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太原理工大学现代科技学院信息系本科毕业论文（设计）开题报告毕业设计(论文)题目基于模拟路灯控制系统的设计学生姓名张晋导师姓名秦建中专业自动化报告日期2016年3月25日班级12-5指导教师意见签字年月日专业(教研室)主任意见年月日系主任意见年月日太原理工大学现代科技学院信息系毕业设计（论文）开题报告11.选题意义在科技高速发展的今天，如何更加高效的，合理的利用资源成为摆在我们面前的一个难题，能源是人们赖以生存的物质基础，能源的开发和合理使用是一个世界性的课题，城市的路灯照明系统存在于城市的各个角落，无论是在在人们的日常生活中，公共楼道，学校，机关还是厂矿企业等单位的公共场所，还是城市路灯，车站，机场，酒店都是必不可少的，如何能更加高效的利用能源，减少浪费，创造一个良好的投资环境，塑造一个美丽的国际化大都市，模拟路灯控制系统的设计就成为了我们的研究课题，改进路灯的灯光控制方法对用电实施智能化的管理及路灯结构采用高效LED光源减少用电的浪费是我们在此课题中需呀解决的问题，如今，照明电路的数量越来越多，使得路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加，当低谷时，照明设备有不能正常工作。所以，对城市的路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。但是我国的既节能又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，因此路灯控制系统的设计对于城市的发展至关重要。2.国内外研究现状概述目前，路灯系统一般采用钠灯、水银灯、金卤灯等灯具。这类灯具有发光效率高、光色好、安装简易等优点，被广泛使用，但同时也存在着诸如：功率因子低、对电压要求严格、耗电量大等缺点。我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安和交通安全问题，不利于城市安全问题。另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命。目前，路灯照明广泛采用高压钠灯，其设计寿命在12000小时以上，在正常情况下至少可用3年，但是由于超压使用，现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左右，有的甚至只有几个月，造成维护和材料的极大浪费。较高的电压不仅不能让负载设备更好的工作，而且还会造成发热及过早损坏，还会造成不必要的电费开支。太原理工大学现代科技学院信息系毕业设计（论文）开题报告2而且，我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制，这样也有许多不利之处：若采用人工控制，则路灯开关存在着一定的不确定性，同时也占用了一定的人力资源；定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况，使得天还没黑路灯就开，天还没亮路灯就灭的情况，大大影响了人们的日常出生活。本设计通过使用AT89C51单片机对系统进行智能控制，使系统达到自动启停及智能调压。近年来，随着科技的不断发展，各种路灯控制器也被不断的研究出来。其中，美国和日本主要集中在研究紧凑型荧光灯和镇流器荧光灯两个方面。而我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定的节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几种情况：第一种，采用自耦变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则会对灯具造成损坏，相对来说稳压效果较差；第二种是采用电子器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的，现在国内外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯，基本可以达到完全自给自足的效果。综上所述，未来的智能路灯控制必将向着更安全、更环保、更节能、更高效率的方向发展。3.主要研究内容本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率。要求学生独立选择芯片、设计电路、编制程序、调试、完成整个系统功能。主要内容如下：(1)根据控制技术的特点，进行路灯系统设计的整体研究与设计。(2)针对光线和电压信号的采集，采用数据采集技术。(3)通过按键可对相关的参数值进行设置，从而实现对不同时间进行不同的开灯模式。(4)当电压符合额定电压时，系统自动进行稳压。(5)在午夜之后降低电压以调节路灯亮度，实现调压。4.拟采用的研究思路（方法、技术路线、可行性论证等）1、设计方案本次课程设计是由传感器通过外界光信号的强弱来产生电压信号，再由单片机控制实现路灯的自动启停及智能稳压。本设计通过使用AT89C51单片机芯片来设计电路，编制程序，仿真，调试，太原理工大学现代科技学院信息系毕业设计（论文）开题报告3完成整个系统的功能。整个控制系统主要包括四个模块：信号采集模块、数据处理模块、稳压模块和控制模块。2、技术路线设计要求采集输入电压信号，通过A/D转换后输入控制器，当外界光信号的强度低于一定数值时，通过软启动开启路灯。当光信号强度高于一定数值时，通过软启动关闭路灯，并将采集输入电压信号，与已设定的标准电压值进行比较，并对输入电压进行稳压，再通过时钟电路对路灯亮度进行调节，在午夜之后对路灯亮度进行降低，最后达到节电稳压。3、关键问题(1)信号采集电路设计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。(2)稳压模块设计通过采集三端稳压器输出的电压并将该电压与设定电压进行比较，进而调整输出电压的大小，外部光线强度光敏电阻A/D转换器AT89C51单片机继电器驱动键盘控制LED显示报警电压放大路灯三端稳压器太原理工大学现代科技学院信息系毕业设计（论文）开题报告4达到稳压的目的。本设计使用美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路LM317。(3)时钟电路设计为实现路灯对电压进行智能补偿，从而达到智能调压，本设计采用美国DALLAS公司的实时时钟电路DS1302，该芯片一种高性能、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。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。另外该芯片有备份电源引脚，可以在断电后仍能工作，以保证时钟的准确性。5.研究工作安排及进度第一周查找资料第二周研究课题的主要目的和工作第三周对资料进行整合并开始写开题报告第四周查找相关的外文资料并翻译第五周上交开题报告第六周研究设计方案第七周软件的设计第八周软件的设计第九周中期检查第十周硬件的选择第十一周整合资料并进行设计第十二周整合资料并进行选择第十三周查漏补缺第十四周完善设计第十五周准备答辩6.参考文献[1]查兵，崔浩.单片机原理[J].中国高新技术,2011年1期[2]李健，蒋全胜，任灵芝.智能路灯控制系统设计[J].工业控制计算机,2010年6期[3]金仁贵.单片机应用系统的开发方法[J].电脑知识与技术：学术交流,2006年12期太原理工大学现代科技学院信息系毕业设计（论文）开题报告5[4]严怀龙.基于单片机的数据采集系统[J].广西轻工业,2006年6期[5]王虎城，周晋军，皮依标，叶振华.基于光传感器和单片机的校园路灯控制系统设计[J].科技广场,2011年1期[6]王立红.基于单片机的智能路灯控制系统[J].网络财富,2010年6期[7]王皑，佘丹妮.基于单片机的模拟路灯控制系统设计[J].仪表技术,2011年11期[8]张毅刚.单片机原理及应用[M].高等教育出版社,2003[9]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社,2006[10]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社,2006[11]程德福，林君.智能仪器[M].机械工业出版社,2009[12]刁鸣.常用电路模块分析与设计指导[M].清华大学出版社,2008[13]XuJun,PengYonglong,LiYabi.StudyofEnergy-savingSolarStreetLightUsingLEDBasedonMCU-controlled(J).Test&measurementtechnology.2008,(10):29-31[14]LIULianhao,Anewstreetlampcontrollerdesign(J).ComputingTechnologyandAutomation,1997,(4):61-63[15]ZHANGLiqun,Single-chipsingleboardcontrollerfromtimetotimeinthestreetlampfactorycontrol(J).ApplicationofEnergyTechnologies,1998,(4):33-34[16]TheIntroductionofAT89C51