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      基于單片機(jī)的LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      2016-11-14 02:18:06李朝
      電子技術(shù)與軟件工程 2016年18期
      關(guān)鍵詞:控制系統(tǒng)節(jié)能單片機(jī)

      李朝

      摘 要

      隨著社會(huì)文明的不斷進(jìn)步,城市照明已經(jīng)不單純是以往簡(jiǎn)單的亮燈模式,人們更加開(kāi)始關(guān)注照明的質(zhì)量以及效果,比如節(jié)能問(wèn)題、人工控制的種種弊端問(wèn)題、開(kāi)關(guān)燈的準(zhǔn)確度以及路燈故障檢測(cè)實(shí)時(shí)性以及維修及時(shí)問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題,本文提出了一種更為智能更為方便的路燈控制系統(tǒng)。

      【關(guān)鍵詞】單片機(jī) LED 節(jié)能 控制系統(tǒng)

      1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

      我們需要實(shí)現(xiàn)時(shí)控、光控、人控以及自檢的結(jié)合,首先人工控制是一級(jí)控制,需要人工給時(shí)控、光控設(shè)置門(mén)閥;此外時(shí)控應(yīng)該屬于二級(jí)控制,光控工作在時(shí)控門(mén)閥之外,即在定時(shí)之外,光控才會(huì)起作用。此外,自動(dòng)檢測(cè)也是一個(gè)難點(diǎn),也是現(xiàn)有路燈控制所缺乏的。所以,本系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)主要分為時(shí)鐘、環(huán)境檢測(cè)、路燈自檢三大主要模塊以及其他的補(bǔ)充模塊。

      2 LED路燈的智能控制原理

      2.1 中央控制模塊

      單片機(jī)最小系統(tǒng)一共有三個(gè)方面構(gòu)成:

      (1)一個(gè)是時(shí)鐘電路;

      (2)一個(gè)是復(fù)位電路;

      (3)還有一個(gè)就是電源。

      時(shí)鐘電路:在我們的單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)自帶了震蕩電路,所以我們只需要在GND引腳上方的兩個(gè)引腳外接一個(gè)石英晶體振蕩器(晶振)即可。

      復(fù)位電路:?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位是靠復(fù)位引腳(RST)也就是第9腳,該腳連接超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位,1個(gè)機(jī)器周期即12個(gè)時(shí)鐘脈沖。

      2.2 光線檢測(cè)模塊

      2.2.1 光敏電阻

      光敏電阻,別名光導(dǎo)管,常見(jiàn)的光電器件,基本都是由半導(dǎo)體材料制作而成,在特定波長(zhǎng)光的照射下,它們的阻值會(huì)迅速減少。光敏電阻對(duì)光的敏感程度和人眼對(duì)可見(jiàn)光的感應(yīng)是很接近的,換句話說(shuō),就是只要是人眼能夠感知到的強(qiáng)度,都可以引起它阻值的改變。所以我們?cè)O(shè)計(jì)光控電路時(shí),只需要用LED燈光或者自然光線作為光源即可,這樣大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

      2.2.2 電壓比較器LM358

      電壓比較器LM358不僅僅適用于電壓范圍很大的單電源工作模式,而且對(duì)于雙電源模式同樣適用。在其內(nèi)部包含有兩個(gè)獨(dú)立、頻率補(bǔ)償、高增益的雙運(yùn)算放大器,在相對(duì)合適的工作條件下,放大器的性質(zhì)跟電源電流還有電源電壓并沒(méi)有關(guān)聯(lián),它適用于包括傳感放大器、直流增益模塊以及其他諸多使用到放大器的場(chǎng)合。

      2.3 時(shí)鐘模塊

      本設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)時(shí)控,需要通過(guò)設(shè)定時(shí)間與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此采用專(zhuān)用時(shí)鐘芯片DS1302,主要為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

      2.4 聲光報(bào)警模塊

      聲光報(bào)警模塊我們采用一個(gè)LED燈和蜂鳴器模擬報(bào)警系統(tǒng)。

      蜂鳴器,一種在微處理電路系統(tǒng)中的發(fā)聲裝置,英文名為buzzer,蜂鳴器跟小型喇叭有些類(lèi)似。市場(chǎng)上出售的蜂鳴器一般有電壓型和脈沖型兩種,顧名思義,電壓型蜂鳴器只需要直接送電就可以發(fā)聲,固定頻率;脈沖型蜂鳴器,則必須要有脈沖電平才能驅(qū)使其發(fā)聲工作,且聲音的頻率跟加入脈沖的頻率是一致的,我們使用的就是脈沖型。

