路灯AT89C51控制器毕业设计论文.doc
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1、路灯控制器 摘要:本文介绍的是一种基于AT89C51单片机为基础的路灯控制Error! No bookmark name given.系统设计,实现了通信、信号采集、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程,包括:光信号取样电路、LCD显示电路、照明灯控制电路等。对于软件设计主要有路灯逻辑判断与LED显示等程序设计。工作时,光信号取样电路采集光照强弱将信号送到单片机,单片机根据这些信息通过控制电路对照明设备进行开关操作,并实现自动纠错功能,从而实现照明控制,以达到节能的目的。关键字:单片机;检测电路;控制系统Street lamp controllerWang *(Grade 10
2、,Class 4,Major electronics and information engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor: Zhu *Abstract: This paper are introduced the basis of street lamp control system designing based on AT89C51. It realized the comm
3、unication and signal acquisition, control and display functions. This paper describes the design process of the control circuit in detail, including: light signal sampling circuit, LCD display circuit, lighting control circuit, etc.The software design are include programming of the street lamp logic
4、 and LED display.When it worked ,optical signal sampling circuits collected light strength and sent signals to single chip microcomputer,According to these informations,Microcontroller did switch operations through the control circuits of lighting equipment, and realize the function of automatic err
5、or correction, So as to realized the lighting control, and achieve the goal of energy saving.Key words: chip microcomputer; detection circuit; control system目 录引言11 系统方案设计21.1 系统设计要点21.2 系统设计思路21.2.1 方案一21.2.2 方案二22 硬件电路42.1 稳压电源42.2 单片机42.2.1 时钟电路72.2.2 复位电路72.3 自然光检测电路72.4 路灯检测电路82.5 继电器92.6 LCD显示
6、92.7 报警系统103 软件设计104 仿真和调试过程124.1 硬件调试124.2 系统联调12致谢:14参考文献14附录A 整体电路图15附录B 源程序16附录C 元器件清单18附录D 外文翻译19引言路灯作为现代化建设中的不可或缺的公共设施,在经济建设中起着至关重要的作用,一个城市的现代化程度可以从一个城市的基本设施中体现出来,路灯就是这样一个标志性的设施。如果具备一个好的路灯控制系统 ,那么既可以起到节能作用,也可以增加路灯的使用寿命,降低经济成本。随着现代化技术的飞速发展,传统的路灯控制方式已经不能满足人们日渐智能的生活,路灯控制器的要求也越来越高。改革开放30年来,我国经济取得了
7、突飞猛进的发展,人民生活水平质量也得到巨大的提高,人们对照明的需求也逐渐提高。最初只提供照明的基本功能到现在产了各种各样的需求,除了提供适宜的环境照明以外,还要营造优雅和谐的氛围;使用者方面要求控制方式灵活便宜,能实现自己配置光源,在此基础上实现节能、降低运行耗能费用;安装方要求安装简易、便以维护;设计方要求此系统能提供满足使用者多样性要求的各种各样的技术手段。需求的变化导致控制方式的巨大改进,从传统的人工机械式开关逐渐演变为电子技术的电子智能照明系统。能源短缺是21世纪国际面临的新课题。在寻找新的能源之外,节约能源,提高效益也就成为了我们研究的课题。所以如何来节省电力能源也成为了一个迫切需要
