路燈的方案報告范文
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1. 方案比較與論證
1.1基本系統方案
根據題目要求，系統可以劃分為支路控制部分和單元控制部分。其中支路控制部分包括：檢測光源自動(dòng)調節、變換點(diǎn)判斷模塊、故障報警顯示、時(shí)鐘顯示。單元控制部分包括：路燈狀態(tài)模型和單元控制器模塊。共個(gè)六個(gè)基本模塊，模塊框圖如圖1.1.1所示。為實(shí)現各模塊的功能，分別作了幾種不同的設計方案并進(jìn)行了論證。
1.2各模塊方案選擇和論證
1.2.1控制支路模塊
根據題目要求，控制支路主要用于各個(gè)模塊的信號接收和辨認處理、控制路燈的開(kāi)關(guān)、故障聲光報警以及顯示地址等。對于控制支路的選擇有以下兩種方案。
方案一：采用FPGA（現場(chǎng)可編程門(mén)列陣）作為系統的控制支路核心。FPGA可以實(shí)現各種復雜的邏輯功能，規模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩定性，并且可應用EDA軟件仿真，調試，易于進(jìn)行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統的處理速度，適合作為大規模實(shí)時(shí)系統的控制核心。由模塊輸出的信號并行輸入FPGA，FPGA通過(guò)程序設計控制路燈狀態(tài)，但由于本設計對數據處理的速度要求不高，FPGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線(xiàn)復雜，加重了電路設計和實(shí)際焊接的工作。
方案二：采用宏晶科技公司(STC)的STC89C52RC作為系統控制器的方案。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應用廣泛�；谝陨戏治鰯M定方案二，模擬路燈單片機控制的方框圖如圖1.1.1所示。在本設計中，我們采用了單片機分別對7個(gè)單元模塊進(jìn)行監測和控制，提高了系統的工作效率，同時(shí)CPU分階段地對路燈狀態(tài)控制，減少了外圍設備。由STC89C52RC控制路燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)、檢測光源明暗和路況檢測模塊等功能，同時(shí)監測路燈的故障，實(shí)現故障聲光報警并顯示等功能。 1.2.2檢測光源模塊
檢測光源模塊是用來(lái)判斷光線(xiàn)明暗變化。為了確保路燈在工作過(guò)程中光線(xiàn)明暗變化，自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈，系統需要利用感光元件來(lái)檢測出光線(xiàn)明暗，充分節能。對于感光元件的選擇有以下幾種方案。
方案一：采用線(xiàn)性光敏傳感器。其對光線(xiàn)的強弱呈線(xiàn)性變化、靈敏度高、高可靠性、高穩定性，其價(jià)格相對較貴。
方案二：采用光敏電阻。靈敏度較低，價(jià)格低。在本設計中，選用方案二，通過(guò)相應電路設計計算，能夠完成環(huán)境明暗變化判斷要求。
1.2.3變換點(diǎn)判斷模塊
方案一：利用光電傳感器，路邊裝上光電傳感器，有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，光線(xiàn)反
射接收，此方案普通傳感器感應距離有限。若采用工業(yè)光電傳感器，成本又太高。
方案二：利用紅外線(xiàn)對射管，在邊裝上紅外線(xiàn)傳感器，有物體從中間經(jīng)過(guò)時(shí)，就有信號產(chǎn)生，見(jiàn)圖1.1.2所示。其感應強度高、信號強，感應范圍大，容易處理，成本低。
