基于FPGA的路灯控制系统_万飞

基于单片机控制的智能路灯控制系统设计一、本文概述随着科技的不断进步和城市化进程的加速，城市照明系统作为城市基础设施的重要组成部分，其智能化改造已成为提升城市管理水平和节能减排的重要措施。

智能路灯控制系统作为城市照明系统的核心，其设计和实现对于提高路灯的运行效率、降低能耗、增强城市照明的智能化水平具有重要意义。

本文旨在探讨基于单片机控制的智能路灯控制系统的设计方法和实现策略。

本文将介绍智能路灯控制系统的基本概念和功能需求，阐述其在城市照明中的作用和意义。

将详细分析单片机控制系统的工作原理及其在智能路灯控制中的应用，包括单片机的选型、外围设备的选择、控制算法的设计等关键技术问题。

接着，本文将重点介绍智能路灯控制系统的设计流程，包括硬件设计、软件编程、系统测试等环节，并结合实际案例，展示该系统在实际应用中的效果和优势。

本文将对智能路灯控制系统的发展趋势进行展望，探讨未来可能的技术革新和应用拓展。

通过本文的研究和分析，期望能够为相关领域的工程技术人员和研究人员提供有益的参考和启示，推动智能路灯控制系统的发展，为建设更加智能、节能、环保的城市照明系统贡献力量。

二、智能路灯控制系统总体设计本节将详细介绍基于单片机控制的智能路灯控制系统的总体设计。

该系统设计旨在实现路灯的智能化管理，提高能源利用效率，同时确保道路照明质量。

能效优化：通过精确控制路灯的开关和亮度，减少能源浪费，实现节能减排。

单片机控制单元：作为系统的核心，负责处理传感器数据，控制路灯的开关和亮度。

传感器单元：包括光强传感器和运动传感器，用于检测环境光线强度和行人车辆流动情况。

单片机根据传感器数据，通过预设的控制算法，决定路灯的开关和亮度。

通信协议：采用稳定可靠的通信协议，确保数据传输的实时性和安全性。

三、单片机控制模块设计单片机控制模块是整个智能路灯控制系统的核心部分，负责接收传感器信号、执行控制逻辑、以及驱动路灯的开关。

在本设计中，我们采用了广泛应用的STC89C52单片机作为核心控制器。

基于FPGA的交通灯控制系统设计【摘要】以可编程逻辑器件（FPGA）为载体，采用状态机的设计思想对十字路口交通灯的状态及其相互转移关系的描述，运用时序和组合逻辑等进程描述硬件模块间的逻辑关系，用Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language（简称VHDL）编程实现了十字路口交通的控制。

经波形仿真，并下载到EPIC3T144C8芯片进行了硬件调试，达到了设定的功能仿真，整个程序设计思路清晰，硬件电路简单，实现过程灵活。

【关键词】FPGA；状态机；交通灯；VHDL1.引言目前在教学中运用软件实现交通灯的控制可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。

但是这些方法在进行功能修改及调试时，都涉及硬件电路的调整，在一定程度上增加了工作的难度，另外对初学者而言，设计程序也有一定困难，采用可编程逻辑器件FPGA，应用状态机来设计控制系统的控制功能，可根据实际情况对灯亮时间进行自由调整，整个系统通过QuartusⅡ9.0软件平台进行了仿真，同时下载到EP1C3T144C8中进行调试，验证了交通信号灯控制电路预定的功能。

采取状态机进行控制，学生容易接受。

对初学者而言，有一定的指导意义。

利用状态机设计一般步骤：首先将行为状态转换成符号状态，接着将符号状态转换成真值表，利用真值表列出状态转换的组合逻辑、时序逻辑关系，编写程序、芯片选择、引脚锁定和下载调试。

