模拟路灯控制系统
基于stm32模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统设计摘要本设计是一种采用新一代超强抗干扰/强抗静电/高速/低功耗单片STM32为数据处理和控制的路灯照明智能系统。
该单片机实现了对路灯的亮灭控制、报警、还有定时功能。
采用节能环保的LED灯作为光源，采用科学有效的检测与控制技术，实现了光电控制、时间控制、交通情况检测、故障自动检测与报警等功能，节省了人力和电力资源，降低了系统运行成本，性价比较高。
通过光敏电阻模块检测LED故障，ULN2803芯片控制LED灯状态，利用光敏电阻原理和红外对管特性实现自动调节路灯开关状态。
关键字：STM32-cortex-m3；AbstractThis design is a new generation of powerful anti-interference / strong antistatic / high / low power single chip STM32 as the data processing and control of street lamp intelligent lighting system. The single chip microcomputer to achieve the bright lights out of control, alarm, and the timing function. The energy saving and environmental protection of the LED lamp as the light source, the use of scientific and effective detection and control technology, realize the photoelectric control, time control, traffic condition detection, automatic fault detection and alarm functions, saving manpower and electric power resources, reducing the operation cost of the system, price is comparatively high. Photosensitive resistance through fault detection module LED, ULN2803 chip control LED lamp status, use of photosensitive resistance theory and infrared tube characteristics to realize automatic adjustment of road lamp switch state.Keywords: STM32-cortex-m3;目录一、总体方案思路及其设计 (3)1.1、检测物体移动方案设计 (3)1.3、时钟显示方案的设计 (3)1.4、控制部分方案的设计 (3)二、系统理论分析与功能模块设计 (4)2.1 、驱动电路原理分析 (4)2. 2、CPU核心控制模块 (5)2.3 、时钟控制模块 (6)2.4 、按键模块 (7)2.4、光电检测模块 (8)2.5光敏检测模块 (8)三、系统测试 (10)3.1使用测量工具 (10)3.2部分测试指标 (10)三、软件设计 (9)3.1. 软件流程 (11)3.2. 软件子程序 (11)四、系统实现的功能. (12)4.1. 路灯的工作模式 (12)五、结束语 (13)附件1：系统程序 (13)附件2：系统总原理图 (41)一、总体方案思路及其设计本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面：一是时钟功能及定时开关灯。
模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统
一、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）
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。
（3）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。
（4）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。
（5）使用仿真软件实现其功能。
2．发挥部分
（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。
（2）其它。
三、说明
不得用现成的模块和套件。
四、评分标准。
模拟路灯控制系统的设计
开放实验报告实验名称基于单片机控制的模拟路灯控制系统学生姓名杨茜系、专业信息工程系、电子科学与技术指导教师许建明2015年7月5 日基于单片机控制的模拟路灯控制系统一、实验目的1.综合应用所学电子课程，用单片机设计控制模块。
2.通过本次设计，加强学生对单片机的深刻理解，提高学生的设计能力和动手能力。