1.2.4故障報警顯示模塊
故障報警顯示模塊實(shí)現路燈的故障檢測，路燈工作中有故障可以馬上解決。當某燈有故障時(shí)，蜂鳴器鳴響，發(fā)光二極管閃爍，信號輸入單片機處理并顯示出故障地址。
使用RCO引腳控制輸出聲光報警信號。LS1是蜂鳴器、D1是發(fā)光管、Q1是PNP的三極管、U5是電壓比較器。當2腳輸出低電平時(shí)，7腳輸出低電平，Q1導通，發(fā)出聲光報警信號;當2輸出高電平時(shí)，U5輸出高電平，但是比較器輸出高電平時(shí)驅動(dòng)能力不夠(需要接上拉電阻R4 )，Q1截止，不發(fā)出聲光報警信號。
1.2.5顯示模塊
在路燈工作過(guò)程中，系統需要對開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間和故障地址作必要的顯示。我們考慮有以下兩種顯示方案。
方案一：使用傳統的數碼管顯示。數碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長(cháng)、耐老化、防曬、防潮、防火、防高（低）溫，對外界環(huán)境要求低，易于維護，同時(shí)其精度比較高，稱(chēng)量快，精確可靠，操作簡(jiǎn)單。數碼管是采用BCD編碼顯示數字，程序編譯容易，資源占用較少。
方案二：使用液晶顯示屏開(kāi)顯示關(guān)燈的時(shí)間和故障地址。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險，平面直角顯示以及影像穩定不閃爍等優(yōu)勢可視面積大，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點(diǎn)。
根據以上的敘述，考慮到路燈較多時(shí)起地址編號較大，故采用方案二的液晶顯示。
1.2.6路燈狀態(tài)模型
本題要求在路燈工作時(shí)物體M到S點(diǎn)時(shí)燈1點(diǎn)亮，M到B點(diǎn)時(shí)燈1滅，燈2亮,見(jiàn)圖1.1.4。本設計采用木板做模擬路面，塑料水管做燈桿。
1.2.7單元電路控制器
本題要求中，自制恒流源驅動(dòng)，20%～100%范圍內設定并調節。方案如下： 方案一：程控恒流源電路是由單片機片內定時(shí)器輸出的脈寬調制信號來(lái)控制,并用該電壓控制恒流源產(chǎn)生可控電流.通過(guò)單片機的鍵盤(pán)接口對輸出電流進(jìn)行設定,實(shí)現輸出電流的連續調節及電流的動(dòng)態(tài)測量.普通單片機控制困難、外圍電路復雜、成本高。
方案二：利用兩個(gè)三極管相對穩定的be電壓作為基準，電流數值為：I = Vbe/R，電流的數值可以自由控制。為了能夠精確輸出電流，通常使用一個(gè)運放作為反饋電流計算公式為：I = Vin/R。Vin的數值可由單片機DA自由控制，沒(méi)有使用特殊的元件，有利于降低產(chǎn)品的成本。
1.3 系統各模塊的最終方案
經(jīng)過(guò)仔細分析和論證，決定了系統各模塊的最終方案如下： 1、支路控制部分的單元電路設計 （1） 檢測光源：采用光敏電阻 （2） 變換點(diǎn)判斷模塊：采用紅外線(xiàn)對射傳感器 （3） 顯示模塊：采用液晶顯示 2、單元控制部分的單元電路設計
�。�1）控制電路設計：采用STC89C52RC單片機控制 （2）路燈狀態(tài)模型：自己用木板塑料管做模型 （3）A/D轉換模塊：采用DAC0832芯片
�。�3）單元電路控制器：采用三極管取樣可調節恒流源
2. 系統的硬件設計與實(shí)現
2.1 系統硬件的基本組成部分
本題是一個(gè)自動(dòng)控制、情景模擬、電源制作為一體的綜合設計,在設計中運用了檢測技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統可分為傳感器檢測部分和自動(dòng)控制部分。