2.交通灯行为分析任何模型和控制对象建立，均要找出运行规律，将行为语言转换为数字符号，以便于控制。

下面以十字路口双向六车道为例介绍交通灯的控制情况，东西方向交通流直行即东西方向交通流左转，南北方向交通流直行，南北方向交通流左转，所有右转方向交通流不予控制。

交通灯控制示意图如图1所示。

图1 双向六车道的示意图根据交通运行规则，在十字路口双向六车道中有下列6种循环的工作状态，顺序为，顺序为：S0→S1→S2→S3→S4→S5。

www�ele169�com | 15电子电路设计与方案0 引言随着时代的飞速发展，科学技术正走进千家万户，深刻地影响和改变着人们的日常生活。

在电灯泡问世之前，人们只能靠点着蜡烛或者煤油灯在漆黑的夜晚工作。

当电灯泡广泛应用于照明时，人们在夜间工作、娱乐和出行等各种活动变得更为便利。

近年来，LED 照明技术开始广泛地应用于居家生活中，其发光效率和使用寿命远大于传统的白炽灯，在工作过程中只产生少量的热量，因而可以节省很多电能。

传统的楼道灯一般为白炽灯泡，且其控制系统结构较为简单，一般采用开关直接控制灯的明灭。

这种楼道灯不仅十分耗电，而且在夜间使用起来也不方便。

楼道感应灯在此基础上增加了感应系统，最常见的是声控和光控，即通过感知外界的声音和光线强度来控制灯的明灭，以实现在夜间有人走近时使相应的楼道灯亮起。

这种设计也存在很大的局限性，比如声音较小无法触发感应系统工作，或者声音太大使几层楼的楼道灯都亮起，以及外界的噪音也会对感应系统的判断造成影响。

为了解决传统楼道灯控制系统存在的种种问题，本文基于现场可编程门阵列（FPGA）CycloneV 系列芯片设计了一种LED 楼道感应灯控制系统。

FPGA 作为一种半定制的专用集成电路，其内部有大量的逻辑块和布线资源可以使用，适合大规模集成系统设计。

通过硬件描述语言可以完成电路设计，再使用EDA 工具进行综合和布局并烧录进FPGA 芯片，设计方便且易于修改。

1 系统的总体结构与功能本文所设计的LED 楼道感应灯控制系统的总体组成结构包括感应控制模块、红外感应模块、光感模块、烟雾报警模块、开关模块、LED 照明灯模块等。

假设一栋楼有六层，其中一个单元的每层楼有一个住户，每个住户门口有一个LED 感应灯，每个灯有一个开关。

红外感应探测器分布在住户门口和层与层之间的楼道处，各有6个。

当天色变暗，光线变弱到某一临界值时，光感模块触发，此时红外感应信号有效。

当住户门口的红外感应器检测到有人通过时，该楼层的LED 灯被点亮。

基于单片机的路灯控制系统设计--毕业论文基于单片机的路灯控制系统设计--毕业论文xx学院毕业设计xx学院毕业设计题目基于单片机的路灯控制系统设计学院工学院专业电气工程及其自动化班级学生xx 学号xx 指导教师xx xx 二〇一七年五月十六日- 2 - xx学院毕业设计摘要随着科学技术的日益发展，在日常生活中人们对于路灯控制系统的要求越来越高。

针对人们的需求功耗大，功能单一的系统已不再满足人们的需求。

本设计针对上述问题提出了一种新型的路灯系统，可以解决人们的需求。

本设计主要包括硬件系统设计和软件系统设计。

其系统硬件是由AT89S52单片机，时钟芯片DS1302，驻极体话筒，LCD1602和光敏电阻等为核心的的路灯低功耗智能控制装置构成。

软件部分是以Keil、Proteus等软件为载体，使用C语言对程序进行编写。

单片机根据光敏电阻和人体红外感应模块对路边状况的检测和时钟芯片DS1302设置时间来控制电压比较器实现LED路灯亮度的自动调节，通过LCD显示时间和光感度，通过光敏电阻实现故障检测，当路灯出现故障时，蜂鸣器会自动进行报警。

