基于單片機的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計--畢業(yè)論文

1、.xx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計xx學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計題 目 基于單片機的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 工學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 生 xx 學(xué) 號 xx 指導(dǎo)教師 xx xx 二一七年五月十六日:- 2 -xx學(xué)院畢業(yè)設(shè)計摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，在日常生活中人們對于路燈控制系統(tǒng)的要求越來越高。針對人們的需求功耗大，功能單一的系統(tǒng)已不再滿足人們的需求。本設(shè)計針對上述問題提出了一種新型的路燈系統(tǒng)，可以解決人們的需求。本設(shè)計主要包括硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計。其系統(tǒng)硬件是由AT89S52單片機，時鐘芯片DS1302，駐極體話筒，LCD1602和光敏電阻等為核心的的路燈低功耗智能控制裝置構(gòu)成

2、。軟件部分是以Keil、Proteus等軟件為載體，使用C語言對程序進行編寫。單片機根據(jù)光敏電阻和人體紅外感應(yīng)模塊對路邊狀況的檢測和時鐘芯片DS1302設(shè)置時間來控制電壓比較器實現(xiàn)LED路燈亮度的自動調(diào)節(jié)，通過LCD顯示時間和光感度，通過光敏電阻實現(xiàn)故障檢測，當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時，蜂鳴器會自動進行報警。通過仿真及實物制作、調(diào)試，驗證了本設(shè)計內(nèi)容的可行性，為進一步研發(fā)推廣提供了一定的數(shù)據(jù)參考。關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；路燈控制ABSTRACTWith the development of the technology, the application of streetlight control sy

3、stem 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 d

4、esign 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-c

5、hip 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

6、the photosensitive resistor to achieve fault detection, when the street lights break down, the buzzer will automatically 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 w

7、ords：MCU; transducer; Street light control目 錄摘要IABSTRACTII1 前言11.1 研究背景與意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本設(shè)計研究的主要內(nèi)容22 系統(tǒng)總體設(shè)計方案32.1 硬件部分設(shè)計方案32.2 軟件部分設(shè)計方案43 硬件部分設(shè)計53.1 單片機最小系統(tǒng)53.2 光線檢測電路63.2.1 雙電壓比較器63.2.2 光敏電阻63.3 報警電路73.4 人體紅外感應(yīng)模塊電路83.5 聲音檢測電路83.6 時鐘電路94 軟件部分設(shè)計104.1 軟件介紹104.1.1 Proteus軟件104.1.2 keil軟件104.2 主程序設(shè)計1

8、24.3 子程序設(shè)計134.3.1 人體檢測子程序134.3.2 時鐘子程序134.3.3 報警子程序144.3.4 光線檢測子程序154.3.5 中斷子程序165 系統(tǒng)仿真與調(diào)試175.1 系統(tǒng)電路仿真175.2 PCB設(shè)計175.2.1 PCB介紹175.2.2 PCB設(shè)計實現(xiàn)185.3 電路板制作195.3.1 印制板和元器件檢查及安裝195.3.2 電路板的焊接及檢查195.4 系統(tǒng)調(diào)試206 結(jié)論25參考文獻26致謝27附錄1 原理圖28附錄2 PCB圖29附錄3 實物圖30附錄4 元器件清單31附錄5 部分程序32- 27 -1 前言1.1 研究背景與意義現(xiàn)如今中國的能源需求越來越

9、多，但能源數(shù)量卻很少，供不應(yīng)求，特別是中國人口基數(shù)比較大，在此情況下節(jié)約能源是國家應(yīng)該關(guān)注的內(nèi)容，因此解決全國路燈的節(jié)能問題變得很重要。在此之前采用的城市照明大多數(shù)是低效且高耗的，這極大造成了資源的浪費，為解決資源短缺及減少不必要的資源浪費，大力發(fā)展綠色節(jié)能照明顯得日益重要。目前高壓鈉燈是全世界廣泛使用的路燈種類，一般情況下可以使用2年以上，但是這些高壓鈉燈由于非正常的使用，極大縮短了路燈的使用壽命，有的使用壽命僅僅只有一年多，或者只有幾個月，這就造成了路燈維修費用的增加和材料的浪費。在超壓條件下，負載不僅沒有更好的工作，反而由于發(fā)熱造成路燈的損壞1。現(xiàn)在國外很多國家，已經(jīng)決定將之前采用的低效

10、高耗的路燈換成智能聯(lián)網(wǎng)的節(jié)能LED燈，與傳統(tǒng)使用的路燈相比這樣智能聯(lián)網(wǎng)的路燈可以根據(jù)周圍的實際情況工作，實現(xiàn)人們對于不同路境下的不同需求。有的國家已開始利用太陽能來解決資源不足的問題，以此來節(jié)約能源實現(xiàn)綠色節(jié)能，低碳經(jīng)濟的發(fā)展，這樣很大程度上解決了資源浪費的問題。中國大多數(shù)地區(qū)是利用定時控制或者人工控制來實現(xiàn)路燈開關(guān)的，這樣的控制也存在一些缺點。若采用定時控制，則存在季節(jié)不同，造成資源浪費的情況，夏天白晝時間較長，不需要很早就打開路燈，同樣冬天白晝時間較短，需要提前開啟，否則將會對人們的生活造成不便。若通過人工控制，則每天路燈的亮滅時間是不確定的，路燈不會那么準(zhǔn)時的開啟或斷滅，同時全國路燈數(shù)量

