基于51單片機智能光控節(jié)能燈的設(shè)計畢業(yè)論文(設(shè)計)

1、 編號: 畢業(yè)論文(設(shè)計)題 目 基于51單片機智能光控節(jié)能燈的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計

2、（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)

3、校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告書2013年1月14日院（系）機電工程系專 業(yè)自動化姓 名學(xué) 號論文（設(shè)計）題目 基于51單片機智能光控節(jié)能燈的設(shè)計一、選題目的和意義隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已經(jīng)不僅僅局限于街道的照明，而更是發(fā)展成為了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。

4、本系統(tǒng)采用51單片機和相關(guān)的光電檢測設(shè)備來設(shè)計智能光控路燈控制器，利用單片機可編程控制八位邏輯i/o端口實現(xiàn)路燈的智能化，達到節(jié)能、自動控制的目的,避免了傳統(tǒng)電路對能源的浪費，且路燈的自動控制更方便了工作人員的管理。而且所用的路燈采用led燈，眾所周知，led是目前最為節(jié)能的發(fā)光元件，通過采用led發(fā)光可以節(jié)省大量的電能，因此，智能光控節(jié)能路燈必將在未來得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計方案采用光線強度、時間以及道路車流量的三重模式控制，在很大程度上做到了“隨需而控”，同時符合了當(dāng)今社會所倡導(dǎo)的節(jié)約型、可持續(xù)性發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，因而擁有良好的可行性和具有很大的實用價值。二、本選題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 當(dāng)

5、前，全球的環(huán)境在日益惡化，各國都在發(fā)展清潔能源。而隨著國民經(jīng)濟的高速增長，我國能源供需矛盾日漸突出，電力供應(yīng)開始存在著嚴(yán)重短缺的局面，節(jié)能是所急需解決的問題。城市路燈照明的現(xiàn)狀普遍存許多的問題，如浪費太大、光源污染等等。因此，led智能路燈將成為道路照明節(jié)能改造的最佳選擇。同時，led照明技術(shù)日趨成熟，大功率led光源已可以滿足一般路燈所需的光通量。中國科技部推出“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用示范城市方案，美國的“下一代照明計劃”，日本的“21世紀(jì)照明計劃”，歐盟的“彩虹計劃”，韓國的“固態(tài)照明計劃”，這無疑都是led照明產(chǎn)品的推廣。綜上所述，未來的智能路燈控制必將向著更安全、更環(huán)保、更節(jié)能、更高

6、效率的方向發(fā)展。三、課題設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計方案：采用at89s52單片機作為核心控制部件，利用時鐘芯片ds1302對路燈進行定時控制，由光敏器件完成環(huán)境光照度的采集與路燈故障的檢測，并通過lcd顯示故障路燈編號，利用光電開關(guān)實現(xiàn)車流量的檢測，根據(jù)環(huán)境光強度、車流量大小自動調(diào)節(jié)路燈亮滅情況，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。路燈的開關(guān)模式為：23點至次日6點為節(jié)能時間段；19點至23點為額定功率運行時間段，路燈在額定功率下全開；其它時間段則根據(jù)道路狀況來控制路燈亮滅。本設(shè)計由主控單元、電源模塊、實時時鐘模塊、lcd顯示模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、路況監(jiān)測模塊、報警模塊、鍵盤模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示：四

7、、計劃進度安排 2012.10.28-2013.1.14 確定設(shè)計（論文）題目，大量查詢資料，完成開題報告；2013.1.15-2013.1.30 查詢相關(guān)資料、進行課題研究，整理資料并細(xì)化設(shè)計方案；2013.2.1-2013.2.28 根據(jù)設(shè)計方案進行論文設(shè)計；2013.4.16-2013.4.30 根據(jù)修改意見進行修改；2013.5.4-2013.5.16 進一步修改設(shè)計（論文）并定稿，準(zhǔn)備答辯。五、主要參考文獻1賀一鳴,王崇貴.智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究j.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010(1).102史兆培城市路燈照明節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢j.中國照明電器，2009(10).53劉德營,張志霞

8、.單片機原理與接口技術(shù)m.中國水利水電出版社,2006.74童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.高等教育出版社,2006.5145325趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊(第2版)m.化學(xué)工業(yè)出版社,2004.45516馬明建.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)m.西安交通大學(xué)出版社,2005.97李東生,張勇,許四毛protel99se電路設(shè)計教程m.電子工業(yè)出版社,2008.3指導(dǎo)教師意見及建議： 簽名： 年 月 日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見： 組長簽名： 年 月 日德州學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表院(系)：機電工程系 專業(yè)： 自動化 2013 年 04月 16日畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于51單片機智能光控節(jié)能燈

