2009 年全国大学生电子制作大赛 摘要 根据题目要求,本控制系统电路由 MCU 为主控芯片,辅以测量光和红外 的传感元件,可根据环境明暗变化,自动开灯和关灯,支路控制器能根据交 通情况自动调节亮灯状态,独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。当路灯出 现故障时(灯不亮),支路控制器发出声光报警信号,并显示有故障路灯的地 址编号。送入单片机进行数据处理,控制 LED 的明暗,并在在液晶屏上显示, 此电路还具有许多扩展功能。 参赛代码:143201 目录 摘要................................................................................................................................................... 0 前言................................................................................................................................................... 3 一 总体方案设计.............................................................................................................................3 二 方案论证与设计.........................................................................................................................4 2.1 主控电路的选择与论证....................................................................................................4 2.1.1 采用 89C51 系列的单片机作为 CPU.....................................................................4 2.2.2 采用 LPC2138 单片机作为 CPU.........................................................................4 2.2.3 采用 STC12C5A60S2 单片机作为 CPU .............................................................4 2.3 显示设备的选择与论证..................................................................................................5 2.3.1 2.3.2 使用数码管显示 ............................................................................................... 5 使用液晶显示 ................................................................................................... 5 2.4 单元控制器模块选型....................................................................................................6 2.4.1 热释电型红外传感器(如:RE03B) ...............................................................6 2.4.2 感应线圈...............................................................................................................6 2.4.3 红外对管...........................................................................................................6 2.5 恒流源模块选型..............................................................................................................7 2.5.1 采用 LC 降压的方式............................................................................................7 2.5.2 通过如 HV9910 开关电源芯片设计 ...................................................................7 2.5.3 LM358 驱动 LED .................................................................................................7 2.6 时钟芯片的选型..............................................................................................................8 2.6.1 DS1302..................................................................................................................8 2.6.2 DS12887................................................................................................................8 