11、較多，每個城市或地區(qū)需要雇傭大量的人力來進行控制，不僅占用雇傭資金且浪費勞動力資源。新世紀(jì)以來我國的科學(xué)技術(shù)一直在不斷的進步，所以LED燈的使用也慢慢隨著半導(dǎo)體材料的發(fā)展得到應(yīng)用，目前人們熟知的半導(dǎo)體材料路燈有LED太陽能路燈，霓虹燈，廣告燈箱等，除此之外我國市場上還有很多節(jié)能路燈產(chǎn)品?，F(xiàn)如今全球都存在資源不足的情況，所以世界各國都在大力發(fā)展綠色環(huán)保節(jié)能和低碳經(jīng)濟。然而，與國外路燈節(jié)能技術(shù)相比我國的路燈節(jié)能技術(shù)還比較落后，因此，在不斷推進城市化建設(shè)的今天，我國的路燈控制系統(tǒng)的發(fā)展對于城市化建設(shè)變得十分重要。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前大多數(shù)地區(qū)的路燈控制系統(tǒng)是根據(jù)時間控制路燈開關(guān)的，對于不同的季

12、節(jié)，以及陰天，下雨天等不同的外界因素來說這樣的控制系統(tǒng)雖然不會對路燈的控制產(chǎn)生影響，但是會對人們的生活造成不便。就夏天而言，白晝持續(xù)時間比較長，一般情況下七點左右天才會慢慢的暗下來，早上五點左右天就會變亮，假如設(shè)定的路燈開始時間為傍晚6點，早上路燈的開啟時間為六點，這樣就會造成電能資源的浪費。就冬天而言，白晝時間較短，如果設(shè)定時間和夏天一樣，就會對人們的生活造成不變。時間控制路燈開關(guān)的另一個缺點在于，在很多像北上廣的繁華大城市，路燈在晚上是一直開著的，但對于大多數(shù)地區(qū)而言，在半夜零點以后，路上行人很少或者說基本上沒有行人或者車輛經(jīng)過，如果在車流量較少的情況下，道路上還一直保持路燈通亮，這顯然是

13、對電能的一種浪費。根據(jù)調(diào)查顯示，國內(nèi)很多地方在凌晨以后是隔盞通亮的，這樣雖然節(jié)約了一定的電能，但也存在了一定的不足之處，因為路面上照明區(qū)域不均勻，一些十字路口可能由于路燈沒亮造成司機盲點而引發(fā)交通事故，所以給道路安全帶來了隱患2。1.3 本設(shè)計研究的主要內(nèi)容路燈控制系統(tǒng)設(shè)計具體內(nèi)容如下：（1）設(shè)定路燈的開斷時間，在設(shè)置的時間段內(nèi)，路燈會一直保持通亮；（2）在非設(shè)置時間段內(nèi)，系統(tǒng)通過檢測光線的強弱程度實現(xiàn)對路燈的亮滅，當(dāng)光線程度較弱，路燈就會自動開啟，并延時一定的時間會自動熄滅；（3）路燈進入節(jié)能模式，即凌晨以后，駐極體和人體紅外感應(yīng)模塊檢測到有車輛或行人，路燈亮起；（4）系統(tǒng)使用光敏電阻檢測路

14、燈的故障，在設(shè)置時間段內(nèi)，若路燈沒有亮起，此時光敏電阻不會檢測到路燈光線，將會啟動蜂鳴器報警。2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案本部分主要包括硬件部分設(shè)計和軟件部分設(shè)計兩部分。其具體設(shè)計內(nèi)容如下。2.1 硬件部分設(shè)計方案硬件部分設(shè)計時間是采用24小時制，具有調(diào)節(jié)時間的功能，并且待機時會顯示日期，內(nèi)部含有備用電池，LCD顯示屏不會因為斷電而使時間發(fā)生變化。系統(tǒng)使用2個LED燈進行路燈模擬，在設(shè)置時間段內(nèi)，路燈會同時實現(xiàn)亮滅，凌晨以后會進入節(jié)能模式，在此模式下路燈只會亮其中的一個，但是當(dāng)駐極體話筒檢測到有聲響或者當(dāng)人體紅外感應(yīng)模塊檢測到行人車輛經(jīng)過時，兩個燈就會自動開啟，延遲一段時間后重新變?yōu)橹耙涣烈粶绲臓顟B(tài)

15、；在設(shè)置時間段外，路燈通過光敏電阻檢測光線強度、駐極體檢測聲音來控制路燈的開啟。系統(tǒng)使用光敏電阻檢測路燈的故障，在設(shè)置時間段內(nèi)，假定路燈沒有亮起，所以此時光敏電阻不會檢測到光線，將會啟動蜂鳴器報警。其設(shè)計硬件框圖如下圖2.1所示：人體紅外感應(yīng)模塊LCD顯示聲音報警外部光線強度光敏電阻LM393電壓比較器AT89S52單片機執(zhí)行機構(gòu)按鍵模塊供電模塊圖2.1 硬件系統(tǒng)框圖（1）人體紅外感應(yīng)模塊和超聲波傳感器的選擇人體紅外感應(yīng)模塊靈敏度高，可靠性強。超聲傳感器雖然可以測量距離，受外界環(huán)境的影響較小，但是價格過于昂貴3。因為路燈在中國是廣泛使用的，投入量比較多，容易造成大量的財力浪費，不適合使用超聲波

