衡阳市第四届大学生科技创新大赛 成果总结材料

项 目 名 称 面向节能的路灯控制系统研制 参 赛 学 生 蒋军 王实铭 敬文毅 指 导 教 师 李祖林 王韧 参 赛 学 校 湖南工学院 申 报 时 间 2010-5-27 材料清单 一、研究报告 1. 成果简介……………………………………………………………1 2. 项目研究背景和意义………………………………………………1 3. 研究计划……………………………………………………………2 4. 研究内容……………………………………………………………4 5. 成果创新点…………………………………………………………9 二、附件材料 附件一：电路原理图……………………………………………………10 附件二:实物图片………………………………………………………12 附件三：程序清单………………………………………………………13 三、实物作品 衡阳市第四届大学生创新大赛相关项目的研究报告 项目名称：面向节能的路灯控制系统研制 项目类型：实用型 成果形式：1、研究报告；2、实用作品 参赛学生：蒋军 王实铭 敬文毅 指导教师：李祖林 王韧 一、 成果简介 本系统是基于单片机控制的路灯模拟控制系统，以单片机AT89S52为主控制器，对路面交通情况、外界环境亮度对交通灯的影响和故障等信息进行采集，实现对路灯的智能化节能控制。该系统以1W高亮度LED灯作为模拟路灯，制作了LED灯恒流驱动电源，电流调节范围在0-1A内可调。通过红外式反射光电传感器检测路面交通情况，控制LED路灯亮、灭。通过光敏三极管对环境变化及路灯故障等信号进行检测，实现了路灯亮、灭控制和路灯故障报警。LED灯能在规定时间实现自动减小亮度，并能在规定范围内设定调节，调节误差小于2%。该系统节能，性价比高，具有应用价值。 二、 项目研究背景和意义 节能是二十一世纪的热门主题，面对全球能源危机，全世界都以节能为方向进行各方面的研究。LED就是节能的一个研究方向，高亮度LED以其低热损耗，高流明而迅速取代传统照明工具。系统以高亮度LED灯作为模拟路灯，可以实现路灯的节能控制。系统附带了周围环境检测功能，可以根据周围环境亮度开启和关闭路灯。系统还可以根据路面交通情况，控制路灯的调光功能，实现真正意义的节能环保。综合以上功能，该模拟路灯控制系统有很好的应用价值和研究意义。 三、 研究计划 项目确定前期，我们为了更快更好的完成研究设计，做了如下计划： 2009年5月---2009年8月：进行相关调研。 2009年9月：组内三人讨论确定总体方案。 2009年9月---2009年10月：分工协作完成项目的软、硬件设计。 2009年10月---2009年11月：完成实际系统的制作、调试及测试。 2009年12月---2010年3：完成项目的总结。

四、 研究内容 1、方案的提出 1.1方案描述 针对题目的功能和指标进行分析，基于AT89S52单片机为模拟路灯支路控制器，通过光电传感器对路灯信号的检测，控制二路恒流源驱动LED路灯。系统整体设计原理框图如图1所示：

支路控制器

键盘液晶显示

红外式反射光电传感器 交通状况自动调节装置

光敏三极管 环境亮度检测

光敏三极管

故障检测

恒流源1恒流源2图1 系统框图LED灯1LED灯2

1.2方案论证与比较 （1）系统控制方案选择 方案一：选用数字电路进行控制，但整个系统电路制作复杂，实现题目发挥部分的指标有困难。 方案二：选用AT89S52单片机为控制器，易于编程控制，外围控制资源丰富，整个控制系统操作更加灵活，电路制作简单、方便、性价比高。因此，我们选择方案二。 （2）路灯信号检测

方案一：选用金属传感器，该传感器精度高，反应灵敏，但是金属传感器价格较高。 方案二：选用红外反射式光电传感器和光敏三极管，该传感器反应灵敏且价格便宜，外围检测电路简单。考虑到系统检测电路和性价比，我们选择方案二。 （3）LED灯恒流驱动电源

题目要求用恒流源驱动1W LED灯，并具有调光功能，驱动电源输出功率能在规定时间内按设定要求自动减小，该功率要求能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%，方案比较如下。 方案一：选用模拟电路中所学的比例电流源，电路虽然简单，但该方案为电流-电流转换，且输出电流小，不能驱动1W LED灯。 方案二：采用开关电路实现恒流源 ，通过控制PWM信号占空比，并将该信号作为驱动电路的控制信号，实现MOS驱动电路的导通时间，实现电压-电流转换，电源效率高，控制方便，但是电源纹波较多，制作困难。 方案三： 线性数控电流源，用单片机控制DAC0832的输出，通过集成运放控制MOSFET 管 ，实现电压-电流的线性转换，电路制作简单，性价比高。因此，我们选择方案三。

2、理论分析与设计 2.1单元电路设计 （1）单片机最小系统 支路控制器控制芯片选用AT89S52，以DS1302作为时钟芯片，采用8255作并口扩展，以24c04作为掉电保护，外接矩阵式键盘和液晶显示器和二路DAC0832电路。 （2）路灯信号检测电路

该装置选用红外式反射光电传感器，当小车经过传感器位置时，小车上的铝箔将红外线反射回去，红外接收管接收到信号输出到比较器整形送给单片机，让单片机对路灯进行控制。其原理图如图2所示：

（3）环境变化检测和故障检测 环境变化和故障检测选用光敏三极管，当环境亮度达到光敏三极管的导通阈值时，光敏三极管导通，信号送给单片机，单片机实现对路灯的控制和发出声光报警。其原理图如图3所示：