9、的設(shè)計學(xué)生姓名王杰學(xué) 號200901702055指導(dǎo)教師姚俊紅職 稱副教授計劃完成時間：2013年5月17日 畢業(yè)論文（設(shè)計）的進度計劃：2012.10.28-2013.1.14 大量查詢資料，完成開題報告；2013.1.15-2013.1.30 查詢相關(guān)資料、進行課題研究，細(xì)化設(shè)計方案；2013.2.1-2013.2.28 根據(jù)設(shè)計方案進行論文設(shè)計；2013.3.1-2013.4.30 根據(jù)修改意見進行修改；2013.5.4-2013.5.18 進一步修改設(shè)計（論文）并定稿，準(zhǔn)備答辯。完成情況：到現(xiàn)在為止，通過查找資料以及很多與所做設(shè)計相關(guān)的知識，我已經(jīng)基本完成整個設(shè)計的全部內(nèi)容，特別是整個

10、設(shè)計的每個模塊設(shè)計，包括單片機控制系統(tǒng)、電源模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、模塊檢測模塊等主要模塊，都進行了仔細(xì)的思考。在繪制電路原理圖的過程中，通過繪制設(shè)計中所需的電路圖，也讓我加深了對模電等電路知識的了解，更讓我了解并熟悉了protel99se軟件的使用方法。指導(dǎo)教師評議（指出優(yōu)點和不足，如有其它建議，可另附頁） 簽 名： 年 月 日備 注：目 錄摘 要11 引言11.1 路燈系統(tǒng)簡介11.2 單片機概述11.3 選題目的和意義31.4 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢32 系統(tǒng)硬件設(shè)計32.1 單片機控制模塊設(shè)計32.2 電源模塊設(shè)計72.3 實時時鐘模塊設(shè)計82.4 物體檢測模塊102.5 環(huán)境明暗

11、檢測模塊設(shè)計112.6 顯示模塊設(shè)計122.7 報警模塊設(shè)計132.8 鍵盤模塊設(shè)計143 系統(tǒng)軟件設(shè)計153.1 系統(tǒng)軟件框圖153.2 整體電路圖16結(jié)論17參考文獻18謝 辭20基于51單片機智能光控節(jié)能燈的設(shè)計王杰（德州學(xué)院機電系，山東德州 253023）摘 要：從節(jié)約能源的角度出發(fā)，提出一個基于51單片機的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。采用at89s52單片機作為核心控制部件，利用時鐘芯片ds1302對路燈進行定時控制，由光敏器件完成環(huán)境光照度的采集與路燈故障的檢測，并通過lcd顯示故障路燈編號，利用光電開關(guān)實現(xiàn)車流量的檢測，根據(jù)環(huán)境光強度、車流量大小自動調(diào)節(jié)路燈亮滅情況，從而實現(xiàn)系統(tǒng)

12、的智能化。采用led路燈，通過恒流源電路進行工作。由于單片機具有集成度高，處理能力強，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，價格低廉的優(yōu)點，因此在自控工程中被廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：at89s52；智能；節(jié)能；1 引言1.1 路燈系統(tǒng)簡介 隨著時代的發(fā)展，能源的供需矛盾日益突出，節(jié)電節(jié)能的要求也越來越迫切，傳統(tǒng)的城市照明系統(tǒng)的問題越來越顯現(xiàn)。對于城市公共照明系統(tǒng)來說，采用智能化的管理系統(tǒng)是實現(xiàn)能源節(jié)約、減少資源浪費、滿足人民生活需求的科學(xué)解決辦法。本課題正是針對這一社會現(xiàn)狀提出的一套智能化解決方案。系統(tǒng)總體設(shè)計方案是以at89s52單片機為中心控制器，由電源、按鍵、實時時鐘、環(huán)境明暗檢測、路況檢測、液晶顯示