3.了解PCB板制造过程。
二、实验内容设计一款通过单片机控制的模拟路灯控制系统，能够自动根据环境的亮度和行人的有无来关闭和开启路灯。
三、实验原理本系统采用51单片机为控制芯片，集成HC-SR501 探头人体红外感应模块来感应行人的有无，光敏电阻为环境亮度感应器。
该设备外围元件少简化了电路设计，提高了系统的可靠性。
AT89C52简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
单片机控制的模拟路灯控制系统设计
单片机控制的模拟路灯控制系统设计模拟路灯控制系统是一种基于单片机控制的系统，用于智能地控制路灯的亮灭。
通过使用单片机作为主控制器，可以实现对路灯的自动亮灭、亮度调节、时间设置等功能，提高路灯的节能性和智能化程度。
一、系统设计方案1.硬件设计(1)单片机选择：选择一款功能强大、易于编程的单片机作为主控制器，如STC89C52(2)光敏电阻：用于感知光线强度，控制路灯的亮灭。
(3)三色LED灯：用于模拟路灯的亮灭状态，分别表示红、黄、绿三种不同的亮度。
(4)显示屏：用于显示系统的运行状态和参数设置。
(5)时钟模块：用于系统的时间设置和计时功能。
2.软件设计(1)系统初始化：在系统启动时，进行各个模块的初始化操作，包括IO口设置、定时器设置、中断设置等。
(2)光敏电阻检测：通过ADC模块读取光敏电阻的电压值，转换成灯光亮度等级。
(3)路灯控制：根据光敏电阻的电压值，控制三色LED灯的亮灭状态。
根据亮灯等级的不同，选择相应的亮灯模式，如红灯、黄灯、绿灯。
(4)时间设置：通过时钟模块设置系统的时间，并可以设定定时开关灯功能。
(5)显示屏交互：通过显示屏显示系统的运行状态和参数设置，实现与用户的交互功能。
二、系统功能详解1.自动亮灭功能系统通过光敏电阻感知光线的强度，根据设置的亮灯等级，自动控制路灯的亮灭状态。
当光线强度低于一定阈值时，系统自动点亮路灯；当光线强度高于阈值时，系统自动熄灭路灯。
这样可以根据实际的光照情况，智能地控制路灯的亮度，节约能源。
2.亮度调节功能系统可以根据用户的需求，通过显示屏进行亮度调节的设置。
用户可以根据实际需求设定不同的亮度等级，系统将根据用户设置的亮度等级来控制路灯的亮度。
这样可以根据不同的环境要求，调节路灯的亮度，提高路灯的灯光利用率。
3.时间设置功能系统通过时钟模块提供时间设置功能，用户可以根据实际需求设置系统的时间，并可以设定定时开关灯功能。
用户可以设定指定时间点的开灯和关灯时间，系统将根据用户设定的时间进行控制。
模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统模拟路灯控制系统一、引言随着城市化进程的不断推进，城市道路的建设和改造变得日益重要。
而路灯系统作为城市基础设施的一部分，在保证夜间道路照明的同时，也扮演着提高城市安全性、节能环保的重要角色。
为了更好地管理和控制路灯系统，开发出模拟路灯控制系统是十分必要和有效的。
二、系统设计1. 系统目标本模拟路灯控制系统以实现智能化、自动化控制为目标，通过计算机在电路板上安装特定的芯片和传感器，以及与计算机相连接的中央处理单元（CPU），实现路灯的开关、亮度等参数的控制。
2. 系统硬件设计（1）中央处理单元（CPU）：负责与计算机通信，接受计算机指令，并对路灯进行控制；（2）电路板：安装芯片和传感器，与中央处理单元连接；（3）传感器：检测环境光亮度、温度等信息，通过反馈给中央处理单元，用于自动调节路灯的亮度；（4）路灯灯具：可调节亮度的LED灯具，可以根据输入信号调整亮度，以满足不同光照条件下的需求。
3. 系统软件设计（1）用户界面：通过计算机连接路灯控制系统，提供给用户友好的界面，包括路灯状态、亮度调节等功能；（2）控制算法：根据传感器获取的环境光亮度数据，通过算法实现路灯亮度的自动调整；（3）数据处理：对获取的传感器数据进行处理，提取有效信息，并根据计算机输入的指令，控制中央处理单元实现路灯的开关和亮度调节。
三、系统功能1. 自动控制功能：自动感知环境光亮度，根据设定的亮度范围和算法，自动调节路灯的亮度；2. 手动控制功能：通过用户界面，手动控制路灯的开关和亮度调节；3. 异常报警功能：当路灯出现故障或异常情况时，触发报警系统，向用户发送故障信息。
四、系统优势1. 节能环保：根据实际光照需求自动调节路灯亮度，减少不必要的能耗；2. 维护方便：可以通过计算机远程监控路灯状态，及时发现故障并进行维修；3. 提高安全性：自动控制路灯亮度，提高夜间道路照明，减少事故风险。
五、系统应用模拟路灯控制系统可以广泛应用于城市道路、高速公路、停车场等需要进行照明控制的场所中，提高道路照明效果，为行人和车辆提供更加安全的环境。
模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统(I题)摘要本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求，由内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗单片机C8051F120组成系统控制核心，显示单元采用12864液晶显示器作为系统的工作模式和运行数据显示屏。