16、傳感器，因此選擇價格便宜的紅外線傳感器。（2） 數(shù)碼管和LCD1602顯示屏的選擇數(shù)碼管大多數(shù)用來顯示數(shù)字，功耗大，體積比較大；而LCD1602液晶顯示不僅可以顯示字母而且還可以顯示字符，用起來也比較便利，且驅(qū)動電壓低，功耗較小，顯示量大，生產(chǎn)過程自動化，價格便宜，便于控制，便于攜帶。2.2 軟件部分設(shè)計方案本設(shè)計使用的是AT89S52單片機，軟件編寫常采用ASM51匯編語言和C51高級語言，這兩種語言各有各的特點。就匯編語言來說，它更接近機器語言，常用來編寫與系統(tǒng)硬件相關(guān)的程序。如訪問I/O端口、中斷處理程序、實時控制程序、實時通信程序等；而C51高級語言適合編寫數(shù)學(xué)運算程序，這樣可以提高編

17、程的效率和應(yīng)用程序的可靠性。考慮到匯編語言和C語言的不同，本設(shè)計使用C語言對程序進行編寫。具體思路如下：（1） 首先確定設(shè)計目標(biāo)，明確自己的設(shè)計功能；（2） 想好設(shè)計思路，根據(jù)所需功能進行程序流程圖的繪制；（3） 進行程序的編寫，按照設(shè)計功能編寫程序，明確各個程序之間的關(guān)系，可采用注釋進行標(biāo)注，以便以后的閱讀和程序調(diào)試；（4） 用Keil軟件進行調(diào)試，并對程序進行優(yōu)化；3 硬件部分設(shè)計硬件部分設(shè)計內(nèi)容包含6個模塊，分別是供電模塊，單片機控制模塊，信號采集模塊，LCD顯示模塊，按鍵模塊和蜂鳴器報警模塊。不同的模塊具有不同的功能，其具體模塊功能介紹如下：供電模塊主要為單片機提供可以使用的工作電壓；

18、核心控制模塊是單片機控制模塊，主要負責(zé)控制各個模塊的協(xié)調(diào)工作；顯示模塊主要用來顯示時間和光感應(yīng)度；按鍵模塊主要用來進行時間設(shè)定；信號采集模塊主要是通過人體紅外感應(yīng)模塊和光敏電阻檢測是否有行人經(jīng)過和對光線強度進行采集；蜂鳴器模塊是當(dāng)光敏電阻檢測不到路燈燈亮，即路燈出現(xiàn)故障時，蜂鳴器會自動進行報警4。其中主要硬件包括AT89S52、LCD1602、光敏電阻、蜂鳴器、人體紅外感應(yīng)模塊、駐極體話筒、DS1302時鐘芯片等。本設(shè)計是通過控制兩個光敏電阻，一個人體紅外感應(yīng)模塊和駐極體話筒。其中兩個光敏電阻作用各不相同，一個用來感受光的強度，另一個是用來檢測路燈路燈是否出現(xiàn)故障；通過人體紅外感應(yīng)模塊感受是否

19、有人或車輛經(jīng)過，通過駐極體話筒感受聲響。AT89S52單片機在不同情況下通過控制這些硬件實現(xiàn)對LED燈的亮滅。3.1 單片機最小系統(tǒng)單片機能正常工作的硬件部分是由電源，復(fù)位電路，晶振電路以及擴展部分組成，構(gòu)成這些硬件電路的系統(tǒng)被稱為單片機最小系統(tǒng)。單片機正常工作時需要時鐘電路配合外部電路實現(xiàn)振蕩，為單片機提供運行時鐘。假定單片機中沒有時鐘電路對單片機進行驅(qū)動，單片機將不會工作，不會執(zhí)行程序。晶振又稱晶體振蕩器，晶振電路主要是為單片機提供時鐘頻率的，時鐘頻率是單片機執(zhí)行指令的基礎(chǔ)，當(dāng)晶振提供的頻率越快時，單片機的運行速度也隨之越快。一般情況下，一個系統(tǒng)中使用的晶振大小是一樣的，這樣便于各部分保持

20、同步。但是有時一個系統(tǒng)中需要不同的時鐘頻率，這時晶振需要與鎖相環(huán)電路一起使用，這樣不同的鎖相環(huán)就可以為單片機提供不同頻率的時鐘信號。當(dāng)單片機因為外部干擾因素，造成單片機內(nèi)部寄存器數(shù)據(jù)混亂，導(dǎo)致單片機不能正常運行時，通過復(fù)位電路可以使單片機恢復(fù)到初始原來的狀態(tài)，使單片機重新開始工作，這樣的電路叫做單片機的復(fù)位電路。單片機最小系統(tǒng)電路原理圖如下圖3.1所示。圖3.1 單片機最小系統(tǒng)3.2 光線檢測電路3.2.1 雙電壓比較器在本設(shè)計中使用的是LM393是雙電壓比較器，利用LM393進行電壓比較，它的適用電壓范圍比較廣，可采用單電源或者分離式電源供電5。雙電壓比較器的主要工作原理是將模擬量的電壓信號

21、與固定的參考電壓進行比較。當(dāng)輸入電壓的正向輸入端高于反向輸入端時，它將輸出高電平，當(dāng)正向輸入端電壓低于反向輸入端電壓時，輸出低電平。它的電路圖如下圖3.2所示：圖3.2 LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2.2 光敏電阻光敏電阻是根據(jù)半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的。光敏電阻的電阻值是隨著光的強弱程度而變化的，當(dāng)光照強度較強時，電阻值比較小，當(dāng)光線強度變?nèi)鯐r，電阻會變大。當(dāng)光敏電阻器的兩端的金屬電極之間加上電壓時，就會產(chǎn)生電流，當(dāng)它接收到適當(dāng)?shù)墓庹諒姸葧r，電流就會根據(jù)光線強度的變化而變化，從而實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。圖中LIGHT1為光敏電阻，光照強度較大時，光敏電阻阻值較小，分壓低，這時雙電壓比較器的引腳6比引腳5的

