【文章內(nèi)容簡介】 P N PQ 4P N PQ 5P N P P N PQ 8P N PP N PV C CS 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7P 1 . 0P 1 . 1 P 1 . 2 P 1 . 3 P 1 . 4 P 1 . 5 P 1 . 6 P 1 . 7Q 6P N PQ 7 Q 9P N PQ 1 0W 2W 1aW 3W 4 aabcdefgd pabfcgdeD P Yd pabfcgdeD P Yabcdefgd pd pabcdefgg f be dW 1ch e dW 2ch e dW 3ch e dW 4chg f a b g f a b g f bffabcgdeD P Yabcdefgd pd pabfcgdeD P Yabcdefgd pd pfR 3 82 KG N DR 4 02 KG N DR 4 12 KG N DP 0 . 0P 0 . 2 P 0 . 3W 1W 3W 4Q 1 2P N PQ 1 4P N PQ 1 5P N PR 3 92 KP 0 . 1W 2Q 1 3P N PG N D 圖 LED數(shù)碼管模塊原理圖 時鐘模塊設計 時鐘模塊提供路燈控制系統(tǒng)定時開關燈操作時所需的時鐘信號，且時鐘數(shù)據(jù)可通過控制模塊進行調整。 根據(jù)系統(tǒng)需求，時鐘模塊必要功能： (1)時鐘模塊為 24h 制或 12h 制，并且能夠自動計時，能夠分別顯示時、分、秒； (2)時鐘模塊具備手動校準功能，可直接設置當前時間和定時時間； (3)時鐘模塊的時間誤差一天應不能超過 1s。 根據(jù)上述要求，為了實現(xiàn)精確的時鐘控制并節(jié)省單片機 I/O口資源，本時鐘模塊主要以 DS1302為核心設計。 如圖 ， DS1302 具備主電源 /后備 電源雙電源引腳，主電源斷電后仍能工作，以保證時鐘的準確性，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302線路簡單、體積小、功耗低且價格低廉，它不僅可以提供時、分、 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 8 頁 共 26 頁 秒以及日期數(shù)據(jù)，計時格式可以是 24h制和 12h制任選，還可以將每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動修正且不存在“千年蟲”等問題優(yōu)點。所以選用 DS1302為本模塊設計的核心芯片是較為科學的。 DS1302的各引腳功能如表 。 表 DS1302的各引腳功能表 V C C 2 V C C 1X 2 S C K LX 1 I / OG N D R S TV C C1 0 0 0 u FD S 1 3 0 2G N DP 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7G N D 圖 時鐘模塊原理圖 信號采集模塊設計 街道路面信息數(shù)據(jù)的采集與處理是系統(tǒng)的主要任務之一，要高效的完成信號的采集與處理首先必須解決以下兩個問題 : (1)信號采集與處理首先必須處理好標度變換問題。由于系統(tǒng)采集的各種參數(shù)都有不同的量綱和數(shù)值 ，被測信號轉換成數(shù)字量之后，往往還要轉換成操作人緣所熟悉的工程量。 (2)在信號采集模塊中，會存在大量的現(xiàn)場干擾，采集的數(shù)據(jù)都有著存在不同程度的信號干擾。因此應根據(jù)信號受干擾性質和干擾后果，分別采取相應的軟件和硬件措施消除干擾。 為了滿足上述要求，對信號采集模塊主要可分為亮度檢測模塊和物體檢測模塊，亮度檢測模塊采用光敏電阻實現(xiàn)對周圍環(huán)境光照度的采樣，物體檢測模塊采用紅外線引腳號 引腳名稱 功能 1 VCC2 主電源 3 X X2 振蕩源，外 接 32768Hz晶振 4 GND 地線 5 RST 復位 /片選線 6 I/O 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端（雙向） 7 SCLK 串行時鐘輸入端 8 VCC1 后備電源 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 9 頁 共 26 頁 收發(fā)傳感器等設備對經(jīng)過的車輛進行檢測計數(shù)等。 亮度檢測模塊介紹 亮度檢測模塊主要是為了對外界環(huán)境的光照強度進行采樣，將采樣得 的信號傳遞給單片機，再由單片機進行分析做出相應的工作。 