设计实现的基本功能为通过支路控制器控制路灯亮灭工作在以下四种模式：时钟自动控制路灯定时开关（定时模式）；依据环境明暗变化自动开灯和关灯（自动模式）；根据交通情况自动调节亮灯状态（交通模式）；手动控制单个灯的亮灭情况（手动模式）。
此外还实现了对每个路灯亮灭的控制以及故障报警功能，该系统通过自制的横流驱动电源供电并实现了调光功能。
其中“交通模式”通过编程结合红外传感器HN911L感测物体位置控制LED灯亮灭，“自动模式”通过编程结合光敏电阻实现对LED灯亮灭的控制。
经过实际测试，表明所设计的系统性能指标完全达到题目基本要求，发挥部分也已经完全满足题目要求。
关键词：C8051F-120单片机 LCD12864 红外传感器光敏电阻恒流源一、引言随着城市规模的不断扩大，路灯管理必须依靠现代化的高科技管理手段。
路灯管理工作需要一个以计算机为核心的、自动化的管理的路灯监控系统。
由于单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单。
针对设计要求，综合考虑多方面因素，我们设计了一个符合要求又有所发挥的模拟路灯控制系统。
二、方案设计（一）、设计思路概述如图一，在本设计中，输入包含四个按键，可以控制模式选择，时钟设定，支路控制等，并且设置的信息显示在LCD12864上。
支路控制器模块通过单片机来控制单元控制器1和单元控制器2，并完成显示和声光报警部分。
用光敏电阻感应自然光的暗亮，将感应结果送至支路控制器，进而控制LED1和LED2的工作状态。
单元控制器1模块控制可移动物体M从S到B再到方向路灯变化过程。
如当可移动物体M到达S处时，红外检测可移动物体M的位置，并将信号发送至单元控制器1；同理单元控制器2模块控制可移动物体从B到S再到路灯变化过程。
模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统摘要本系统以低功耗单片机系列C8051F120为核心组成支路控制系统，采用专用时钟芯片PCF8563实现精确的时钟功能，设定并显示开关灯时间。
该控制系统利用光敏电阻检测环境明暗变化从而实现自动开灯和关灯，以达到节能要求。
C8051F120是一款高性能、低功耗的8位微处理器，使系统在低功耗的状态下稳定工作。
系统采用线路简单、体积小的专用时钟芯片PCF8563，PCF8563工作时功耗很低。
采用低功耗的字符型液晶LCD12864作为显示器件，显示更为直观。
采用对射式收发一体光电传感器检测物体的运动，使用灵敏光电传感器更有效地实现在物体运动过程中路灯的自动控制，达到节能的要求。
当路灯电路出现故障时，单片机采集路灯电路采样点的电压后处理采集到的数据，实现自动报警功能。
经过测试，该系统不仅能实现以上基本功能，同时利用自制恒流源电路能实现LED灯恒流，并且能调节LED灯的亮度，使它的功率在20%到100%之间变化。
该系统基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法实现题目基本要求。
关键词：C8051F120 低功耗控制光电传感器1 方案论证与比较方案一：题目要求设计一个模拟路灯控制系统，实现支路控制器对单元控制器的有效控制。
本系统采用C8051F120单片机为主控芯片，采用对射式收发一体的光电传感器采集由于物体运动所产生的信号，再由支路控制器系统对信号进行处理实现对路灯的合理控制，以达到题目要求。
支路控制器的时钟采用精确的时钟芯片PCF8563并由字符型液晶LCD12864作为显示，利用独立键盘设定、修改开关灯时间。
系统采用光敏电阻分压的方式感应周围环境明暗的变化，支路控制系统采集分压值经单片机处理后来控制路灯的变化。
当路灯出现故障后路灯电路中采样点的电压值会发生变化，单片机根据变化量进行相应的处理。
基于设计思路在设计过程中选择合适的元器件，使用合适的单元电路模块，更有效的达到设计要求。
方案二：与方案一不同的是方案二选用STC89C52芯片，采用红外对管对物体的移动进行检测，时钟由单片机定时器实现。
模拟路灯控制系统课程设计
模拟路灯控制系统课程设计模拟路灯控制系统摘要随着电子技术的发展，为解决城市路灯照明系统存在的灯光控制方法和管理手段落后，所用灯具科技含量低等问题，设计了一个模拟路灯控制系统。
采用SCT89C52为主控器的模拟路灯控制系统，具有对路灯的定时设定功能，也可以分别独立控制路灯的开启和关闭；能够同时具有调光功能，对路面的光线进行调整，还可以按设定要求使路灯驱动电源输出功率在20%~100%范围内任意调节，调节误差小于2％。
采用高效节能LED路灯作为光源，具有系统稳定，功耗低等特点。
在白天模式的时候，还能根据环境明暗的变化控制路灯的开启和关闭路灯，在夜晚模式的情况下，根据交通路面情况自动开关灯。
当灯出现故障不亮时，能够检测并且通过声光系统报警，显示器上显示故障灯的编号。
实现了路灯的智能化控制，节省了电力能源和人力资源。
