模拟路灯控制系统实验指导一、任务和要求1、任务设计并制作一套模拟路灯控制系统。

控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。

图1 路灯控制系统示意图图2 路灯布置示意图（单位：cm）2、要求（1）支路控制器有手动开关灯的功能，能控制整条支路或单独路灯灯1和灯2的开灯和关灯。

（2）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。

（3）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

（4）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。

（5）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。

（6）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。

3、说明1）光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。

2）系统中不得采用接触式传感器。

4．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。

二、系统的总体方案根据设计的基本要求，系统实现的主要功能有：能通过按键进行手动的开灯和关灯；能实时显示时间并按设定开灯、关灯时间；根据环境明暗变化，能自动开灯和关灯；根据交通情况自动调节灯亮状态。

能分别独立控制每只路灯的开关时间；能检测故障，检测到故障会进行声光报警，并显示出故障路灯的地址编码。

系统设计包含以下几个基本模块：控制模块、信息显示模块、键盘模块、路灯模块、位置探测模块、光亮度检测模块。

总的系统框图如图３所示。

图３１、控制模块控制器采用５１系列单片机，５１系统单片机是一种最常用的单片机，其最大的特点是系统结构合理、技术成熟、成本低、容易学习，方便用软件编程实现各种算法与逻辑控制，广泛应用于各种控制领域。

单片机系统实现的主要功能有，完成数字及控制信号的输入、数据及工作状态的显示以及路灯电路的的驱动与控制。

２、显示模块显示模块用来实现交互菜单、提示信息、时间、系统工作状态等信息的显示。

显示器件可选用字符型液晶器LCD 1602，LCD1602显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。

该显示器能基本满足本系统显示的需要。

３、键盘模块根据系统的设计要求，键盘要能输入0-9共10数码、确认、退出等信号，所以用4*4矩阵键盘。

４、路灯模块51单片机I/O口为集电极上拉输出方式，高电平输出电流等于上拉电阻的电流，这个电流比较小，低电平输出是内部晶体管吸收的电流，最大可以达到10mA，但是整个端口的总电流不能超过24mA。

所以，51单片机I/O口用来驱动普通小功率的没有问题。

因本系统中采用的是1W的LED灯，1W的LED灯需要200mA的电流才能工作，故不能用直接用I/O口来驱动它工作。

本方案采用大功率的MOS驱动1WLED灯工作。

５、位置探测模块采用ST188红外对射传感器感测是否有物体通过，当没有物体通过时ce截止，单片机采到的电压值为低电平；当有物体经过时be导通，电源电压加到E 端，单片机采到的电压值为高电平。

ST188的内部结构图如图4，K端接510Ω电阻，E端接20K电阻，A和C端接+5V的电压。

图4 ST188内部结构图６、光亮度检测模块。

光敏电阻随着光线变强电阻值会变小，光线变弱阻值会变大。

根据光敏电阻的工作特性，按照路灯实际工作情况，可以设定一个阈值亮度，当环境亮度低于这个亮度时，使电压比较器输出高电平，单片机采集到高电平后开灯，反之，单片机采集到的低电平后关灯。

三、系统设计根据系统的设计要求，系统由手动开关灯、定时开关灯、根据环境明亮开关灯、根据交通情况开关灯和路灯检测等模块组成。

下面分别介绍各个模块的硬件和软件的设计。

（一）手动开关灯模块实验目的：１、掌握单片机小系统的的设计２、掌握路灯硬件电路的设计３、掌握手动开关灯模块软件的设计软硬件设计：1、单片机小系统的设计根据设计要求，控制系统要通过良好的人机交换界面完成系统的所有控制功能。

微控制器选用89S51（52）单片机，键盘选用4*4键盘，显示器选用16*2的液晶显示器LCD1602。

单片机小系统PROTEUS中的仿真原理图5如下：2、路灯电路设计51单片机I/O口为集电极上拉输出方式，高电平输出电流等于上拉电阻的电流，这个电流比较小，低电平输出是内部晶体管吸收的电流，最大可以达到10mA，但是整个端口的总电流不能超过24mA。

所以，51单片机I/O口用来驱动普通小功率的没有问题。

因本系统中采用的是1W的LED灯，1W的LED灯需要200mA的电流才能工作，故不能用直接用I/O口来驱动它工作。

本方案采用大功率的MOS驱动1WLED灯工作。

具体电路图6，其工作原理为，N沟道增强型场效应管Q1和Q2分别接P0^0和P0^1口，当P0^0和P0^1输出高电平时，场效应用Q1和Q2导通，LED 灯D1和D2开灯，反之，LED灯D1和D2关灯。

图6在面包板上安装如上图电路并测试。

3、单片机程序设计1）单片机端口和电路的连接P00—D1灯，P01—D2灯P30-P33接键盘行扫描线，P34-P37接键盘列扫描线P00-P07接LCD1602的D0-D7P25接LCD1602的RW, P26接LCD1602的RS, P27接LCD1602的EN,2)提供的C程序头文件和文档①LCD1602PDF文档，介绍LCD1602的原理与应用。