傳感器檢測部分：系統利用光敏電阻和紅外對射傳感器將檢測到的一系列的外部信息轉化為可被控制器件辨認的電信號。
自動(dòng)控制部分：系統中控制器件根據由傳感器變換輸出的電信號進(jìn)行邏輯判斷，控制路燈狀態(tài)、液晶顯示、蜂鳴器以及發(fā)光二極管，完成了路燈情景模擬，充分節能�？刂撇糠职ㄈ齻€(gè)主要單元電路：?jiǎn)纹瑱C控制電路、單元控制電路、液晶顯示電路。
2.2 主要單元電路的設計
2.2.1傳感器檢測部分的單元電路設計
�。�1）檢測光源電路的設計
題目要求路燈能根據光線(xiàn)度制動(dòng)開(kāi)關(guān)，必須要對光線(xiàn)度采集處理，控制器才
對路燈實(shí)施開(kāi)關(guān)。光線(xiàn)度采集電路圖2.2.1，RG為光敏電阻，比較器取樣輸入單片機。
圖2.2.1光線(xiàn)度采集電路
�。�2）紅外線(xiàn)檢測電路的設計
在物體到燈的照明范圍，此路燈亮燈。為了檢測物體并確定物體到燈的距離，路燈與路燈之間安裝上紅外線(xiàn)對射傳感器，如圖2.2.2所示，該傳感器發(fā)射管不斷發(fā)出紅外線(xiàn)，沒(méi)有物體時(shí)。接收管能接到紅外線(xiàn)，有物體穿過(guò)時(shí)，接收管接收不到信號，單片機處理，燈亮。
�。�3）液晶顯示路的設計
在本系統中采用液晶1602用來(lái)顯示時(shí)間、故障地址等信息。
圖2.2.2 紅外線(xiàn)檢測電路
圖2.2.3顯示電路
圖2.2.3中采用液晶顯示，由于STC89C52RC單片機每個(gè)I/O口的上拉電流只有1～2 mA，但在灌電流驅動(dòng)狀態(tài)下能達到20mA左右，因而P0口要全接上拉電阻，上拉電阻一般取1K。
�。�4）傳感器采樣比較器電路設計
由于傳感器感知電壓變化小，通過(guò)比較器可應得到穩定的較大電壓。
基準信號通過(guò)R3和R19作用在運放LM311的反相端，輸入信號輸入正向端,R3和R19經(jīng)驗取值。LM311是單片集成專(zhuān)用電壓比較器 2.2.2 自動(dòng)控制部分的單元電路設計 （1） 控制支路電路的設計
單片機接收從傳感器檢測電路輸入的信號，并將輸入的信號進(jìn)行處理運算，以控制電流或控制電壓的形式輸出給被控制的單元電路，完成各項任務(wù)要求。
單片機STC89C52RC外接顯示電路，檢測光源測量電路、紅外線(xiàn)檢測電路、單元電路控制器和聲光報警電路，其中測量電路和單元電路控制器是信號輸入，顯示電路和聲光報警電路是輸出。為了方便單片機引腳的使用，我們將單片機的所有引腳用接口引出。具體電路可看附錄電路圖所示。
通過(guò)對光源檢測、物體檢測產(chǎn)生的傳感信號進(jìn)行檢測，單片機STC89C52RC完成對控制路燈功能。 （2） 單元電路控制器
單元電路控制器采用獨創(chuàng )恒流源驅動(dòng)如圖2.2.5所示，用兩只同型三極管，利用三極管相對穩定的be電壓作為基準，
電流數值為： I = Vbe/R1。使用一個(gè)運放作為反饋。 電流計算公式為： I = Vin/R13
這個(gè)電路可以認為是我們所獨創(chuàng )的恒流源，除了足夠的精度和可調性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和調試。只不過(guò)其中的Vin還需要用戶(hù)額外提供。電路的三極管Q2對進(jìn)行取樣,RV2電流進(jìn)行調節，優(yōu)點(diǎn)在于可以滿(mǎn)足不同的恒流要求，不足在于取樣不在主回路當主回路負載變化時(shí)，取樣有一定誤差，為了解決溫度對負載的影響，我們給電路加上Q3三極管或者熱敏電阻，對溫度進(jìn)行補償。
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