22、電壓低，引腳7輸出高電平，當(dāng)光照強度變?nèi)鯐r，光敏電阻的阻值就會變得較大，分壓高，輸出低電平。LED燈會亮起，單片機通過判斷電平的高低來判斷是否為黑暗狀態(tài)。其電路圖如下圖3.3所示：圖3.3 光敏電阻工作原理圖3.3 報警電路蜂鳴器在本設(shè)計中用于報警電路，它是根據(jù)電生磁原理進行工作的，當(dāng)有電流經(jīng)過電磁線圈時，電磁線圈會產(chǎn)生磁場來驅(qū)動振動膜發(fā)出聲音的。因為單片機I/O口輸出電流太小，所以需要通過三極管進行電流的放大來驅(qū)動蜂鳴器。單片機控制BEEP的高低電平來讓蜂鳴器是否工作，圖中Q1為NPN型的三極管，當(dāng)BEEP為高電平時，三極管將導(dǎo)通，蜂鳴器接地得電，相反為BEEP低電平時，三極管截止，蜂鳴器不

23、得電。R1為上拉電阻，讓I/O口的電流在高電平時加大，這時單片機輸出的電平可以驅(qū)動蜂鳴器正常工作，電阻R6起限流作用，防止基極電流太大燒壞三極管。其電路原理圖如圖3.4所示：圖3.4 蜂鳴器報警電路圖3.4 人體紅外感應(yīng)模塊電路J4為人體紅外模塊插口，有人時第二腳輸出高電平，經(jīng)過電阻R31限流后導(dǎo)通三極管Q3，此時三極管集電極接地，所以PEOPLE為低電平，LED燈D3點亮，單片機通過PEOPLE是低電平還是高電平判斷是否有人經(jīng)過。其電路圖如圖3.5所示：圖3.5 人體紅外感應(yīng)模塊電路3.5 聲音檢測電路駐極體話筒內(nèi)部有一個場效應(yīng)管和金屬膜片，當(dāng)有聲響時駐極體振動膜會發(fā)生震動，它是一種聲電轉(zhuǎn)換

24、器件6。駐極體振動膜上具有極化電荷，當(dāng)有聲音時會發(fā)生震動，駐極體振動膜會因為震動而發(fā)生位移，所以電容兩極板之間的距離會發(fā)生改變，電容就會發(fā)生變化，但是駐極體上的電荷量是固定的，如果電容發(fā)生變化，電容器兩端的電壓也一定會發(fā)生變化，從而輸出電信號，這就是駐極體話筒的工作原理。MK1為駐極體話筒，當(dāng)有聲響時，器件產(chǎn)生交變電壓，電容有隔直通交的作用，所以電壓通過C5耦合到三極管Q2的基極，使三極管截止，此時三極管集電極為高電平，所以此時1腳輸出為低電平，電平由高變低，下降沿觸發(fā)單片機外部中斷，使單片機判斷外界是否發(fā)出聲響；相反地，如果沒有聲音發(fā)出三極管會一直導(dǎo)通，引腳2輸入為低電平，電壓比較器輸出高電

25、平，單片機通過高低電平來的輸出判斷是否有聲音發(fā)出。其電路圖如圖3.6所示：圖3.6 聲音檢測電路3.6 時鐘電路DS1302是可以實現(xiàn)對年、月、日、周、分、秒進行計時的一種低功耗，高性能的時鐘芯片，而且還具有閏年補償?shù)墓δ?，它由VCC中較大者供電，內(nèi)部有一個RAM寄存器用來存放臨時數(shù)據(jù)。DS1302時鐘芯片有一個可以傳送多次字節(jié)的時鐘信號和數(shù)據(jù)的接口，保持與CPU的同步通信7。DS1302時鐘芯片通過引腳5、6、7與單片機相連，通過讀取程序來顯示時間，其中J1為紐扣電池作為儲備電池使用，當(dāng)斷電時LCD顯示屏不會因為斷電而使時間發(fā)生變化或者停止。電阻R3、R4、R5的作用是用來提高抗干擾能力的。

26、晶振是用來DS1302時鐘芯片提供時鐘頻率的。其電路圖如圖3.7所示：圖3.7 時鐘電路4 軟件部分設(shè)計4.1 軟件介紹4.1.1 Proteus軟件Proteus是一種用于電路設(shè)計仿真的，功能較為全面的EDA軟件。它由英國Labcenter electronics公司于1989年研發(fā)，至今已有近30年的歷史，在此期間得到廣大電路設(shè)計技術(shù)人員的青睞8。Proteus具有原理編輯，交互式仿真等功能。設(shè)計滿足了設(shè)計軟件從無到有的設(shè)計過程，這是其他EDA軟件難以企及的，本軟件數(shù)據(jù)庫包括模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路等仿真模塊。為這些電路的設(shè)計與仿真提供了完美的平臺，并且他還具備微處理器系統(tǒng)的開發(fā)與

27、仿真功能。對于具體功能而言，它能夠?qū)崿F(xiàn)電路原理圖智能排布，功能仿真，數(shù)據(jù)分析等功能，并且能夠完成電路PCB設(shè)計功能。（1）Proteus ISIS編輯環(huán)境在ISIS 7 Professional啟動界面上單擊ISIS圖標(biāo)，進入ISIS 7 Professional窗口，它是由菜單欄，主工具欄，預(yù)覽窗口，元器件選擇按鈕，工具箱，原理圖編輯窗口，對象選擇器，仿真按鈕，方向工具欄和狀態(tài)欄等部分組成9。（2）Proteus ISIS參數(shù)設(shè)置Proteus ISIS 7可以實現(xiàn)對編輯環(huán)境和系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。編輯環(huán)境設(shè)置：Proteus ISIS編輯環(huán)境的設(shè)置主要是圖紙，文本編輯器，網(wǎng)格點和模板。系統(tǒng)參數(shù)的