三 硬件电路设计...........................................................................................................................9 3.1 单片机模块单元电路的设计..........................................................................................9 3.2 实时时钟控制电路的设计..............................................................................................9 3.3 串口通信电路的设计....................................................................................................10 3.4 光敏总控制电路............................................................................................................ 11 3.5 声光报警电路的设计....................................................................................................12 3.6 红外发射电路设计........................................................................................................13 3.7 红外接收电路................................................................................................................14 3.8 恒流源电路....................................................................................................................15 3.9 电源电路........................................................................................................................15 3.10 整机电路图..................................................................................................................16 四 硬件调试与仿真.......................................................................................................................17 4.1 恒流源模块调试与仿真...................................................................................................17 4.2 发射电路的测试............................................................................................................17 五 软件流程设计.........................................................................................................................18 5.1 液晶显示页面................................................................................................................18 5.2 PWM 调节 .....................................................................................................................19 5.3 比较定时程序................................................................................................................19 5.4 根据环境明暗变化,自动开关灯................................................................................20 1 参赛代码:143201 5.5 根据交通情况自动调节................................................................................................21 六 测试检测.................................................................................................................................21 6.1 测量仪器...........................................................................................................................21 6.2 基本功能........................................................................................................................21 6.3 发挥功能........................................................................................................................22 6.4 其他发挥部分................................................................................................................22 七 总结.........................................................................................................................................23 附录一:操作说明 ................................................................................................................. 24 附录二:装配图..................................................................................................................... 26 附录三元器件清单 ................................................................................................................. 27 2 参赛代码:143201 前言 伴随着科学技术的发展,人类社会的进步,越来越多的电子产品不断 涌现,并且电子产品也不断向体积小,功能大,效率高,能耗低的方向发展, 我们的设计作品充分体现了这些特点。设计中我们运用了 STC12C5A60S2 单 片机,因为它内置 AD 转化,并且能够输出 PWM 信号,使外部电路简单;运 用 DS1302 时钟芯片保证了时间的实时显示,还运用 NE555 构成的多谐振荡 器与红外发射二极管构成红外发射电路;显示电路我们采用 1602 液晶显示 屏,是我们的设计更加人性化。并且在我们设计制作中充分考虑了环保的问 题,我们运用的辅助器件基本都是剩下的废料。 一 总体方案设计 时钟芯片 信号输入 串口通信 按键 STC12C5A60S2 显示 信号报警 路灯驱动 LED 检测 图 1 系统框图 3 参赛代码:143201 本方案具有两路信号输入检测与显示、报警等功能,此外通过主控单元 电路的扩展,可添加多种附加功能。 二 方案论证与设计 根据系统框图,对单元电路控制进行设计,下面是我们对各部分单元电 路的论证与设计 2.1 主控电路的选择与论证 2.1.1 采用 89C51 系列的单片机作为 CPU 89C51 单片机是 8 位单片机,4k 字节 Flash 闪速存储器,128 字节内部 RAM,32 个 I/O 口线,两个数据指针,两个 16 位定时/计数器,一个 5 向量 中断结构,一个全双工串口通信口,片内振荡器及时钟电路。其指令是采用 的被称为“CISC”的复杂指令集,工具有 111 条指令,与其他高位单片机相 比而言,指令周期较长,运算速度太慢,而且由于其内部总线是 8 位的,其 内部功能模块也基本上都是 8 位的;89C51 单片机本身的电源电压是 5 伏, 89C51 有两种低功耗方式:待机方式和掉电方式。 2.2.2 采用 LPC2138 单片机作为 CPU 该芯片其本身自带 A/D 转换功能,带大容量的 32KRAM 和 512KFLASH , 内部资源丰富且系统稳定,芯片价格昂贵。 2.2.3 采用 STC12C5A60S2 单片机作为 CPU 该芯片位增强型 8051 内核,除具有 51 系列单片机的性能外,还具有 4 参赛代码:143201 以下以下功能: 1、 高速:速度比普通 8051 快 8~12 倍; 2、 增强掉电检测电路(P4.6),可在掉电时,及时将数据保存进 EEPROM, 正常工作时无需操作 EEPROM; 3、 工作频率:0~35MHz,相当于 8051:0~420MHz; 4、 8 通道,10 位高速 ADC,速度可达 25 万次/秒,2 路 PWM 还可当 2 路 D/A 使用; 5、 4 个 16 位定时器,兼容普通 8051 的定时器 T0/T1,2 路 PCA 实现 2 个定 时器; 6、 系统工作稳定,方便高效的开发环境。 综合上述,由于 STC12C5A60S2 众多的优良性质,尤其是内置 A/D 转化、高 速度和多功能复位引脚的特性,这样可以减少扩展,提高性价比。因此,本 设计最终才用 STC12C5A60S2 单片机作为主控 CPU。 2.3 显示设备的选择与论证 2.3.1 使用数码管显示 可以使用一个 3/8 译码器作为位选芯片,一个 74LS573 作为段选芯片,预计 要完成各功能电路的显示则至少需要两个四合一数码管,此方案连线太多, 硬件设计不便,并且其功耗大。 2.3.2 使用液晶显示 液晶显示驱动简单,耗电量小,无辐射危险,平面直角显示以及影响稳定不 闪烁灯优势,显示直观、抗干扰能力强等诸多优点,两方案比较,选择该方 案。 5 参赛代码:143201 2.4 单元控制器模块选型 2.4.1 热释电型红外传感器 热释电型红外光敏元器件的特点是:灵敏度较低、响应速度较慢、响应 的红外线波长较长,价格便宜。为了提高灵敏度,通常都加上一个菲涅尔透 镜,其原理是移动物体或人发射的红外线进入透镜,产生一个交替的“盲区” 和“高灵敏区”,这样就会产生一系列的光脉冲进入传感器,从而产生电流 变化,送给控制系统。目前一般配上透镜可检测 10m 左右。但考虑到实际路 灯之间的距离,因此没有选择此方案。 2.4.2 感应线圈 感应线圈的原理是:根据金属物体通过磁场,使线圈电感量发生变化, 同时状态信号传输给检测器,由其进行采集放大,送给单片机。特点是:灵 敏度高,响应速度快,在恶劣天气条件下仍具备有出色的性能。但由于电路 复杂,因此没有选用此方案。 2.4.3 红外对管 红外对管包括红外发射管和红外接收管。