关键词：定时设定调光功率调节检测故障灯IAbstractWith the development of electronic technology, In order to solve the lights of the city street light lighting system control methods and management means backward, the lamps and lanterns of science and technology content is low,Design a simulated street light control system.The design is based on the analog controller STC89C52-based street light control systems,which have Street lamp time setting function , controling the opening and closing of the street Separately and Light - adjusting function, According to set requirements street driving power output power in adjustable within 20% ~ 100%,Adjust the error less than 2% .With high efficiency and energy saving LED lamp as light source, stable system, low power consumption characteristics. At the time of day mode, According to the environmental changes of light and shade light on and off ; In the case of the night mode, Automatic Switch lamp based on traffic road conditions, when the lights faults have gone, can detect and sound system of the police displayed on the monitor of fault lamp number,Implements the street lamp intelligent control, saves electric energy and human resources.Keywords:Timing settings, Light - adjusting, power regulation, Detection of fault lamp.II目录摘要 (I)Abstract....................................................................................................... I I目录 (III)前言 (1)1 绪论 (3)2 系统设计 (5)3 方案论证与选择 (7)3.1 单片机的论证与选择 (7)3.1.1 方案一 (7)3.1.2 方案二 (7)3.1.3 方案三 (7)3.2 LED调光方式的论证与选择 (8)3.2.1 方案一 (8)3.2.2 方案二 (8)3.2.3 方案三 (8)3.3 障碍物监测方式的论证与选择 (8)3.3.1 方案一 (8)3.3.2 方案二 (9)3.3.3 方案三 (9)3.3.4 方案四 (9)3.4 液晶显示器的选择与论证 (9)3.4.1 方案一 (9)3.4.2 方案二 (10)3.4.3 方案三 (10)3.5 外部环境明暗的检测论证与选择 (10)3.5.1 方案一 (10)3.5.2 方案二 (10)4 系统硬件设计 (12)4.1 主控芯片 (12)4.1.1 STC89C52芯片简介 (12)4.1.2 ......................................................... 主要功能特性：12I I I4.1.3 STC89C52芯片封装与引脚功能 (13)4.2 集成运放LM324 (16)4.3 传感器探测电路 (17)4.4 1602液晶显示电路管脚说明 (19)4.5 光敏电阻 (20)5 主要模块及原理图 (23)5.1 主控制器原理图 (23)5.2 复位及晶振电路 (23)5.3 声音报警模块 (25)5.4 路灯及光报警器电路 (26)5.5光敏电阻电路 (26)6 软件设计 (28)6.1 系统软件设计说明 (28)6.2 程序流程图 (28)7.1 测试方法与结果 (30)7.1.1 环境明暗检测测试 (30)7.1.2 交通情况测试 (30)7.1.3 路灯故障检测报警测试 (30)7.1.4 功率输出测试 (31)7．2 测试结果分析 (31)8 总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附件一实物图 (35)附件二系统原理图 (34)附件三系统PCB图 (35)附件四系统程序 (36)IV前言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。
模拟路灯控制系统__.