13、等電路模塊組成。系統(tǒng)采用了ds1302時鐘芯片計時，通過使用光敏電阻和模數(shù)轉(zhuǎn)換的方式，提供給單片機光線的數(shù)字傳感信號來測環(huán)境明暗程度，由光電開關(guān)對路面車流量進行檢測。由單片機對采集到的時間和環(huán)境明暗程度以及路況信息進行判斷并處理，通過單片機的采集值來控制路燈的開關(guān)和明暗狀況，同時檢測燈的故障（檢測方法與環(huán)境明暗的檢測相同）實時時間和燈的設(shè)定時間、燈的故障信息用液晶lcd1602顯示出來，燈出現(xiàn)故障時（該亮?xí)r卻未亮）進行報警。設(shè)計是由通過光敏電阻外界光信號的強弱以及光電開關(guān)檢測路況來產(chǎn)生電壓信號，再由單片機控制實現(xiàn)路燈的自動啟停。1.2 單片機概述為適應(yīng)社會發(fā)展的需要，微型計算機不斷的更新?lián)Q代，

14、在微型計算機的大家庭中，近年來單片微型計算機異軍突起，發(fā)展極為迅速。單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器，即把中央處理器（cpu）、隨機數(shù)據(jù)存儲器（ram）、只讀存儲器（rom）、定時/計數(shù)器、輸入/輸出電路（i/o口）等電路集成到一塊芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計算機，并具有獨立的指令系統(tǒng)1。單片機不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)出來以前，只具有功能極其強大的超大規(guī)模集成電路，如果再賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微型計算機控制系統(tǒng)。單片機的使用需要用戶了解其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的指令系統(tǒng)以及其他一些集成電路設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論技術(shù)。在特定的程序控制下，就能使該芯片實現(xiàn)特定的

15、功能。單片機經(jīng)過1、2、3、4代的發(fā)展，以達到了32位單片機，是目前單片機的頂級產(chǎn)品，具有極高的運算速度。隨著微電子技術(shù)和集成電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機正朝著高集成度、低功耗、低電壓、多功能方向發(fā)展。單片機控制系統(tǒng)已基本取代了以前復(fù)雜的電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，用軟件來實現(xiàn)產(chǎn)品的智能化?，F(xiàn)在，單片機的控制范疇無所不在，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。單片機的應(yīng)用意義遠不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計理念，向著嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展和在各行各業(yè)的深入應(yīng)用，人們的電子設(shè)備的小型化、智能化的要求也越來越高。在航空航天、機械加

16、工、工程控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，單片機都正在發(fā)生著非常重要的作用。單片機應(yīng)用技術(shù)業(yè)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分重要的高新技術(shù)之一，是電子工程技術(shù)人員必備的知識技能，它能使你設(shè)計出更具智能化和方便的產(chǎn)品2。單片機及其應(yīng)用系統(tǒng)之所以能發(fā)揮著如此重要的作用，歸納起來有如下的原因：（1）單片機具有體積小、功能強、價格低、使用靈活等特點，具有明顯的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。（2）單片機具有獨立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計思想充分表達出來，使產(chǎn)品智能化。（3）系統(tǒng)配置以滿足控制對象的要求出發(fā)點，使得系統(tǒng)具有較高的性價比。（4）應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)（外）rom中，抗干擾能力強，可

17、靠性高，使用方便。（5）單片機本身并不具備開發(fā)能力，一般情況下，需要借助專用的開發(fā)工具在相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境下，進行系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試，但最終形成的產(chǎn)品簡單實用，成本低，效益高。（6）單片機應(yīng)用系統(tǒng)所使用的存儲芯片可選用eprom、eeprom、otp芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量生產(chǎn)和應(yīng)用。大多數(shù)單片機如51系列，開發(fā)芯片和擴展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本。（7）由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強、體積小，便于嵌入被控設(shè)備內(nèi)，大大推動了產(chǎn)品的智能化。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合

18、，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。mcs-51系列單片是眾多單片機中的一種，由于它們都是基于8051內(nèi)核發(fā)展起來的，所以稱51單片機，而本次設(shè)計就是基于51單片機完成的。1.3 選題目的和意義隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已經(jīng)不僅僅局限于街道的照明，而更是發(fā)展成為了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。路燈作為一個城市的照明系統(tǒng)不可分割更無可替代的一部分，在城市照明中發(fā)揮著舉足輕重的作用，而其所依靠的就是路燈自動控制系統(tǒng)。路燈控制方式很多，本系統(tǒng)采用msc-51系列單片機at89s52和相關(guān)的光電檢測設(shè)備來設(shè)計智能光控路燈控制器，利用單片機可編程控制八位邏輯i/o端口實現(xiàn)路燈的智能化，達到節(jié)能、自