发射管就是能够发射出红外线 的二极管,接收电路的红外接收管是一种光敏二极管,使用时要给红外接收 二极管加反向偏压,它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一 般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小,红外接收二极 管收到的信号较弱,所以接收端就要增加高增益放大电路。然而现在不论是 业余制作或正式的产品,大都采用成品的一体化接收头。红外线一体化接收 头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块,性能稳定、可靠。所 以,有了一体化接收头,人们不再制作接收放大电路,这样红外接收电路不 仅简单而且可靠性大大提高,所以我们也采用了一体化接收头。原理是无移 动物体通过时,红外接收管接受红外线呈高电平,当有移动物体通过时,遮 6 参赛代码:143201 挡了红外线使接收管电压变化,产生一个脉冲,送给单片机控制开关灯。 综合考虑,我们选择了红外对管。 2.5 恒流源模块选型 2.5.1 采用 LC 降压的方式 优点:价格低。 缺点:效率极低,给 1W 的 LED 供电,需要消耗 4-6W 的电力。 功率因数极低,差不多 0.2 左右。 严重缩短 LED 的寿命。 对电网的污染很大。 串联多颗时会有闪烁。 2.5.2 通过如 HV9910 开关电源芯片设计 优点:普通常用 缺点:效率低: 在 60%左右,体积大,批量生产时 LED 的亮度一致性差, 无法批量化,干扰大,电网污染大,串联 LED 灯,常会有闪烁,可以通过接 红、白等颜色的灯观看到,模块中使用电解电容,电解电容的寿命大概是 5000 小时,而 LED 是 100000 小时,这样的模块很容易一年就会损坏。 2.5.3 LM358 驱动 LED 优点: 输出恒定电流:350mA +/- 5%(1W LED)。 功率因数 0.625-0.75。 效率高达到 93%(10W)。 反馈电路更好的稳定电流。 7 参赛代码:143201 模块温升低。 缺点:需要双电源供电,电压范围较窄。 2.6 时钟芯片的选型 2.6.1 DS1302 采用 DS1302 实时时钟/日历芯片,最大总行速度 400bit/s,每次读写数 据后,其内嵌的字地址寄存器会自动产生增量的地址寄存器、分频器、可编 程时钟输出、定时器、400HZ 的 I2 总线接口,DS1302 与单片机之间简单的采 用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线,简单方便。 2.6.2 DS12887 使用 DS12887 时钟芯片,它具有微功耗、外围电路简单、精度高、工作稳定可靠 等优点,但是其占用的 I/O 多,且体积大。综合考虑,我们选择了方案一。 8 参赛代码:143201 三 硬件电路设计 3.1 单片机模块单元电路的设计 单片机单元模块电路 单片机单元模块电路采用上电复位电路,上电复位就是接通电源后,单 片机自动实现复位操作。上电复位电路由 C13、S3、R24 构成,上电瞬间 9 脚获得高电平,随着电容 C13 的充电,9 脚的高电平逐渐下降。9 脚的高电 平只要能保持猪狗的时间(2 个机器周期),单片机就能进行复位操作。 Y1、C1、和 C18 构成内部时钟振荡电路,C1 和 C18 的作用主要是稳定频 率和快速起振容值为 5~30Pf,典型值为 30pF。 为方便与计算机通信晶振的频率选用 11.0592MHz。 3.2 实时时钟控制电路的设计 9 0.1uF C12 S' N K S RR/WSA EZ Bell +5V P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7 12345678901234567890 22222222233333333334 ALE VCC PSEN P2.0/A8P2.1/A9 EA/VPP P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15 P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0 STC12C5A60S2 P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSS 6 U 12345678901234567890 11111111112 12 XTAL1XTAL2 DD Q KEY1KEY2KEY3KEY4CLKI/ORSTP3.0P3.1ZPWM1PWM2AAINT0INT1 K 0 1R25 0 0 XTAL2XTAL12R24 2 Y 11.0592MHZ 12 PP F 00 u 33 0 1C13 3 C16C17 S +5V K 0 12R1 K 0 02R1 K CCV 0 91R1 TSRO/IKLC 1 8765 钟 时 O/I TSR 时 1CCV KLCS 实N2031SD D N21 G2CCVXX 7 U 4132 CCV 2 Y 81CFu1.0 21 ZHK867.23 参赛代码:143201 实时时钟电路 实时时钟采用 DS1302 ,它是一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电 路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能, 工作电压为 2.5V~5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信,并可采用突发 方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。本电路由 Y2 构成起震。3V 的纽扣电池构成掉电保护电路,1302 的 CLK,I/O,RST 口分别接单片机的 IO 口,从而控制 1302 的时钟显示。 DS1302 的 2 脚和 3 脚外接 32.768KHz 的晶振,7 脚为串行时钟接口,与单 片机的 15 脚相连,6 脚为数据输入/输出端,以便于总线控制,与单片机的 17 脚连接,5 脚复位引脚,与单片机 P3.6 相连,当时钟达到设定值时,自 动复位。 3.3 串口通信电路的设计 10 电源控制电路 11 光敏总控电路 串口电 路 串口下载电路采用 MAX232 电平转换芯片,于采用此电路方便电路的调 试,减少单片机的损坏,并且应用串口通信还可以实现与计算机通信,供计 算机时时接收和发送数据,为人们的使用提供了极大的方便。 MAX232 芯片外接 4 个 0.1uF 的去耦电容,一减小噪声对它的影响。当跳 冒接上后本串口即可下载程序。