【正文】 測到道路上人流、車流 稀少的時間段時，使控制系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)路燈亮度；當檢測到路燈出現(xiàn)故障，故障信息將立即向到路燈控制系統(tǒng)發(fā)送，并顯示故障路燈編號，給路燈檢修和維護工作帶來了一定的方便。 (2)查找相關(guān)資料，對路燈控制系統(tǒng)進行整體設(shè)計。 (4)通過 對相關(guān)參數(shù)值 的 設(shè)置，實現(xiàn)對不同 時間段進行不同的開燈模式 。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 3 頁 共 26 頁 2 系統(tǒng)設(shè)計方案 總體設(shè)計 本系統(tǒng)是模擬生活中兩邊路燈的控制系統(tǒng)，如圖 所示，將 系統(tǒng) 分成 顯示 設(shè)備 、控制 系統(tǒng) 和 2 個單元控制 系統(tǒng)。 控制 系統(tǒng)控制 2 個單元控制 系統(tǒng)的 LED 燈 1 和 LED 燈 2的電源 輸入 和輸出。 顯 示 設(shè) 備控 制 系 統(tǒng)單 元 控 制 系 統(tǒng) 1 單 元 控 制 系 統(tǒng) 2L E D 燈 1 L E D 燈 2? ? 圖 模擬路燈控制示意圖 系統(tǒng)設(shè)計要求 控制系統(tǒng)設(shè)計基本要求 （ 1） 控制系統(tǒng) 必須具有通信模塊，能夠完成控制器和 PC機之間的信號傳遞。 （ 3）控制系統(tǒng)具有信號采集模塊，其中信號采集包括亮度檢測模塊和物體檢測模塊，能夠根據(jù) 外界光線亮度的變化 和夜間 交通情況自動調(diào)節(jié)路燈開關(guān)及亮度狀態(tài)。 （ 5）控制系統(tǒng)具有 聲光報警模塊，當 路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），能夠發(fā)出聲光報警信號，并能顯示有故障路燈的編號。 （ 2）單元控制系統(tǒng)必須性價比高，工作穩(wěn)定。人工方式是對路燈控制系統(tǒng)進行人工開關(guān)控制。光控方式是對道路上的信號采集，在經(jīng)過系統(tǒng)分析判定達到對路燈 開關(guān)的控制作用。 為了實現(xiàn)上述功能，本系統(tǒng)設(shè)計在定時工作方式的基礎(chǔ)上， 利用光照強度作為路燈的起控點， 當光照強度 較亮時， 實現(xiàn)路燈的 自動關(guān)閉 ；當光照強度 較暗時， 實現(xiàn)路燈 自動開啟 ；當夜間檢測到行人，車輛時，實現(xiàn)對路燈的亮度進行自動調(diào)整的控制 。對于系統(tǒng)的總體模塊設(shè)計，我們將 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模塊化，就是把整個硬件電路分為幾 個模塊，這樣使設(shè)計更加明確，也有利于以后對各模塊的調(diào)試的檢測。 通 信 模 塊L E D 數(shù) 碼 管時 鐘 模 塊信 號 采 集 模 塊故 障 檢 測 模 塊聲 光 報 警 模 塊單 片 機S T C 8 9 C 5 2電 源 控 制 模 塊單 元 控 制 系 統(tǒng) 圖 路燈控制系統(tǒng)組成示意圖 在路燈控制系統(tǒng)模塊中，單片機最小系統(tǒng)，采用 STC89C52單片機實現(xiàn)；時鐘模塊，主要采用 DS1302時鐘芯片實現(xiàn)； LED數(shù)碼管模塊是本系統(tǒng)的顯示模塊，由 4個 LED數(shù)碼管組成，用來顯示故障 路燈的編號；信號采集模塊可分為亮度檢測模塊和物體檢測模塊， 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 5 頁 共 26 頁 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收發(fā)傳感等設(shè)備對經(jīng)過的車輛進行檢測計數(shù)；故障檢測模塊，主要采用光敏二極管通斷進行路燈設(shè)備故障的檢測；聲光報警模塊，實現(xiàn)路燈出現(xiàn)故障時的聲光提示，電源控制模塊，不僅給整個硬件系統(tǒng)提供電源，還給硬件系統(tǒng)提供中斷信號；通信模塊，用于傳輸來自上位機的指令；單元控制系統(tǒng)，主要能夠根據(jù)路燈控制系統(tǒng)輸出的信號，對路燈的亮度進行調(diào)節(jié)。 應(yīng)用 STC89C52芯片，構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)，如圖 STC89C52單片機的最小系統(tǒng)圖，主要包括時鐘電路，復(fù)位電路等。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 6 頁 共 26 頁 STC89C52 芯片其主要功能如下： （ 1） 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ； （ 2） 8K 字節(jié)程序 存儲空間 ； （ 3） 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； （ 4） 內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 ； （ 5） 可直接使用串口下載 。當在放大器兩個引腳上外接一個晶振一個晶 振和兩個電容（典型取值 30pF）組成的并聯(lián)諧振電路作為反饋元件，便構(gòu)成了一個自激振蕩器。 復(fù)位電路 在單片機系統(tǒng)中，一般需要一個硬件復(fù)位電路，用于手動復(fù)位， RST引腳是復(fù)位信號的輸入端。 該按鍵復(fù)位電路由兩個電阻（ R1=200， R2=10K），一個電容（ 10uF）和一個按鍵組成，接通電源后自動實現(xiàn)復(fù)位操作。 根據(jù)實際顯示內(nèi)容可采用液晶顯示模塊或 LED數(shù)碼管。而 LED數(shù)碼管功耗更低，并且性價比較高，但顯示內(nèi)容有所限制。 如圖 ，我們利用人眼的“視覺暫留”特性，采用動態(tài)掃描態(tài)顯示 LED數(shù)碼管。根據(jù)人眼的視覺暫留效應(yīng)，當循環(huán)點亮的速度很快的時候，可以認為各個 LED數(shù)碼管的顯示是穩(wěn)定的。 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(shè)置當前時間和定時時 間； (3)時鐘模塊的時間誤差一天應(yīng)不能超過 1s。 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。所以選用 DS1302為本模塊設(shè)計的核心芯片是較為科學(xué)的。 