在LED路灯控制系统中常需要定时控制,而其中定时器的设计至关重要。通过对比,本文采用DS1302这款高性能、低功耗的RTC时钟芯片。本设计中介绍了整套定时器系统的结构,给出了Attiny13和DS1302接口电路以及软件程序,同时对DS1302烧写实时时间的模块进行软硬件部分的设计。整套系统通过LED路灯的定时开关和分时PWM调光达到节能的目的。
4 时间烧写模块软硬件设计
考虑到实际使用中,在LED路灯系统里定时器是批量使用,为了保证调光的同步性一致,因此实际生产过程中每个定时器各自的初始时间必须各不相同,但和实时时间必须保持一致。
整个模块实现的功能是将PC的当前时间保存到烧写模块中并可实现走时,显示到LCD屏幕上,按下按钮,可将当前动态时间发送给定时器,并反馈到LCD屏幕上。
4.1 时间烧写模块硬件设计
时间烧写模块的结构图如图4所示。
图4 时间烧写模块结构图
其中核心MCU为8位AVR单片机Atmega16,Atmega16通过串口和PC通讯,和DS1302通过3线SPI连接。用户通过操作PC上的界面,将PC当前的时间通过Atmega16赋予内部DS1302并保存于其中,用户可以通过LCD屏幕看到内部DS1302的时间正常。至此时间烧写模块已将实时时间保存至其中。
接下来用户只需操作时间烧写模块即可实现功能。通过按键,用户可将当前时间发送给定时器,同时将定时器时间显示在LCD上。这样保证每个定时器之间时间的同步性,均与PC的系统时间保持一致。
4.2 时间烧写模块软件设计
在软件上的设计主要是Atmega16单片机上的程序编写,在ICCAVR环境下编写调试。整个程序完成的工作是流程图如图5所示。
程序工作流程如下:
1)整个程序采用模块化编程思路,编写4个头文件:延时函数,LCD12864操作函数,DS1302读写函数,UART串口读写函数;
2)主程序,Atmega13端口配置函数,串行接收中断服务函数,外部中断服务函数;
3)功能1:实现通过串口将时间数据写入内部DS1302,显示在LCD上;
4)功能2:通过按键将内部DS1302时间数据发送给外部定时器中的DS1302,显示在LCD上。
图5 时间烧写模块程序流程图
4.3 时间烧写模块人机界面设计
如图6所示,是使用VB编写的PC端系统人机界面程序。
图6 时间烧写模块人机界面图
1)采用Timer控件读取系统时间,将时分秒数据取出显示在对应的Hour,Minute,Second框内;2)采用MSComm控件实现串口通讯,设置端口、波特率等项目,以十六进制形式发送时分秒数据,并将返回值显示在ReturnedTime框内。用户可在上面看到PC系统时钟,选择合适的串口参数,点击“OpenPort”,显示“OK”说明成功打开串口。点击“SendTime”发送,这样就将PC的当前时间成功写入时间烧写模块。
5 实地调试
实验室中按照图1连接,实物图如图7所示。
图7 实验室测试实物图
设计一个调光方案进行实地调试。在定时器软件设计中,在程序的宏定义中定制3个时间点为18∶00、0∶00和6∶00,调光占空比为50%。在主函数的if语句中仅仅对小时位进行判断并动作。对应的调光时间段:6∶00~18∶00关灯,18∶00~0∶00开灯(100%),0∶00~6∶00开灯(50%)。
先将编写好的程序写入定时器中,再将计算机的系统时间写入时间烧写模块并能实现自主走时,最后通过时间烧写模块将实时时间写入定时器。
经过1个月的观察,LED灯每天傍晚18∶00开灯,到午夜0∶00PWM调光50%占空比,凌晨6∶00关灯,能够完全实现该功能,时间误差在1s以内。
目前已将定时器集成进LED驱动电源中,在路灯上进行实地使用中,观测下来目前效果良好。
6 总结
整套定时器系统通过将PC的当前时间赋给DS1302,解决了批量生产定时器过程中对其初始时间的赋值误差问题,并能够在以后的使用中修正时间,使得传统定时器使用过程中引起的不同步问题得到解决,使LED路灯定时控制保持同步。另外其较低的成本也在路灯大批量使用中具有一定的优势。
对于LED而言,由于其极易调光的特性,使得我们可以对LED路灯进行灵活的调光。例如在每天固定时间开关路灯,在车流量大的时段提高光输出,深夜车流量小的时段可以降低光输出。这样既节省了人力资源的浪费,又达到节约能源的目的在实际使用中,用户可根据不同的情况,对定时器的内部程序进行灵活自由的修改,如添加不同的调光时间节点和PWM调光不同的占空比,甚至可以加入光敏元件检测外界光照度实现实时自动调光等等,均具有较高的实用价值。
编辑:Cedar
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