模拟路灯控制系统摘要：本系统采用MSP430G2553 单片机作为路灯控制系统的支路控制器，采用光敏电阻检测光强度、DS1302为整个系统提供基准时间、红外对管检测移动物体经过的位置等方法控制路灯按预定要求自动开关。
路灯开关时间等信息由液晶显示器显示，也可以用按键控制，灯故障等信息由声光报警器提示，并显示故障灯的编号。
关键字：MSP430单片机路灯控制光电检测DS1302一、系统方案论证根据题目的基本要求，设计任务主要完成模拟路灯按设定时间开灯、关灯，并能显示时间；根据环境明暗变化，能自动开灯和关灯；根据交通情况能自动调节亮灯状态。
能分别独立控制每只路灯的开关时间；能检测故障，发出报警，并显示出故障路灯的地址编码。
为完成相应功能，系统设计包含以下几个基本模块：控制模块、时钟模块、按键模块、位置探测模块、光亮度检测模块、信息显示模块。
总的系统框图如下图所示。
1. 控制模块的选取方案根据题目要求，控制器主要用于根据设定参数与监测信号对路灯的开关及路灯亮度进行自动控制，以及对相关信息进行显示、对相关故障予以报警。
对于控制器的选择可有以下三种方案。
方案一：采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。
FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，能减小体积，提高了稳定性。
FPGA 采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统控制核心。
但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA 的高速处理的优势得不到充分体现，同时由于芯片的引脚较多，电路板布线复杂，加大了电路设计和实际焊接的工作量。
方案二：采用中小规模集成电路。
采用中小规模集成电路构成的控制电路，由于外围器件多，容易出故障，而且调试起来非常麻烦。
方案三：采用 TI公司的MSP430G2553作为系统控制器。
单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
模拟路灯控制系统设计报告
模拟路灯控制系统设计报告摘要本系统由支路控制器、单元控制器、显示模块、电源模块四大主要部分构成。
支路控制器由SCT89C52单片机作为核心器件，辅以光敏电阻检测环境的变化，通过光电传感器检测道路交通状况，在路灯LED外壳内加装光敏电阻以检测路灯是否故障等，实现对系统整体功能控制；单元控制器以STC89C52作为控制核心，实现与支路控制器的通信，控制单元路灯的自动开关灯，控制恒流源输出功率的大小，辅以自制恒流源提供LED路灯电源；显示模块以LCD12864为核心器件，实现各路灯开关灯时间、路灯状态等信息的显示。
整个系统功能齐全，精度高，稳定性好，各项指标均满足设计要求，人机界面良好。
关键字：单片机、LCD12864、光敏电阻、光电传感器、恒流源目录一、方案论证与选择-------------------------------------------------------------------------3二、理论分析与计算-------------------------------------------------------------------------4三、系统电路设计与实现-------------------------------------------------------------------4四、软件设计----------------------------------------------------------------------------------6五、测试与分析-------------------------------------------------------------------------------7六、创新点-------------------------------------------------------------------------------------8七、总结-----------------------------------------------------------------------------------------8八、参考资料-----------------------------------------------------------------------------------8九、附件-----------------------------------------------------------------------------------------81、附件一系统电路原理图----------------------------------------------------------82、附件二系统元器件清单----------------------------------------------------------11一、方案论证与选择1、单片机的选择方案一：选择A VR单片机。