28、設(shè)置：Proteus ISIS系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置主要是對熱鍵、標(biāo)注選項、仿真參數(shù)的設(shè)置。4.1.2 keil軟件Keil是由德國Keil Software 公司研發(fā)的用于開發(fā)80C51單片機內(nèi)核的軟件平臺之一，它廣受設(shè)計研發(fā)人員的歡迎。其中Vision4是由美國keil Software 公司推出的用于開發(fā)51系類單片機的10。它是一個集成開發(fā)環(huán)境可用于編輯，編譯，仿真等功能，為軟件的開發(fā)提供了較好的設(shè)計平臺。而且支持多種多種編程語言設(shè)計，其中包括匯編語言和C語言，Keil C51有豐富的數(shù)據(jù)庫和各種各樣的功能，方便了設(shè)計的人員的使用。下圖為Vision4進行程序編寫的界面，如圖4.1所示：圖4.

29、1 keil 界面圖（1）創(chuàng)建項目創(chuàng)建一個新的項目和文件，并把這個文件添加到項目中。設(shè)置項目和文件的操作屬性。被設(shè)置的項目操作屬性包括：明確目標(biāo)芯片和系統(tǒng)的硬件環(huán)境、對項目輸出文件和清單文件提出要求、選擇項目的調(diào)試方法等。有時需要對項目中的個別文件單獨設(shè)置操作屬性.設(shè)置工具選項為目標(biāo)硬件選擇合適的參數(shù)。項目制作，用工具鏈（編譯器、匯編器、連接定位器等）處理項目，生成中間文件產(chǎn)物（可重新定位目標(biāo)文件、列表文件等）和最終文件產(chǎn)物（絕對目標(biāo)文件、燒寫文件等）。（2）仿真設(shè)置使用Vision4調(diào)試器可以對源程序進行測試，Vision4提供了兩種工作模式。這兩種模式可以在“Option for Targ

30、et”對話框的“Debug”選項中選擇。Use Simulator：軟件仿真，如串行口，輸入輸出口和定時器。在此模式下，將Vision4調(diào)試器配置成純軟件產(chǎn)品，能夠仿真C51系類中大多數(shù)不需要任何硬件的目標(biāo)板11。Use：硬件仿真，如TKS Debugger，用戶可以直接把這個環(huán)境與仿真程序或keil監(jiān)控程序相連。（3）keil程序調(diào)試與分析系統(tǒng)調(diào)試有軟件模擬調(diào)試和硬件模擬調(diào)試兩種方式。使用計算機讓單片機進行指令執(zhí)行，并采用虛擬單片機片內(nèi)的資源數(shù)據(jù)進行的調(diào)試屬于軟件調(diào)試。利用計算機中的軟件通過單片機的輸入輸出口或者USB接口把編譯好的程序傳送到仿真器，然后把單片機內(nèi)的所有資源數(shù)據(jù)通過仿真器進行

31、仿真，隨后把仿真后的結(jié)果返回給計算機，這樣的調(diào)試方式叫做硬件調(diào)試12。軟件調(diào)試和硬件調(diào)試的區(qū)別在于軟件調(diào)試是一種小型工程的調(diào)試，是初步調(diào)試。而硬件調(diào)試可以通過計算機看到單片機的真實執(zhí)行情況，不僅可以進行單步調(diào)試還可以進行全速調(diào)試。4.2 主程序設(shè)計本部分的設(shè)計內(nèi)容為在主程序里，單片機的輸入端口通過初始化，對DS1302時鐘芯片初始化，LCD1602芯片初始化來執(zhí)行下一步命令。（1）對程序進行初始化后，如果此時Key1時間設(shè)置鍵被按下，可以對時間進行設(shè)置，通過Key2鍵增加時間，Key3鍵減小時間；（2）如果不對路燈時間進行設(shè)置，19點時打開路燈，且在時間段19點到24點路燈亮度最大，在0點到次

32、日6點之間減少路燈亮起盞數(shù)，達到節(jié)約電能的目的；（3）假定Key1沒有按下，且不在設(shè)定時間段內(nèi)，若是陰天有行人，路燈亮起；（4）假定Key1沒有按下，且不在設(shè)定時間段內(nèi)，沒有陰天沒有行人，關(guān)閉路燈；（5）在設(shè)置時間段內(nèi)，假定路燈沒有亮起，所以此時光敏電阻不會檢測到光線，將會啟動蜂鳴器報警。如圖4.2所示：圖4.2 主程序框圖4.3 子程序設(shè)計4.3.1 人體檢測子程序系統(tǒng)初始化后，對程序進行初始化，判斷是否在凌晨以后，若在節(jié)能模式判斷是否有行人經(jīng)過，如果有行人經(jīng)過，路燈全部亮起并延時一段時間，如果沒有行人經(jīng)過，保持原來的狀態(tài)；若沒在節(jié)能模式，有行人經(jīng)過，路燈也不亮起如圖4.3所示：圖4.3 人

