基于单片机的模拟路灯控制电路设计任务与要求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。

UHMJ 1Ltir-iW7T11 ■■ I s'I*二、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。

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w 2%（3）其它（性价比等）三、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” （SB、S'等点）垂线间的距离，要求该距离w 2cm>根据题目要求，本控制系统电路由MCI为主控芯片，辅以测量光和红外的传感元件，可根据环境明暗变化，自动开灯和关灯，支路控制器能根据交通情况自动调节亮灯状态，独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。

当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。

送入单片机进行数据处理，控制LED的明暗，并在在液晶屏上显示，此电路还具有许多扩展功能。

刖言伴随着科学技术的发展，人类社会的进步，越来越多的电子产品不断涌现，并且电子产品也不断向体积小，功能大，效率高，能耗低的方向发展，我们的设计作品充分体现了这些特点。

设计中我们运用了STC12C5A60S单片机，因为它内置AD转化，并且能够输出PWM&号，使外部电路简单；运用DS1302时钟芯片保证了时间的实时显示，还运用NE555 构成的多谐振荡器与红外发射二极管构成红外发射电路；显示电路我们采用1602液晶显示屏，是我们的设计更加人性化。

并且在我们设计制作中充分考虑了环保的问题，我们运用的辅助器件基本都是剩下的废料。

总体方案设计图i系统框图本方案具有两路信号输入检测与显示、报警等功能，此外通过主控单元电路的扩展，可添加多种附加功能。

二方案论证与设计根据系统框图，对单元电路控制进行设计，下面是我们对各部分单元电路的论证与设计2.1主控电路的选择与论证2.1.1采用89C51 系列的单片机作为CPU89C51单片机是8位单片机，4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量中断结构，一个全双工串口通信口，片内振荡器及时钟电路。

其指令是采用的被称为“ CISC'的复杂指令集，工具有111条指令，与其他高位单片机相比而言，指令周期较长，运算速度太慢，而且由于其内部总线是8 位的，其内部功能模块也基本上都是8位的；89C51单片机本身的电源电压是5伏，89C51有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。

2.2.2采用LPC2138 单片机作为CPU该芯片其本身自带A/D转换功能，带大容量的32KRAM口512KFLASH 内部资源丰富且系统稳定，芯片价格昂贵。

2.2.3采用STC12C5A60S2 单片机作为CPU该芯片位增强型8051 内核，除具有51 系列单片机的性能外，还具有以下以下功能：1、高速：速度比普通8051快8~12 倍；2、增强掉电检测电路（P4.6）,可在掉电时，及时将数据保存进EEPRO,M 正常工作时无需操作EEPRO；M3、工作频率：0~35MH，z 相当于8051:0~420MHz;4、8通道，10位高速ADC速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用；5、4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1，2路PCA实现2个定时器；6、系统工作稳定，方便高效的开发环境。

综合上述，由于STC12C5A60S众多的优良性质，尤其是内置A/D转化、高速度和多功能复位引脚的特性，这样可以减少扩展，提高性价比。

因此，本设计最终才用STC12C5A60S单片机作为主控CPU2.3显示设备的选择与论证2.3.1使用数码管显示可以使用一个3/8译码器作为位选芯片，一个74LS573作为段选芯片，预计要完成各功能电路的显示则至少需要两个四合一数码管，此方案连线太多，硬件设计不便，并且其功耗大。

2.3.2使用液晶显示液晶显示驱动简单，耗电量小，无辐射危险，平面直角显示以及影响稳定不闪烁灯优势，显示直观、抗干扰能力强等诸多优点，两方案比较，选择2.4单元控制器模块选型2.4.1热释电型红外传感器热释电型红外光敏元器件的特点是：灵敏度较低、响应速度较慢、响应的红外线波长较长，价格便宜。

为了提高灵敏度，通常都加上一个菲涅尔透镜，其原理是移动物体或人发射的红外线进入透镜，产生一个交替的“盲区”和“高灵敏区”，这样就会产生一系列的光脉冲进入传感器，从而产生电流变化，送给控制系统。

目前一般配上透镜可检测10m左右。

但考虑到实际路灯之间的距离，因此没有选择此方案。

2.4.2感应线圈感应线圈的原理是：根据金属物体通过磁场，使线圈电感量发生变化，同时状态信号传输给检测器，由其进行采集放大，送给单片机。

特点是：灵敏度高，响应速度快，在恶劣天气条件下仍具备有出色的性能。

但由于电路复杂，因此没有选用此方案。

2.4.3红外对管红外对管包括红外发射管和红外接收管。

发射管就是能够发射出红外线的二极管，接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。

红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。

然而现在不论是业余制作或正式的产品，大都采用成品的一体化接收头。

红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。

所以，有了一体化接收头，人们不再制作接收放大电路，这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高，所以我们也采用了一体化接收头。