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(shè)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(wù)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。 (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。 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(fù)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(shè)計說明書（論文） 第 9 頁 共 26 頁 收發(fā)傳感器等設(shè)備對經(jīng)過的車輛進行檢測計數(shù)等。 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。 對于亮度檢測模塊，我們以光敏電阻為主導(dǎo)核心設(shè)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。如此一來，單片機便可以有效的識別信號了，提高了準確性。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。 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。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(yīng)的工作處理。將這個高電平送到單片機內(nèi)部與程序設(shè)定的初值比較，判斷是否打開光控電路。 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。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。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。 方案二：使用紅外 發(fā)光二極管和接收管組合。同時紅外系統(tǒng)還具以下優(yōu)點：尺寸小，質(zhì)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。 通過對比，本次設(shè)計模塊中由于是近距離探測，采用方案二。如圖 ， 為紅外收發(fā)傳感器判斷交通情況電路 。 紅外發(fā)射管和接收管可以采用屏蔽的方式來消除外界的干擾 。 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。如果路燈不正常工作，則電路出現(xiàn)故障。 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(shè)計說明書（論文） 第 12 頁 共 26 頁 聲光報警模塊設(shè)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]。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]。 在本模塊設(shè)計中，如圖 路，通過 NPN三極管對電路進行開關(guān)控制。聲光報警模塊收到該信號，電路導(dǎo)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。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。通過三端穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，輸出 +5V的直流電壓。 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。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。 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。 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 KR 4 43 3 0L E DL M 7 8 0 5G N D5 Va圖 電源控制原理圖 通信模塊設(shè)計 計算機與外部設(shè)備的信息信息交換稱為通信，通信方式可分為兩種：并行方式和串行方式。其特點是傳送速度快，效率高；但由于傳送多少位就需要多少跟數(shù)據(jù)線，所以傳送成本較高。由于成本較高及傳送距離較短，本模塊設(shè)計不采用并行方式。其特點就是成本低，但傳送速度慢，效率低。所以本模塊采用串行方式較為科學(xué) [8]。這兩者之間必須要有一個電平轉(zhuǎn)換電路。但是由于 RS232的信息傳輸速率太低，我們就在設(shè)計 RS232和單片機之間添加 RS485。 從而 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 14 頁 共 26 頁 實現(xiàn)路燈控制系統(tǒng)與 PC機之間的信息傳遞的方便、快捷特性。對于單元控制器，我們利用三端雙向可控硅 BTA08 與光電耦合器相結(jié)合的方式組成單元控制電路。通過 STC89C52 單片機中的中斷，改變可控硅的導(dǎo)通角，進而來實現(xiàn)對路燈亮度的調(diào)節(jié)。達到易于對相關(guān)工作模塊程序編寫的目的。 采用了 DS1302專門的時鐘芯片 , 可對時鐘及定時進行設(shè)置 。 表 時鐘模塊時間設(shè)置表 時間 季節(jié) 開燈 關(guān)燈 春季 18:30 6:30 夏季 19:00 5:30 秋季 18:30 6:30 冬季 18:00 7:30 這個時段可以動態(tài)修改，修改操作在上位機完成，通過通信模塊將所需指令寫入STC 89C52芯片內(nèi)，隨即就可以改變時控開關(guān)燈 的工作時段。 開 、 關(guān) 路 燈時 間 預(yù) 設(shè)開 始初 始 化時 間 是 否 在 開 燈范 圍 內(nèi)控 制 路 燈 狀 態(tài)YN 圖 時鐘模塊流程圖 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 16 頁 共 26 頁 信號采集模塊 對街道路面信息數(shù)據(jù)的采集與處理是本系統(tǒng)的主要任務(wù)之一，在設(shè)計中必須要高效的完成信號的采集與處理。 亮度檢測模塊 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 STC89C52單片機，再由單片機進行分析做出相 應(yīng)的工作。 流程圖如圖 。根據(jù)本模塊所要達到的功能，分析工作流程，設(shè)計流程圖。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 17 頁 共 26 頁 開 始初 始 化是 否 晚 上結(jié) 束 物 體 檢 測是 否 有 車 輛路 燈 亮 度 1 0 0 % 路 燈 亮 度 8 0 %等 待