MAX232 的电路连接如图所示。 3.4 光敏总控制电路 1 1 JDConnector9 KRelay-SPDT 123456789 路 VCC 电 +5V 制 控 源 电 4 0 5 D 5 5 路 Q8 VCC 电 44 21 00 口 C1C1 串 1N4007 4 K 5 0 346 1R22 VCC C1 245678111 K Z C2- VS- C2+ VS+ VCC R2INR1IN T2OUTT1OUT Q Z D N 9 K C1+C1-R2OUTT2INT1INR1OUTG 0 1 K R 1 2 2 5 UMAX232D R QS9013 0125 139 1111 4 控 3 0 C1 24 冒 总 7 K 敏 跳 1R 13 2 光 P K 6 RS1PhotoSen 5 1 R P3.0P3.1 +5V 参赛代码:143201 1ciM1KM 0 5 6 5 8Q V5+ K 51R1 路 电 1DEL 警 K 32R1 报 光 lleB 声 参赛代码:143201 光敏总控电路和电源控制电路联合控制整个电路的灯亮灭。光敏总控电路由 光敏电阻,三极管 S9013 组成,三极管的集电极与单片机的 14 脚相连。通 过检测光敏总控的输出电压,通过单片机给电源控制电路输入一个开关信 号,控制继电器的通与断,进而控制整个电路的工作情况。 工作原理:白天,由于光照强,光敏电阻 RS1 的阻值变小,导致两端电压减 小,进而影响三级管 b、e 两端的电压,使其处于反偏状态,无电压输出, 通过单片机给电源控制电路一个低电平,继电器断开,整个路灯控制电路断 开,路灯灭;夜晚,与白天情况相反。 3.5 声光报警电路的设计 声光报警电路 电磁式蜂鸣器分为两类,一类是有源蜂鸣器,内部含有音频振荡电路,直接 接上额定电压就可以连续发声;二是无源蜂鸣器,工作时需要接入音频方波, 改变方波频率可以得到不同的音调的声音。 工作原理:本电路中采用有源蜂鸣器,由 PNP 三极管 8550 构成驱动电路, 其基极与单片机的 25 脚相连,R15 为 LED 的限流电阻。当检测到路灯电路有 问题时,单片机的 25 脚输出低电平,三极管导通,LED 亮,蜂鸣器响。 12 射 发 外 红 1 3109SQ CCV 4 K R1 83 T U CCVO D N GCSIDRHTTLOVCTSRGIRT 2 N555ENU 176542 7 CCV CFu1.0 6 KK 83 CFu1.0 00 R1R1 参赛代码:143201 3.6 红外发射电路设计 红外发射电路 555 定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。 只要外部配接少数几个阻容元件便可以组成单稳态触发器、无稳态振荡器、 多谐振荡器等电路,本设计采用 555 组成的无稳态振荡器。 工作原理:接通电源 vcc 后,vcc 经电阻 R1 和 R2 对电容 C 充放电,其电压 uc 由 0 按指数规律上升。当 uc≥2/3vcc 时,555 定时内部电压比较器 C1 和 C2 的输出分别为 uc1=0,uc2=1,基本 RS 触发器被置 0,Q=0,Qˉ=1.输出 u0 跃到低电平 U0L。与此同时,放电管 V 导通,电容 C 经电阻 R2 和放电管 V 放电,电路进入暂稳态。 随着电容 C 的放电,uc 随之下降。当、Uc 随之下降到 Uc≤1/3Vcc 时,则 555 定时器内部电压比较器 C1 和 C2 的输出为 Uc1=1;Uc2=0,基本 RS 触发器被 置 1,Q=1,Qˉ=0,输出 U0 由低电平 Uol 跃到高电平 Uoh。同时,因 Qˉ=0, 放电管 V 截止,电源 Vcc 又经电阻 R1 和 R2 对电容 C 充电。电路又返回到前 一个暂缓态。因此,电容 C 上的电压 Uc 将在 2/3Vcc 和 1/3Vcc 之间来回充 电和放电,从而使电路产生了震荡,输出矩形脉冲。 其振荡频率即周期计算如下 13 S 管 收 接 5 K R5 外 1 红D CCV 参赛代码:143201 周期 T = 0.69(R1+2 R2 )C1 R1,R2 代入 10K,C1 代入 0.1uf 频率 f=1 /0.69(10K + 2×10K) ×0.1uf = 483HZ 占空比 q=(R1+R2)/(R1+2R2)=2/3. 其他两个发射电路分析与此电路一样。 3.7 红外接收电路 红外接收电路 该电路有红外接收管和 5k 的可调电阻组成,可调电阻主要用于调节 S 端的 电位。 工作原理:当光线变暗,红外放射电路有信号发出时,红外接收管接收到其 发出的信号,红外接收二级管的阻值有 500 千欧以上减小到几十千欧,电路 导通 S 端的电压从可调电阻两端取出,为高电平,送到单片机的 23 脚,路 灯灭;但是红外接收管未接受到信号时,红外二极管的阻值无穷大,S 端为 低电平,送到单片机的 23 脚后,单片机同时发出信号控制路灯时期变亮。 其他红外接收电路的分析与此分析一样。 14 1 81C Fu1.0 D A 8 D ETIHW/DELW1 K 03R1 KK 51C 00 23R262R1 Fu10.0 2 1 TDPS-yaleRKHU033 L 7 D 9 038RFI CCV Q 701RF 5 0 K 5 D 82R1 7 5 8Q CCV 8414N1 1DEL1MWP 参赛代码:143201 3.8 恒流源电路 恒流源电路图 工作原理:此单元电路的输入信号有两路,一路是定时时间的输入,另一路 是 PWM 信号的输入, 当定时时间未到继电器处于断开,LED 处于熄灭状态; 当时间灯开时间,Q7 输入高电平,继电器线圈得电,开关吸和,此时如果, PWM 为高电平,电流经 LED 灯、R26,R32 到地;如果 PWM 为低电平,电流经 LED 灯、L1、Q9 到地,通过采样电路取样、经滤波电容 C18 滤波后,去出采 样信号,并把采样信号送入单片机,起到 LED 灯的恒流。 3.9 电源电路 15 参赛代码:143201 电源电 路 由于市电的品质因数和三端稳压器的输出品质因数不同,如果直接整流滤波 后,品质因说降低。但如果市电经过变压后,送入由 D19、D20、D21 和 C28、 C29 构成的 PFC 电路再经 C23、C20、C27、C24 滤波后送达 7805 和 7905 三端 稳压器,品质因数品质因数提高,达到了省钱节能的最佳效果,这也是次电 路的有点所在。 