校区交通指挥自动控制器设计
校区交通指挥自动控制器设计[20200211153009]
摘要
太阳能校区交通指挥灯由太阳能电池、蓄电池、充放电控制、单片机以及交通灯构成，白天太阳能电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存入蓄电池；当遇到阴天或低照度状态下，蓄电池通过控制器向交通灯供电。系统具有智能化自动控制的功能。
本文介绍了利用太阳能电池进行供电，以单片机为控制核心的校区交通灯系统。本系统主要由MCS-52单片机最小系统、稳压器、电压检测电路、锁存器控制数码管电路、测试按键、LED指示电路等构成。设计工程中利用了“Keil uVision4”软件进行系统的仿真并使用DXP软件设计PCB工程图，构成一个具有智能、实用且稳定的太阳能校区交通灯控制系统。
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关键字:自动控制器太阳能蓄电池单片机KeiluVision4
目 录
1.绪论 1
1.1 课题研究目的和意义 1
1.2 课题研究国内外现状及分析 1
1.3 课题主要研究内容 2
1.4 本章小结 2
2.系统硬件设计 3
2.1 系统总体设计方案 3
2.2 电源电路设计 3
2.3 MCS-52单片机最小系统电路 4
2.4 稳压电路设计 5
2.5 电压检测电路 6
2.6 锁存器控制数码管电路 10
2.7 测试按键电路 12
2.8 LED交通信号灯 12
2.9 本章小结 14
3．系统软件设计 15
3.1 定时处理模块 16
3.2电压A/D转换模块 18
3.3锁存器控制显示数码管模块 18
3.4 测试按键检测模块 19
3.5 充放电控制模块 20
3.6 LED指示灯控制模块 21
3.7 本章小结 22
4．系统的仿真与调试 23
4.1 Proteus和Keil uVision4软件的介绍 23
4.2仿真与调试过程 23
4.3 调试结果 25
4.4 问题及解决方案 26
4.5 本章小结 26
5.总结 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
附录一 系统电路原理图 30
附录二 元器件清单 31
附录三 PCB工程图 31
附录四 电路实物图 32
附录五 系统程序代码 33
1.绪论
1.1 课题研究目的和意义
校区交通灯是一种重要的工具，它加强了学生在上学与放学高峰期道路交通管理，指挥行人与车辆有秩序的通行，降低交通事故发生的概率。传统的交通灯需要长长的供电和控制线路，一方面，线路铺设成本昂贵，浪费了大量的人力和物力；同时，线路维修受制因素多，实施操作非常困难。而太阳能交通指挥灯是一种新的选择，因为它不仅在铺设线路和维修方面节省了人力物力，在节能、环保、自动化程度高方面也占有很大的优势。因此，具有自动控制功能的太阳能校区交通灯的应用将变的更加广泛。
太阳能交通指挥灯一般由太阳能电池、充放电控制、蓄电池、单片机以及交通灯构成，太阳能交通灯充放电的原理是利用太阳能电池光生伏特效应。白天太阳能光子能量被吸收，太阳能转化为电能，电能通过控制器储存在蓄电池中；当在交通灯工作时间时，控制器控制存储在蓄电池里电能向负载供电，当超过规定的时间时停止供电。
1.2 课题研究国内外现状及分析
美国智能交通系统是最早的研究。1991美国的智能运输系统协会的成立，主要目的是帮助和促进政府与私营企业的智能交通系统的发展，从而促进美国智能交通系统的研究的发展。
中国交通运输的发展起步较晚，自五十年代起，一些大城市和发展城市的交通信号灯为涂色白炽灯。九十年代初，LED灯受到推广。交通信号控制为了适应城市建设地不断发展，由简单三色指示信号发展为动态立体的指挥模式。交通灯在飞速发展的同时，巨大耗电量对当时用电紧张局面也产生了巨大的压力。而太阳能交通灯利用太阳能作为光源，不仅节省了资源，对环境保护也起到了重要的作用。
在远离城镇的偏远地区，为了维护或修理的常规发电，输电，交通灯及其他设备成本都很高，而太阳能交通指挥灯弥补了这方面的缺陷。在目前太阳能电池组件生产技术的支持下,太阳能电池组件可以长达25年的发电，并保证10年以上性能不下降。太阳能交通信号灯成为所有交通的一个美丽的风景，给我们无穷活力和广阔前景。
1.3 课题主要研究内容
本系统主要以太阳能作为能量源，带有充放电管理和校区交通指挥灯控制软件。系统主要完成电能收集与存储管理、校区安全交通指挥、控制器PCB设计和控制器的工艺实现模块的设计任务。
系统主要实现以下功能：
1）所设计的系统必须具备电池过充保护、过放保护
2）系统应能满足以下基本要求：
LED为红黄绿三路三色灯，平均功率小于5W，12V供电系统。当地日均有效光照以4h计算，每日放电时间10小时，（以晨7点－—晚5点为例）
