模拟路灯控制系统

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1

LED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：

图2 信号检测电路

（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：

图3 光敏三极管检测电路

（4）LED恒流驱动电源

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in V ，由运放虚短可知，MOSFET 的源极电压S V 为 s in

V V = 则恒流源输出电流

in

out D S

V I I R =≈

通过单片机控制输入电压

in

V ，可线性控制恒流源的输出电流out

I 。

2.2系统软件设计

图4 LED 恒流驱动电源