基于單片機的模擬路燈控制系統設計方案
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摘要： 文章設計了一種路燈控制系統，它的硬件主要由美國Cygnal 公司的C8051F020 單片機、12864 液晶顯示器、LED 恒流驅動電源等組成。C8051F020 單片機作為模擬路燈控制系統支路控制核心，實現模擬路燈控制系統的時鐘功能，設定顯示開關燈時間，并能控制支路按時開燈和關燈; 根據環境明暗的變化自動控制開燈和關燈; 根據交通情況自動調節亮燈狀態; 獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間; 當路燈出現故障時，支路控制器發出滴答的報警信號，并顯示有故障燈的編號。交通情況采用紅外收發傳感器方式實現自動調節功能; 該系統具有人機界面直觀，紅外遙控調節方便，系統運行穩定，精度高等特點。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/167900.htm0 引言
本文采用高效節能環保的LED 燈作為光源，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊來實現，根據環境、交通等因素，單片機采集光敏電阻或光電開關的信號控制路燈的亮滅，實現了光電和時間控制; 同時具有交通情況檢測、故障自動檢測與報警等功能，實現了路燈的智能化控制，節省了電力能源和人力資源。
1.1 系統設計要求。
設計并制作一套模擬路燈控制系統，路燈布置如圖1 所示。要求實現模擬路燈控制系統的時鐘功能，設定顯示開關燈時間，并能控制支路按時開燈和關燈;根據環境明暗的變化自動控制開燈和關燈; 根據交通情況自動調節亮燈狀態; 獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間; 當路燈出現故障時，支路控制器發出滴答的報警信號，并顯示有故障燈的編號。交通情況采用紅外收發傳感器方式實現自動調節功能。單元控制器具有調光功能，路燈驅動電源輸出功率能在規定時間按設定要求自動減小，該功率應能在20% ~ 100% 范圍內設定并調節，調節誤差≤2%.
圖1 路燈布置示意圖
1.2 系統設計方案
系統采用C8051F020 單片機作為系統的控制器，利用有線傳輸方式實現對LED1 和LED2 的控制，控制方式如圖2 所示。C8051F020 單片機是完全集成的混合信號系統級芯片，內部自帶ADC、DAC.而本系統需要采集環境明暗的變化，自動控制LED 亮度，這需要將模擬電壓轉換為數字量處理，將數字量轉換為模擬量控制。整個系統完全自給自足，使用外圍器件少，系統成本低，系統調試簡單方便。
圖2 C8051F020 控制方式結構。
2 系統硬件設計
2.1 系統總體框圖及控制電路的設計
紅外線路燈控制系統硬件結構如圖3 所示。控制系統主要由主控單片機、顯示接口、紅外遙控、傳感器、恒流驅動等功能模塊組成。C8051F020 單片機接收紅外線遙控信號，設定其開關燈的時間，啟動模擬控制系統，并將環境明暗信號采集輸入單片機進行模數轉換，控制LED 燈的開關狀態。單片機實時檢測LED 燈的工作狀態，當出現故障時，單片機控制聲光電路報警并控制液晶顯示器顯示其故障點編號。在規定的時間內輸出模擬電壓控制LED 燈的亮度。根據紅外接收信號檢測交通情況，并能根據不同的交通情況對LED 燈作出相應智能控制。C8051F020 單片機最小系統及接口電路見圖4.
圖3 紅外線路燈控制系統硬件結構。
圖4 C8051F020 單片機最小系統及接口電路原理圖。
2.2 LED 恒流驅動電源設計
由于OP07 具有非常低的輸入失調電壓( 最大為25 μV) ,所以OP07 在很多應用場合不需要額外的調零措施; OP07 同時具有輸入偏置電流低( ± 2 nA) 和開環增益高( 300 V/mV) 的特點。OP07 集成運放6 腳的輸出電壓經電阻R30 反饋至反相輸入端，構成同相比例電路。功率三極管Q6的基極與運放相連，用來增加驅動電流。當OP07 的同相端輸入電壓恒定時，由于負反饋的存在，保證了OP07 輸出電壓恒定，從而使流經LED 負載的電流為恒定電流。LED 恒流驅動電源電路原理圖如圖5 所示。
圖5 LED 恒流驅動電源電路原理圖。
根據圖5 可知：
由上式可以看出輸出電流的值僅與輸入端控制電壓有關，兩者成正比關系，電路中R25 = R26,R39 = R30,通過選擇適當的電阻值可以改變比例因子。在改變電流源比例因子的同時，也要注意改變補償電容C29的電容值。
2.3 位置檢測電路
采用紅外收發傳感器，一個發射管發射紅外線和一個接收頭接收紅外線信號。圖6 為紅外收發傳感器判斷交通情況原理框圖及紅外接收發射電路。紅外發射管和接收管對射式安裝，當有障礙物到達紅外發射管和接收管中間時，會產生不同的高低電平，單片機采集此信號，控制燈的開關狀態。紅外發射管和接收管采用屏蔽的方式來消除外界的干擾。
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