3）交通指挥灯具体要求：
设指挥灯工作期：7：:00—8:10, 11:50—12:40， 16:00——17:00
通行响应时间60S, 通行时间60S ，工作期通行时段内为交通灯呈红色，工作期其他时段交通灯呈黄灯闪烁。
4）设计全套智能化控制器软件系统
5）建立整套硬件系统基础上，完成全套控制试验
论文共分七各章节，全文的组织结构如下：
第一章：绪论
第二章：系统硬件设计
第三章：系统软件设计
第四章：系统的仿真与调试
第五章：总结
1.4 本章小结
本章主要介绍了太阳能校区交通灯研究的目的和意义、课题研究国内现状分析以及研究课题所用到的原理和需要实现的功能。
2.系统硬件设计
2.1 系统总体设计方案
本章节是关于太阳能校区交通灯的硬件设计，硬件设计是整个系统的基础部分，电路都是根据硬件编写的程序以实体的形式被制造出来。为了给后续的软件编写和调试做好准备，要先了解各个模块之间的关系并设计好系统的硬件。
太阳能校区交通灯整个系统分由太阳能电池板、蓄电池、单片机、充电和放电控制、LED路灯负载及LED指示灯显示六大部分组成，图2-1为系统总体设计框图，如图所示。
2.2 电源电路设计
2.2.1太阳能供电系统介绍
太阳能是最直接最广泛、最干净的绿色无污染的能源，是可再生和可持续的。交通灯利用太阳能供电，不仅降低了电能消耗，而且节省了电路铺设成本。太阳能供电系统具有寿命长、高性能、不间断供电、不需职守、不受地理环境影响、直流无干扰电源等特点。
2.2.2太阳能电池板的功率
由于技术和材料原因，在太阳能电池的实际应用中太阳能电池组件由许多单一电池经过串联和并联组成。太阳能电池板的功率计算如下：
LED交通灯按每天放电10小时计算，则交通灯每天的耗电瓦时数为7W×10h=70wh。
日耗电与日储能应该要总体保持平衡，按照平均每日有效光照为4小时计算，再加上充电过程中的损耗（按70%计算），太阳能电池板功率约为70wh÷70%÷4=25w。
2.3 MCS-52单片机最小系统电路
MCS-52子系列主要有8032、8052、8752三种机型。52子系列与51子系列的不同之处在于：片内程序存储器增至8KB（8032无），片内数据存储器增至256个字节，有6个中断源，3个定时/计数器。其余性能均与51子系列相同。
如图2-2所示为单片机最小系统原理图，单片机的最小系统是由电源、复位、晶振组成。
图2-2 单片机最小系统原理图
MCS-52单片机主要有以下几个引脚，其功能如表2-1所示。
摘要
太阳能校区交通指挥灯由太阳能电池、蓄电池、充放电控制、单片机以及交通灯构成，白天太阳能电池吸收太阳能光子能量产生电能，通过控制器储存入蓄电池；当遇到阴天或低照度状态下，蓄电池通过控制器向交通灯供电。系统具有智能化自动控制的功能。
本文介绍了利用太阳能电池进行供电，以单片机为控制核心的校区交通灯系统。本系统主要由MCS-52单片机最小系统、稳压器、电压检测电路、锁存器控制数码管电路、测试按键、LED指示电路等构成。设计工程中利用了“Keil uVision4”软件进行系统的仿真并使用DXP软件设计PCB工程图，构成一个具有智能、实用且稳定的太阳能校区交通灯控制系统。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:自动控制器太阳能蓄电池单片机KeiluVision4
目 录
1.绪论 1
1.1 课题研究目的和意义 1
1.2 课题研究国内外现状及分析 1
1.3 课题主要研究内容 2
1.4 本章小结 2
2.系统硬件设计 3
2.1 系统总体设计方案 3
2.2 电源电路设计 3
2.3 MCS-52单片机最小系统电路 4
2.4 稳压电路设计 5
2.5 电压检测电路 6
2.6 锁存器控制数码管电路 10
2.7 测试按键电路 12
2.8 LED交通信号灯 12
2.9 本章小结 14
3．系统软件设计 15
3.1 定时处理模块 16
3.2电压A/D转换模块 18
3.3锁存器控制显示数码管模块 18
3.4 测试按键检测模块 19
3.5 充放电控制模块 20
3.6 LED指示灯控制模块 21
3.7 本章小结 22
4．系统的仿真与调试 23
4.1 Proteus和Keil uVision4软件的介绍 23
4.2仿真与调试过程 23
4.3 调试结果 25
4.4 问题及解决方案 26
4.5 本章小结 26
5.总结 27
参考文献 28
致谢 29
附录 30
附录一 系统电路原理图 30
附录二 元器件清单 31
附录三 PCB工程图 31
附录四 电路实物图 32
附录五 系统程序代码 33
1.绪论
1.1 课题研究目的和意义