19、動控制的目的,避免了傳統(tǒng)電路對能源的浪費，且路燈的自動控制更方便了工作人員的管理3。因此，智能光控節(jié)能路燈必將在未來得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計方案采用光線強度、時間以及道路車流量的三重模式控制，在很大程度上做到了“隨需而控”，不僅僅達到了節(jié)約電能節(jié)約維護費用的要求，而且在節(jié)能的基本要求上達到了設(shè)備使用壽命更長、控制方式靈活多樣和照明質(zhì)量更加柔和的效果。1.4 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢當(dāng)前，全球的環(huán)境在日益惡化，各國都在發(fā)展清潔能源。而隨著國民經(jīng)濟的高速增長，我國能源供需矛盾日漸突出，電力供應(yīng)開始存在著嚴(yán)重短缺的局面，節(jié)能是所急需解決的問題4。城市路燈照明的現(xiàn)狀普遍存在浪費嚴(yán)重的問題。led照明技

20、術(shù)日趨成熟，大功率led光源已可以滿足一般路燈所需的光通量。一般的高壓鈉燈的光通量是100lm/w，常用的大功率led是50-60lm/w，用國外最好的led芯片可以達到80lm/w，發(fā)光效率越高，意味著節(jié)能效果越好，這也是選擇led路燈最重要的指標(biāo)之一5。中國科技部推出“十城萬盞”半導(dǎo)體照明應(yīng)用示范城市方案，美國的“下一代照明計劃”，日本的“21世紀(jì)照明計劃”，歐盟的“彩虹計劃”，韓國的“固態(tài)照明計劃”，這無疑都是led照明產(chǎn)品的推廣，從規(guī)模和力度上加速了led照明產(chǎn)品的升級。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 單片機控制模塊設(shè)計 2.1.1 at89s52概述at89s52是一種低功耗、高性能cmos

21、 8位微控制器，具有8k系統(tǒng)內(nèi)可編程flash存儲器，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32位i/o口線，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，看門狗定時器，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，at89s52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式6。 圖1 at89s52引腳圖如圖1所示為at89s52的引腳圖,各管腳功能如下:vcc：at89s52電源正端輸入，接+5v。vss：電源地端。xtal1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。xtal2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。

22、rst：at89s52的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，at89s51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作。ale/prog：表示地址鎖存器啟用信號。p0：端口0是一個8位漏極開路雙向輸入輸出端口。p0在當(dāng)做i/o用時可以推動8個ls的ttl負(fù)載。p1：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向i/o端口，其輸出緩沖器可以推動4個ls ttl負(fù)載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。p1端口的第二功能如下表1所示：表1 p1端口的第二功能引腳號第二功能p1.0t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出p1.1t2ex（

23、定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5mosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6miso（在系統(tǒng)編程用）p1.7sck（在系統(tǒng)編程用）p2：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向i/o端口，每一個引腳可以推動4個ls的ttl負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。p3：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向i/o端口，同時還具有額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制等功能。p3端口的第二功能如下表2所示：表2 p3端口的第二功能引腳號第二功能p3.0rxd（串行輸入）p3.1txd（串行輸出）p3.2int0（外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.

24、4t0（定時器0外部輸入）p3.5t1（定時器1外部輸入）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）psen：外部程序存儲器選通信號（psen）是外部程序存儲器選通信號。ea/vpp：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h到ffffh的外部程序存儲器讀取指令，ea 必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應(yīng)該接vcc。2.1.2 時鐘電路時鐘電路是計算機的心臟，單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作，它控制著計算機的工作節(jié)奏。51單片機片內(nèi)有一個高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為xtal1，輸出端為xtal2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時鐘電路一起構(gòu)成了單

25、片機的時鐘方式。當(dāng)外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件，這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。當(dāng)其外接晶振，就能構(gòu)成自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。單片機內(nèi)部時鐘電路如圖所示，此電路在上電大約延遲10ms后振蕩器起振,在xtal2引腳產(chǎn)生幅度為3v左右的正弦波時鐘信號，其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 c1,c2的作用有兩個，一是幫助振蕩器起振，二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。c1,c2的典型值為30pf，這時內(nèi)部震蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性比較好。 圖2 時鐘電路2.1.3 復(fù)位電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，除了進入系統(tǒng)正常的初始化之外，由于程序操作錯誤或

26、運行出錯，而使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為了擺脫困境，也需要采取復(fù)位以重新啟動系統(tǒng)。at89s52的復(fù)位輸入引腳rst為at89s52提供了初始化的手段，有了它可以使程序從指定處開始執(zhí)行,即從程序存儲器中的0000h地址單元開始執(zhí)行程序。at89s52的復(fù)位電路是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的，復(fù)位電路通常有上電復(fù)位和按扭復(fù)位兩種方式，本設(shè)計采用的復(fù)位方式是上電與按鈕復(fù)位電路。復(fù)位引腳rst通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲。當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平，單片機復(fù)位。如下圖3所示，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在rst端出現(xiàn)一定時間的高

