模拟路灯路灯控制系统.docx

模拟路灯控制系统设计摘要本设计是一种采用新一代超强抗干扰/强抗静电/高速/低功耗单片STM32为数据处理和控制的路灯照明智能系统。该单片机实现了对路灯的亮灭控制、报警、还有定时功能。采用节能环保的LED灯作为光源，采用科学有效的检测与控制技术，实现了光电控制、时间控制、交通情况检测、故障自动检测与报警等功能，节省了人力和电力资源，降低了系统运行本钱，性价比拟高。通过光敏电阻模块检测LED故障，ULN2803芯片控制LED灯状态，利用光敏电阻原理和红外对管特性实现自动调节路灯开关状态。关键字：STM32-cortex-m3；AbstractThisdesignisanewgenerationofpowerfulanti-interference/strongantistatic/high/lowpowersinglechipSTM32asthedataprocessingandcontrolofstreetlampintelligentlightingsystem.Thesinglechipmicrocomputertoachievethebrightlightsoutofcontrol,alarm,andthetimingfunction.TheenergysavingandenvironmentalprotectionoftheLEDlampasthelightsource,theuseofscientificandeffectivedetectionandcontroltechnology,realizethephotoelectriccontrol,timecontrol,trafficconditiondetection,automaticfaultdetectionandalarmfunctions,savingmanpowerandelectricpowerresources,reducingtheoperationcostofthesystem,priceiscomparativelyhigh.PhotosensitiveresistancethroughfaultdetectionmoduleLED,ULN2803chipcontrolLEDlampstatus,useofphotosensitiveresistancetheoryandinfraredtubecharacteristicstorealizeautomaticadjustmentofroadlampswitchstate.Keywords:STM32-cortex-m3;模拟路灯控制系统设计目录一、总体方案思路及其设计21.1、检测物体移动方案设计21.3、时钟显示方案的设计214、控制局部方案的设计3二、系统理论分析与功能模块设计32.1、 驱动电路原理分析32.2、 2、CPU核心控制模块32.3、 时钟控制模块42.4、 按键模块42.5、 光电检测模块42.6、 敏检测模块5三、软件设计53.1 .软件流程53.2 ：软件子程序5四、系统实现的功能61 .路灯的工作模式6五、结束语6附件1：系统程序7附件2：系统总原理图27一、总体方案思路及其设计本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面：一是时钟功能及定时开关灯。二是根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。三是根据交通情况自动调节亮灯状态：当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。四声光报警功能，当路灯出现故障时而不亮时，控制器发出信号，并显示有故障路灯的地址编号。1.1、 检测物体移动方案设计方案一、采用红外对管发射接收装置方案二、超声波传感器方案三、红外避障传感器方案论证：方案一中利用红外对管发射接收，操作简单，价格低廉，可以完成简单物体的测量。方案二超声波传感器在检测方面灵敏度很高，价格昂贵，性能虽好，可是性价比低。方案三中的红外避障传感器，能较好检测物体，但是价钱比拟贵。所以我们选择方案一，完成要求，性价比高。1.3、 时钟显示方案的设计方案一、采用传统六个数码管作为时钟显示。方案二、采用液晶屏作时钟显示。方案论证：方案一采用数码管显示虽然控制简单，亮度大，价格廉价。缺点是功耗较大，显示不清晰，操作不方便。方案二液晶显示器那么具有耗电少、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长、美观等优点。同时可以显示菜单等复杂的界面，更易于操作。本设计系统采用LCD显示器。1.4、 控制局部方案的设计方案一、单片机STM32Cortex-M3完成对其他各局部控制。方案二、采用单片机STC90C51作为控制局部。方案论证：方案-STM32Cortex-M3是一种高速/低功耗/性价比高的单片机可完成对其他各局部的控制。内部具有强大的存储空间且能够实现各种复杂的控制功能。方案二STC90C51的功耗比拟大，数据传输速率比拟低，要实现比拟复杂的控制功能较困难。故本设计采用STM32Cortex-M3单片机。图1系统总体方案二、系统理论分析与功能模块设计2.1、 驱动电路原理分析图2为本设计系统LED灯的驱动电源电路以及光电驱动，通过运放器ULN2803芯片,使驱动LEDo图2LED驱动电路2.2、 CPU核心控制模块图6为本系统的主控CPU单元,VBAT为备用电源引脚,PC14/COSC32和PC15/OSC33为内部实时时钟电路引脚，NRST为复位引脚,PAO脚为进入时间设定界面以及长按时对路灯开关时间控制，PAl时间设定加以及长按时进入单独设定路灯的亮、灭状态，PA2时间设定减以及长按时进入路灯故障界面，PA3和PA4报警信号灯状态，PA6和PA7控制路灯状态，PeI3、PC4和PC5光敏状态检测，PBOPBKPB2、PB7、PB6、PB5、PB4、PB3为液晶显示输入数据端口，PBI3、PBI4、PB15为液晶输入控制端口，PC7、PC8、PC9检测光电状态端口，PB9、PB8为时钟控制端口，PAI5、PAI4、PA13为检测光敏状态端口。