原理是无移动物体通过时，红外接收管接受红外线呈高电平，当有移动物体通过时，遮挡了红外线使接收管电压变化，产生一个脉冲，送给单片机控制开关灯。

综合考虑，我们选择了红外对管。

2.5恒流源模块选型2.5.1采用LC 降压的方式优点：价格低。

缺点：效率极低，给1W的LED供电，需要消耗4-6W的电力。

功率因数极低，差不多0.2 左右。

严重缩短LED的寿命。

对电网的污染很大。

串联多颗时会有闪烁。

2.5.2通过如HV9910 开关电源芯片设计优点：普通常用缺点：效率低：在603左右，体积大，批量生产时LED的亮度一致性差，无法批量化，干扰大，电网污染大，串联LED灯，常会有闪烁，可以通过接红、白等颜色的灯观看到，模块中使用电解电容，电解电容的寿命大概是5000小时，而LED是100000小时，这样的模块很容易一年就会损坏。

2.5.3LM358 驱动LED优点：输出恒定电流：350mA+/- 53(1WLED)。

功率因数0.625-0.75 。

效率高达到93%（10W。

）反馈电路更好的稳定电流。

模块温升低。

缺点：需要双电源供电，电压范围较窄。

2.6时钟芯片的选型2.6.1 DS1302采用DS1302实时时钟/日历芯片，最大总行速度400bit/s,每次读写数据后，其内嵌的字地址寄存器会自动产生增量的地址寄存器、分频器、可编程时钟输出、定时器、400HZ的I2总线接口，DS1302与单片机之间简单的采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线，简单方便。

2.6.2DS12887使用DS12887 时钟芯片，它具有微功耗、外围电路简单、精度高、工作稳定可靠等优点，但是其占用的I/O 多，且体积大。

综合考虑，我们选择了方案一。

亠硬件电路设计 3.1 单片机模块单元电路的设计单片机单元模块电路单片机单元模块电路采用上电复位电路，上电复位就是接通电源后，单 片机自动实现复位操作。

上电复位电路由 C13 S3 R24构成，上电瞬间9 脚获得高电平，随着电容C13的充电，9脚的高电平逐渐下降。

9脚的高电 平只要能保持猪狗的时间（2个机器周期），单片机就能进行复位操作。

丫1、C1、和C18构成内部时钟振荡电路，C1和C18的作用主要是稳定频 率和快速起振容值为5~30Pf,典型值为30pF 。

为方便与计算机通信晶振的频率选用11.0592MHz3.2 实时时钟控制电路的设计KEY1 1 +5VC13 + J R24 AD1 2 AD2 3 PWM1 4 PWM2 5 KEY2 6 KEY3 7 KEY4 89P3.0 10 P3.1 11INT0_12INT1 13ZQ 14CLK 15C16 30PXTAL2RST 16nI/O 172 — XTAL2I8 | ZZIY2 XTAL1911.0592MHZ20 C17 30P , 1XTAL1P1.0/T2 P1.1/T2EX P0.0/AD0一P1.2 P0.1/AD1 - P1.3 P0.2/AD2 - P1.4 P0.3/AD3 - P1.5 P0.4/AD4P1.6 P0.5/AD5P1.7 P0.6/AD6 - RSTP0.7/AD7 - P3.0/RXD"EA/VPP - P3.1/TXDALE P3.2/INT0P3.3/INT1P2.7/A15 - P3.4/T0P2.6/A14 -P3.5/T1P2.5/A13 - P3.6/WRP2.4/A12 - P3.7/RD P2.3/A11 XTAL2 P2.2/A10 - XTAL1 P2.1/A9 - VSSP2.0/A8 -38VC P0.137VCP0.2 36 P0.335 P0.4 34 P0.5 33 P0.6 32 P0.7 3130"29 C120.1uF_______ RS 27PSE R/W26PSE EN 25 Bell 24 ZK 23 S22 AS' +5V10uF S3200 下25STC12C5A60S2 U6 40P0.0Hip实时时钟电路实时时钟采用DS1302，它是一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电 路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功 能，工作电压为2.5V 〜5.5V 。