27、電平，只要高電平時間足夠長，就可以使單片機有效地復(fù)位。除上電自動復(fù)位以外，常常需要人工復(fù)位，將一個按鈕開關(guān)s1并聯(lián)于上電自動復(fù)位電路，按一下開關(guān)，rst端出現(xiàn)一段時間超過兩個機器周期以上的高電平，即使單片機復(fù)位。圖3 復(fù)位電路2.1.4 單片機控制模塊電路設(shè)計在整個系統(tǒng)中，單片機控制電路是整個系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)對其它模塊電路采集到的信號等進行處理和加工，并按照之前設(shè)定好的指令執(zhí)行，并將結(jié)果傳送給相應(yīng)的執(zhí)行電路，從而控制整個系統(tǒng)的正常有序進行。圖4 單片機控制電路單片機控制模塊電路圖如圖4所示，header9為一組排針，其6、7、8和9腳作為單片機程序下載的引出端口，通過此接口可實現(xiàn)單片機的在

28、線編程。其中，rp1、rp2都為阻值為10k的排阻作為上拉電阻，接在p0、p2端口可增加其端口的驅(qū)動能力。由于每個集成芯片要添加一個去耦電容的要求，電容c3作為去耦電容接在vcc和gnd之間，起到穩(wěn)定單片機供電電源的作用，其典型值為0.1uf。2.2 電源模塊設(shè)計2.2.1 lm7805概述三端固定輸出集成穩(wěn)壓器是一種串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器，它將調(diào)整、輸出和反饋取樣等電路集成在一起形成單一元件，只有輸出、輸入和公共接地3個引出端，通過外接少量元器件即可實現(xiàn)穩(wěn)壓，使用非常方便，故稱三端集成穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓器的樣子很像普通的三極管,采用to-220標(biāo)準(zhǔn)封裝，內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出

29、電流可達1a。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。三端穩(wěn)壓器作為一種通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，因為它具有體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等優(yōu)勢，已經(jīng)成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種集成穩(wěn)壓器件。lm7805有以下特點:(1)輸出電流可達1a；(2)輸出電壓有：5v；(3)過熱保護；(4)短路保護；(5)輸出晶體管soa保護。2.2.2 電源電路設(shè)計單片機系統(tǒng)電源模塊設(shè)計是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一項重要工作，電源的精度和可靠性等各項指標(biāo)，直接影響系統(tǒng)的整體性能。電源模塊電路如圖5所示，電路是一種輸出電壓為+5v的穩(wěn)壓電源。整個電源模塊由電源變壓器，橋式整

30、流電路d1d4，濾波電容c4、c5，防止自激電容c6、c7和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)組成。 電路的工作原理是220v的交流電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路d1d4的整流以及濾波電容c4的濾波作用，在固定式三端穩(wěn)壓器lm7805的vin和gnd兩端形成一個并不是很穩(wěn)定的直流電壓，此直流電壓再經(jīng)過lm7805的穩(wěn)壓作用和濾波電容c5的濾波作用，此時便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了穩(wěn)定的直流輸出電壓。其中h1是+5v電源的引出接口，在此設(shè)計中使用排針來作為引出端口。sw1是電源開關(guān)，當(dāng)它接通時，輸出5v電壓。d1為發(fā)光二極管，工作電流在3毫安到10毫安之間，導(dǎo)通壓降約為0.7左右

31、7。所以需要通過阻值為1的限流電阻與電源相連，此時的電流約為5毫安，當(dāng)sw1接通時，d1亮，作為電源接通指示燈。圖5 電源電路2.3 實時時鐘模塊設(shè)計2.3.1 時鐘芯片ds1302ds1302是dallas公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)ram，工作電壓為2.5v5.5v，可以通過串行接口與單片機進行通信。實時時鐘/日歷電路可以為系統(tǒng)提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)都可自動調(diào)整，時鐘操作可通過am/pm標(biāo)志位決定采用24或12小時時間格式。此系統(tǒng)采用時鐘芯片ds1302 計時，ds1302 進行初始化后，實時時間