33、體檢測子程序流程圖4.3.2 時鐘子程序系統(tǒng)開始后，DS1302時鐘芯片就會開始工作判斷是否有片選信號，若有片選信號，時鐘芯片將等待初始時間設(shè)置命令后進行寫操作，路燈將按照新時間定時，讀取到當(dāng)前數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)送入到單片機，判斷是否需要對時間進行調(diào)整，如果有時間調(diào)整命令，將對芯片進行重新寫操作，如果沒有沒有調(diào)整命令，則讀取當(dāng)前數(shù)據(jù)即可。若沒有片選信號發(fā)生則重新進行檢測。圖4.4 DS1302時鐘芯片框圖4.3.3 報警子程序系統(tǒng)開始后，對程序初始化，然后開始對路燈故障進行檢測，進而判斷是否出現(xiàn)故障，其中對路燈進行故障檢測是通過光敏電阻進行檢測的，在設(shè)置時間段內(nèi)，假定路燈沒有亮起，所以此時光敏電阻

34、不會檢測到光線，將會啟動蜂鳴器報警，如果沒有出現(xiàn)故障，則檢測結(jié)束。如圖4.5所示：圖4.5 蜂鳴器報警框圖4.3.4 光線檢測子程序系統(tǒng)開始后，對單片機進行初始化，當(dāng)光敏電阻檢測到光線強度，通過LM393電壓比較器進行電壓比較，判斷光線強度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，假如光線強度符合標(biāo)準(zhǔn)，即光線強度較弱，則路燈亮起。相反，光線強度較強路燈不會亮起，返回。如圖4.6所示：圖4.6 光線檢測子程序框圖4.3.5 中斷子程序系統(tǒng)開始后對程序進行初始化，假設(shè)在設(shè)置時間段內(nèi)將允許中斷，中斷允許后打開中斷，路燈亮起。如果沒在設(shè)置時間段內(nèi)，返回程序。圖4.7 中斷子程序框圖5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 系統(tǒng)電路仿真通過Pro

35、teus軟件對電路進行仿真，首先將硬件電路圖繪制在軟件中，打開Keil軟件，新建工程，選擇單片機型號為“Atmel公司的AT89C52”，新建文本文檔保存為“.c”文件，添加到工程，編輯系統(tǒng)程序，編寫程序完畢后通過“Options for target”勾選“creat hex file”，然后進行編譯，生成“.hex”文件，最后在Proteus軟件中雙擊單片機，在“Program File”中勾選“.hex”文件，點擊運行。即可實現(xiàn)對系統(tǒng)的模擬調(diào)試。如圖5.1所示，為在規(guī)設(shè)定的時間內(nèi)路燈亮起的仿真結(jié)果。圖5.1 系統(tǒng)仿真圖5.2 PCB設(shè)計5.2.1 PCB介紹PCB是印刷電路板（Print

36、ed Circuit Board）的簡稱，通過印刷和蝕刻等工藝將電路原理圖中元器件的位置和孔位印制到覆銅板的過程。覆銅板多為壓制而成的，根據(jù)布線層數(shù)可分為單層板、雙層板和多層板三種。單層板適用于簡單元器件不多且布線不復(fù)雜的電路圖（如本設(shè)計可以用單層板），在日常生活中并不常用13。多層板由于工藝的原因大多數(shù)層數(shù)為偶數(shù)層，包括信號層、電源層、接地層、絲印層等，但由于多層板的成本過高，在平時中也不常用。最常用的是雙層板，由頂層和底層組成，兩面都可以走線。5.2.2 PCB設(shè)計實現(xiàn)進行電路原理圖的繪制，然后將繪制好的電路原理圖進行編譯確保沒有錯誤，若沒有錯誤則生成網(wǎng)絡(luò)報表，可以通過工具菜單下的封裝管理

37、器查看封裝是否符合要求且均有封裝。建立一個新的PCB文件，然后設(shè)置板子的大小、線寬、線距、過孔、層定義等，設(shè)置完成之后，在設(shè)計菜單下點擊更新PCB文件，生成PCB圖，通過手動調(diào)整進行元器件進行布局，布局時應(yīng)注意以下幾點：1.應(yīng)該以主控元件為中心，進行布局；2.使用數(shù)量多的元器件要考慮它的分布參數(shù)；3.保持信號流向同一方向，便于后期電路的檢查；4.可以把不常用的元器件放在體積較大元器件的下邊以壓縮板子的大小。5.手動調(diào)整完各個元器件的位置后，進行手動布線，在布線時不能出現(xiàn)小于或等于90度的角，以防尖端放電和腐蝕過度。布線完成后，再進一步對PCB圖檢查，確保所有的飛線都連接完成且沒有錯誤，檢查無誤

38、后進行PCB的轉(zhuǎn)印、腐蝕、鉆孔等操作。其設(shè)計的PCB圖如圖5.2所示：圖5.2 路燈PCB圖5.3 電路板制作5.3.1 印制板和元器件檢查及安裝（1）印制板的檢查檢查PCB板的孔徑的大小、開孔位置是否符合PCB封裝以及印制板尺寸是否符合要求，檢查覆銅線路是否完整等現(xiàn)象，絲印是否清晰，表面處理是否合格，有無劃傷以及印制板是否變形14。（2）元器件檢查檢查元器件的種類、型號、數(shù)量是否正確，以及元器件的引線是否腐蝕、氧化。（3）元器件的插裝元器件是按照從左到右，從上到下，從里到外，從小到大，從低到高的順序進行插裝的且插裝時應(yīng)注意字符標(biāo)記方向一致。5.3.2 電路板的焊接及檢查（1）準(zhǔn)備焊接所需要的

