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(tǒng)方案
根據(jù)題目要求，系統(tǒng)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：檢測光源自動調(diào)節(jié)、變換點判斷模塊、故障報警顯示、時鐘顯示。單元控制部分包括：路燈狀態(tài)模型和單元控制器模塊。共個六個基本模塊，模塊框圖如圖1.1.1所示。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別作了幾種不同的設計方案并進行了論證。
1.2各模塊方案選擇和論證
1.2.1控制支路模塊
根據(jù)題目要求，控制支路主要用于各個模塊的信號接收和辨認處理、控制路燈的開關(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(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制支路核心。FPGA可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)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(wěn)定性，并且可應用EDA軟件仿真，調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。由模塊輸出的信號并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設計控制路燈狀態(tài)，但由于本設計對數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。
方案二：采用宏晶科技公司(STC)的STC89C52RC作為系統(tǒng)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，可用軟件編程實現(xiàn)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，使其在各個領(lǐng)域應用廣泛。基于以上分析擬定方案二，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個單元模塊進行監(jiān)測和控制，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時CPU分階段地對路燈狀態(tài)控制，減少了外圍設備。由STC89C52RC控制路燈的自動開關(guān)、檢測光源明暗和路況檢測模塊等功能，同時監(jiān)測路燈的故障，實現(xiàn)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判斷光線明暗變化。為了確保路燈在工作過程中光線明暗變化，自動開燈和關(guān)燈，系統(tǒng)需要利用感光元件來檢測出光線明暗，充分節(jié)能。對于感光元件的選擇有以下幾種方案。
方案一：采用線性光敏傳感器。其對光線的強弱呈線性變化、靈敏度高、高可靠性、高穩(wěn)定性，其價格相對較貴。
方案二：采用光敏電阻。靈敏度較低，價格低。在本設計中，選用方案二，通過相應電路設計計算，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)過時，光線反
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：利用紅外線對射管，在邊裝上紅外線傳感器，有物體從中間經(jīng)過時，就有信號產(chǎn)生，見圖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現(xiàn)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，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，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，U5輸出高電平，但是比較器輸出高電平時驅(qū)動能力不夠(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
在路燈工作過程中，系統(tǒng)需要對開關(guān)燈的時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(tǒng)的數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、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，同時其精度比較高，稱量快，精確可靠，操作簡單。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。
方案二：使用液晶顯示屏開顯示關(guān)燈的時間和故障地址。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強等特點。
根據(jù)以上的敘述，考慮到路燈較多時起地址編號較大，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物體M到S點時燈1點亮，M到B點時燈1滅，燈2亮,見圖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(qū)動，20%～100%范圍內(nèi)設定并調(diào)節(jié)。方案如下： 方案一：程控恒流源電路是由單片機片內(nèi)定時器輸出的脈寬調(diào)制信號來控制,并用該電壓控制恒流源產(chǎn)生可控電流.通過單片機的鍵盤接口對輸出電流進行設定,實現(xiàn)輸出電流的連續(xù)調(diào)節(jié)及電流的動態(tài)測量.普通單片機控制困難、外圍電路復雜、成本高。
方案二：利用兩個三極管相對穩(wěn)定的be電壓作為基準，電流數(shù)值為：I = Vbe/R，電流的數(shù)值可以自由控制。為了能夠精確輸出電流，通常使用一個運放作為反饋電流計算公式為：I = Vin/R。Vin的數(shù)值可由單片機DA自由控制，沒有使用特殊的元件，有利于降低產(chǎn)品的成本。
1.3 系統(tǒng)各模塊的最終方案
經(jīng)過仔細分析和論證，決定了系統(tǒng)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） 變換點判斷模塊：采用紅外線對射傳感器 （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(zhuǎn)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(diào)節(jié)恒流源
2. 系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)硬件的基本組成部分
本題是一個自動控制、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)、自動控制技術(shù)和電子技術(shù)。系統(tǒng)可分為傳感器檢測部分和自動控制部分。
傳感器檢測部分：系統(tǒng)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(zhuǎn)化為可被控制器件辨認的電信號。
自動控制部分：系統(tǒng)中控制器件根據(jù)由傳感器變換輸出的電信號進行邏輯判斷，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(jié)能。控制部分包括三個主要單元電路：單片機控制電路、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(jù)光線度制動開關(guān)，必須要對光線度采集處理，控制器才
對路燈實施開關(guān)。光線度采集電路圖2.2.1，RG為光敏電阻，比較器取樣輸入單片機。
圖2.2.1光線度采集電路
（2）紅外線檢測電路的設計
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，沒有物體時。接收管能接到紅外線，有物體穿過時，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(tǒng)中采用液晶1602用來顯示時間、故障地址等信息。
圖2.2.2 紅外線檢測電路
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I/O口的上拉電流只有1～2 mA，但在灌電流驅(qū)動狀態(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，通過比較器可應得到穩(wěn)定的較大電壓。
基準信號通過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是單片集成專用電壓比較器 2.2.2 自動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，完成各項任務要求。
單片機STC89C52RC外接顯示電路，檢測光源測量電路、紅外線檢測電路、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。
通過對光源檢測、物體檢測產(chǎn)生的傳感信號進行檢測，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(qū)動如圖2.2.5所示，用兩只同型三極管，利用三極管相對穩(wěn)定的be電壓作為基準，
電流數(shù)值為： I = Vbe/R1。使用一個運放作為反饋。 電流計算公式為： I = Vin/R13
這個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(diào)性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和調(diào)試。只不過其中的Vin還需要用戶額外提供。電路的三極管Q2對進行取樣,RV2電流進行調(diào)節(jié)，優(yōu)點在于可以滿足不同的恒流要求，不足在于取樣不在主回路當主回路負載變化時，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，對溫度進行補償。
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