1、1一、 设计任务与要求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。输入 、 显示装置支路控制器单元控制器 1单元控制器 2L E D 灯 1L E D 灯 2图 1 路灯控制系统示意图L E D 灯 1L E D 灯 24 02 04 0SABCS 4 04 04 0M定位点图 2 路灯布置示意图（单位：cm）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；
2、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。发挥部分（1）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。2（2）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。二、 方案比较与论证1、 物体检测方案选择方案一：物体的位置检测采用压力传感器，当物体通过定位点时，通过检测压力传感器的输出信号，检测是否有物理通过。其输出信号的调理电路相对简单，但是采用压力传感器价格较贵，且物体的重量是不定的，所以信号的大小也不定，这样就增加了软件程序处理的难度。方
3、案二：使用发光二极管和光敏二极管。此方案缺点在于环境的其他光源对光敏二极管的工作产生很大的干扰，一旦外界光强改变，很可能造成误判和漏判，即使采用超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又增加额外的功耗。 方案三：采用 TCRT5000 光电传感器，能准确的检测物体的定位，此方案可以降低可见光的干扰，灵敏度高，同时其尺寸小、质量轻、价格也低廉。外围电路简单，安装起来方便，电源要求不高，用它作为定点检测相对合适，所以本设计采用此方案。2、自动控制方案选择方案一：支路控制器和单元控制器之间采用无线通信实现控制。此方案可以简化布线，减轻线路维护的压力，但是它的问题在于无线通信价格比较昂贵，实现代价较大，输
4、出易受外界电磁场的干扰，并且需要大量繁琐的通信测试才能确保正常工作。方案二：采用总线控制来进行单片机通信，从而实现支路控制器对各个单元控制器的控制。此方案要求每有一个路灯就增加一个单片机，所需要的单片机较多，编程负担很大，程序可靠性低。方案三：直接用单片机的 IO 口进行控制，可以有效的实现支路控制器对各个单元控制器的控制。并且线路简单，程序简洁，系统比较稳定可靠性高。此方案价格也比较合理，非常适合用于实验室模拟路灯控制系统，所以本实验采用此方案实现自动控制。3、处理器的选择在处理器方面我们选用了经典 51 系列的单片机中 89C52 单片机，它的程序存储器容量较大，并且比 89C51 多了一
5、个定时器 2，更有利于系统功能的实现。三、 系统硬件设计3.1 系统的总体设计单元控制器检测道路交通情况，环境明暗度和路灯工作情况并将结果反馈给支路控制器，触发支路控制器进行处理并将处理后的结果送到各个单元电路，实现时钟定时，自动开关灯，故障报警等功能。3.2 单元电路设计33.2.1 稳压电源模块采用稳压芯片将交流电压转换为直流 5v 电源，给整个路灯控制系统供电，原理图如下：图 3.2.13.2.2 物体检测模块采用光电门和放大电路实现，电路图如下：图 3.2.2当有物体通过光电门的到时候，光电门的接收端接收到物体反射的红外光，使得光敏4三极管导通，然后将此信号通过比较器成为一个触发电平反
6、馈到单片机。3.2.3 故障报警模块 设灯工作的额定电压为 X,那么我们可以认为当灯亮灯的电压 V 满足 ZY 时，灯即出现故障。我们用灯两端的电压 v 通过 lm339 与两个设定好的电压值进行比较并将输出的两值通过一个与非门输出给单片机的 I/O 口。这样，当灯正常工作时，与非门最终输出高电平，一旦灯出故障，与非门输出低电平，给 I/O 口一个下降沿触发，使单片机控制蜂鸣器及数码管发出警报。电路图如下:图 3.2.35图 3.2.43.2.4 单片机控制模块 此模块集成了单片机最小系统，液晶控制和显示，数码管和按键，用来实现路灯系统的控制功能，具体原理图如上：四、 系统软件设计4.1 程序
7、总体流程图6当前处于开灯时间开始初始化所有设置用户根据菜单设置工作模式 键盘扫描flag_auto=0auto_bit=0判断为白天禁止自动开灯判断为黑夜启用自动开灯启用自动开灯禁用用自动开灯N YYNYN主程序流程液晶显示的菜单设计如下：菜单：A 自动模式 B 手动模式设定自动模式 手动模式：A 设定开关灯时间B 设定时钟时间Menu 返回设定开关灯时间A 加数B 减数Menu 切换时分秒设定时钟时间A 加数B 减数Menu 切换时分秒Welcome!切换完毕返回主菜单7定时器和中断设计如下：T1 脚 TL1 TH1 TF1副跳变计数中断TL0 TH0 TF0 中断d*T1 作为外部计数T0 作为定时器计数8五、 系统的组装系统的面板图及组装结构如下：六、 系统调试路面（导轨）及路灯示意图导轨表面（俯视图）光电门 1 光电门 2 光电门 3导轨内部电路板（俯视图）物体检测和故障报警模块电路板单片机控制模块 直流电源模块液晶显示插头9六、 系统调试6.1 系统测试方案如下图所示，将小车从左侧释放，分别通过 1，2，3 这三个光电门，当车通过 1 时，灯 A亮，当车通过 2 时，灯 A 灭，灯 B 亮，当车通过 3 时，灯 B 灭1 2 3A B6.2 测试仪器及设备双通道数字示波器数字万用表