通过仿真及实物制作、调试，验证了本设计内容的可行性，为进一步研发推广提供了一定的数据参考。

关键词：单片机；传感器；路灯控制ABSTRACT With the development of the technology, the application of streetlight control system is playing an increasingly important role in our daily life.Demand for people s needs, a single function of the system is no longer meet people s needs. The design of the above mentioned a new type of street lamp system, can solve people s needs. The design includes hardware system design and software system design.The hardware system includes the single chip of AT89S52, the clock chip 1302, Analog-to-Digital Converter and photosensitive resistor .The software system is based on Keil, Proteus and other software as the carrier, the use of C language to write the program.Single-chip according to the photosensitive resistor and infrared pyroelectric sensor on the roadside detection and clock chip DS1302 set the time to control the A / D conversion chip to achieve automatic adjustment of LED street light brightness. Through the LCD display time and light sensitivity, through the photosensitive resistor to achieve fault detection, when the street lights break down, the buzzer willautomatically alarm. Through the simulation and production, debugging, verify the feasibility of the design content, to further research and development to provide a certain data reference. Key words：MCU; transducer; Street light control 目录摘要I ABSTRACTII 1 前言1 1.1 研究背景与意义1 1.2 国内外研究现状1 1.3 本设计研究的主要内容2 2 系统总体设计方案3 2.1 硬件部分设计方案3 2.2 软件部分设计方案4 3 硬件部分设计5 3.1 单片机最小系统5 3.2 光线检测电路6 3.2.1 双电压比较器6 3.2.2 光敏电阻6 3.3 报警电路7 3.4 人体红外感应模块电路8 3.5 声音检测电路8 3.6 时钟电路9 4 软件部分设计10 4.1 软件介绍10 4.1.1 Proteus软件10 4.1.2 keil软件10 4.2 主程序设计12 4.3 子程序设计13 4.3.1 人体检测子程序13 4.3.2 时钟子程序13 4.3.3 报警子程序14 4.3.4 光线检测子程序15 4.3.5 中断子程序16 5 系统仿真与调试17 5.1 系统电路仿真17 5.2 PCB设计17 5.2.1 PCB介绍17 5.2.2 PCB设计实现18 5.3 电路板制作19 5.3.1 印制板和元器件检查及安装19 5.3.2 电路板的焊接及检查19 5.4 系统调试20 6 结论25 参考文献26 致谢27 附录1 原理图28 附录2 PCB图29 附录3 实物图30 附录4 元器件清单31 附录5 部分程序32 - 27 - 1 前言 1.1 研究背景与意义现如今中国的能源需求越来越多，但能源数量却很少，供不应求，特别是中国人口基数比较大，在此情况下节约能源是国家应该关注的内容，因此解决全国路灯的节能问题变得很重要。

摘要本设计应用数字电子技术的逻辑器件设计电路原理图以及编写VHDL语言来进行分析也编写，并在QUATURS II软件上实现编译，调试，波形仿真与分析，以及下载到FPGA上运行,实现彩灯功能，并能自由控制彩灯循环点亮的快慢，从而实现出现实中彩灯的原理。

最终完成的是灯光装饰中的彩灯循环点亮，数字计数以及频率调节等功能的设计。

通过本实训，能够初步学会与理解QUATURS II 软件与FPGA芯片的综合运用，还能有效地了解与实现现在生活中用到的与看到的，更深入地了解理论与生活的联系，从而更能了解社会，寻求发展方向。

利用控制电路可使彩灯按一定的规律不断的改变状态，不仅可以获得良好的观赏效果，而且可以省电。

循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门。

通过程序调试及运行仿真，结果表明，本程序可以完成：8个灯的循环、8个灯的可控制循环以及8个灯的不同花样的循环。

本设计对更高层次的电子自动循环彩灯设计具有一定的拓展性。

关键词：VHDL；彩灯控制；QUATURS II软件；FPGA芯片目录引言 (1)第一章功能及要求 (2)1.1设计目的 (2)1.2 设计要求 (2)第二章设计方案................................... 错误！未定义书签。

2.1PLC技术电子彩灯自动循环设计 (2)2.2EDA的电子自动循环彩灯设计方案 (3)第三章 EDA技术 (4)3．1EDA的概念 (4)3.2EDA的发展历程 (4)3.4EDA技术的应用发展 (5)第四章 VHDL语言 (7)4．1VHDL的结构 (7)4．1．1 实体 (7)4．1．2 结构体 (7)4．1．3 库 (8)4.2VHDL的基本语句 (8)4．2．1 顺序语句 (8)4．2．2 并行语句 (9)第五章自动循环彩灯的设计 (12)第六章波形仿真、下载、测试 (18)6.1下载与测试 (18)6.2仿真波形 (18)总结 (23)致谢 (24)参考文献 (25)引言生活中小型的彩灯多为采用霓虹灯管做成各种各样和多种色彩的灯管，或是以日光灯、白炽灯作为光源，另配大型广告语、宣传画来达到效果。

数字系统课程设计基于FPGA的交通控制灯设计姓名：学号：班级：摘要随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素。

人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题当然也日益重要。

因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。

有了交通灯，人们的安全出行也有了很大的保障。

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。

尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可或缺的工具和手段，这些都为交通灯控制系统的设计提供了一定的技术基础。

本课程设计运用erilog HDL语言描述交通控制器，通过状态机计数法，实现设计所要求的交通灯控制及时间显示，并最后进行了软件实现，达到了系统要求的功能。

设计原理设计要求设计一个交通控制器，用LED 显示灯表示交通状态，并以7段数码显示器显示当前状态剩余秒数 主干道绿灯亮时，支干道红灯亮；反之亦然，二者交替允许通行，主干道每次放行35s ，支干道每次放行25s 。