下列图为主控电路模块：6单片机最小系统、LCD显示和报警电路2.3、 时钟控制模块为了减轻单片机的编程压力，设计中没有采用片内时钟，而是外接了时钟芯片DS1302oDS1302时钟芯片具有时钟/日历功能，并能利用其内部的32字节RAM存储。图7中四个时钟功能键分别为SW1进入时钟界面设定、SW2增加、SW3减小，此功能键由CPU控制进行LED灯的开关调时。按下每个键将会有设置小提示选择所需功能，最后完成的调时时间以及系统的状态显示在LCD上。2.4、 按键模块2.5、 光电检测模块为了检测是否物体通过，采用光电检测，有物体通过时，输出端会输出一个低电平，从而通过上下电平的变化，测出是否有物体通过，下列图为光电检测模块电路图：2.6、 敏检测模块为了检测路灯的亮度，采用光敏元件检测，当光的强度到达光敏元件的门限值时，返回一个电平值到单片机，从而实现对灯光强弱的控制。下列图为光敏模块电路图：三、软件设计3.1 .软件流程3.2 ：软件子程序在本设计系统中，由于实现功能比拟复杂，再加上传感器和处理模块非常多，放在一个文件中是不可行的，此时，我们采用进行模块化处理。1:1602子程序include"1602.h"voidwrite_code(u8a);写1602voidwrite-data(u8a);读1602voidinit602(VOid);初始化6022：delay延时子程序#include"delay.h"voiddelay_init(u8SYSCLK);选择时钟频率voiddelay_ms(ul6nms);毫秒级延时voiddelay_us(u32nus);微秒级延时3：DS1302时钟子程序include"DS13O2.h"voidWrite_Ds1302(u8address,u8dat);写ds1302voidinit_1302DS(void);/初始化1302voidReads_RTC(void);一次性读取ds1302八个存放器时间值voidtimedeal-RTC(void);处理读到的数据4：系统配置钟子程序include"RCC-GPIO.h"voidRCC.Configuration(VOid);配置处理器时钟频率voidGPlo.Configuration(VOid);配置处理器时钟频率管教voidNVlC-ConfiguraUon(VOid);配置处理器中断优先级voidEXTLCOnfigUratiOn(Void);酉己置处理器夕卜部中断voidTlM.Configuration(VOid);/配置处理器定时器四、系统实现的功能.1 .路灯的工作模式本模拟路灯控制系统具备5种工作模式，分别是自动群控模式、自动分控模式、根据照度自动控制模式、根据交通情况自动控制模式、手动控制模式，下面对每种工作模式简单介绍如下：（1）自动群控模式在该模式下，支路控制器根据设定好的定时信息，自动地同时翻开或者关闭两盏路灯。系统启动后默认进入该模式。（2）自动分控模式在该模式下，支路控制器根据设定好的定时信息，分别控制两盏路灯的开关，例如，当系统的时间和路灯1开灯的时间相等时，开启路灯1；当系统的时间和路灯2关灯的时间相等时开启路灯2。（3）根据照度自动控制模式在该模式下，当环境照度低于一定的值时开启两盏路灯，当环境照度高于一定的值时关闭两盏路灯。（4）根据交通情况自动控制模式在该模式下，当可移动物体M由左到右到达S点时，灯1亮；当物体M到达B点时,灯1灭，灯2亮；假设物体M由右到左移动时，那么亮灯的次序与上相反。（5）手动控制模式在手动模式时，。可以由用户自由控制每一盏灯，亮或者灭。（1） （5）等四种工作模式是相互独立的，即在某一时刻只能具有其中的一种功能,不过各种模式可以手动的切换。五、结束语经过四天三夜的辛勤努力，本设计实现了题目的全部要求。但由于时间紧，任务重，系统还存在许多可以改良的地方，比方电路布局、抗干扰性等方面还有很大的提升空间，经过改良，相信性能还会有进一步的提升。本次竞赛极大的锻炼了我们各方面的能力，虽然我们遇到了很多困难和障碍，但总体上成功与挫折交替，困难与希望并存，我们将继续努力争取更大的进步。参考文献1周航慈.单片机应用程序设计技术.北京航空航天大学出版社2胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社3康华光.电子技术根底(数字局部).高等教育出版社,2001附件1：系统程序lain.c主函数include"stm32fl0x_lib.hH#include"GPIO_RCC.h"#include"delay.h"include"1602.h"#include"DS1302.hnu8timedisplay19;时间数据u8fen,shi,ri,yue,nian;/时间设置数据u8openLED1,openLED2;externu8ErrorLED1,EoLED2;u8tab12="0123456789-:"u8date5="Date:"u8time5="Time:"u8GD_off6="GDoff,;u8GD_on6="GDon"u8StarCSet31FOI23456789NO:L-OFF:L-ElTOlTrUe"externvu8SetShi1,SetShi2,SetShi3,SetShi4;externvu8setfen1,setfen2,setfen3,setfen4;externu8LED;u8SeUab24J存储设置时间u8set_init;是否初始化1602标志位externu8t;/for循环变量externvu8GDfIag;是否开启光电传感器标志位vu8SetfIag=0;进入设置标志位voiddisplay(void);时间显示voidset_DS(Void);设置时间数据处理voidguangbiao(void);/光标闪烁voidsetstartup(VOid);开关时间设置处理函数u8voidopen_LED(void);单独开启LEDvoidEiTOJLED(VOid);intmain(void)RCC_Configuration();GPIO_Configuration();NVlCConfiguration。;EXTI_Configuration();TIMConfiguration。；delayjnit(72);init_1602();init_1302DS();while(1)if(setflag=9)/set_startup();guangbiao();1if(setflag!