對于檢測環(huán)境光線的明暗， 利用光敏電阻當入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大的特性。將光電進行轉換，是本模塊能夠 根據(jù)環(huán)境光的明暗變化來自動控制路燈的開關 [11]~[12]。 對于亮度檢測模塊，我們以光敏電阻為主導核心設計了兩個可行方案，在這兩個方案中進行對比，選擇出最滿足系統(tǒng)要求的方案。 方案一：用一個簡單的電阻和一個光敏電阻，串聯(lián)起來，通過遮光和不遮光來采集中間電壓的變化，然后傳給單片機，由單片機來進行信號外理，完成信號傳遞。 方案二：用一個電阻與光敏電 阻串聯(lián)，先把信號傳給比較器，再送入單片機內(nèi)，完成信號傳輸。這里把光敏產(chǎn)生的信號送給比較器，主要是用它來整形，在比較器的反向輸入端，用電阻分壓，作為基準電壓，使得經(jīng)過比較器后的電壓，只有兩種狀態(tài)，即高電平和低電平。如此一來，單片機便可以有效的識別信號了，提高了準確性。 從理論上來說，方案一還是是不錯的，結構十分簡單，但在實際操作當中，往往有些不盡如人意，主要是傳出來的信號電平，不是突變的，也就是說光線照在光敏電阻強度不是跳變的，造成信號的不穩(wěn)定，所以此種方案不適用。而方案二傳送到單片機的只有高電平和低電平，相 對來說提高了對信號的識別和準確性。綜上所述，我們采用方案二較為科學。 亮度檢測模塊工作原理 如圖 所示，將一個電阻與光敏電阻串聯(lián)，先把信號傳給比較器，再送入單片機內(nèi)，完成信號傳輸。其中光敏電阻分得的電壓經(jīng)電壓比較器與用戶設置的參數(shù)進行比較，進行整形處理。再把電平信號輸入給路燈控制系統(tǒng)，讓控制系統(tǒng)做出相應的工作處理。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 10 頁 共 26 頁 R 1 21 0 KR 1 33 3 0 KL M 3 9 3R 1 41 0 0 KR 1 51 5 0 KR 1 6L I G H T R E SV C CG N DL E DP 2 . 4 圖 亮度檢測模塊原理圖 當光照亮度下降時，光敏電阻的阻值會上升，電壓比較器反向輸入端電壓升高，到設定的值時 LM393 的輸出由低電平轉變?yōu)楦唠娖?。將這個高電平送到單片機內(nèi)部與程序設定的初值比較，判斷是否打開光控電路。如果亮度檢測模塊檢測的信號達到開啟電平值那個點，將啟動亮度檢測模塊監(jiān)測判定是否達到一定暗度，如果達到一定暗度，將開啟路燈，否則說明路上的光照依然很強烈不需要打開路燈。 物體檢測模塊介紹 物體檢測模塊主要用于夜間凌晨車流量減少，檢測汽車的移動，并根據(jù)汽車的移動進行路燈亮度的自動控制。根據(jù)上述要求，當傳感器檢測到汽車時，傳感器給控制器發(fā)送信號，對路燈亮度進行控制。對此我們所選的傳感器必須靈敏性高 還具有一定的穩(wěn)定性。對于傳感器的選擇下面有兩個方案： 方案 — ：用發(fā)光二極管與光敏三極管組成的發(fā)射，接收電路。這種方案的缺點在于其他環(huán)境光源（比如閃電等）會對光敏三極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界光亮條件改變，很可能造成誤判和漏判。取超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。 方案二：使用紅外發(fā)光二極管和接收管組合。由于紅外光波長比可見光長，因此受可見光的影響較小。同時紅外系統(tǒng)還具以下優(yōu)點：尺寸小，質量輕，能有效的抗可見光波段的偽裝，對輔助裝置要求最少，對人眼無傷害。該傳感器不但價格便宜，容易購買，而且處理電路簡單易行，實際使用效果很好，能很順利地感應到物體。 通過對比，本次設計模塊中由于是近距離探測，采用方案二。 物體檢測模塊工作原理 采用紅外收發(fā)傳感器，一個發(fā)射管發(fā)射紅外線和一個接收頭接收紅外線信號 。如圖 ， 為紅外收發(fā)傳感器判斷交通情況電路 。 紅外發(fā)射管和接收管對射式安裝， 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 共 26 頁 當有障礙物到達紅外發(fā)射管和接收管中間時，通過 LM393電壓比較器把紅外接收管與用戶通過滑動變阻器設置的閾值電壓相比較，得到高低電平信號， 單片機 STC 89C52采集到此信號，控制路燈的亮度狀態(tài) 。 紅外發(fā) 射管和接收管可以采用屏蔽的方式來消除外界的干擾 。 5 VR 7 3 3 0紅 外發(fā) 射 管G N D5 VR 8 1 0 0 KR 9 1 0 KG N DG N DG N DL M 3 9 3R 1 01 0 KR 1 1 1 KL E D輸 出 指 示 燈紅 外接 收 管P 2 . 