②头文件LCD1602.h函数：LCD_init()液晶显示器初始化函数。

函数：LCD_disp_cher(uchar x,uchar y,uchar *p)，LCD可以显示2行字条，参数x为显示字符起始列数，取值范围1-16，y参数为显示字符的起始行数。

*p参数为要显示字体串指向的第1个字符。

③头文件KEYSCAN.h，调用keyscan()函数，有按键按下时返回键值0-15,无按键按下时，返回键值0Xff.3）程序流程图①主程序流程图②手动开关灯流程图（二）定时开关灯实验目的：1、掌握时钟芯片DS1302的原理与应用。

2、掌握定时开关灯程序的设计。

软硬硬件设计1、DS1302硬件电路DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。

它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。

其外围电路如图所示：2、单片机程序设计1）单片机端口和电路的连接P22—SDA，P23—SCK,P24—RST2)提供的C程序头文件和文档①DS1302PDF文档，介绍DS1302的原理与应用。

②ds1302.h头文件，ds1302.c程序。

3）程序流程图程序实现的主要功能为，能实时显示时、分、秒，能设置开灯和关灯的时间，能控制所有灯在规定的时间开灯和关灯。

能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。

输入时间时具有纠错功能。

①设置时间流程图实现功能有，能设置系统的时间，要求在输入时间时具有容错的功能。

②控制2盏同时开灯和关灯简化流程图本流程图为简化的流程图，本程序实现的功能主要由设置开灯时间，设置关灯时间和根据实时间开关灯等模块构成。

要求同学们能独立完成各个模块流程图设计和软件的编写。

（三）根据环境明暗开关灯模块实验目的：1、掌握环境明暗检测电路的设计2、掌握环境明暗检测电路软件的设计软硬件设计：1、环境明暗检测电路的设计(本电路要完成硬件电路的安装与调试)光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，所以可用光敏电阻检测环境的明暗，从而实现根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

所设计的环境明暗检测电路如下图所示,电路中电位器RV1对电源分压后给电压比较器同相端提供一个基准电压。

电压比较器反相端的电压由光敏电阻决定，当光照强度增大时，光敏电阻阻值减小，反相端电压升高，当光照强度达到一定值时，反相端电压大于同相端电压，电压比较器输出低电平，经过反相器U4:A后输出高电平，来实现控制开灯和关灯。

（注：在PROTEUS仿真时，如把电压比较器直接连接到单片机，单片机不能区分其电平，在其后增加了一个反相器则可以。

）2、单片机程序设计电路连接：反相器输出hj—P12根据设计要求，程序能通过端口的电平来判断环境的明暗，从而实现开关灯。

当环境亮度低于某一亮度阈值时，路灯打开。

反之，路灯关闭。

其流程图如下：开始路灯初始化菜单初始化HJ==0Num=10开灯，显示路灯工作状况关灯，显示路灯工作状况YYNN退出，返回上上级菜单键盘扫描N（四）根据交通情况开关灯模块实验目的：1、掌握交通状况检测电路的设计2、掌握交通状况检测电路软件设计软硬件设计：1、红外发送接受模块ST188的原理与应用。

采用ST188红外对射传感器感测是否有物体通过，当没有物体通过时ce 截止，单片机采到的电压值为低电平；当有物体经过时be 导通，电源电压加到E 端，单片机采到的电压值为高电平。

ST188的内部结构图如下图，K 端接510Ω电阻，E 端接20K 电阻，A 和C 端接+5V 的电压。

ST188内部结构图2、交通状况检测电路的设计(本电路要完成硬件电路的安装与调试)当有车辆或人经过时，ST188红外对射传感器被挡光，如下图电路按收三级管截止，输出为低电平，反之输出为高电平。

电路中R1=510Ω，R2=20KΩ。

在PROTEUS仿真电路中，因没有红外对射传感器，可以用如下电路模拟红外对射传感器的功能。

3、交通状况检测电路软件设计如上电路和单片机的连接：s1-P13,s2-P14,s3-P15根据设计要求，程序要求能实现当可移动物体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。

本模块程序设计要求同学们独立完成，编程的要点是，定义一个标记位flag,当车辆从S-B-S'时, flag=0；当车辆从S'-B-S时， flag=1。

（四）路灯检测模块实验目的：1、掌握报警电路的设计2、掌握路灯检测电路软件的设计软硬件设计：1、报警电路的设计（本电路需完成硬件电路的安装调试）报警电路如下图所示，当BUZ＝0时，电路不报警，当BUZ有脉冲信号时，蜂鸣器就会发出间断的声音，LED就会闪烁。

2、路灯检测电路软件的设计电路连接：BUZ—P20，jc1-P16,jc2-P17根据设计要求，程序要求能实现路灯好坏的检测，能显示已损坏灯的编号，检测到有路灯损坏时，能进行报警。