=9)&&(setflag!=10)&&(setflag!=ll)&&(setflag!=12)(setjnit=;/设置是否初始化1602guangbiao();set_DS();display();)if(setflag=10)(setflag=12)(open_LED();if(setflag=ll)(Error_LED();void display(void)(if(setflag=0)(setflag=7) (Reads_RTC(); 读取时间 timedeaI_RTC();/ 处理时间 )for(t=0;t<10;t+) (write_code(0x85+t);write_data(tabtimcdisplay 18-t); )for(t=0;t<5;t+)(write_code(0x 80+t); write-data(datet);1for(t=0;t<5;t+) (write_code(0x85+0x40+t);显示日期显示日期显示时间write_data(tabtimcdisplay4-t);)for(t=0;t<5;t+)显示时间(write_code(Ox80+0x40+t);write-data(timet);)Switch(GDflag)(case0:for(t=0;t<6;t+)显示是开启光电检测(write_code(0x80+0x4a+t);write_data(GD_offt);break;case1:for(t=0;t<6;t+)显示否显示是开启光电检测(write_code(0x80+0x4a+t);write_data(GD_ont);)break;voidguangbiao(void)(Switch(Setflag)(case1:write_code(0x80+0x40+9);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/case2:write_code(0x80+0x40+6);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/case 3: write_code(0x80+0x0e);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/case 4: write_code(0x80+0x0b);write_code(0x0f)；delay_ms(200);write_code(0x0c);break;case 5: write_code(0x80+0x08);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;case7:write-code(0x80+0x40+11);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;设置是否开启光电传感器case9:switch(LED)(case1:write_code(0x80);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/case2:write_code(0x80+0x40);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/case3:write_code(0x80);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/case4:write_code(0x80+0x40);write_code(0x0f);delay_ms(200);write_code(0x0c);break;/)break;voidset_DS(void)if(setflag=O)fen=timedisplayO+timedisplay1*10;/shi=timedisplay3+timedisplay4*10;ri=timedisplay9+timedisplay10*10;yue=timcdisplayl2+timedisplay13*10;if(setflag=l)if(setflag=2)if(setflag=3)if(setflag=4)if(setflag=5)nian=timcdisplay15+timedisplay16*10;/)timedisplayO=fen%10;分timedisplay1=fen/10;/timcdisplay3=shi%10;/时timedisplay4=shi/10;)timedisplay9=ri%10;/日timcdisplay10=ri10;)/timedisplay12=yue%10;月timedisplay13=yue/10;)/timedisplay15=nian%10;/Z年timedisplay16三nian/10;(/voidset_startup(void)(if(set_init<=2)init_1602();Sejinit=3;set_tab0=10;/Nset_tabl=ll;/oset_tab2=12;/:set_tab3=13;/LSwitch(LED)case1:set_tab4=1;break;/选择设置case 2: set_tab4=1;break;case 3: set_tab4=2;break;/选择设置case 4: set_tab4=2;break;)set_tab5=14;/-switch(LED)set_tab6=setshi 1/10;SeUab6=SetShi3/10;set_tab9=setfen 1/10;set_tab9=setfen3/10;case1:set_tab18=setshi210;set_tab19=setshi2%10;set_tab7=setshil%10;break;时低位case3:set_tab18=setshi4/10;set_tab19=setshi4%10;set-tab7=setshi3%10;break;)set_tab8=14;/-switch(LED)case 1: set_tab21=setfen2/10;set-tab22=setfen2%10;set_tab10=setfenl%10;break;分低位case3:set_tab21=setfen4/10;set_tab22=setfen4%10;set_tab10=setfen3%10;break;set_tabll=15;/0set_tab12=16;/Fset_tab13=17;/Fset_tab14=18;/:set_tab15=19;/Lswitch(LED)case1:set_tab16=1;break;/选择设置case 2: set_tab16=1;break;case 3: set_tab16=2;break;/选择设置case 4: set_tab16=2;break;Iset.tab17=14;/-Switch(LED)case2:set_tab18=setshi210;Seuab19=SetShi2%10;break;时低位case4:set_tab18=setshi410;set_tab19=setshi4%10;break;Iset_tab20=14;/-switch(LED)case2:set_tab21=setfen210;set_tab22=setfen2%10;break;时低位case4:set_tab21=setfen4l0;set-tab22=setfen4%10;break;)for(t=0;t<ll;t+)显示(write_code(0x80+t);write_data(start_setset_tabt);)for(t=ll;t<23;t+)显示(write_code(0x80+0x40+t-l1);write_data(start_setset_tabt);)voidopen_LED(void)(if(set_init<=2)init_1602();set_init=3;set_tab0=13;/Lset_tabl=l;/1set_tab2=12;/:switch(openLED1)(case1:set_tab3=10;set_tab4=ll;set_tab5=30;break;case0:SeJtab3=15;set_tab4=16;set_tab5=17;break;)set_tab6=13;/Lset_tab7=2;/lset_tab8=12;/:switch(openLED2)(case1:set_tab9=10;set_tab10=l1;set_tab11=30;break;caseO:set_tab9=15;set_tab10=16;set_tabl1=17;break;)for(t=0;t<6;t+)显示(write_code(0x80+t);write_data(start_setset_tabt);)for(t=6;t<12;t+)显示(write-code(0x80÷0x40+t-6);write_data(start_setset_tabt);)voidError_LED(void)(if(set_init<=2)init_1602();SeJinit=3;set_tab0=13;/Lset_tabl=l;/1set_tab2=14;/-switch(ErrorLED1)(caseO:set_tab3=26;set_tab4=27;set_tab5=28;set_tab6=29;set_tab7=30;break;case1:set_tab3=21;set_tab4=22;set_tab5=23;set_tab6=24;set_tab7=25;break;)set_tab8=14;/-set_tab9=14;/-set_tab10=13;/Lset_tabl1=2;/2set_tab12=14;/-switch(ErrorLED2)(caseO:set_tab13=26;set_tab14=27;set_tab15=28;set_tab16=29;set_tab17=3O;break;case1:set_tab13=21;set_tab14=22;set_tab15=23;set_tab16=24;set_tab17=25;break;)set_tab18=14;/-set_tab19=14;/-for(t=0;t<10;t+)显示(write-code(0x80÷t);write_data(start_setset_tabt);显示for(t=10;t<20;t+)write_code(0x80+0x40+t-10);write_data(start_setset_tabt);)中断.c文件#include"stm32flx-it.h"#include"stm32flx-lib.h#include"delay.h"#include,DS1302.h,u8t;vu8GDflag=I;externu8fen,shi,ri,yue,nian;/externu8openLEDl,openLED2;/u8ErrorLED1,ErrorLED2;/vu8setshi1,setshi2,setshi3,setshi4;/vu8setfenI,setfen2,setfen3,setfen4;/vu8LED;/u8checkGD1,checkGD2,checkGD3;检测光电是否有信号传入externvu8Setflag;设置标志位u8addflag;/+u8cutflag;H-u8counter;u8set;/设置开关时间时间标志位voidTIM2_IRQHandIer(void)(/dosetflag+;if(setflag=9)break;while(setflag<9)if(GPIeLReadInPUtDataBit(GPlOA,GPIO_Pinj)=O)/(dclay_ms(5);if(GPICLReadlnPUtDataBit(GPIoA,GPIO_Pinj)=0);WhiIe(GPIcLReadlnPUtDataBit(GPIOA,GPIO_Pinj)=0)判断当前按键是否被长安下(counter+;delay_ms(20);Iif(counter>30)dosetflag+;if(setflag=9)break;while(setflag<9);set+;counter=0;if(setflag!=9)&&(setflag!