每次由绿灯变为红灯的过程中，亮光的黄灯作为过渡，黄灯的时间为5s 。

能进行特殊状态显示，特殊状态时东西、南北路口均显示红灯状态。

用LED 灯显示倒计时，并且能实现总体清零功能，计数器由初始状态开始计数，对应状态的显示灯亮。

能实现特殊状态的功能显示， 设计思路和原理本次设计是针对十字路口，进行南北和东西直行情况下交通灯控制。

设定东西方向为主干道方向，根据交通灯的亮的规则，在初始状态下四个方向的都为红灯亮启，进入正常工作状态后，当主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮，持续35S 后，主干道和支干道上的黄灯都亮启，持续5S 后，主干道上红灯亮启，支干道上绿灯亮启持续25S ，之后主干道和支干道上的黄灯都亮启5s ，一个循环完成。

循环往复的直行这个过程。

基于ZigBee的路灯控制系统近年来，随着城市发展速度加快、人口增长率不断上升，以及城市规模的不断扩大，城市智能化已成为解决城市管理和发展的重要手段。

其中，路灯控制系统的智能化是城市建设和改善交通安全的重要组成部分，为此基于ZigBee技术的路灯控制系统应运而生。

本文将详细介绍基于ZigBee的路灯控制系统。

一、ZigBee技术概述ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信技术，该技术具有低功耗、低速率、低数据量传输、低延迟等特点。

ZigBee技术可以将多个节点链接成一个网络，并实现节点间的数据传输，从而建立了广泛的应用场景。

ZigBee的无线控制技术，可以控制智能家居、智能城市、智能工厂等方面，ZigBee技术在智能家居、智慧城市和物联网等领域得到了广泛应用。

二、基于ZigBee的路灯控制系统基于ZigBee的路灯控制系统是一种智能化的路灯控制系统，实现了对路灯的远程无线控制。

该系统以ZigBee协议为基础，通过传感器接收光线变化、温度、湿度等数据信号，并通过物联网的技术与控制中心相连通，在实现对给定时段路灯的开启、关闭、亮度调节等控制功能。

基于ZigBee的路灯控制系统由节点、协调器和中心控制三个部分组成。

其中，节点由无线ZigBee模块、温湿度传感器、光照传感器、LED灯等组成。

三、基于ZigBee的路灯控制系统的工作原理（1）路灯节点的工作原理路灯节点由无线ZigBee模块、温湿度传感器、光照传感器、LED灯等各个部分组成，当节点上的光照传感器检测到光强度低于阈值时，会向协调器发送信号，告知其需要打开灯光。

相反，当光照传感器检测到光强度高于阈值时，则会向协调器发送信号，告知其需要关闭灯光。

（2）协调器的工作原理协调器由无线ZigBee模块、处理器等组成，在系统中充当着路灯节点与中心控制器之间的桥梁，实现节点之间的数据传输以及与中心控制器之间的通信。

协调器负责处理节点发送的数据，将其发送给中心控制器，并接受来自中心控制器的指令，将其传输到对应的路灯节点进行控制。

基于FPGA的交通灯控制电路设计本文介绍了一种基于FPGA的交通灯控制电路设计。

交通灯控制是城市交通管理的一个重要部分，它有助于维护交通秩序，减少交通事故，提高交通效率。

在本电路设计中，我们使用FPGA作为主控制器，并通过数码管、按钮和LED模块与外部交互。

同时，我们还采用了状态机设计方法，以实现灵活的控制逻辑和连续的动态过渡。

首先介绍了本电路设计的硬件设计。

在本设计中，我们使用了FPGA作为主控制器，数码管用于显示当前状态，按钮用于进行手动控制，LED模块用于显示当前灯颜色。

在硬件设计中，我们通过适当的寄存器和时钟模块，实现了稳定的时序控制和同步操作。

接着，我们介绍了本电路设计的软件设计。

在软件设计中，我们采用了状态机设计方法，将交通控制逻辑分为多个状态，通过状态间的转移完成交通灯的切换控制。

具体地，我们将交通灯控制状态划分为三种：绿灯、黄灯和红灯。

在每种状态下，我们通过计数器和状态转移条件来实现精确的时间控制和灯颜色的自动切换。

同时，为了提高控制的灵活性，我们设计了手动控制模式，让用户可以通过按钮手动切换交通灯状态。

最后，我们介绍了本电路设计的实现结果。

在实现过程中，我们使用了Quartus II软件进行综合、布局和验证，并将设计的电路下载到FPGA开发板上进行实验。

实验结果表明，本交通灯控制电路设计实现了稳定、灵活和精确的交通控制，能够满足不同的交通道路需求。

综上所述，本文介绍了一种基于FPGA的交通灯控制电路设计，通过硬件和软件设计，实现了稳定、灵活和精确的交通控制。

该设计可以为城市交通管理提供帮助，为交通事故和交通拥堵的缓解做出贡献。