题目名称：模拟路灯控制系统（I 题）西京学院 参赛队员：刘洋洋 郭听宇 马强摘要： 本系统采用单片机 STC89C52RC 作为模拟路灯控制系统的核心。由光耦传感器电路、光敏反馈电路、键盘输入及数码管显示电路、LED 灯电路构成、蜂鸣器发声及LED 指示灯电路、直流稳压电路。时钟系统由单片机构成，采用光敏电阻感应外部环境亮暗的变化以及检测 LED 灯的状态，利用反射式光电传感器检测路上信息。可靠的硬件设计和优化的软件算法，以及独立键盘与七段数码管使得路灯控制系统的操作简单、直观，系统设置了故障报警功能，令本设计更加人性化。关键词：STC89C52RC 单片机 LED 指示灯 故障报警Abstract：The system USES the monolithic STC89C52RC as the core of the system simulation street lamp control. Infrared sensor by electric circuit, photosensitive feedback circuit, keyboard input and digital pipe display circuit, LED lamp circuit structure, voice and LED indicator light buzzer circuit, constant current source circuit. The clock by single-chip microcomputer system structure, using photoconductive resistance induction external environment light and dark change and detection of LED lights, using state reflecting photoelectric sensor test the way information. Reliable hardware design and optimization software algorithm, and independent keyboard and seven period of digital tube makes street lamp of the control system of the operation is simple, intuitive, system has set up fault alarm function, make this a design more humane.Keyword: STC89C52RC Singlechip LED Indicator Fault alarm1 方案论证与比较1.1 采样方法选择光亮检测方案：方案一：采用光敏二极管感受外届光照变化，无光照时,有很小的饱和反向漏电流，二极管截止；光照时反向电流增大，形成光电流。方案二：采用光敏电阻对光源的感应改变自身电阻，由电压比较器提取之间电压，考虑到电阻变化的灵敏度，采用两个光敏电阻串联的方式，通过改变与光敏电阻串联的电位器的值可以调节光敏电阻的感光范围。考虑到现实中声光控制技术的运用已经证明了光敏电阻完全可以达到要求，且价格便宜，电路简单。综合考虑以上方案采用光敏电阻。物体检测方案：方案一、采用摄像头或探测头收集路面上信息。用这种方法，对路面信息处理准确，但是成本过高，数据处理量大，对硬、软件的要求都非常高，短时间内难以实现。方案二：使用反射式红外二极管和接收管组成发射-接收器。由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响比较小，同时，红外对管还具有以下优点：质量轻，灵敏度高，线性好，接口电路比较简单，安装方便，足够满足对本系统中物体检测的要求。基于以上原因，选用了成本较低的方案二。1.2 处理器的选择 单片机 STC89C52RC 作为模拟路灯控制系统的核心。STC89C52RC 具 有 许 多 优 点 ：RAM， ROM 空 间 大 、 指 令 周 期 短 、 运 算 速 度 快 、 低 功 耗 、 低 电 压 、 可 编 程 音 频 处 理 ， 易于 编 程 和 调 试 。 本 题 要 求 支 路 控 制 器 有 声 光 报 警 功 能 ， 由 此 看 来 单 片 机 STC89C52RC更 具 有 优 越 性 。2 系统设计2.1 总体设计系统总框图如下：2.2 单元电路设计2.2.1 光耦传感电路光耦传感电路再整个项目中起着至关重要的作用，当 74ALS373 给三极管信号时，三极管处于饱和状态，此时光耦传感电路形成通路。当有车辆通过马路时此时它可感知物体，从而传给单片机，再由单片机来控制 LED 灯显示。2.2.2 光敏反馈电路光敏反馈电路是通过光敏电阻的变化来调节输出，由于上图中只有光敏电阻是可变的，所以可以通过比较器来调节输出，从而来控制电路。比较器 当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态), 理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如 LM324 运放开环放大倍数为100dB，既 10 万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+） ，就是低电平（V- 或接地） 。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。当光敏电阻有光照射时，它的电阻大概在 5K 左右，在黑暗情况下时，它的电阻大概在 50K 左右，它的变化使得比较器的输入端口电压变化，通过比较器体现出来，然后输出端连接到单片机控制端。输出高电平大概在 4V 左右，低电平是 0V。2.2.3 键盘输入及数码管显示电路2.2.4 LED 灯电路构成LED 的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。