=10)counter=0;setflag+;if(setflag=8)setflag=0;if(setflag>=12)setflag=0;)if(setflag=9)LED+;if(LED>=5)LED=1;setflag=O;)counter=0;if(setflag=10)setflag+;setflag+;if(set>=2)dosetflag;if(setflag=O)break;)while(setflag>0);set=0;counter=0;)/J断当前按键是否被长时间按下两次if(setflag=6)/setfalg=6些时间并存储Write.Dsl302(0x8e,0x00);Write.Ds13O2(Ox82,(fenl0)<<4(fen%10);/分Write-Ds1302(0x84,(shil0)<<4(shi%10);/时Write_Ds1302(0x86,(ri10)<<4(ri%10);/日Write_Ds1302(0x88,(yue10)<<4(yue%10);/月Write_Dsl302(0x8c,(nian/10)<<4(nian%10);年Write_Ds1302(0x90,0xa4);/翻开充电2kWrite_Ds1302(0x8e,0x80);setflag+;/Switch(Setflag)(caseO:if(GPIO_RcadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0)/(delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GP!O_Pin_l)=0);While(GPICLReadlnPUtDataBit(GPlOA,GPIO_Pin)=0)counter+;delay_ms(20);1if(counter>20)dosetflag+;if(setflag=10)break;while(setflag<10);set+;counter=0;)Iif(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GP!O_Pin_2)=0)(delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0)counter+;delay_ms(20);)if(counter>15)dosetflag+;if(setflag=11)break;while(setflag<11);set+;counter=0;Ibreak;case9:if(GPIO_RcadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)=0)(delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GP!OA,GPIO_Pin_l)=0);if(LED=l)setfenl+;if(setfen1=60)setfen1=0;)Onif(LED=2)setfen2+;if(setfen2=60)setfen2=0;)/一号灯开启1,2Offif(LED=3)setfen3+;if(setfen3=60)setfen3=0;)/二号灯34Onif(LED=4)setfen4+;if(setfen4=60)setfen4=0;)/Offdelay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GP!OA,GPIO_Pin_2)=0);if(LED=l) if(LED=2) if(LED=3) if(LED=4)setshi1+;if(setshil=24)setshi1=O;/setshi2+;if(setshi2=24)setshi2=0;/setshi3+;if(setshi3=24)setshi3=0;/setshi4+;if(setshi4=24)setshi4=0;/break;case 1: if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0)delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0);fen+;if(fen=60)fen=0;/if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0)delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0);fen-;if(fen=0)fen=59;/break;case 2: if(GPICLReadlnPUtDataBit(GPlOA,GPICLPin_l)=0)delay_ms(5);if(GPIeLReadInPUtDataBit(GPIoA,GPICLPin)=0);WhiIe(GPIeLReadlnPUtDataBit(GPloA,GPIO_Pin)=0);shi+;if(shi=24)shi=0;/if(GPIeLReadlnPUtDataBit(GPIoA,GPICLPin_2)=0)delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GP!O_Pin_2)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0);shi-;if(shi=0)shi=23;/break;case 3: if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)=0)delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_l)=0);ri+;if(ri=31)ri=O;/delay_ms(5);if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GP!O_Pin_2)=0);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_2)=0);ri-if(ri=0)ri=31;/(break;case 4: if(GPIO_RcadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)=O)del