3.10 整机电路图 16 A S VCC -VCC 管 收 管 接 收 5 K 5R 外 接 K 1 2 5R18 D红 外 C19 0.1uF 2 D D红 A D10 VCC VCC 1WLED/WHITE 射 发 K KK 1R31 C14 00 射 外 1R272R33 0.01uF 发 红 外 1 红 4 QS9013 QS9013 VCC C22C26 VCC 0.1uF0.1uF 3 2 KRelay-SPDT L330UH 9 D IFR830 VCC 4 Q10 K 1R K 1R17 38 FR107 38 C21C25 S 管 T T 收 U U OVCC 接 K OVCC 5R35 外 6 0 16/100uF16/100uF 5 DD12红 8 5 K Q8 1R29 G D VCCVCC D N VoutVout N N D TRIGRSTCVOLTTHRDISCG 2 TRIGRSTCVOLTTHRDISCG 5 D18 UNE555N D N UNE555NS 管 245671 1N4148 G D13 245671 收 接 K 5R34 PWM1LED1 7 外 VinVin VCC 0.1uFC D11红 VCC 0.1uFC11 VR2VR1 VCC LM7905 6 KK 38 0.1uFC 00 KK 1R1R0.1uFC10 00 LM7805 1R141R21 1 0.1uF C18 0.1uF D A 8 C20 D 1WLED/WHITE 路 K C24 管 1R30 ' 0.1uF S 电 KK 1 收 JDConnector9C15 00 1R262R32 接 K 收 0.01uF 123456789 5 R19 外 3 接 D红 外 VCC 红 C23C27 射 2 1 330UHKRelay-SPDT 25/470uf 发 L 7 外 D 9 红 25/470uf 3 IFR830 VCC Q QS9013 路 VCC 电 44 21 00 口 FR107 C1C1 串 4 D19 5 0 346 VCCVCC -VCC K C1 245678111 1R16 1N4007 5 0 K 5 D 1R28 7 5 路 38Q8 C2- VS- C2+ VS+ VCC R2INR1IN 电 VCC T2OUTT1OUT T 射 U D201N4007 OVCC 发 C2816/100uFC29 1N4148 D 外 C22C26 N 16/100uF 0.1uF0.1uFPWM1LED1 C1+C1-R2OUTT2INT1INR1OUTG 1 红 UMAX232D D N 1390125 1111 TRIGRSTCVOLTTHRDISCG 4 UNE555N C21C25 245671 0.1uF D21 16/100uF16/100uF 4 C12 3 0 ' S N K 9 G C1 24 S 1N4007 RR/WSA 冒 EZ VCC VoutVout Bell 0.1uFC N D +5V D18 P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7 D N 跳 G D13 13 2 12345678901234567890 P VinVin 22222222233333333334 VR2VR1 8 KK 0.1uFC 00 P3.0P3.1LM7905 1R131R20 D15 LM7805 D17 ALE VCC 路 0.1uF PSEN 1N40071N4007 P2.0/A8P2.1/A9 EA/VPP C20 电 P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15 P0.7/AD7P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD0 制 C24 0.1uF K 控 0 1R12 机 STC12C5A60S2 K 0 片 C23C27 1R11 25/470uf单 K VCC 0 25/470uf 1R10 P1.0/T2P1.1/T2EXP1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP3.0/RxDP3.1/TxDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSS 6 U 12345678901234567890 11111111112 D19 CLKI/ORST D14D16 1N4007 +5V 12 1 1N40071N4007 6 1 XTAL1XTAL2 DD Q KRelay-SPDT 5 1 KEY1KEY2KEY3KEY4CLKI/ORSTP3.0P3.1ZPWM1PWM2AAINT0INT1 D201N4007 路 C2816/100uFC29 4 1 路 P0.7 5678 VCC 16/100uF 3 1 电 电 钟 P0.6 +5V K 2 1 0 制 P0.5 1R25示 时 1 1 路 I/O 控 P0.4 1 RST 显 时 0 1 D21 VCC1 P0.3 SCLK 源 1N4007 9 实 电 DS1302N P0.2 电 8 D P0.1 7 12N 0 P0.0 源 0 XXVCC2G 3 6 XTAL2XTAL12R24D15 4 D17 0 U N E 2 5 D 1N40071N4007 5 5 5 Y R/W Q8 电 2314 4 11.0592MHZ S R VCC 3 12 PP +5V F 00 u 2 33 0 1C13 K 1 1 1 6 0 P 1 Y 3 1 R1N4007 4 C16C17 S FFuse1 0.1uFC D14D16 K 12 1N40071N40071R22 +5V +5V K 路 Z 32.768KHZ 电 源 电 1 FFuse1 Q Z 9 K 0 1 K R MK1Mic1 1 2 2 0 5 KEY1KEY2KEY3KEY4 5 R TTransCT QS9013 6 5 Q8 路 +5V 电 1 TTransCT 盘 K 1R15 1245 SSW-PBSSW-PBSSW-PBSSW-PB键 路 控 电 LED1 总 警 K 7 K 1R23 敏 1R 报 光 光 K 6 RS1PhotoSenBell 声 5 1 R +5V AC220V AC220V 参赛代码:143201 四 硬件调试与仿真 4.1 恒流源模块调试与仿真 此图为恒流源仿真图像,上面为输入信号,下面为采样输出信号。其信号 输入为频率为 100Hz,占空比为 15%,幅值为 5V。 