（4）LED恒流驱动电源

图2 信号检测电路

图3 光敏三极管检测电路 该恒流驱动电源是通过单片机控制DAC0832的输出电压，经运放控制MOS管的导通，MOSFET的源极经1Ω采样电阻接地，对恒流源输出电流进行控制，实现了输出电流的线性数控。其原理图如图4所示，假设DAC0832输出至运放OP07同相端的输入为inV ，由运放虚短可知，MOSFET的源极电压SV为 sinVV 则恒流源输出电流

inoutDSVIIR

通过单片机控制输入电压inV，可线性控制恒流源的输出电流outI。

2.2系统软件设计 图4 LED恒流驱动电源 开始菜单选择路灯开关总控制路灯开关单独控制路面交通检测及控制环境亮度检测及控制是否掉电程序恒流源输出功率调整

时钟显示

图5 程序流程图

掉电保护判断

3、系统测试及分析 3.1系统测试 测试仪器：数字示波器 RIGOLDS5022/25Mhz

直流稳压电源 1731B 指针式毫安表 精度0.5级 数字万用表 DT-890 秒表 卷尺 功能测试：将系统各个单元模块组装好，用小车对系统进行模拟，依次测试如

下功能：时钟功能、能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯、故障检测及报警功能，实现了题目给定的基本要求和发挥部分。 指标测试：LED恒流驱动电源输出功率的设定与调节测量结果如表1-1所示：

表1-1 LED驱动电源输出功率的设定与调节测量结果 预置功率（W） LED电压（V） LED电流(mA) LED功率(W) 误差 0.20 2.92 66 0.19 1% 0.40 3.06 130 0.39 1% 0.60 3.18 192 0.61 1% 0.80 3.26 244 0.79 1% 1.00 3.34 299 0.99 1%

3.2结果分析

经系统调试及测量，我们得出该系统能够满足以下要求： （1） 时钟功能、能设定、显示开关灯时间，控制整条支路按时开灯和关灯； （2） 根据环境明暗自动开关灯； （3） 根据交通状况自动调节亮灯状态； （4） 独立控制每只路灯的开关灯时间； （5） 故障地址检测及报警功能； （6） 单元控制器具有调光功能； （7） 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； （8） 功率能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差为1%。

五、 成果创新点 1. 节能环保。本项目使用高亮度LED为交通灯，具有低热损耗，高流明等特点，

系统可以根据路面交通情况实现交通灯的开启和关闭，并根据实际情况调节路灯的亮度，实现节能环保。 2. 智能化控制。路灯可以根据周围环境的变化为参考，实现自动开启和关闭，

自动检测路面交通情况，控制LED路灯亮、灭。通过光敏三极管对环境变化及路灯故障等信号进行检测，实现了路灯亮、灭控制和路灯故障报警。 3. 实用性。项目经过进一步的开发，具有很好的实用价值和工程应用价值。 附录一 系统电路原理图 1.单片机系统原理图

12345678ABCD87654321DCBA

TitleNumberRevisionSizeA3Date:29-May-2010Sheet of File:D:\My Documents\工程文件\衡阳市第四届09大学生科技创新大赛成果2008\路灯文件\模拟路灯系统.ddbDrawn By:

11

2

2S17R21k

Ω

C322

μ

F

C133pFC233

p

F

Y112MHz

VCCP00P01P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37PSENP31P00P30P01RETP02X2P03X1P04P37P05P36P06P35P07P34P20P33P21P32P22P17P23P16P24P15P25P14P26P13P27P12P10P11P101P112P123P134P145P156P167P178INTI13T014X119EA/VP31X218RESET9P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10AT89S52T115INTO12RD17WR16U1AT89S52X1X2王实铭12345678Jp2BCON812345678Jp3BCON812345678Jp0CCON812345678Jp1BCON8RETVCCP00P01P02P03P04P05P06P07VCCVCCA1B2TAP3RA50kΩ112210kΩP15P16P17RETDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7CS1CS2RETNCLED+LEDERWRSNCP021234567891011121314151617181920J20CON20VCCVCC1A2KD100LEDGNDR100470ΩR1200ΩPA31PA22PA13PA04RD5CS6GND7A18A09PC710PC611PC512PC413PC014PC115PC216PC317PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725VCC26D727D628D529D430D331D232D133D034RESET35WR36PA737PA638PA539PA44082558255Q1Q0P00P01P02P03P04P05P06P07P37P36电源液晶显示复位电路晶振A1B2C3G2A4G2B5G16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U374LS138下载口38译码器VCC12345678JP1388 HEADERP25P26P271JALECON1检测ALE片选插针12345678J8255BCON812345678J8255ACON812345678J8255CCON88255的插针VCCGND1234JUSBCON6123456JKGKAIGUANRETALE/P单片机开关1JCSCON1PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA78255片选PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC711V11X12X23GND4CE5I/O6CLK7V28R1302DS1302+1-5BT1BATTERY32.768KHzC1302233pFC1302133pFVCCGND12J1302112J1302212J130231302时钟电路S1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-PBS6SW-PBS7SW-PBS8SW-PBS9SW-PBS10SW-PBS11SW-PBS12SW-PBS13SW-PBS14SW-PBS15SW-PBS16SW-PB按键AO1A12A23VSS4VDD8NC7SCL6SDA5U424C02VCCP30P3124C0212J24C021CJ12J24C022CJ12JDYACON2GND123456789J5aVCCP01P02P03P04P05P06P07P00123456789J5cVCCP20P21P22P23P24P25P26P27排阻123456789J5bVCC123456789J5dVCCP10P11P12P13P14P15P16P17P30P31P32P33P34P35P36P37123456789J8255A1CON9VCCPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7123456789J8255B1CON9VCCPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7123456789J8255C1CON9VCCPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC78255排阻1122334455667788991010RISPISPPC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7VCCP10P11P12P00P01P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P3712345678Jp2ACON812345678Jp3ACON812345678Jp0BCON812345678Jp