模拟路灯控制系统设计
主程序流程
传感器数据处理：对传感器采集的数据进行预处理，包括滤波、去噪、归一化等操作，以提取有效信息并减小误差。
传感器数据处理
控制算法实现
控制算法实现：根据传感器数据处理的结果，采用合适的控制算法（如PID控制、模糊控制等）计算输出控制信号，以调节路灯的亮度和开关状态。
执行器驱动程序：根据控制算法输出的控制信号，驱动执行器实现路灯的亮度和开关控和数据传
总结词
通信模块负责实现远程监控和数据传输功能，使管理人员能够实时了解路灯的工作状态并进行远程控制。常见的通信方式包括无线通信和有线通信，能够将路灯的工作数据传输到上位机或云平台进行监控和管理。
详细描述
通信模块
03
系统软件设计
主程序流程：首先初始化系统，然后不断循环检测传感器数据，根据控制算法处理数据，输出控制信号驱动执行器，同时通过通信协议与上位机进行数据交互。
问题分析与改进
针对测试过程中发现的问题，进行深入分析，并提出相应的改进措施和建议。
性能评估与优化
根据性能测试的结果，对系统的性能进行评估，并提出优化方案，提高系统的性能和稳定性。
验证结果分析
05
系统优化与改进
03
设备布局
合理规划硬件设备的布局，确保设备之间的距离适中，避免因距离过远导致信号衰减或通信延迟。
03
02
01
功能测试
测量系统对控制指令或传感器数据的响应时间，确保系统反应迅速、及时。
响应时间测试
长时间运行系统，检查系统是否出现异常或故障，评估系统的稳定性和可靠性。
稳定性测试
验证系统是否能方便地添加或减少硬件设备，以适应不同规模和需求的路灯控制系统。
扩展性测试
性能测试
模拟路灯控制系统
模拟路灯控制系统摘要本设计是以AT89S52为主控器的模拟路灯控制系统。
系统可通过定时设定，分别独立控制路灯的开启和关闭；同时具有调光功能，能够按设定要求使路灯驱动电源输出功率在20%~100%范围内任意调节。
还能根据环境明暗的变化以及交通情况自动开关灯。
当路灯电路出现故障时，单片机采集路灯电路采样点的电压后处理采集到的数据，实现自动报警功能。
该系统基于可靠的硬件设计和稳定的软件算法实现题目基本要求。
关键字：定时设定、调光、功率调节、声光报警。
一、前言近年来，随着我国经济改革的深入发展和信息化时代的深入，各级政府对城市整体形象工程建设也备受重视。
城市亮化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，为此我们设计并制作了这一节能智能型的模拟路灯控制系统。
二、系统总体框架设计根据系统要求，设计总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图三、方案比较与论证§3.1 LED 调光方式的选择与论证方案一：采用PWM (脉宽调制) 调光方式。
优点：利用简单的数字脉冲，反复开关白光LED 驱动器的调光技术。
系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光LED 的亮度。
能够提供高质量的白光，且应用简单，效率高。
缺点：PWM 调光容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声。
方案二：采用模拟调光方式。
优点：避免了由于调光时所产生的噪声。
在采用模拟调光时，LED 的正向导通压降会随着LED 电流的减小而降低，使得白光LED 的能耗也有所降低。
缺点：增大了整个系统的能耗，发光质量较差。
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模拟路灯控制系统李乃曦，曹绪华，孙德芬山东凯文科技职业学院信息学院（2009年全国大学生电子设计竞赛（高职高专组）全国二等奖）6.2.1 题目要求任务：设计并制作一套模拟路灯控制系统。
控制系统结构如图6.2.1所示，路灯布置如图6.2.2所示。
图6.2.1 路灯控制系统示意图图6.2.2 路灯布置示意图（单位：cm）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≤2%。
（3）其它（性价比等）。
