基于单片机的路灯控制系统设计开题报告

毕业设计（论文）材料之二（2）

安徽工程大学机电学院

本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于单片机的路灯控制系统设计

课题类型：设计 实验研究□论文□

学生姓名：

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指导教师：

开题时间：

2012 年3月13日

开题报告内容与要求

一、本课题的内容及研究意义

1、论文研究的目的和意义

如今，照明电路的数量越来越多，使得路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加，当低谷时，照明设备有不能正常工作。

所以，对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要。本论文旨在设计一套对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压的控制系统，它能对路灯进行稳压、调压、自启动并延长路灯寿命的作用。

2、论文研究内容

本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率。要求学生独立选择芯片、设计电路、编制程序、调试、完成整个系统功能。

主要内容如下：

(1) 根据控制技术的特点，进行路灯系统设计的整体研究与设计。

(2) 针对光线和电压信号的采集，采用数据采集技术。

(3) 通过按键可对相关的参数值进行设置，从而实现对不同时间进行不同的开灯模式。

(4) 当电压符合额定电压时，系统自动进行稳压。

(5) 在午夜之后降低电压以调节路灯亮度，实现调压。

二、本课题的研究现状和发展趋势

目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具。这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被广泛使用，但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。

我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市安全问题。

另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天

更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命。目前，路灯照明广泛采用高压钠灯，其设计寿命在12000小时以上，在正常情况下至少可用3年，但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右，有的甚至只有几个月，造成维护和材料的极大浪费。较高的电压不仅不能让负载设备更好的工作，而且还会造成发热及过早损坏，还会造成不必要的电费开支。

而且，我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制，这样也有许多不利之处：若采用人工控制，则路灯开关存在着一定的不确定性，同时也占用了一定的人力资源；定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况，使得天还没黑路灯就开，天还没亮路灯就灭的情况，大大影响了人们的日常出生活。本设计通过使用AT89C51单片机对系统进行智能控制，使系统达到自动启停及智能调压。

近年来，随着科技的不断发展，各种路灯控制器也被不断的研究出来。其中，美国和日本主要集中在研究紧凑型荧光灯和镇流器荧光灯两个方面。而我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定的节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几种情况：第一种，采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则会对灯具造成损坏，相对来说稳压效果较差；第二种是采用电子器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的，现在国内外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯，基本可以达到完全自给自足的效果。

综上所述，未来的智能路灯控制必将向着更安全、更环保、更节能、更高效率的方向发展。

三、本课题的研究方案及工作计划

1、设计方案

本次课程设计是由传感器通过外界光信号的强弱来产生电压信号，再由单片机控制实现路灯的自动启停及智能稳压。本设计通过使用AT89C51单片机芯片来设计电路，编制程序，仿真，调试，完成整个系统的功能。整个控制系统主要包括四个模块：信号采集模块、数据处理模块、稳压模块和控制模块。

2、技术路线

设计要求采集输入电压信号，通过A/D转换后输入控制器，当外界光信号的强度低于一定数值时，通过软启动开启路灯。当光信号强度高于一定数值时，通过软启动关闭路灯，并将采集输入电压信号，与已设定的标准电压值进行比较，并对输入电压进行稳压，再通过时钟电路对路灯亮度进行调节，在午夜之后对路灯亮度进行降低，最后达到节电稳压。技术方案如下图：

3、关键问题

(1)信号采集电路设计

该模块需要检测环境光的变化，根据环境光的明暗进行路灯开关的自动控制。基于此要求采用由光敏电阻组成的分压电路进行检测。光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。在不同的光强下，光敏电阻的电阻值会发生明显变化，光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光通过检测不同光强下电阻值的变化量来控制路灯的开和关。

(2)稳压模块设计

通过采集三端稳压器输出的电压并将该电压与设定电压进行比较，进而调整输出电压的大小，达到稳压的目的。本设计使用美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路LM317。

(3)时钟电路设计

为实现路灯对电压进行智能补偿，从而达到智能调压，本设计采用美国DALLAS 公司的实时时钟电路DS1302，该芯片一种高性能、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。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。另外该芯片有备份电源引脚，可以在断电后仍能工作，以保证时钟的准确性。

3、时间安排

(1) 2012.2.20—2012.2.29 查阅相关资料，理解设计任务书。

(2) 2012.3.1 —2012.4.1 搜索资料，完成开题报告。

(3) 2012.4.1 —2012.4.20 硬件调试，排除故障直至满足设计要求。

(4) 2012.4.20—2012.5.10 软件调试，排除故障直至满足设计要求。

(5) 2012.5.10—2012.5.30 整理资料，按要求撰写论文，完成初稿。

(6) 2012.6.1—2012.6.20 论文整定，最终定稿，准备答辩。