8 頁，共 48 頁 端，另一 端接到參考輸入緩沖的輸出端。 方案二 ， DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù) /模轉(zhuǎn)換器。 它 旨在直接與 8080， 8048， 8085， Z80 及其他通用的微型處理器進行相接。雙緩沖可以使這些 D/A 轉(zhuǎn)換器在獲取下一個數(shù)位字時輸出相應(yīng)一個數(shù)位字的電壓。 圖 DAC0832 邏輯框圖和引腳排列 DAC0832 利用 _____1WR 、 ______2WR 、 ILE、 ________XFER 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 9 頁，共 48 頁 方式。這種工作方式適用于多模擬信 號同時輸出的應(yīng)用場合。 方案一， TLC548 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過 CLK、 CS、 DATA OUT 三條口線進行串行接口。 ，典型功耗值為 6mW。這種 CS 控制作用允許在同時使用多片 TLC548 時，共用 I/O CLOCK，以減少多路 (片 )A/D 并用時的 I/O 控制端口。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32us，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 與 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 圖 ADC0832 引腳圖排列 圖 ADC0832 實物圖 ADC0832 引腳功能： __CS ：片選使能，低電平芯片使能。 DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 運算放大器 運算放大器 OP07 芯片是一種低噪 聲，非 斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。 而且 OP07 具有極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點。 超穩(wěn)定，時間： 2μV/month最大 。 超低偏移： 150uV 最大。 LCD1602 顯示屏性能及特點： 顯示容量： 16X2 個字符。 字符尺寸： 。 本設(shè)計主要 采用常用 的 STC89C52 單片機芯片作為控制器， P0 口和DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， D/A 的電壓輸出端接放大器 OP07 的輸入端，設(shè)定放大器的放大倍數(shù)為 5，輸出到電壓模塊 LM317 的電壓分辨率 。 圖 系統(tǒng)原理框圖 硬件 模塊設(shè)計 單片機控制模塊 單片機控制模塊主要以 51 系列的 STC89C52 芯片為核心， P0 口接液晶顯示屏 LCD1602 作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時 、 、 是液晶 LCD 控制端口； P1 口 接 DAC0832 作為輸出數(shù)據(jù)傳輸， 為 DAC0832 控制端口； ， 接 3 個獨立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸； ,， 接 ADC0832 作為輸入 /輸出 數(shù)據(jù)傳輸。主要是用 DAC0832 輸出的參考電壓去控制 LM317 輸出大小變化。 穩(wěn)壓控制電路如圖 所示。 電壓與電流采樣模塊 電壓與電流采樣模塊是系統(tǒng)的重要組成部分， ADC0832 是一個 8 位的逐次逼近型 ADC，它與一個兩通道的模擬器連接，能對來自端口的兩路單端輸入電壓進行采樣。這樣，就能達到閉環(huán)反饋的目的。放大倍數(shù) Au=R16/R15= 60/3=20，通過 A/D 轉(zhuǎn)換，送給單片機處理，實現(xiàn)穩(wěn)流功能。的視角，可以顯示各種文字、數(shù)字、彩色圖像及動畫信息，也可以播放電視、錄像、 VCD、DVD 等彩色視頻信號，多幅顯示屏還可以聯(lián)網(wǎng)播出， 而且 LED 顯示屏的單個元素反應(yīng)速度是 LCD 液晶屏的 1000 倍，在強光下也可以照看不誤。從以上諸多因素來看，采用 LCD 顯示更為理想。 它的顯示運行原理如下： 讀狀態(tài)：輸入： RS=L， RW=H,E=H。 寫數(shù) 據(jù)：輸入： RS=L， RW=L， D0～ D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖；輸出：無 基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 18 頁，共 48 頁 圖 電壓 /電流采樣電路 圖 LCD1602 顯示電路 鍵盤模塊 系統(tǒng)中鍵盤模塊設(shè)計了三個按鍵 KEY2， KEY3， 所示，分別基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 19 頁，共 48 頁 由單片機 、 、 輸入。 當(dāng)光敏電阻受到光照射時，電阻減小，運放同向輸入端為低電平；當(dāng)光照較弱時，電阻增加，運放同向輸入端為高電平。 繼電器驅(qū)動模塊 運算放大器 UA741 同相輸入端與單片機 口相連， 因為單片機高電平時輸出的電流大概是 ，因此需要采用 由 UA741 構(gòu)成的電壓跟隨器將微弱的單片機輸出信號放大，提高帶負載能力，使輸出電流能夠帶動三極管，但為防止電流過大燒壞三極管，因此加上限流電阻，從而通過三極管的開關(guān)作用來驅(qū)動繼電器。當(dāng)這種電壓超過晶體管的 ,CBO CEOVV時，晶體管將會被擊穿。程序運行后，開始檢測是否有鍵按下，若有則進入設(shè)定按鍵功能。 圖 反饋 比較 子 程序流程圖 保留顯示設(shè)定值 |實際值 設(shè) 定差值 |大于 1? 原來的顯示設(shè)定值 +差值 恢復(fù)現(xiàn)場 顯示結(jié)果 返回 N N Y Y 保護現(xiàn)場 實際值 設(shè)定值 ？ 原來的顯示設(shè)定值 差值 基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 23 頁，共 48 頁 按鍵掃描子程序模塊 在開始掃描發(fā)現(xiàn)有鍵按下時，先進行消抖，防止由于按鍵振動導(dǎo)致誤判。由于三端穩(wěn)壓器 LM337 性能不是很穩(wěn)定，要細心 調(diào)試， 直到 輸出電壓達到要求。 由于運算放大器 OP07 是采用雙電源供電，所以 雙電源 可能會存在不平衡性，以至于 造成放大的誤差。 在調(diào)試三極管時，發(fā)現(xiàn)三極管不能按要求進行導(dǎo)通和關(guān)斷。如果兩組管腳都能夠?qū)?，能繼電器正常；如果在接通電源前后導(dǎo)通管腳并沒有變化，則先檢查驅(qū)動電源是否正常為 5V，不是則繼電器已損壞。 基于單片機的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) 第 25 頁，共 48 頁 測量結(jié)果： 表 電壓測試表 系統(tǒng) 理論電壓值（ V） 系統(tǒng)測量電壓值（ V） 誤差（ V） 0 0 0 根據(jù)上表測量數(shù)據(jù)情況進行數(shù)據(jù)誤差 分析： 絕對誤差：（ ++?? +0+） /12= （式 ） 相對誤差 rA=（ ++?? +0/+） /12=%（式 ） 由式 、式 所示，相對誤差為 %2%，符合本設(shè)計要求。在同學(xué)和老師的幫助下，我一步一步地將這些錯誤修改完成。 畢業(yè)設(shè)計之初，我以飽滿熱情投入到工作中去，積極詢問指導(dǎo)老師，虛心向同學(xué)請教，認真查閱圖書、資料、