32、可從中讀取。ds1302時鐘芯片的優(yōu)勢是可以單獨使用，直接連接單片機外圍，有自己獨立的時鐘晶振，精度較高。當(dāng)單片機讀寫時鐘值時，死機或斷電對其影響較小。ds1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于1mw。ds1302原理圖如圖6所示： 圖6 ds1302引腳圖ds1302各引腳功能說明如表3所示：表3 ds1302各引腳功能x1，x232.768khz晶振引腳gnd地rst復(fù)位i/o數(shù)據(jù)輸入/輸出sclk串行時鐘vcc1后備電源引腳vcc2主電源引腳 ds1302在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。ds1302由vcc1或vcc2兩者中的較大者供電。x1和x2是振蕩源，

33、外接晶振。2.3.2 實時時鐘電路設(shè)計ds1302與單片機之間能簡單的采用同步串行方式進行通信，僅需用到三個口線：（1）res（復(fù)位），（2）i/o（數(shù)據(jù)線），（3）sclk（串行時鐘）。rst是復(fù)位/片選線，通過把rst輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。具體電路如圖7所示。bt1為電壓值3v的紐扣電池，作為ds1302的備用電源，以保證即使突發(fā)性的掉電的情況下也能正常計時。y2為一個32.768 khz的晶振。ds1302的5、6、7端分別同單片機的p2.1、p2.2、p2.3相連，同時在還為它們配置了阻值為10k的上拉電阻rp1，能最大程度的保證操作與通訊的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。本設(shè)計采用接口方

34、式為串行的時鐘芯片ds1302，不僅實現(xiàn)了精確的時鐘功能并節(jié)省單片機i/o口資源，而且該芯片線路簡單、體積小，易于操作，且價格低廉。圖7 實時時鐘電路2.4 物體檢測模塊光電開關(guān)又稱光電傳感器，它是根據(jù)被檢測物體對光束的反射或遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無。光電開關(guān)能把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化，以達到探測的目的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測8。圖8 物體檢測模塊 本設(shè)計方案采用紅外傳感器，這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器。檢測距離可以根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測距離遠、受可見光干擾小、價格便宜、易于裝配、使用方便等特點，接5v電源

35、，數(shù)字量輸出，不需要進行ad轉(zhuǎn)換，可直接接單片機的i/o口，通過后面的可調(diào)電位器調(diào)整距離。如圖8所示，物體檢測模塊通過p3.0引腳與單片機相連。在本設(shè)計中，分別在道路兩旁路燈桿上安裝紅外接收器，信號的接收端連到單片機上，當(dāng)車輛或者行人經(jīng)過時，接收器檢測到紅外感應(yīng)，信號端檢測到高電平輸入，單片機的主控模塊下達指令，從而控制路燈的亮滅。2.5 環(huán)境明暗檢測模塊設(shè)計2.5.1 光敏電阻概述光敏電阻又稱光導(dǎo)管，為純電阻元件，采用半導(dǎo)體材料制作，利用半導(dǎo)體的內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件,是一種電阻值能隨入射光的強弱而改變的電阻器，入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。在黑暗條件下,它的阻值可達110m歐,

36、在強光條件下,它的阻值只有幾百至數(shù)千歐姆。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。2.5.2 adc0832概述adc0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道a/d轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以滿足一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。由于其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入控制在05v之間。芯片轉(zhuǎn)換時間極短，僅為32s，同時具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，使數(shù)據(jù)誤差得以減少，穩(wěn)定性能強且轉(zhuǎn)換速度快。獨立的芯片使能輸入，更加方便了多器件的掛接和處理器的控制。adc0832芯片引腳分布

37、如圖9所示：圖9 adc0832adc0832的芯片接口說明如表4所示：表4 芯片接口說明接口功能cs片選使能，低電平芯片使能ch0模擬輸入通道0，或作為in+/-使用ch1模擬輸入通道1，或作為in+/-使用gnd芯片參考0電位（地）di數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制do數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出vcc/ref芯片時鐘輸入clk電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）2.5.3 環(huán)境明暗檢測電路設(shè)計在此設(shè)計中通過光敏電阻同adc0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器相結(jié)合，從而實現(xiàn)對環(huán)境明暗程度的檢測。環(huán)境明暗檢測模塊工作原理即當(dāng)照射在光敏電阻上的光線亮度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也隨之相應(yīng)的發(fā)生變化，其變化趨勢為光線變強阻