5 圖 物體檢測原理圖 故障檢測模塊設計 故障檢測也是由電壓比較器 LM393 和光敏電阻組成，與上述信號采集模塊中的亮度檢測模塊原理圖類似，如圖 所示，利用電壓 LM393 對已經(jīng)設定好的閾值電壓和光敏的電阻分得的電壓進行比較，通過 和 端口將輸出高低電平信息傳送給STC89C52 單片機，讓單片機進行相應工作的判定。 本模塊主要是利用光敏電阻的光感特性，通過觀察 LED 路燈的好壞 來檢測電路。通電后如果路燈正常工作，說明該部分電路工作正常。如果路燈不正常工作，則電路出現(xiàn)故障。把故障信息傳遞給 STC89C52 單片機，單片機對此信息進行處理，發(fā)出報警并顯示故障路燈編號。 R 1 71 0 KR 1 83 3 0 KL M 3 9 3R 1 91 0 0 KR 2 01 5 0 KR 2 1L I G H T R E SV C CG N DL E DP 2 . 1 圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 共 26 頁 聲光報警模塊設計 在本系統(tǒng)中，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或被監(jiān)控的參數(shù)超出允許值，例如溫度超限、壓力不足、電壓過高等，這時需要發(fā)出報警信號，常用的報警方式有燈光報警和聲響報警 [13]。根據(jù)系統(tǒng)要求，采用燈光報警和聲響報警相結合的聲光報 警。聲光報警模塊是為了使在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，蜂鳴器會發(fā)出警報聲，在此同時報警指示燈也會亮起來 [14]。以便讓操作者及時采取措施。 在本模塊設計中，如圖 路，通過 NPN三極管對電路進行開關控制。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時， STC 89C52單片機給三極管基極發(fā)送一個高電平信號。聲光報警模塊收到該信號，電路導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲，同時發(fā)光二極管也會亮起來發(fā)出警示。 L S 1N P NR 5 2 K5 VR 6 1 KG N DP 3 . 4L E D 圖 聲光報警模塊原理圖 電源控制模 塊設計 STC89C52 單片機的工作電壓在 ~，電源電路采用線性穩(wěn)壓電源，交流電源由變壓器將 220V 的交流電壓轉換成 10V 左右的低壓交流電。由于此脈動的直流電壓含有較大的交流分量，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，所以在電路中加了電容，濾出交流分量。在濾除交流分量之前，我們可以利用 a點的脈動直流給路燈控制系統(tǒng)提供中斷信號。通過三端穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，輸出 +5V的直流電壓。 在三端穩(wěn)壓管的選擇上，我們選擇 LM7805 穩(wěn)壓管。 LM7805 穩(wěn)壓管是一種三端穩(wěn)壓好集成模塊，它有三個端即輸入 端、公共端、輸出端。它內(nèi)部有調整管、基準電壓源、取樣電路、比較放大器、過流保護、芯片過熱保護及調整管安全工作區(qū)保護電路組成。三端集成穩(wěn)壓電源具有使用方便、安全可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點是一種較為理想的低電壓供電模型。 LM7805 是一種輸出電流為 的低電流穩(wěn)壓模塊，能有效的為整個電路提供穩(wěn)定的工作電壓，因此在本設計過程中充分的考慮到節(jié)能的 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 26 頁 設計理念運用以穩(wěn)壓模塊為電路提供能量。 電源控制系統(tǒng)中硬件電路的制作過程中， 如圖 所示，我們 特地加上了一個發(fā)光二極管，如果通電后該二極管正常工作，則說明該電路部 分正常工作。如果發(fā)光二極管不正常工作，則說明該電路部分出現(xiàn)故障。 C 1 01 0 4I N4 0 0 7V i n V o u tGNDU 12 2 0 V ~1234U 29 V ~R 4 21 KC 1 11 0 4 C 1 21 0 0 0 u F /2 5 VC 1 32 2 0 0 u F /2 5 VC 1 41 0 4R 4 31