      3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

      硬件電路設(shè)計(jì)是我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán),它是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的載體,沒(méi)有它,一切都是空談,硬件電路穩(wěn)定運(yùn)行是系統(tǒng)軟件穩(wěn)定運(yùn)行的前提保證。

      系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了系統(tǒng)所需的必須模塊,單片機(jī)作為控制中樞,接受外界數(shù)據(jù)命令,同時(shí)對(duì)外部硬件傳送數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

      3.1 中央控制模塊設(shè)計(jì)

      單片機(jī)最小系統(tǒng),它是單片機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的基本也是必須電路,提供單片機(jī)工作的時(shí)鐘頻率以及復(fù)位功能。單片機(jī)在每次開(kāi)始運(yùn)行時(shí)都須要進(jìn)行復(fù)位,以此保證中央處理器及其其他各部件都處在一個(gè)穩(wěn)定的可以正常工作的初試狀態(tài),并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。通常,我們還會(huì)在電容器兩端并接一個(gè)手動(dòng)按鈕,以此實(shí)現(xiàn)人工手動(dòng)復(fù)位。

      3.2 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)

      時(shí)鐘模塊主要實(shí)現(xiàn)功能是設(shè)置時(shí)間,采用專(zhuān)用時(shí)鐘芯片DS1302,與單片機(jī)串行方式通信,向單片機(jī)提供包括各種具體的實(shí)時(shí)信息,而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)月末、平潤(rùn)年自動(dòng)調(diào)整,以提供實(shí)時(shí)的時(shí)鐘信息。

      3.3 顯示模塊設(shè)計(jì)

      顯示模塊是人機(jī)交互的重要通道,關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。無(wú)論是在設(shè)定開(kāi)燈時(shí)間范圍、顯示系統(tǒng)時(shí)間,還是故障信息反饋,都需要顯示模塊的參與。

      3.4 光線檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

      光線檢測(cè)模塊是光控模式的門(mén)閥,為實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,利用了光敏電阻阻值受光照影響的特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)外界光線強(qiáng)度的檢測(cè),將檢測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)輸送給控制中心,作為光控門(mén)閥的判定條件。

      采用電位器輸出參考電壓值的原因是實(shí)現(xiàn)“傻瓜式操作”,便于調(diào)整靈敏度,在某個(gè)光線強(qiáng)度下,人們想要LED亮燈時(shí),只需要操作電位器即可實(shí)現(xiàn),之后將會(huì)以最后一次調(diào)控電位器時(shí)的光線強(qiáng)度作為參考。避免了在光強(qiáng)量化上的復(fù)雜度,降低了程序代碼的困難度,更加方便實(shí)用。

      4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

      4.1 程序流程圖

      由上節(jié)闡述分析得到系統(tǒng)軟件流程圖,如圖1所示。

      如圖1,為系統(tǒng)軟件總流程圖,簡(jiǎn)明扼要的表示出了總體設(shè)計(jì)思想,之后我們會(huì)給一些重要模塊作出更加詳細(xì)的介紹。

      4.2 系統(tǒng)部分重要子程序的設(shè)計(jì)

      4.2.1 系統(tǒng)時(shí)間與設(shè)定時(shí)間對(duì)比以及物體感應(yīng)檢測(cè)模塊

      該部分程序主要實(shí)現(xiàn)比對(duì)系統(tǒng)所處時(shí)間和人為設(shè)定開(kāi)燈時(shí)間,以此判斷亮燈或者進(jìn)入自動(dòng)模式。自動(dòng)模式下,進(jìn)行光線強(qiáng)度檢測(cè)及物體感應(yīng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制路燈。子程序流程圖如圖2所示。

      4.2.2 按鍵設(shè)定模塊

      本部分主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)按鍵人為設(shè)定系統(tǒng)時(shí)間以及開(kāi)燈時(shí)間兩個(gè)功能,下圖為各個(gè)按鍵含義及流程圖如圖3所示。

      5 總結(jié)

      社會(huì)在不斷向前發(fā)展,各個(gè)城市也在不斷進(jìn)步,城市路燈照明和亮化工程需求日趨增大,與此同時(shí),能源供需矛盾也緊隨而至,日益突出,社會(huì)迫切需要一種綠色、節(jié)能的照明系統(tǒng)。所以就要求能夠設(shè)計(jì)出一種可以減少能源耗費(fèi)的路燈為城市提供照明作用,也相信總會(huì)LED路燈會(huì)發(fā)展的更好,更好的服務(wù)于社會(huì)。

      參考文獻(xiàn)

      [1]錢(qián)海月,王海浩,王海洋,模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].寧夏工程技術(shù),2011,8(01):90-92.

      [2]任鵬飛,耿世勇,尹亞楠.基于單片機(jī)的LED路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,12(04):75-76.

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