4.2 发射电路的测试 17 参赛代码:143201 该仿真为发射电路振荡频率的测试,其频率为 478Hz,周期为 2.09ms,若要 改变其频率,只要改变 R1、R2 和 C 的值即可。 五 软件流程设计 5.1 液晶显示页面 开始 欢迎你开机页面 主页面时间显示 调节第一个灯亮度 调节第二个灯亮度 调节第一个灯开关时间 调节第二个灯开关时间 返回主页面 页面是在 K1 按下的次数变换的,当第一次按下时进入第一个页面设 置,以至类推,当按下第五次时返回到主页面显示时间。 18 5.2 PWM 调节 参赛代码:143201 进入调节页面 按 K2 键显示光标 按 K3 键数值加一 按 K4 键数值减一 到达 20 不能再减 到达 100 不能再加 PWM 是调节灯亮度的信号,当调 PWM 的占空比时灯就随着变大而变大,PWM 信号是由单片机输出。根据题的要求是在 20%~100%范围内设定并调节,调节误差≤ 20%。所以我们在调节时 PWM 变换在 20~100 之间变化,当减到 20 时再减就一直保 持在 20,当加到 100 时也不能再加。5.3 比较定时程序 flag3=0 或 flag3=2 是否到时 灯熄灭 灯亮 灯不亮 声光报警 flag3 为灯亮变换的标志位,当 flag3 为 0 时表示在时间控制状态。 19 参赛代码:143201 当外部环境变化引起等亮时 flag3 为 1,当过一段时间后灯自动熄灭此时 flag3 为 2,如果在这段时间内天变明,灯将熄灭并且 flag3 为 0.在 flag3 为 1 时等开关是不受定时时间控制的。只有在 flag3 为 2 在这个状态下灯才 能根据环境明暗变化,自动开关灯。 5.4 根据环境明暗变化,自动开关灯 灯不亮 声光报警 检测天黑 灯亮 Flag3=1 到达一定时间 灯熄灭 flag3=2 天亮 flag3=0 20 参赛代码:143201 5.5 根据交通情况自动调节 Flag=2 检测到 S 点有变化 LED1 亮 检测到 B 点有变化 LED1 熄灭 LED2 亮 检测到 S′有变化 LED2 熄灭 检测到 S′有变化 LED2 亮 检测到 B 点有变化 LED2 熄灭 LED1 亮 检测到 S 点有变化 LED1 熄灭 六 测试检测 6.1 测量仪器 1.数字万用表;2.示波器;3.频率计 6.2 基本功能 21 参赛代码:143201 要实现的功能 时钟功能 设定、显示开关灯时间 控制整条支路按时开关灯 根据环境敏感自动开关灯 根据交通情况控制灯开关 控制每只路灯开关灯时间 有故障时,声光报警 测试结果 实现了此功能 实现了此功能 实现了此功能 实现了此功能 达到要求 达到要求 达到要求 6.3 发挥功能 功能 自动 LED 恒流源驱动 功率自动减小 调节误差 测试结果 实现 功率可控达到 20%~100% 调节误差≤1% 6.4 其他发挥部分 功能 模拟公路 灯罩 模拟电线杆 电源供电 是否实现?描述 采用废弃的三合板 采用破损的乒乓球 采用闭路线皮 应用 PFC 提高了品质因数 22 参赛代码:143201 七 总结 首先,感谢河南省电子设计竞赛组委会给我们这样一次珍贵的锻炼机 会,在这次大赛中,我们完成了大赛题目要求的所有内容,同时也启迪了我 们的创意意识和团队合作意识,培养了我们的分析问题,解决问题的能力, 加深了对所学理论的实际运用。 这次比赛我们经过四天三夜的拼搏,受益匪浅,终身难忘。我们不仅 完成了一件作品,而去大大提高了我们的创新精神,动手能力,团队协作和 竞争意识,这次比赛对我们的毅力和意志力也是一个重要的考验,我们在调 试的过程中遇到了不少错误,我们都是很认真细心地检查电路的连线,测量 电路的参数,单步运行可能出问题的程序段,直至找到错误的根源。 在这次比赛中,我们充分发挥团队合作精神。我们既分工又合作,一 个负责软件,一个负责硬件,一个软硬兼施,每人负责完自己的部分,又继 续写报告,大大提高了工作效率。当调试过程中出现问题时,又一起讨论商 量怎么解决问题。我们在比赛中做到精益求精,在完成基本功能之后,又向 发挥部分进发,最后完成所有的基本功能和全部发挥部分。 参考文献 【1】 胡宴如 耿苏燕 模拟电子技术 高等教育出版社 【2】 杨志忠 卫桦林 数字电子技术 高等教育出版社 【3】 胡宴如 高频电子线路 高等教育出版社 【4】 李全利 单片机原理及应用技术 高等教育出版社 【5】 姜志海 单片机的 C 语言 电子工业出版社 【6】 谭浩强 C 语言程序设计 清华大学出版社 23 参赛代码:143201 附录一:操作说明 本模拟路灯控制电路显示界面可以显示如下图的界面,共有四个控制 键,一个键控制哪一屏幕的选择,另一个键控制各个屏幕的需要调整的时间 位,另两个一个加一键,一个减一键。 按下 K1 键,页面进去如图 1 页面,再按 K2 键光标将在将要修改数据 的地方闪烁,按下 K3 键数据将加一,按下 K4 键数据将减一。在首次使用时 要调节时钟的时间,以后就不用调节,我们采用了时钟芯片,在主芯片断电 时时钟芯片有供电电池将保证时钟数据不丢失。 第二次按下 K1 时,页面进入如图 2 页面,次页面是对 LED1 的亮度的 调节。当按下 K2 时光标在 050 下闪烁。按下 K3 时数据将增加,此时灯也随 着变亮,当数据增加到 100 时灯最亮。再按 K3 时数据将不会再增加。当按 下 K4 时数据将减一,灯也随着变暗,当减到 20 时灯最暗。再按 K4 时数据 将不会再减小。 , 24 参赛代码:143201 第三次按下 K1 时是调节 LED2 的亮度,方法和调 LED1 灯的方法相同。 第四次按下 K1 键时,页面进入如图 3 页面,此页面是对 LED1 灯开关 时间的调节。按下 K2 键光标将在被修改数据之间转换,当按下 K3 键数据加 一,按下 K4 键时数据减一。 