智能路灯控制系统毕业论文

目 录

第一章 绪论 ............................................. 1

1．1 设计概述 ........................................................... 1

1．1．1 设计背景 .................................................... 1 1．1．2 设计意义 .................................................... 2 1．2 系统设计目标 ..................................................... 2

第二章 总体设计 ......................................... 4 第三章 系统硬件设计 ...................................... 5

3．1 AT89S52单片机概述 .................................................. 5

3．1．1 AT89S52单片机的内部组成 ..................................... 5 3．1．2 AT89S52单片机的功能特性 ..................................... 5 3．2 显示模块设计 ....................................................... 8 3．3 物体检测模块设计 .................................................. 13 3．4 环境监测单元设计 .................................................. 14 3．5 电源单元设计 ...................................................... 18 3．6 功率调节单元设计 .................................................. 19 3．7 系统各模块方案设定 ................................................ 19

第四章 软件系统设计 ..................................... 20

4．1 系统软件设计说明 .................................................. 20 4．2 程序结构框图 ...................................................... 20

第五章 测试与结果分析 ................................... 21

5．1 测试方法与结果 .................................................... 21

5．1．1 时钟设定和定时开关路灯测试 ................................. 21 5．1．2 环境明暗检测测试 ........................................... 21 5．1．3 交通情况测试 ............................................... 21 5．1．4 路灯故障检测报警测试 ....................................... 21 5．1．5 自制单元控制器稳压电源测试 ................................. 22 5．1．6 自制单元控制器恒流驱动电源测试 ............................. 22 5．1．7 功率输出测试 ............................................... 22 5．2 测试结果分析 ...................................................... 23

总结................................................... 24 参考文献 ............................................... 25

石家庄职业技术学院毕业论文

第一章 绪论

1．1 设计概述

1．1．1 设计背景

随着我国城市的发展、经济的繁荣、社会的进步和人们提高生活水平及环境质量的要求，城市道路照明和城市的夜景照明已经成为城市规划、建设和管理中的一项重要工作。城市道路照明是方便城市居民必备的生活条件，而城市的夜景照明是再塑和美化城市形象、鼓舞民心、振奋精神的一项非常有意义的工作。近几年来，全国许多大城市、甚至一些中小城市的各级领导，都格外重视道路照明和夜景照明工作。城市亮化作为形象工程的重要组成部分，越来越被政府所重视，大量的资金投入进行建设和改造，使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但问题也随之而来，能耗的逐年攀升，由此产生的某些问题亦逐渐显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难；光污染现象严重??这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，急切加以解决。尤其是在当前环境条件每况愈下的形势下，低碳、节能、环保越来越收到人们的重视。旧式的控制系统存在功耗大，公共资源得不到充分应用，效率低等消极影响。伴随着微电子技术的发展和单片机技术在各行各业中的应用，近几十年来,基于单片机的交通灯智能控制系统对城市路灯系统进行全面的升级,不仅实现了智能控制，而且降低了运行成本。因此，智能路灯控制系统的推广，可以改变城建系统企业传统的管理服务方式，提高服务效率，并对提高城市形象起到了极大的推动作用。

早在90年代初，发达国家就已经广泛的使用了智能照明调控系统，来降低城市照明的费用支出。国家发改委、建设部、国家质量技术监督局已在2000年下发了223号文件《关于进一步推进\中国绿色照明工程\的意见》的通知，提出推广节能、高效的照明灯具和智能照明调控系统，深入开展绿色照明节能工作。智能照明设备具有软启动、稳压、节能功能，用户可根据道路照明的现状，科学的设定节能时间和节能比率。智能照明调控系统为照明设备提供各种自动化控制功能，通过电脑控制和管理软件实现无故障智能化和无人值守，提高安全可靠性，实现城市照明智能化管理。更深远意义在于，通过节约可观的电能消耗，就可以有效的减少火力发电厂(2002年火力发电占我国年总发电量的81．83%)对大气CO、SO、NO和粉尘、灰渣的排放量，减少污染，保护环境。

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模拟交通灯控制系统

本系统正是本着节能减排，保护环境的目的，开发设计的一个模拟路灯控制系统。通过软件控制，来分别实现路定时开关路灯，路灯开关灯时间可调，跟据环境明暗状况自动开关灯，跟近车辆经过情况自动调节路灯亮灭，以及故障报警、功率调节等功能。

1．1．2 设计意义

路灯节能系统产生的直接及间接的社会经济效益是巨大的。

1．我们可以通过直观的计算来判断：单从电费支出上可以看出，采用智能路灯节能控制设备后，以最低节电率计算，每年可节省大量的财政支出；

2．路灯控制系统技术的提升，又可大大降低全市路灯的维护量，缩减运行维护成本，节约财政支出。

3．倘若全国路灯管理部门都能积极采用新技术的话，除了节约大量电费和维护资金以外，同时还可节约大批的原煤等资源，更有利于环境保护，既节约了能源又落实了国家可持续发展的方针政策。

高科技技术节能产品的应用如果能够在我国城市路灯行业得以全面推广和应用，那么它所创造巨大的社会效益及其产生的深远影响都是不可估量的。

1．2 系统设计目标

基于此，我们设计了基于单片机控制的智能交通路灯控制系统，能实现一下功能要求： 1．基本要求

（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1．2），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。

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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1．1 示意图

LED灯240定位点404020MLED灯1S’4040ACBS图1．2

2．发挥部分

（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。

（2）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%。

（3）其它（性价比等）。 3．说明

（1）光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。 （2）自制的LED驱动电源不得使用产品模块。

（3）自制的LED驱动电源输出端需留有电流、电压测量点。 （4）系统中不得采用接触式传感器。

（5）基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯状态变换点”（S、B、

S’等点）垂线间的距离，要求该距离≤2cm。

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模拟交通灯控制系统

第二章 总体设计

本设计由主控单元、LCD显示模块、物体检测模块、环境明暗检测模块、电源模块、功率调节等模块组成，其结构框图如图2．1所示。

环境明暗检测模块交通情况光电检测LED1电压、电流显示电压、电流显示LED2电源模块单元控制驱动模块1恒流控制稳压控制单元控制驱动模块2主控单元按键输入LCD显示 图2．1 模拟路灯控制系统结构框图

方案一：支路控制器和两个单元控制器分别采用单片机来控制，并通过串行总线方式来进行通信；采用矩阵键盘输入，并通过LED数码管对设定时间、故障路灯和功率调节设定范围进行显示；通过光敏电阻检测环境明暗，实现自动开灯和关灯；另外通过光敏电阻检测路灯故障，并显示。应用超声波模块对物体运动状态进行检测，自动控制LED路灯工作状态。

方案二：支路控制器采用AT89S52单片机为核心，控制两个单元电路。应用独立式按键进行功能选择，通过12864液晶实时显示设定时间、故障路灯编号和功率调节的范围。通过光敏电阻检测环境明暗程度实现自动开灯和关灯功能，同时还能检测路灯故障。应用漫反射式红外光电开关对物体运动状态进行检测，当物体经过设定位置时，光电开关把检测到的信号传给支路控制驱动模块，主控单元发出指令，通过单元控制驱动模块来调节LED路灯工作状态。

方案比较：方案一采用串行总线方式，矩阵键盘可节省单片机IO口资源，但电路复杂，调试困难，成本较高。相比之下方案二能够完全满足本题目需求，控制结构简单，成本低，许多功能通过软件实现，整个电路元器件少，系统完全由一个单片机控制 ，LCD液晶12864显示更直观、清晰，系统具有更好的稳定性，性价比高。因此，我们采用方案二。

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