路灯的方案报告范文
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1. 方案比较与论证
1.1基本系统方案
根据题目要求，系统可以划分为支路控制部分和单元控制部分。其中支路控制部分包括：检测光源自动调节、变换点判断模块、故障报警显示、时钟显示。单元控制部分包括：路灯状态模型和单元控制器模块。共个六个基本模块，模块框图如图1.1.1所示。为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证。
1.2各模块方案选择和论证
1.2.1控制支路模块
根据题目要求，控制支路主要用于各个模块的信号接收和辨认处理、控制路灯的开关、故障声光报警以及显示地址等。对于控制支路的选择有以下两种方案。
方案一：采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制支路核心。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可应用EDA软件仿真，调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。由模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制路灯状态，但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。
方案二：采用宏晶科技公司(STC)的STC89C52RC作为系统控制器的方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。基于以上分析拟定方案二，模拟路灯单片机控制的方框图如图1.1.1所示。在本设计中，我们采用了单片机分别对7个单元模块进行监测和控制，提高了系统的工作效率，同时CPU分阶段地对路灯状态控制，减少了外围设备。由STC89C52RC控制路灯的自动开关、检测光源明暗和路况检测模块等功能，同时监测路灯的故障，实现故障声光报警并显示等功能。 1.2.2检测光源模块
检测光源模块是用来判断光线明暗变化。为了确保路灯在工作过程中光线明暗变化，自动开灯和关灯，系统需要利用感光元件来检测出光线明暗，充分节能。对于感光元件的选择有以下几种方案。
方案一：采用线性光敏传感器。其对光线的强弱呈线性变化、灵敏度高、高可靠性、高稳定性，其价格相对较贵。
方案二：采用光敏电阻。灵敏度较低，价格低。在本设计中，选用方案二，通过相应电路设计计算，能够完成环境明暗变化判断要求。
1.2.3变换点判断模块
方案一：利用光电传感器，路边装上光电传感器，有物体经过时，光线反
射接收，此方案普通传感器感应距离有限。若采用工业光电传感器，成本又太高。
方案二：利用红外线对射管，在边装上红外线传感器，有物体从中间经过时，就有信号产生，见图1.1.2所示。其感应强度高、信号强，感应范围大，容易处理，成本低。
1.2.4故障报警显示模块
故障报警显示模块实现路灯的故障检测，路灯工作中有故障可以马上解决。当某灯有故障时，蜂鸣器鸣响，发光二极管闪烁，信号输入单片机处理并显示出故障地址。
使用RCO引脚控制输出声光报警信号。LS1是蜂鸣器、D1是发光管、Q1是PNP的三极管、U5是电压比较器。当2脚输出低电平时，7脚输出低电平，Q1导通，发出声光报警信号;当2输出高电平时，U5输出高电平，但是比较器输出高电平时驱动能力不够(需要接上拉电阻R4 )，Q1截止，不发出声光报警信号。
1.2.5显示模块
在路灯工作过程中，系统需要对开关灯的时间和故障地址作必要的显示。我们考虑有以下两种显示方案。
方案一：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，精确可靠，操作简单。数码管是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。
方案二：使用液晶显示屏开显示关灯的时间和故障地址。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。
根据以上的叙述，考虑到路灯较多时起地址编号较大，故采用方案二的液晶显示。
1.2.6路灯状态模型
本题要求在路灯工作时物体M到S点时灯1点亮，M到B点时灯1灭，灯2亮,见图1.1.4。本设计采用木板做模拟路面，塑料水管做灯杆。
1.2.7单元电路控制器
