交通路口用智能LED灯控制系统设计与实现
交通路口用智能LED灯控制系统设计与实现[20200406135730]
摘要
现代交通路口中，要求根据周围环境亮度对路口进行实时补光，并且能够在接收到外部抓拍主机提供的信号时补光灯爆闪，为主机补光。本文的主题是利用单片机设计一个智能的LED灯控制系统，该系统可以应用于交通路口，系统将智能地进行频闪和爆闪。
本文首先探究了LED的几种调光方式，重点研究和讨论了脉冲宽度调制（PWM）。使用PWM方式可以方便的实现LED灯亮度的调节。然后设计并焊制了系统的外围电路，主要包括使用光敏电阻设计了亮度检测模块，完成了对外部环境的采集。使用开关模拟外部抓拍主机提供的爆闪信号。又利用16个发光二极管设计了一个4×4的LED阵列，该阵列所点亮的二极管的个数和亮度都随着外部亮度的变化而变化。最后使用数码管显示当前的工作状态。接着对单片机进行编程，设计了实现系统各部分功能的软件，使用了Keil4软件，用c语言编写。最后完成对控制系统软硬件的调试，测试结果表明系统性能稳定，达到了预期的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:交通灯补光脉冲宽度调制光敏电阻单片机
目录
1 绪论 1
1.1 研究课题的来源、意义和任务 1
1.2 论文内容的组织与章节安排 1
2 LED补光灯和调光技术 3
2.1 LED补光灯和调光技术概述 3
2.1.1 LED补光/曝光灯介绍 3
2.2.2 LED灯的调光 4
2.2 采用直流电源LED的调光技术 4
2.2.1用脉宽调制调光（PWM） 4
2.2.2 用调正向电流的方法来调亮度 5
2.3 采用交流电源的LED调光 6
2.3.1 用可控硅对LED调光 6
3系统的总体方案设计 7
3.1系统功能与设计方案 7
3.1.1功能设计与实现 7
3.1.2 单片机的选型 8
3.2软件方案 9
3.2.1 功能分析 9
3.2.2 单片机资源分配 9
4 硬件电路设计 11
4.1输入部分电路设计 11
4.1.1亮度采集电路 11
4.1.2爆闪输入和工作方式选择电路 12
4.2 输出部分电路设计 12
4.2.1 LED阵列 12
4.2.2工作状态显示电路 14
4.2.3 爆闪输出辅助电路设计 14
5 软件功能实现 16
5.1 系统补光功能的实现 16
5.2爆闪功能的实现 19
5.3工作模式选择功能实现 20
5.4工作状态显示功能实现 21
6 系统调试 23
6.1 控制系统硬件调试 23
6.2 控制系统软件调试 24
6.3控制系统联合调试 25
7 总结与展望 26
7.1系统已实现的功能 26
7.2系统的不足 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1.1 研究课题的来源、意义和任务
发光二极管( Light Emitting Diode, LED )照明技术与传统的照明灯具白炽灯、卤光灯等相比，具有体积小，发光效率高，响应时间短，功耗低、寿命长等多方面的优点，作为一种新型节能光源已越来越受到世界各国的重视。2010年以来，全球的LED照明技术大发展，在LED照明产品的应用和研发上取得了许多重要的进展 。我国也有许多致力于研究和生产LED节能灯的公司，常熟市卓辉光电科技有限公司就是一家专业从事绿色照明产品研发和生产的高新技术企业，凭借对电光源技术的深刻理解和卓越的技术研发能力，一直在致力于推动照明行业的技术进步。