38、值減小，反之也成立，而adc0832的通道0得到的電壓值隨光線的變強而減小，adc0832將得到的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過特定的操作送給單片機進行處理。如此便實現(xiàn)光敏電阻感受環(huán)境明暗的變換，繼而向模擬信號轉(zhuǎn)換，最終轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使系統(tǒng)能對環(huán)境明暗程度間接的進行相應(yīng)的分析并處理9。系統(tǒng)所選光敏電阻gmr1的亮電阻阻值在2k至10k之間變化，所以選擇阻值為10k的電阻r8同光敏電阻串聯(lián)連接形成分壓電路。具體模塊電路圖如圖10所示：圖10 環(huán)境明暗檢測電路 2.6 顯示模塊設(shè)計2.6.1 lcd1602概述lcd1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣

39、型液晶模塊，它是由若干個57或者511等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。lcd1602是指顯示的內(nèi)容為162即32個字符,也就是可以顯示16列2行，每行都有16個字符液晶模塊用于顯示字符和數(shù)字。在本設(shè)計中系統(tǒng)的實時時間、燈的開關(guān)時間和故障燈地址都是通過lcd1602 顯示出來的。 lcd1602采用標(biāo)準(zhǔn)的116腳接口，包括8根數(shù)據(jù)線，3根控制線，電源地，電源以及液晶驅(qū)動電壓引腳。各引腳接口說明如表5所示:表5 引腳接口說明表 編號符號引腳說明編號符號引腳說明1vss電源地9d2數(shù)據(jù)2vdd電源正極10d3數(shù)據(jù)3vl液晶顯示偏壓11d4數(shù)據(jù)4rs數(shù)據(jù)/命令選擇12d5數(shù)據(jù)5r/

40、w讀/寫選擇13d6數(shù)據(jù)6e使能信號14d7數(shù)據(jù)7d0數(shù)據(jù)15bla背光源正極8d1數(shù)據(jù)16blk背光源負(fù)極2.6.2 顯示模塊電路設(shè)計lcd1602液晶芯片的7到14管腳為通訊總線，通過連接阻值10的上拉排阻rp2同單片機p0端口相連，來保障數(shù)據(jù)或指令傳輸時的穩(wěn)定。ktr1為一阻值為10的可調(diào)電阻，通過調(diào)節(jié)其接入阻值的大小可以改變lcd1602顯示偏壓信號，從而改變液晶顯示的清晰度。lcd1602顯示電路的具體設(shè)計如下圖：圖11 顯示電路2.7 報警模塊設(shè)計聲光報警模塊是由該系統(tǒng)中的蜂鳴器和發(fā)光二極管等部分組成，通過單片機的控制發(fā)出聲光報警。當(dāng)系統(tǒng)中某一部分出現(xiàn)故障，例如正常狀況是路燈應(yīng)該點

41、亮的時候卻未亮，此時系統(tǒng)自動判斷為路燈出現(xiàn)故障，系統(tǒng)中采用以光敏電阻檢測的方法來檢測路燈是否點亮，從而判別是否有故障。當(dāng)出現(xiàn)故障時，單片機控制蜂鳴器和發(fā)光二極管發(fā)出聲光報警信號，并通過lcd顯示器顯示當(dāng)前故障路燈的編號，實現(xiàn)聲光報警功能。如圖所示，報警模塊電路連接在單片機p0.7引腳，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，p0.7引腳給高電平,發(fā)光二極管隨即點亮,并且三極管導(dǎo)通,蜂鳴器也發(fā)出聲響，繼而實現(xiàn)聲光報警功能。 圖12 報警模塊電路2.8 鍵盤模塊設(shè)計鍵盤模塊的硬件電路設(shè)計如圖13所示。鍵盤模塊主要由四個鍵構(gòu)成，實現(xiàn)工作模式轉(zhuǎn)換和調(diào)時（實時時間和燈的開關(guān)時間）功能，負(fù)責(zé)系統(tǒng)時間的調(diào)整以及系統(tǒng)運行模式的改變

42、。k1、k2、k3、k4分別同單片機上的引腳p3.0、p3.1、p3.2、p3.3相連，當(dāng)s2、s3、s4、s5任意一個鍵按下時，同它相連的端口則被拉低，單片機得到控制信號。在此設(shè)計中，若在時間調(diào)整模式下s2設(shè)置為“加一”功能鍵，s3設(shè)置為“減一”功能鍵；若在手動操作模式下s2設(shè)置為“開”功能鍵，s3設(shè)置為“關(guān)”功能鍵。s4為功能切換鍵，實現(xiàn)運行模式、實時時間以及路燈的開關(guān)時間調(diào)整模式和退出模式的切換。s5為運行模式下實現(xiàn)“自動”、“手動”的切換。圖13 鍵盤電路3 系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 系統(tǒng)軟件框圖根據(jù)硬件設(shè)計時各個模塊的功能和要求，系統(tǒng)軟件的設(shè)計主要是和硬件電路相結(jié)合。本次設(shè)計采用模塊化程序