39、工具，元器件，并放在指定位置；（2）檢查電烙鐵的電源線，加熱頭，手柄是否正常；（3）打開電烙鐵開關(guān)觀察能否正常加熱以及加熱燈是否正常亮；（4）為了防止生成氧化層，電烙鐵加熱一段時間后，要蘸上松香，在使用松香的過程中要避免過量，否則容易導(dǎo)致加熱時間過長，導(dǎo)致焊接速率變慢；（5）為了方便焊接，提高焊接的質(zhì)量，避免造成虛焊，在進行焊接前將要焊接的元器件引線提前用焊錫潤濕；（6）將元器件放在印制電路板后，為了避免焊接時送錫過多，所以在焊錫凝固之前不要將焊件移動15，要等焊件凝固后再移開，否則容易造成虛焊或者使焊點結(jié)構(gòu)疏松，而且在焊接的過程中一定要保持電烙鐵頭清潔，沒有焊渣等氧化物；（7）焊接完成后，觀

40、察是否有漏焊，導(dǎo)線及元器件絕緣層是否有損傷；焊料是否引起焊點短路；焊接完成后實物圖如圖5.3所示：圖5.3 焊接實物圖5.4 系統(tǒng)調(diào)試把元器件焊接完成后，進行電路的測試，特別的是供線電路要引出一個測試點，便于進行檢查，并且在焊接時只焊接插座，調(diào)試時再把芯片加上。將萬用表調(diào)到電阻檔，檢測引腳之間是否相連接，在斷電的情況下，如果導(dǎo)通的話萬用表顯示的電阻為零，如果出現(xiàn)虛焊或者短路等異常情況，則顯示的電阻為無窮大。當(dāng)所有元器件檢測完成后，安裝上芯片再打開電源。第一步，插上電源，按下自鎖開關(guān)，電源指示燈亮起，系統(tǒng)開始工作，LCD1602液晶顯示屏顯示當(dāng)前時間，如圖5.4所示。圖5.4 LCD顯示圖第二步

41、，進行系統(tǒng)設(shè)置，設(shè)置當(dāng)前時間，路燈開啟和關(guān)閉時間。本次設(shè)計，路燈開啟時間為18點，關(guān)閉時間為零點。如圖5.5、5.6所示：圖5.5 設(shè)置開啟時間圖圖5.6 設(shè)置關(guān)斷時間圖第三步：在設(shè)置的時間段內(nèi)，路燈亮起。如圖5.7所示。圖5.7 設(shè)置關(guān)斷時間圖第四步：次日零點到早上6點，減少路燈亮起盞數(shù)，路燈進入節(jié)電模式，若有人經(jīng)過或有聲響路燈全部亮起。如圖5.8、5.9、5.10所示。圖5.8 節(jié)電模式實物圖圖5.9 聲控實物圖圖5.10 紅外熱釋控制路燈實物圖第五步：在設(shè)置時間段外，當(dāng)光敏電阻檢測到光線較弱時，路燈亮起。在調(diào)試的時候，用筆蓋遮住光敏電阻來代替光線較弱，如圖5.11所示。圖5.11 光線檢

42、測實物圖第六步：進行故障檢測，用筆蓋遮住光敏電阻來代替檢測不到路燈發(fā)光。如圖5.12所示。圖5.12 故障檢測圖6 結(jié) 論本設(shè)計針對功耗大，功能單一的路燈控制系統(tǒng)，提出了解決的方案。通過對方案的設(shè)計，完成了硬件系統(tǒng)的設(shè)計以及軟件系統(tǒng)的設(shè)計，繪制了整體電路原理圖，PCB圖設(shè)計，電路板的設(shè)計，并使用Keil平臺進行程序的編寫及利用Proteus對系統(tǒng)電路仿真。解決了傳統(tǒng)路燈低效功耗大，功能單一的問題。通過仿真及實物制作表明本次設(shè)計的結(jié)果是良好的。電路板焊接完成后，在設(shè)置好時間后在時間段內(nèi)，路燈能一直保持最亮，在設(shè)計時間段外，當(dāng)有行人或者聲音響起時，路燈也會保持最亮。在燈線較暗時，路燈也能亮起來。本

43、設(shè)計的不足之處是由于時間限制，報警器不能實現(xiàn)在監(jiān)控室進行報警。也因為自身能力不足，并未對電路進行穩(wěn)壓設(shè)計。參 考 文 獻1 安雙利, 錢銳, 陸翔宇, 陸園. 基于單片機智能控制的路燈節(jié)能系統(tǒng)的研制J. 上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2011,11(01):53-60.2 李茹雪. 路燈節(jié)能的控制系統(tǒng)設(shè)計分析J. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010,4(02):3-6.3 賀一鳴, 王崇貴, 劉進宇. 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). 2010,12(01):3-5.4 王立紅. 基于單片機的智能路燈控制系統(tǒng)J. 網(wǎng)絡(luò)財富. 2010,8(06):55-56.5 趙鵬. 單片機控制的路燈

44、系統(tǒng)模型設(shè)計J. 中小企業(yè)管理與科技(下旬刊). 2010,12(06):45-49.6 李健, 蔣全勝, 任靈芝. 智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J. 工業(yè)控制計算機. 2010,9(06):14-18.7 張秀梅. 基于單片機的太陽能路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計J. 微計算機信息. 2012,11(06):4-6.8 李悅銘. LED路燈與高壓鈉燈路燈的能效對比J. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報. 2012,15(29):2-5.9 李巖巖, 任玲芝. 基于AVR單片機的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J. 巢湖學(xué)院學(xué)報. 2012,14(06):5-7.10 王皚, 佘丹妮. 基于單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J. 儀表技術(shù). 201