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。
6.2.2 设计报告摘要该系统由主控模块、光控模块、传感器模块、故障检测模块及LED恒流源驱动模块组成。
其中主控模块包括支路控制器和两个led单元的控制器，由一片STC12系列单片机为核心器件构成，恒流源以SN3350为核心芯片，辅以其它必要的外围电路和软件构成了一个完整的模拟路灯控制系统。
系统能根据环境明暗变化自动开灯和关灯；能根据交通状况自动调节亮灯状态；具有时钟功能，能设定、显示开/关灯时间，并能控制整条支路或每只路灯按时开灯和关灯；当路灯出现故障时可发出声光报警，并显示故障灯的编号；具有调光功能，能在规定时间按设定要求自动调节led驱动电源功率，调节与设定范围为20%～100%，调节误差≤2%。
系统使用节能环保的LED灯光源，采用科学有效的监控手段进行亮度控制、时间控制、交通状况监测、故障自动报警等，可节省人力和电力资源，降低系统运行成本，性价比高。
关键词：路灯控制；LED；恒流源；光电开关1．系统方案选择与论证根据题目要求，系统可由主控器、传感器、恒流源、时钟、显示、键盘输入、故障检测报警和环境亮度检测等模块构成，其总体结构如图6.2.3所示。
主要模块的具体方案选择论证如下：主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主LED主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主主图6.2.3 系统总体结构1) 控制器方案的选择与论证方案一：采用单片机89C51作为控制核心。
89C51单片机价格低廉，使用简单，但其运算速度较低，功能较为单一。
用一个89C51单片机需辅以必要的外围AD 芯片来实现单元控制和支路控制的功能，这就增加了硬件电路的复杂程度，且编程较复杂。
方案二：采用FPGA 作为系统的控制器。
FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高。
但本设计对数据处理速度要求不高，FPGA 的高速处理优势得不到体现，并且因其价格较高会使系统成本增加。
方案三：采用一片单片机STC12C5410AD 作为中心控制器。
该芯片内置AD 和DA 功能，减少了外围电路的复杂度，且具有高速、高可靠性、低功耗、超强抗干扰、价格低等优点。
综上比较，本系统采用方案三做为两个控制器的核心器件。
2) 光控模块方案选择与论证方案一：采用光电开关。
在S ，B ，S’三个位置分别放置光电开关装置，当物体经过这些点时，光电开关发射的光被物体遮挡，则接收端因无法接收该光而使其一引脚输出电平发生变化，单片机处理该信号继而控制路灯的开/关。
光电开关具有长寿命、高可靠性、灵敏度高等特点，且价格较低。
方案二：采用红外发射装置。
使用电路原理与方案一类似，但其精度低，灵敏度较弱，方向性差，性价比低。
方案三：选用干簧管。
该装置是一种磁敏的特殊“开关”。
它通常由两个或三个既导磁又导电的材料做成的簧片触点，当永久磁铁靠近干簧管时，簧片的接点就会感应出极性相反的磁极。
由于磁极极性相反而相互吸引，“开关”闭合，当磁力减小到一定值时，“开关”断开。
但其磁力的大小与磁铁有关，灵敏度较差。
综上比较，本系统采用方案一作为传感器模块的主要元件。
3) 恒流源方案的选择与论证方案一：采用集成运放设计。
用集成运放和电感组成简单的电压限制电路，根据所需电流调节可调电阻来获得所需的电流。
用此方法得到的输出电流稳定度较低，且硬件电路调试复杂。
方案二：采用LED 驱动电源芯片SN3350。
其具有输出350mA 恒流的特性，稳定度高，且具有过压保护、过温保护、体积小、外围电路简单等特点，可较好的满足本系统的要求。
方案三：采用恒压源串联电阻。
将恒压源串联可变电阻，通过调节可变电阻，输出电流也可恒定在某一值。
但是该方案外接电阻的阻值调节不灵敏，难以满足设计的精度要求。
综上比较，本系统采用方案二制作恒流源。
4) 显示方案选择与论证方案一：采用LED数码管。
通过单片机引脚控制，由数码管动态显示设定的时间和开关灯时间，因题目要求显示数据多，所需数码管的数量和单片机的控制接口较多，从而导致单片机I/O接口紧张，性价比较低。
方案二：采用16×32点阵块显示。
能够满足题目要求，但同样需要占用单片机较多的I /O接口，且软件复杂，调试困难。
方案三：采用1602LCD液晶显示。
该模块占用单片机I/O口较少，且可通过程序实现级联菜单功能，较好的满足题目要求。
综上比较，本系统显示模块采用方案三。
5) 路灯亮度调节方案的选择与论证方案一：直接通过对电压的调节来改变亮度的大小。