第五次按下 K1 键时是调节 LED2 的开关灯时间,方法和调节 LED1 灯的 方法相同 25 附录二:装配图 参赛代码:143201 26 参赛代码:143201 附录三元器件清单 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 位号 1 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 封装 Dianzi zuo RAD-0.3 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 CAPR5-4X5 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 RAD-0.1 CAPPR5-5x5 RAD-0.1 CAPPR5-5x5 RAD-0.1 元件名称 Battery Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Pol1 Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Cap Pol2 Cap Cap Pol2 Cap 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 27 26 C25 27 C26 28 C27 29 C28 30 C29 31 D1 32 D2 33 D3 34 D4 35 D5 36 D6 37 D7 38 D8 39 D9 40 D10 41 D11 42 D12 43 D13 44 D14 45 D15 46 D16 47 D17 48 D18 49 DS1 位号 50 DS2 51 DS3 参赛代码:143201 CAPPR5-5x5 RAD-0.1 CAPPR5-5x5 RAD-0.1 RAD-0.1 PIN2 PIN2 PIN2 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 pin2 DIO10.46-5.3x2.8 pin2 PIN2 PIN2 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 DIO10.46-5.3x2.8 PIN2 Cap Pol2 Cap Cap Pol2 Cap Cap Photo Sen Photo Sen Photo Sen Diode 1N4007 Diode 1N4007 Diode 1N4007 Diode 1N4007 LED Diode 1N4007 LED Photo Sen Photo Sen Diode 1N4007 Diode 1N4007 Diode 1N4007 Diode 1N4007 Diode 1N4007 Diode 1N4007 LED3 封装 PIN2 PIN2 元件名称 LED3 LED3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 数量 1 1 28 52 F1 53 J1 54 K1 55 K2 56 K3 57 L1 58 L2 59 LED1 60 MK1 61 P1 62 P2 63 Q1 64 Q2 65 Q3 66 Q4 67 Q5 68 Q6 69 Q7 70 Q8 71 Q9 72 Q10 73 R1 74 R2 75 R3 76 R4 77 R5 78 R6 79 R7 参赛代码:143201 Baoxiansi DSUB1.385-2H9 Xiaojidianqi Xiaojidianqi Xiaojidianqi CAPPR7.5-16x35 CAPPR7.5-16x35 LED-0 Fengmingqi HDR1X16 HDR2X2 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/E4 BCY-W3/B.8 BCY-W3/B.8 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 VR5 VR5 AXIAL-0.4 Fuse 1 D Connector 9 Relay-SPDT Relay-SPDT Relay-SPDT INDUCTOR INDUCTOR LED0 Mic1 Header 16 Header 2X2 2N3904 2N3904 2N3904 2N3904 2N3904 2N3906 2N3904 2N3904 MOSFET-N MOSFET-N Res2 Res2 Res2 Res2 RPot RPot Res2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 29 80 R8 81 R9 82 R10 83 R11 84 R12 85 R13 86 R14 87 R15 88 R16 89 R17 90 R18 91 R19 92 R20 93 R21 94 R22 95 R23 96 R24 97 R25 98 R26 位号 99 R27 100 R28 101 R29 102 R30 103 R31 104 R32 105 R33 参赛代码:143201 AXIAL-0.4 VR3 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 VR5 VR5 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 Res2 Res Tap Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 RPot RPot Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 封装 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 AXIAL-0.4 元件名称 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 Res2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 数量 1 1 1 1 1 1 1 30 参赛代码:143201 106 R34 VR5 RPot 1 107 R35 VR5 RPot 1 108 RS1 PIN2 Photo Sen 1 109 S1 Xiaoanjian SW-PB 1 110 S2 Xiaoanjian SW-PB 1 111 S3 Xiaoanjian SW-PB 1 112 S4 Xiaoanjian SW-PB 1 113 S5 Xiaoanjian SW-PB 1 114 T1 TRF_5 Trans CT 1 115 U1 DIP16 MAX232D 1 116 U2 DIP8 NE555N 1 117 U3 DIP8 DS1302N 1 118 U4 DIP8 NE555N 1 119 U5 DIP8 NE555N 1 120 U6 SOT129-1 P80C31SBPN 1 121 VR1 SFM-T3/X1.6V Volt Reg 1 122 VR2 SFM-T3/X1.6V Volt Reg 1 123 Y1 BCY-W2/D3.1 XTAL 1 124 Y2 Jinzhen XTAL 1 31