基于单片机80c51模拟路灯控制系统的课题设计-文库吧

【正文】 图 5 时 钟电路 为实现精确的时钟功能 并节省单片机 IO 口资源，该设计使用专用的接口方式为串行的 时钟芯片 DS1302，该芯片线路简单、体积小 ，易于操作，且价格低廉。 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、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 ～ 。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。 DS1302 内部有一个 318 的用于 临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但 增加了主电源 /后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能 力。 另外该芯片有备份电源引脚， 5 可以在断电后仍能工作，以保证时钟的准确性。 DS1302 与单片机之间能简单的采用同步串行方式进行通信，仅需用到三个口线：（ 1） RES（复位）， （ 2） I/O（数据线），（ 3） SCLK（串行时钟） 。 X1 和 X2 是振荡源 ，外接 晶振 。 RST 是复位 /片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能：首先， RST接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其 次， RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止 此次数据传送， I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc 之前， RST 必须保持 低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 DS1302 存在时钟精度不 高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。 DS1302 可以用于数据记录，特别是对某些 具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录 对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录 数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占 用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些 测控系统可能不允许。但是，如果在 系统中采用时钟芯片 DS1302，则能很好地解决这 个问题。 DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。 （ 2） 信号采集模块的设计 R 1 0光敏R 1 11kV C CPA0 图 6 采样电路 让他和人 信号采集 模块包括 物体检测模块 和环境明暗检测模 块，两者功能如下： 物体检测模块 ：该模块需要检测小车的移动，并根据小车的移动进行路灯开关的自动控制。基于此目的采用 探测 距离 远、灵敏度高 的 反射式 光电传感器进行检测 ，当传感器检测到小车时，传感器给单片机一个信号，然后单片机对路灯进行合理控制，达到题目要求。 环境明暗检测 模块：该模块 需要检测环境光的变化，根据环境 光 的明暗进行路灯开关的自动控制。基于此要求采用由光敏电阻组成的分压电路进行检测。 光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。 在不同的光强下，光敏电阻的电阻值会 发生明显变化， 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光 通过检测不同光强下电阻值的变 化量 来控制路灯的开和关。 6 （ 3） 显示、按键模块 12345678910111213141516J716 02V C CV C CR P 110 KP D 5P D 6P D 7S C LS D AT C KT M ST D OT D IP C 6P C 7 S8 S9 S 10 S 11 S 12V C CPA3PA4PA5PA6PA7R110 kR210 kR310 kR410 kR510 k 图 7 1602 显示及按键电路 通过按键可以 调节 和 设定 路灯的开关时间， 控制整条支路按时开灯和关灯， 并在字符液晶上显示出来。字符型液晶 因 具有 体积小、 功耗低、寿 而已 命长、价格低 、接口控制方便 及 显示操作简单 等优点而被广泛应用。 我们这里用到的是 16 02 液晶， 1602 液晶为 5V电压驱动，带背光，可显示 2 行，每行 16个字符，不能显示汉字，内置 128 个字符的 ASCII字符集库，只有并口接口，无串口接口 。 （ 4） 路灯 控制 模块 D41 W L EDD31 W L EDR1 31 50R1 21 50D4 MISOPA 2PA 1 图 8 路灯控制电路 该模块采用节能的 1W LED 灯，当电路出现故障时，单片机通过内部 AD 采集电路采样点的电压变化量后对数据进行处理 。 （ 5） 声 光报警 模块 R618Q190 12L1be e pV C CP D 0 认同 uyhes 7 图 9 声光报警电路 当 系统出现故障时，蜂鸣器会发出警报声，同时报警指示灯也会点亮。 （ 6） 电源模块 V i n1GND2V o u t 3U8 7 8 0 512J9C30 .1 UC80 .1 UC44 7 0 UC71 0 0 U+ 5 V 图 10 5V 稳压电路 电源是系统中最重要的模块之一， 输入电源经稳压块后输出稳定的 +5V 电源 ，用以驱动整个系统。 （ 7） 恒流源模块 1. 原理介绍： 恒流源是输出电流保持不变的电流源，而理想的恒流源为： a)不因负载 (输出电压 )变化而改变。 b)不因环境温度变化而改变。 c)内阻为无限大。 （ 31） 恒流源之电路符号： 理想的恒流源 实际的流源 图 11 恒流源 理想的恒流源，其内阻为无限大，使其电流可以全部流出外面。实际的恒流源皆有内阻 R。 8 ： 图 12 三极管恒流特性 咕 ~~(╯﹏╰ )b 一蛾 从三极管特性曲线可见，工作区内的 IC受 IB影响，而 VCE 对 IC的影响很微。 因此，只要 IB 值固定， IC亦都可以固定。 输出电流 IO即是流经负载的 IC。 （ 32） 电流镜电路 Current Mirror： 电流镜是一个输入电流 IS与输出电流 IO相等的电路： 图 13 电流镜电路 Q1和 Q2 的特性相同，即 VBE1 = VBE2， β1 = β2 。 （ 33） 9 三极管之 β 受温度的影响，但利用电流镜像恒流源，不受 β 影响，主要依靠外接电阻 R经 Q2去决定输出电流 IO（ IC2 = IO）。 方案 1: 图 14 恒流源电路 咕 ~~(╯﹏╰ )b一 从左边看起 :基极偏压 （ 34） 所以 VE=VB = （ 35） 又因为射极电阻是 1K,流经射极电阻的电流是 （ 36） 所以流经负载的电流就就是稳定的 1mA 方案 2. 10 图 15 恒流源电路 这是个利用稳压二极管提供基极偏压 ， VE=VB =， 流经负载的电流 （ 37） 方案 3. 图 16 恒流源电路 这个 有一点不同 :利用 PNP 三极管供应电流给负载电路 .首先 ,利用二极管 V的压降 ,提供 V基极偏压 (10 – 3 x = ). K电阻只是用来形成通路 ,而且不希望 (也不会 )有很多电流流经这个电阻。 VE=VB + =， PNP 晶体的 560欧 姆电阻两端电位差是 , 所以电流是 2mA。 11 如果只用一个三极管不能满足需求 ,可以用两个三极管架成 : 图 17 恒流源 或是 图 18 恒流源 方案 4. 电路图 如下所示： 儿也是 12 图 19 恒流源电路 图中的第一组运放电路是跟随器，对输入的电压取样电路进行阻抗变换。最前面的双向开关负责将正负 12V 电压接入，这个电压是运放的供电电压，并提供给其他线路作为电源输入， C24 和 C25 电容是运放正负电源端的滤波电容，紧靠运放电源引脚。 R11 和电位器 RW4组成了一个电压取样电路，通过改变电位器 RW4 滑动端的位置取出不同的电压值，同时这个取出的电压值也是输出电流的正比例控制值，电位器滑动头的电压就按照串联分压的方式计算得出，后端的 R15和电容 C20 作为取出电压信号的阻容滤波电路，因为后端接的是运放的正端，电位器的滑动头不输出电流。运放的 1脚输出的电压等于 3脚的电压，既是电位器滑动端的电压值。运放上面的 R12 和 D9是供电电源 12V 的指示电路， 12V通过开关供给后 D9 发光指示电压正常。 后面的一组运放是实现电压到恒流的转换，电路中有正反馈也有负反馈，但线路是稳定 的状态，计算的时候运放也是按照虚短和虚断的分析方式， C21是电压信号的滤波电容，假设第一组运放 1 脚输出的电压是 V，第二组运放 5 脚正端的电压是 V1，那么电阻 RS1 左端的电压值为 2V1，因为电阻 R16 和 R18 是相同的数值。电阻 RS1 右端的电压按照 R13 和R14 分压电路计算的话数值是 V1(VV1)=2V1V，这样我们就可以计算出 RS1 两端的电压是 V，所以流过 RS1 电阻的电流是恒定的，另外考虑到 RX1 和 R13 相对 RS1 和负载的阻值不在同一个数量级，比他们大好多倍，因此流过 RS1 的电流基本都流向负载，很少量的电流流向 R13 和 RX1，所以输出的电流基本是恒定的。在以上的计算中 V1的数值是不确定的，他是根据负载的大小变化的，但是不论 V1 的数值怎么变化，通过计算可以知道流过电阻RS1 的电流是不变的，以为它两端的电压是 V，而 V 这个电压值是第一组运放的输出，在电位器 ser 一 不调节的时候 V的数值是固定的，流过 RS1 的电流不变，所以输出电流也不变，实现恒流控制。 后面一组运放电路中 Q4 三极管的作用时增大运放的电流输出能力，因为负载比较小，运放驱动能力 还是认同与蛾 可能不够， R19 基本没有作用在电路中， RX1 可能是负载或者假负载， 比如输出不接任何负载，电流基本都流过 RX1，如果不接 RX1，在没有负载的情况下输出就是电压最大值接近 12V，在这种电压输出下，运放的正负端会有较大的压差，有可能会损坏运