43、設(shè)計的方法，將系統(tǒng)功能分為具有獨立子功能的控制模塊，主要由單片機主控模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、路況檢測模塊、實時時鐘模塊等構(gòu)成。設(shè)計采用模塊化的方式更易于閱讀和理解，軟件結(jié)構(gòu)更加清晰。 軟件的主要設(shè)計工作流程如圖14所示，系統(tǒng)軟件方案電路上電啟動后，單片機進行初始化操作，電路控制系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，系統(tǒng)上電以及初始化，從實際出發(fā)根據(jù)時間來選擇模式,系統(tǒng)有時鐘信息并且可以手動設(shè)置時間，對系統(tǒng)也可以進行定時控制，再達到預(yù)定開燈時間后，系統(tǒng)會自動根據(jù)外界光線明暗來控制路燈，只有在白天光線很暗時開啟路燈。晚上系統(tǒng)用自動調(diào)節(jié)模式，能根據(jù)路況來自動開啟路燈。只要時間在設(shè)定范圍內(nèi)，路燈一直亮，晚上自動調(diào)節(jié)模式控

44、制。工作時，可以顯示系統(tǒng)時間，路燈的定時時間，燈的亮滅狀態(tài)，以及是否有故障。若路燈系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會通過顯示模塊顯示出故障燈的地址編號和出現(xiàn)故障的時間，并進行聲光報警。開始初始化顯示時間和控制時間路燈是否故障是否設(shè)置時間設(shè)置時間是否在定時時間是否白天交通情況控制結(jié)束聲光報警關(guān)燈開燈環(huán)境明暗控制是是是是圖14 系統(tǒng)流程圖3.2 整體電路圖本設(shè)計方案的整體系統(tǒng)的電路圖見附頁，其中共分為單片機主控模塊電路、單片機供電模塊電路、實時時鐘模塊電路、路況檢測模塊電路、環(huán)境明暗檢測模塊電路、顯示模塊電路以及報警模塊電路等七個部分10。結(jié)論本次設(shè)計方案旨在設(shè)計一款智能化、運行可靠和高效節(jié)能的路燈控制系統(tǒng)，設(shè)

45、計方案以低功耗的51單片機為系統(tǒng)控制核心，完全從節(jié)能和智能化的角度出發(fā)，提高了路燈的用電效率和智能化程度，在節(jié)約能源、電力資源合理利用的今天，是智能交通系統(tǒng)的必然需求，也是發(fā)展節(jié)能社會的必然之路。通過這次設(shè)計，對于51單片機的使用變得更加熟練，一些基本的內(nèi)部模塊使用也趨于熟練，如i/o口操作，定時器，中斷。本設(shè)計中，雖說設(shè)計思路并不太復(fù)雜，但具體做起來也有些難度。不僅僅需要掌握單片機的引腳功能，還要了解各種芯片的使用方法，并且還要在軟件protel99se上在完成整個電路圖。而其中發(fā)現(xiàn)的問題，像模電方面的知識不牢固，我也將好好反思。參考文獻 1劉德營,張志霞.單片機原理與接口技術(shù)m.中國水利水

46、電出版社,2006.72楊居義.單片機原理與工程應(yīng)用m.清華大學(xué)出版社,2009.103魏惠鳳,沈杰.路燈節(jié)能問題的探討j.中國科技信息,2009年18期.154賀一鳴,王崇貴.智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究j.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010(1).35史兆培,王玉爽城市路燈照明節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢j.中國照明電器，2009(10).56張元良,王建軍.單片機開發(fā)技術(shù)實例教程m.機械工業(yè)出版社,2011.22307童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.高等教育出版社,2006.5145328趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊(第2版)m.化學(xué)工業(yè)出版社,2004.55619馬明建.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)m.西安交通

47、大學(xué)出版社,2005.910李東生,張勇,許四毛protel99se電路設(shè)計教程m.電子工業(yè)出版社,2008.3the design of intelligent light-control energy-saving lamp based on 51 single chip microcomputer wang jie(mechanical and electronic engineering department of dezhou university, dezhou shandong, 253023)abstract：from the point of view of energy conservation, this paper proposes a control system based on 51 single-chip energy-saving lamps. at89s52 microcontroller is the core control parts. the clock chip ds1302 control on the street light. completed by the photosensitive device ambient light collection and street lamp fault detect