本课题来源于常熟卓辉光电股份有限公司与我校联合开展的用于交通监控的一种智能LED频闪/爆闪灯的研究工作。由于在各种交通路口，需要安装监控摄像探头，这些摄像探头需要24小时全天候监控路口的车辆通行情况，当发生交通事故或车辆违章等情况时，能够及时地从各个方位拍摄实地照片或录像，以便留下事故或违章现场的必要的记录和证据。这种摄像设备必需在一定的照度下才能够拍摄到清晰可辨的照片、图像或视频，因此，研究和设计能根据外部环境的亮度进行实时补光和瞬间为摄像设备提供高亮度曝光的智能化的LED灯，成为很多照明设备制造厂商感兴趣的课题，本课题就是基于这样一种实际的工程需求提出来的，我在这个课题的研究中，在导师的指导下参与了课题的预研与设计，主要进行了系统需求分析，控制系统的总体方案设计和部分软硬件模块的调试与制作工作。
1.2 论文内容的组织与章节安排
本文介绍LED灯的几种调节光照度的方法，重点研究和使用PWM方式调光。提出了LED补光灯的一种智能控制方式，并且设计了该系统所需要的硬件和软件。该系统中可以根据外部光照强度来多级补光，在提供了爆闪信号时可以爆闪 。而且可以实现工作模式的转换和工作状态的显示。设计中具体完成的工作如下：
（1）选择以单片机为中心控制部件，选择STC12C5A60S2单片机。这是一款增强型8051内核的单片机，合理充分的利用单片机内部集成的A/D模块，PWM模块。
（2）设计亮度检测模块，利用了光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的特性，通过对电阻值的测量来判断当前的周围环境的亮度，补光使用PWM方式，所检测到的不同亮度对应不同占空比的PWM波，这样便能灵活对补光亮度和补光阈值进行控制。
（3）合理设计外围辅助电路，并且利用辅助芯片，使用开关模拟外部爆闪信号，使用数码管显示当前工作状态。
（4）根据节能的需要设计了两种工作模式，使用按键可以实现模式的切换。
（5）用C语言编写程序，采用Keil4作为编程软件，合理设计了软件且可以方便的进行软件升级。
（6）调试电路，使电路可以稳定工作，完全实现了预期的功能。
本文在第二章中介绍了LED补光灯和LED的几种调光技术，第三章中介绍了系统总体的方案和实现方法，包括软件和硬件两个部分。第四章中详细说明了硬件电路的设计，包括输入和输出两大部分。第五章中详细说明了各个模块的软件编程，第六章中叙述了硬件和软件的调试过程和结果。
2 LED补光灯和调光技术
2.1 LED补光灯和调光技术概述
2.1.1 LED补光/曝光灯介绍
LED灯属于冷光源，它发热少、效率高，使用寿命可达80000多小时。近年来，由于白光LED具有节能、控制方便等原因，在交通路口和其他一些场合得到了广泛的应用。图2-1就是一个交通路口用LED补光/曝光灯实物图
图2-1 交通路口用LED补光/曝光灯实物图
卤素灯是目前常用的一种白炽灯，它是在白炽灯里面充入了一些由卤族元素组成的气体，这些气体和挥发出的钨结合之后又可以使钨回到灯丝上，从而可以延长灯的使用寿命。LED补光灯与卤素灯的比较见表2-1，LED补光灯具有明显的优势，它能够在黑暗的环境下清晰的拍摄到图像而且不会对人眼有刺激，此外它的使用寿命相当长，不仅功耗低而且便于安装调试。
表2-1 LED补光灯与卤素灯的比较
比较方面 LED补光灯 卤素灯
车 牌 图 像 可以清楚拍摄 拍摄不清晰
对 司 机 影 响 无影响 刺激眼睛
功 耗 5-6W 100-300W
寿 命 80000h 400h
安 装 安装方便 不方便安装
性 价 比 价格和卤素灯差不多，但效果更好寿命长 效果差，寿命短
2.2.2 LED灯的调光
自从人类意识到要节能减排，如何减少照明用电就成为了一个亟待解决的问题，因为照明所要消耗的电能很多，几乎占到了总能耗的1/4。但是LED灯的出现给人类带来了曙光，LED不仅节能的效率比日光灯高5倍以上，而且它还不含有有毒的重金属元素。如果还可以采用光照强度的调节来节能，那意味着又将大大提高节能的效率，容易调光是LED灯与过去所有的光源相比最大的优点。
对于使用直流电供电的LED，可以运用调整导通电流的方法来调节亮度，也可以采用脉宽调制来调节光亮。对于采用交流电源的LED，可以用可控硅对LED调光。其中，脉宽调制方式应用最为简便和广泛。