校区交通灯是一种重要的工具，它加强了学生在上学与放学高峰期道路交通管理，指挥行人与车辆有秩序的通行，降低交通事故发生的概率。传统的交通灯需要长长的供电和控制线路，一方面，线路铺设成本昂贵，浪费了大量的人力和物力；同时，线路维修受制因素多，实施操作非常困难。而太阳能交通指挥灯是一种新的选择，因为它不仅在铺设线路和维修方面节省了人力物力，在节能、环保、自动化程度高方面也占有很大的优势。因此，具有自动控制功能的太阳能校区交通灯的应用将变的更加广泛。
太阳能交通指挥灯一般由太阳能电池、充放电控制、蓄电池、单片机以及交通灯构成，太阳能交通灯充放电的原理是利用太阳能电池光生伏特效应。白天太阳能光子能量被吸收，太阳能转化为电能，电能通过控制器储存在蓄电池中；当在交通灯工作时间时，控制器控制存储在蓄电池里电能向负载供电，当超过规定的时间时停止供电。
1.2 课题研究国内外现状及分析
美国智能交通系统是最早的研究。1991美国的智能运输系统协会的成立，主要目的是帮助和促进政府与私营企业的智能交通系统的发展，从而促进美国智能交通系统的研究的发展。
中国交通运输的发展起步较晚，自五十年代起，一些大城市和发展城市的交通信号灯为涂色白炽灯。九十年代初，LED灯受到推广。交通信号控制为了适应城市建设地不断发展，由简单三色指示信号发展为动态立体的指挥模式。交通灯在飞速发展的同时，巨大耗电量对当时用电紧张局面也产生了巨大的压力。而太阳能交通灯利用太阳能作为光源，不仅节省了资源，对环境保护也起到了重要的作用。
在远离城镇的偏远地区，为了维护或修理的常规发电，输电，交通灯及其他设备成本都很高，而太阳能交通指挥灯弥补了这方面的缺陷。在目前太阳能电池组件生产技术的支持下,太阳能电池组件可以长达25年的发电，并保证10年以上性能不下降。太阳能交通信号灯成为所有交通的一个美丽的风景，给我们无穷活力和广阔前景。
1.3 课题主要研究内容
本系统主要以太阳能作为能量源，带有充放电管理和校区交通指挥灯控制软件。系统主要完成电能收集与存储管理、校区安全交通指挥、控制器PCB设计和控制器的工艺实现模块的设计任务。
系统主要实现以下功能：
1）所设计的系统必须具备电池过充保护、过放保护
2）系统应能满足以下基本要求：
LED为红黄绿三路三色灯，平均功率小于5W，12V供电系统。当地日均有效光照以4h计算，每日放电时间10小时，（以晨7点－—晚5点为例）
3）交通指挥灯具体要求：
设指挥灯工作期：7：:00—8:10, 11:50—12:40， 16:00——17:00
通行响应时间60S, 通行时间60S ，工作期通行时段内为交通灯呈红色，工作期其他时段交通灯呈黄灯闪烁。
4）设计全套智能化控制器软件系统
5）建立整套硬件系统基础上，完成全套控制试验
论文共分七各章节，全文的组织结构如下：
第一章：绪论
第二章：系统硬件设计
第三章：系统软件设计
第四章：系统的仿真与调试
第五章：总结
1.4 本章小结
本章主要介绍了太阳能校区交通灯研究的目的和意义、课题研究国内现状分析以及研究课题所用到的原理和需要实现的功能。
2.系统硬件设计
2.1 系统总体设计方案
本章节是关于太阳能校区交通灯的硬件设计，硬件设计是整个系统的基础部分，电路都是根据硬件编写的程序以实体的形式被制造出来。为了给后续的软件编写和调试做好准备，要先了解各个模块之间的关系并设计好系统的硬件。
太阳能校区交通灯整个系统分由太阳能电池板、蓄电池、单片机、充电和放电控制、LED路灯负载及LED指示灯显示六大部分组成，图2-1为系统总体设计框图，如图所示。
2.2 电源电路设计
2.2.1太阳能供电系统介绍
太阳能是最直接最广泛、最干净的绿色无污染的能源，是可再生和可持续的。交通灯利用太阳能供电，不仅降低了电能消耗，而且节省了电路铺设成本。太阳能供电系统具有寿命长、高性能、不间断供电、不需职守、不受地理环境影响、直流无干扰电源等特点。
2.2.2太阳能电池板的功率
由于技术和材料原因，在太阳能电池的实际应用中太阳能电池组件由许多单一电池经过串联和并联组成。太阳能电池板的功率计算如下：
LED交通灯按每天放电10小时计算，则交通灯每天的耗电瓦时数为7W×10h=70wh。
日耗电与日储能应该要总体保持平衡，按照平均每日有效光照为4小时计算，再加上充电过程中的损耗（按70%计算），太阳能电池板功率约为70wh÷70%÷4=25w。
2.3 MCS-52单片机最小系统电路
MCS-52子系列主要有8032、8052、8752三种机型。52子系列与51子系列的不同之处在于：片内程序存储器增至8KB（8032无），片内数据存储器增至256个字节，有6个中断源，3个定时/计数器。其余性能均与51子系列相同。
如图2-2所示为单片机最小系统原理图，单片机的最小系统是由电源、复位、晶振组成。
图2-2 单片机最小系统原理图
MCS-52单片机主要有以下几个引脚，其功能如表2-1所示。
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