体积小 ，LED 基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。耗电量低，LED 耗电非常低，一般来说 LED 的工作电压是 2-3.6V。工作电流是 0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过 0.1W。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得 LED可以说是不易损坏的。2.2.5 蜂鸣器发生及 LED 指示灯电路蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。 ；蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。而我们用的是压电式蜂鸣器，图如上所示，当我们是 pnp 三极管工作在饱和状态时，三极管输出低电平，反之三级管输出高电平，使得蜂鸣器发出声音。2.2.6 故障检测电路2.2.7 直流稳压电路三端集成稳压电路，这是一种集成电路的稳压电路，其功能是稳定直流输出电压。这种集成电路只有三根引脚，使用很方便，在许多场合都有着广泛应用。稳压电路的作用是使得输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。它由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等4部分组成的。变压器的作用是将交流市电变换成所需要的交流电压；整流电路的作用是将交流电变换成单向脉动直流电；滤波电路的作用是将脉动电压中的脉动成分去掉，输出比较平滑的直流电压；稳压电路的作用是使得输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。3 软件设计主控制芯片为 STC89C52RC,测量周期为 Atmega16 实现,由于处理器速度较快,所以采用c 语言编程方便简单.软件流程图如下： 4 系统测试4.1 总功率测量（室温条件下）输入信号频率 幅度 测量时域总功率(w)测量频域总功率(w)理论值 估算误差100Hz 1 Vpp 0.127 0.129 0.125 1.2% 正弦波 1KH 1 Vpp 0.126 0.129 0.125 1.3%0.783 0.761 X 5%音频信号20Hz-10KHz20mVpp-5Vpp1.803 1.777 X 5%结果分析： 由于实验室提供的能够模仿音频信号的且能方便测量的信号只有正弦信号，所以我们用一款比较差点的信号发生器产生信号，然后进行测量，发现误差不达，在+-5%以内。我们以音频信号进行测量，由于其实际值无法测量，所以我们只能根据时域和频域以及估计其误差，都在 5%以内。4.2 单个频率分量测量（室温条件下）输入信号 频率 幅度 最大功率频点最大功率频点功率次大功率频点次大功率频点功率正弦波 500Hz 100mVpp 500Hz 1.20mw 520Hz 0.04mW正弦波 5KHz 1Vpp 5KHz 120mw 5.02KHz 3.56mw音频信号 20Hz-10K X 880Hz 23mw 600Hz 4.3mw结果分析：我们首先以理论上单一频率的正弦波为输入信号，在理想状况下，其频谱只在正弦波频率上有值，而由于有干扰，所以在其他频点也有很小的功率。音频信号由于有多个频点，所以没有一定的规律性。由于音频信号波动较大，没有一定的规律，且实验室没有专门配置测量仪器，所以我们只好以正弦波和三角波作为信号进行定量分析测量，以及对音频信号进行定性的分析和测量。我们发现其数字和用电脑模拟的结果符合得很近。5 结论本 设 计 以 单 片 机 STC89C52RC 系 统 为 核 心 部 件 ， 采 用 光 电 检 测 技 术 ，通 过 软 件 分 时 复 用 控 制 算 法 对 系 统 进 行 优 化 ， 分 模 块 实 现 赛 题 要 求 。在 系 统 设 计 过 程 中 ， 充 分 利 用 单 片 机 的 强 大 功 能 ， 力 求 以 方 便 灵 活 的 软件 编 程 简 化 复 杂 难 调 的 硬 件 电 路 ， 满 足 系 统 设 计 要 求 。 坚 持 “人 性 化 ”理念 ， 在 具 体 设 计 中 ， 使 用 键 盘 输 入 、 七 段 数 码 管 显 示 形 成 较 为 友 好 的 人 机 交互 界 面 。 整 机 操 作 简 单 ， 使 用 方 便 ， 并 很 好 的 完 成 竞 赛 的 全 部 要 求 。本 设 计 主 要 特 色 ： 采 用 全 集 成 混 合 信 号 在 线 系 统 单 片 机 STC89C52RC 主 控 系 统 ，提 高 系 统 运 行 速 度 、 简 化 硬 件 设 计 ； 优 化 的 软 件 算 法 ， 智 能 化 的 自 动 控 制 ； 传 感 器 检 测 系 统 ， 采 用 光 敏 电 阻 与 光 耦 传 感 器 ； 信 号 通 过 光 电 耦 合 器 传 递 ， 实 现 控 制 电 路 与 供 电 驱 动 电 路 隔 离 ； 声 光 告 警 指 示 电路； 在 本 次 设 计 过 程 中 ， 我 们 三 人 通 力 合 作 ， 排 除 万 难 ， 终 于 按 时 完 成 了 赛题 设 计 任 务 。 在 这 短 短 的 四 天 三 夜 比 赛 过 程 中 我 们 不 仅 提 高 了 自 己 解 决 问 题的 能 力 ， 而 且 深 深 体 会 到 团 队 协 作 精 神 的 重 要 性 。参考文献：信号与系统 ，ALAN V.OPPENHEIM 著，西安：西安交通大学出版社，1997 年；数字图像处理学 ，元秋奇著，北京：电子工业出版社，2000 年；模拟电子线路基础 ，吴运昌著，广州：华南理工大学出版社，2004 年；数字电子技术基础 ，阎石著，北京：高等教育出版社，1997 年；数据结构与算法 ，张晓丽等著，北京：机械工业出版社，2002 年；ARM&Linux 嵌入式系统教程 ，马