摘要
现代交通路口中，要求根据周围环境亮度对路口进行实时补光，并且能够在接收到外部抓拍主机提供的信号时补光灯爆闪，为主机补光。本文的主题是利用单片机设计一个智能的LED灯控制系统，该系统可以应用于交通路口，系统将智能地进行频闪和爆闪。
本文首先探究了LED的几种调光方式，重点研究和讨论了脉冲宽度调制（PWM）。使用PWM方式可以方便的实现LED灯亮度的调节。然后设计并焊制了系统的外围电路，主要包括使用光敏电阻设计了亮度检测模块，完成了对外部环境的采集。使用开关模拟外部抓拍主机提供的爆闪信号。又利用16个发光二极管设计了一个4×4的LED阵列，该阵列所点亮的二极管的个数和亮度都随着外部亮度的变化而变化。最后使用数码管显示当前的工作状态。接着对单片机进行编程，设计了实现系统各部分功能的软件，使用了Keil4软件，用c语言编写。最后完成对控制系统软硬件的调试，测试结果表明系统性能稳定，达到了预期的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:交通灯补光脉冲宽度调制光敏电阻单片机
目录
1 绪论 1
1.1 研究课题的来源、意义和任务 1
1.2 论文内容的组织与章节安排 1
2 LED补光灯和调光技术 3
2.1 LED补光灯和调光技术概述 3
2.1.1 LED补光/曝光灯介绍 3
2.2.2 LED灯的调光 4
2.2 采用直流电源LED的调光技术 4
2.2.1用脉宽调制调光（PWM） 4
2.2.2 用调正向电流的方法来调亮度 5
2.3 采用交流电源的LED调光 6
2.3.1 用可控硅对LED调光 6
3系统的总体方案设计 7
3.1系统功能与设计方案 7
3.1.1功能设计与实现 7
3.1.2 单片机的选型 8
3.2软件方案 9
3.2.1 功能分析 9
3.2.2 单片机资源分配 9
4 硬件电路设计 11
4.1输入部分电路设计 11
4.1.1亮度采集电路 11
4.1.2爆闪输入和工作方式选择电路 12
4.2 输出部分电路设计 12
4.2.1 LED阵列 12
4.2.2工作状态显示电路 14
4.2.3 爆闪输出辅助电路设计 14
5 软件功能实现 16
5.1 系统补光功能的实现 16
5.2爆闪功能的实现 19
5.3工作模式选择功能实现 20
5.4工作状态显示功能实现 21
6 系统调试 23
6.1 控制系统硬件调试 23
6.2 控制系统软件调试 24
6.3控制系统联合调试 25
7 总结与展望 26
7.1系统已实现的功能 26
7.2系统的不足 26
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
1.1 研究课题的来源、意义和任务
发光二极管( Light Emitting Diode, LED )照明技术与传统的照明灯具白炽灯、卤光灯等相比，具有体积小，发光效率高，响应时间短，功耗低、寿命长等多方面的优点，作为一种新型节能光源已越来越受到世界各国的重视。2010年以来，全球的LED照明技术大发展，在LED照明产品的应用和研发上取得了许多重要的进展 。我国也有许多致力于研究和生产LED节能灯的公司，常熟市卓辉光电科技有限公司就是一家专业从事绿色照明产品研发和生产的高新技术企业，凭借对电光源技术的深刻理解和卓越的技术研发能力，一直在致力于推动照明行业的技术进步。
本课题来源于常熟卓辉光电股份有限公司与我校联合开展的用于交通监控的一种智能LED频闪/爆闪灯的研究工作。由于在各种交通路口，需要安装监控摄像探头，这些摄像探头需要24小时全天候监控路口的车辆通行情况，当发生交通事故或车辆违章等情况时，能够及时地从各个方位拍摄实地照片或录像，以便留下事故或违章现场的必要的记录和证据。这种摄像设备必需在一定的照度下才能够拍摄到清晰可辨的照片、图像或视频，因此，研究和设计能根据外部环境的亮度进行实时补光和瞬间为摄像设备提供高亮度曝光的智能化的LED灯，成为很多照明设备制造厂商感兴趣的课题，本课题就是基于这样一种实际的工程需求提出来的，我在这个课题的研究中，在导师的指导下参与了课题的预研与设计，主要进行了系统需求分析，控制系统的总体方案设计和部分软硬件模块的调试与制作工作。