45、1,16(11):56-59.11 陳春艷. 模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 電子設(shè)計工程. 2010,6(08):34-38.12 林建平, 吳必瑞, 葉德柱. 基于單片機模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計J. 河南工程學(xué)院學(xué)報(自然 科學(xué)版). 2010,9(04):12-14.13 甘本鑫, 徐少明, 蘇紅艷. 基于單片機的LED路燈模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 現(xiàn)代電子 技術(shù). 2011,11(03):34-35.14 張旭彬, 丁戈, 王航宇. 基于STC12C5A60S2單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J. 電子設(shè)計 工程. 2013,13(16):34-36.15 Gilman, JM, Mi

46、ller, ME, Grimaila, MR. A simplified control system for a daylight-matched LED lampJ.Lighting Research and Technology. 2013,11(5):45-48.16 Coogan John J. Pathogen control in complex fluids with water-coupled excimer lamps at 282 and 308 nm.J. Photochemistry and Photobiology. 2005,12(6):65-70.致 謝經(jīng)過幾個

47、月的努力，本次設(shè)計任務(wù)已經(jīng)完成了，在這里我要特別感謝我的專業(yè)指導(dǎo)老師xx，從最初課題的選擇到以后的整個設(shè)計過程中，老師一直在幫助我，給我悉心的幫助和指導(dǎo)，不僅給我傳授自己當(dāng)初寫論文的經(jīng)驗，還給我們分享改重技巧。會定時幫同學(xué)們修改畢業(yè)設(shè)計中不合適的措辭以及格式，他當(dāng)真無愧是個負責(zé)任的好老師。除此之外，我還要感謝同組的同學(xué)，在這幾個月里我們一起討論，一起修改方案，一直在不斷的督促對方，才讓我能較快的完成了這次畢業(yè)設(shè)計。在畢業(yè)論文設(shè)計的過程中，我遇到了很多問題，剛開始做畢業(yè)設(shè)計時無從下手，不知道該怎么做，該實現(xiàn)什么樣的功能。后來，畫電路原理圖及布線時也遇到了很多困難，這大概是我整個畢業(yè)設(shè)計過程中遇到

48、的最大問題了，最終這些問題都在老師的專業(yè)指導(dǎo)下逐一解決。在這里謝謝老師耐心的指導(dǎo)，同時感謝大學(xué)四年以來院領(lǐng)導(dǎo)以及各位專業(yè)老師的培養(yǎng)，大學(xué)讓我學(xué)會了很多知識，讓我收益頗多，希望在以后的工作學(xué)習(xí)中能夠得到很好的應(yīng)用。不知不覺已在大學(xué)度過四個春秋，大學(xué)生活即將結(jié)束，謝謝曾經(jīng)幫助我，支持過我的所有老師同學(xué)。附錄1 路燈原理圖圖1.1 路燈原理圖附錄2 路燈PCB圖圖2.1 路燈PCB圖附錄3 實物圖圖3.1 實物圖圖3.2 實物圖 附錄4 元器件清單表4.1 元器件清單元器件名稱型號數(shù)量/個排阻8*10K1瓷片電容0.1uF3瓷片電容30pF2電解電容2.2uF/16V1電解電容100uF/25V1L

49、ED燈6電源接口POWER1開關(guān)SW1液晶屏LCD16021光敏電阻55392蜂鳴器BEEP1駐極體話筒MICROPHONE11三極管90133電阻4.7K3電阻10K16電阻1K2電阻5106可調(diào)電阻10K1人體紅外模塊HC-SR5011晶振32768Hz1晶振12MHZ1運放LM3932單片機STC89C521時鐘芯片DS13021PCB板9*15cm1按鍵RST5附錄5 部分程序#include <reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intucha

50、r time_data7;uchar write_add7=0x8c,0x8a,0x88,0x86,0x84,0x82,0x80; /數(shù)據(jù)的地址uchar read_add7=0x8d,0x8b,0x89,0x87,0x85,0x83,0x81;uchar code table1=" 2000/00/00 "uchar code table2=" 00:00:00 00"uchar code table3=" " /清屏內(nèi)容uchar code table4=" Set Real Time "uchar code

51、table5=" Set Open Time "uchar code table6=" Start Time: "uchar code table7=" 00:00:00 "uchar code table8=" End Time: "bit Adjust; /調(diào)節(jié)標(biāo)志位，=1表示進入調(diào)節(jié)模式，=0是正常模式bit Timer; /定時模式標(biāo)志位，=1表示進入定時開啟模式，=0是光線開啟模式bit flag; /延時10s標(biāo)志位sbit rs=P10; /LCD1602sbit rw=P11; /LCD1602sb

52、it e=P12; /LCD1602sbit sck=P35; /時鐘端口sbit io=P36; /時鐘端口sbit rst=P37; /時鐘端口sbit SELT =P13; /選擇鍵sbit ENTER=P14; /確認(rèn)鍵sbit UP =P15; /加鍵sbit DOWN =P16; /減鍵sbit LAMP1=P27; /路燈接口sbit LAMP2=P26; /路燈接口sbit BEEP =P20; /蜂鳴器接口sbit LIGHT=P21; /光線檢測端口sbit TRIP =P22; /人體檢測端口sbit CHECK=P23; /檢查路燈故障光敏電阻接口uchar Select_num; /選擇按鍵按下次數(shù)uchar Enter_num; /確認(rèn)按鍵按下次數(shù)float Year,Month,Day,Hour,Minute,Second,Week;/時間設(shè)置值float Hour_H,Minute_H,Second_H; /設(shè)置開始時間float Hour_L,Minute_L