电路简单且易实现，但容易产生过压或欠压现象，从而对电路造成不利影响，且不能满足题目发挥部分的要求。
方案二：由单片机生成PWM。
恒流源芯片SN3350的3#脚可接PWM信号，通过调节PWM 的占空比，就可调节恒流源输出电流的大小，从而控制输出功率的大小。
因此，只要用单片机调节PWM信号的占空比，即可在0－100％范围内的调节恒流源的输出功率，满足题目发挥部分的要求。
方案三：使用555定时器设计输出多谐振荡器，调节占空比的大小来形成PWM信号，从而调节路灯的亮暗。
但是这种方案的占空比是由变阻器调节，精度低，调节难，无法满足题目要求。
综上所述，本系统采用方案二实现路灯亮度的无级调节。
2．系统硬件的理论分析与设计1）环境亮度检测模块本设计采用光敏电阻来实现通过检测外界环境的明暗程度、控制LED灯自动打开或关闭的要求，具体电路如图6.2.4所示。
图6.2.4 环境亮度检测电路当环境光线较强时，光敏电阻Rgm呈低阻状态，5V电压经光敏电阻Rgm和R6分压后在R6上的电压高，单片机P1_0口检测到该电压信号后，控制P1_1给三极管Q1基极施加高电平，使Q1导通，继电器线圈通电，吸合开关K1，led灯D6所在支路形成通路，灯点亮；环境光线暗时，光敏电阻呈高阻状态，电阻R6上的电压较低，P1_1输出低电平，三极管Q1截止，led灯关断，从而实现了路灯随环境明暗程度自动开灯或关灯的功能。
2）故障检测报警模块故障检测与报警模块与图6.2.4右半部分相似。
当led灯亮时，其所在支路导通，电阻R4上的电压约为0.35×5=1.75（V）；如果led灯出现故障，则该支路处于开路状态，电阻R4上的电压为0，单片机通过P1.3口检测到该信号后，进而同环境亮度检测控制原理一样，控制报警支路中的三极管导通，点亮发光二极管，驱动蜂鸣器，发出报警信号。
3）恒流源模块本系统恒流源电路以LED驱动芯片SN3350为核心，辅以简单的外围电路，实现了输出电流恒流的功能。
其输入电压为6~40V，输出电流最大可达700mA，满足额定功率为1W 的led驱动要求。
图6.2.5为恒流源电路原理图。
图6.2.5 恒流源电路由SN3350芯片的资料可知，其输出电流与电流检测电阻R1有关。
通常情况下R1取特定值(R1≥0.13Ω)，SN3350相应的额定输出电流如表6.2.1所示。
根据题目要求，该系统选择特性阻值为0.3Ω。
由芯片的特性曲线知，当外围电路中电阻R1取0.3Ω，电感L1取47 时，输出效率较高，表现出良好的节能优点，故该系统选择此值。
通过实验，当输入端加入8.3V直流电压时，其输出电流恒定为350mA。
该电路的输入端增加了四个稳压管，使输入电压更加稳定，继而输出电流驱动1W的LED。
由此可见，该方法的电路所需器件少，设计简单，性价比高，且该芯片内有过流保护，当异常情况发生电流过大时，可保护LED。
题目发挥部分要求，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。
为此，将SN3350芯片的3#脚ADJ外接PWM信号，通过调节PWM的占空比，进而实现驱动电源输出功率的无级调节。
3）下载模块下载模块用于单片机程序下载，它由MAX232和外围电路组成,具体电路如图6.2.6所示。
图6.2.6 下载模块其它电路模块见附图6.2.1-6.2.63．系统软件设计程序流程图如图6.2.7所示。
图6.2.7 程序流程图程序流程为：选择路灯的控制方式以后等待外界信号的检测输入。
判断接收为自由控制灯信号，环境监测信号，交通信号，单片机处理相应信号，然后控制开关路灯，并计时路灯开关时间，用LCD显示。
若正常情况下路灯不亮，则控制器检测到该信号并用报警灯提示和LCD显示故障灯的地址。
此外，路灯的每部分电源由自制恒流源提供，且其输出功率可通过控制SN3350的引脚三进行调节，从而实现路灯的亮度可控。
4．系统测试与结果分析1）测试仪器测试使用的仪器设备如表6.2.2所示。
表6.2.2 测试使用仪器与设备2）基本要求测试(1)支路开/关灯时间控制功能检测测试结果如表6.2.3所示。
表6.2.3 支路开/关灯时间控制功能测试结果(2) 交通情况检测与路灯控制功能测试表6.2.4为测试结果。
其中，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。
(3) 环境亮度检测与路灯控制表6.2.5为环境亮度检测与控制的测试结果。
其中，“1”表示灯亮，“0”表示灯灭。
(4) 故障检测与报警功能测试故障检测与报警的测试结果见表6.2.6.表6.2.6 故障检测与报警功能测试结果其中，【Led1，Led2】为一数组，有故障显示为“1”，无故障显示为“0”。