1.2 论文内容的组织与章节安排
本文介绍LED灯的几种调节光照度的方法，重点研究和使用PWM方式调光。提出了LED补光灯的一种智能控制方式，并且设计了该系统所需要的硬件和软件。该系统中可以根据外部光照强度来多级补光，在提供了爆闪信号时可以爆闪 。而且可以实现工作模式的转换和工作状态的显示。设计中具体完成的工作如下：
（1）选择以单片机为中心控制部件，选择STC12C5A60S2单片机。这是一款增强型8051内核的单片机，合理充分的利用单片机内部集成的A/D模块，PWM模块。
（2）设计亮度检测模块，利用了光敏电阻的阻值随光照强度的变化而变化的特性，通过对电阻值的测量来判断当前的周围环境的亮度，补光使用PWM方式，所检测到的不同亮度对应不同占空比的PWM波，这样便能灵活对补光亮度和补光阈值进行控制。
（3）合理设计外围辅助电路，并且利用辅助芯片，使用开关模拟外部爆闪信号，使用数码管显示当前工作状态。
（4）根据节能的需要设计了两种工作模式，使用按键可以实现模式的切换。
（5）用C语言编写程序，采用Keil4作为编程软件，合理设计了软件且可以方便的进行软件升级。
（6）调试电路，使电路可以稳定工作，完全实现了预期的功能。
本文在第二章中介绍了LED补光灯和LED的几种调光技术，第三章中介绍了系统总体的方案和实现方法，包括软件和硬件两个部分。第四章中详细说明了硬件电路的设计，包括输入和输出两大部分。第五章中详细说明了各个模块的软件编程，第六章中叙述了硬件和软件的调试过程和结果。
2 LED补光灯和调光技术
2.1 LED补光灯和调光技术概述
2.1.1 LED补光/曝光灯介绍
LED灯属于冷光源，它发热少、效率高，使用寿命可达80000多小时。近年来，由于白光LED具有节能、控制方便等原因，在交通路口和其他一些场合得到了广泛的应用。图2-1就是一个交通路口用LED补光/曝光灯实物图
图2-1 交通路口用LED补光/曝光灯实物图
卤素灯是目前常用的一种白炽灯，它是在白炽灯里面充入了一些由卤族元素组成的气体，这些气体和挥发出的钨结合之后又可以使钨回到灯丝上，从而可以延长灯的使用寿命。LED补光灯与卤素灯的比较见表2-1，LED补光灯具有明显的优势，它能够在黑暗的环境下清晰的拍摄到图像而且不会对人眼有刺激，此外它的使用寿命相当长，不仅功耗低而且便于安装调试。
表2-1 LED补光灯与卤素灯的比较
比较方面 LED补光灯 卤素灯
车 牌 图 像 可以清楚拍摄 拍摄不清晰
对 司 机 影 响 无影响 刺激眼睛
功 耗 5-6W 100-300W
寿 命 80000h 400h
安 装 安装方便 不方便安装
性 价 比 价格和卤素灯差不多，但效果更好寿命长 效果差，寿命短
2.2.2 LED灯的调光
自从人类意识到要节能减排，如何减少照明用电就成为了一个亟待解决的问题，因为照明所要消耗的电能很多，几乎占到了总能耗的1/4。但是LED灯的出现给人类带来了曙光，LED不仅节能的效率比日光灯高5倍以上，而且它还不含有有毒的重金属元素。如果还可以采用光照强度的调节来节能，那意味着又将大大提高节能的效率，容易调光是LED灯与过去所有的光源相比最大的优点。
对于使用直流电供电的LED，可以运用调整导通电流的方法来调节亮度，也可以采用脉宽调制来调节光亮。对于采用交流电源的LED，可以用可控硅对LED调光。其中，脉宽调制方式应用最为简便和广泛。
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