本题要求中，自制恒流源驱动，20%～100%范围内设定并调节。方案如下： 方案一：程控恒流源电路是由单片机片内定时器输出的脉宽调制信号来控制,并用该电压控制恒流源产生可控电流.通过单片机的键盘接口对输出电流进行设定,实现输出电流的连续调节及电流的动态测量.普通单片机控制困难、外围电路复杂、成本高。
方案二：利用两个三极管相对稳定的be电压作为基准，电流数值为：I = Vbe/R，电流的数值可以自由控制。为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈电流计算公式为：I = Vin/R。Vin的数值可由单片机DA自由控制，没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。
1.3 系统各模块的最终方案
经过仔细分析和论证，决定了系统各模块的最终方案如下： 1、支路控制部分的单元电路设计 （1） 检测光源：采用光敏电阻 （2） 变换点判断模块：采用红外线对射传感器 （3） 显示模块：采用液晶显示 2、单元控制部分的单元电路设计
（1）控制电路设计：采用STC89C52RC单片机控制 （2）路灯状态模型：自己用木板塑料管做模型 （3）A/D转换模块：采用DAC0832芯片
（3）单元电路控制器：采用三极管取样可调节恒流源
2. 系统的硬件设计与实现
2.1 系统硬件的基本组成部分
本题是一个自动控制、情景模拟、电源制作为一体的综合设计,在设计中运用了检测技术、自动控制技术和电子技术。系统可分为传感器检测部分和自动控制部分。
传感器检测部分：系统利用光敏电阻和红外对射传感器将检测到的一系列的外部信息转化为可被控制器件辨认的电信号。
自动控制部分：系统中控制器件根据由传感器变换输出的电信号进行逻辑判断，控制路灯状态、液晶显示、蜂鸣器以及发光二极管，完成了路灯情景模拟，充分节能。控制部分包括三个主要单元电路：单片机控制电路、单元控制电路、液晶显示电路。
2.2 主要单元电路的设计
2.2.1传感器检测部分的单元电路设计
（1）检测光源电路的设计
题目要求路灯能根据光线度制动开关，必须要对光线度采集处理，控制器才
对路灯实施开关。光线度采集电路图2.2.1，RG为光敏电阻，比较器取样输入单片机。
图2.2.1光线度采集电路
（2）红外线检测电路的设计
在物体到灯的照明范围，此路灯亮灯。为了检测物体并确定物体到灯的距离，路灯与路灯之间安装上红外线对射传感器，如图2.2.2所示，该传感器发射管不断发出红外线，没有物体时。接收管能接到红外线，有物体穿过时，接收管接收不到信号，单片机处理，灯亮。
（3）液晶显示路的设计
在本系统中采用液晶1602用来显示时间、故障地址等信息。
图2.2.2 红外线检测电路
图2.2.3显示电路
图2.2.3中采用液晶显示，由于STC89C52RC单片机每个I/O口的上拉电流只有1～2 mA，但在灌电流驱动状态下能达到20mA左右，因而P0口要全接上拉电阻，上拉电阻一般取1K。
（4）传感器采样比较器电路设计
由于传感器感知电压变化小，通过比较器可应得到稳定的较大电压。
基准信号通过R3和R19作用在运放LM311的反相端，输入信号输入正向端,R3和R19经验取值。LM311是单片集成专用电压比较器 2.2.2 自动控制部分的单元电路设计 （1） 控制支路电路的设计
单片机接收从传感器检测电路输入的信号，并将输入的信号进行处理运算，以控制电流或控制电压的形式输出给被控制的单元电路，完成各项任务要求。
单片机STC89C52RC外接显示电路，检测光源测量电路、红外线检测电路、单元电路控制器和声光报警电路，其中测量电路和单元电路控制器是信号输入，显示电路和声光报警电路是输出。为了方便单片机引脚的使用，我们将单片机的所有引脚用接口引出。具体电路可看附录电路图所示。
通过对光源检测、物体检测产生的传感信号进行检测，单片机STC89C52RC完成对控制路灯功能。 （2） 单元电路控制器
单元电路控制器采用独创恒流源驱动如图2.2.5所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准，
电流数值为： I = Vbe/R1。使用一个运放作为反馈。 电流计算公式为： I = Vin/R13
这个电路可以认为是我们所独创的恒流源，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。电路的三极管Q2对进行取样,RV2电流进行调节，优点在于可以满足不同的恒流要求，不足在于取样不在主回路当主回路负载变化时，取样有一定误差，为了解决温度对负载的影响，我们给电路加上Q3三极管或者热敏电阻，对温度进行补偿。
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