8、解决的问题。目前常用的节电方式为手工控制,声控型,太阳能灯等。手工方式操作起来不灵活,费时费力。声控型往往判断不准确,不需要的时候也也会经常亮。太阳能设备投资比较大,且容易受光照强度的影响。因此市场上迫切需要一种操作方便、价格低廉、便于大面积推广的新型节能方案。随着经济的发展和科技的进步,人们对照明器具节能和科学管理提出了更高的求,使得照明控制在交通领域的地位越来越重要。而在交通建设热潮中各单位意识到了智能照明的重要性。交通照明中大功率设备在一般情况下数量较少。而照明器具则比较多。使用照明控制系统也能体现在节能与后期的管理方面的优势,提高了交通设施的科学管理。传统交通的照明模式,只能是白天熄灯
9、、晚上点亮,而采用智能的照明控制系统以后,行人车辆可以根据不同地域、不同工作方式进行划分,把不必要的照明路灯关掉,在需要时系统自动开启;同时,系统还能充分利用可见光光,在保证必要照明的日常同时,有效减少了路灯的工作时间,节省了不必要的开支,也延长了路灯的寿命。虽然智能照明系统最基本的功能是开关作用,与传统的照明系统似乎并无差异,但前者以自动控制为主、人工控制为辅,在一般的情况下,不需要用户的参与,照明系统自动实现开关功能大大减少了人们的管理工作。智能照明控制系统减少灯具使用时间,能有效节约能源,由于我国以前的粗放型经济增长方式已经导致资源匮乏,这种单一的靠牺牲资源和环境来换取GDP的快速增长的
10、外延扩展方式渐渐走到尽头,所以调整产业结构。在交通照明推广智能照明体系具有重要里程碑意义。以下是智能控制技术发展方向:基于人工智能技术的智能控制、智能控制的模糊控制和智能控制人工神经网络控制,在人工神经网络控制方向上,基于人工神经网络和模糊逻辑等有机结合的神经模糊技术,已成为近年来的一个热门课题。人工智能技术在交通照明中的应用趋势不断扩大。在智能交通中的智能照明、通讯设备将全部由电子计算机进行控制与管理。因此,面对这一发展态势,开发了众多的智能照明设计,如智能照明控制、智能灯具和管理系统,包括在照明方面协助计算机硬件和软件等。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。我们应该值得研究与借鉴
11、美国的智能照明建筑、澳大利亚邦奇研究的Denali智能照明控制系统等现代化办公室的智能照明技术等。智能照明控制系统的定义是指用计算机技术并辅助以其它电子手段,对电力照明实行自己控制,提供合适自然光环境的同时降低照明系统消耗和其它维护等使用费用。智能照明控制系统对比手动照明控制系统相比有众多的优点,包括提高工作的效率,良好的节能减排效果,延长灯具的寿命,方便安装维护管理等。1 系统方案设计1.1 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分,依据控制系统的工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,以达到设计要求。
12、硬件电路是采用模块化系统设计方法,该方法保证设计电路的模块化、标准化。硬件电路的设计最重要的核心是选择用于控制的单片机芯片,并确定与之配套的外围电路,使所设计的系统既高性能又经济。硬件电路设计还包括各种输入输出设计,画出详尽的电路图,标出所用芯片的型号、元器件参数,根据电路图在仿软件上进行调试,发现设计的不当时及时准确修改,最终达到目标的设计目的。软件设计部分,首先在总体设计中完成各模块的功能设计和系统总框图,设计详细的工作安排;然后进行具体模块的设计,包括各个模块的子流程图,选择合适的语言编程,选择合适的编译工具,进行代码书写等;最后是对软件进行调试,达到所需功能指标要求。本系统软件设计采用
13、模块化系统设计方法,先编写各个功能模块子程序,然后进行组合与调整,经过调试后,达到设计功能要求。1.2 系统设计思路1.2.1 方案一由于此设计的逻辑简单,只需要判断路灯和自然光的电平信号,遂初步采用逻辑门电路进行控制,采用74系列与非门搭建控制部分。光线采集传感器采用光敏二极管进行采样,利用AD转换芯片将电平信号经逻辑门电路进行处理,系统框图如图1.1所示。传感器AD转换电源报警逻辑门电路LCD显示图1.1 方案一系统框图此方案的优点是经济,功耗低,速度快。缺点是元器件过多,布线难度大。当74系列输入引脚悬空时,感应周围的杂散信号,使悬空的输入端不稳定,致使输出端不能稳定输出。且多层逻辑门组
14、合容易产生竞争冒险显现,让继电器开关和报警产生误动作。要排除上述缺点就要再加其他电路,从而又加大布线复杂度。当采用光敏二极管时,正向导电性(阻值)受光影响大,反向不通,则AD转换失去意义。1.2.2 方案二控制部分由单片机最小系统(包括5V稳压电路、复位电路、外部振荡电路等)组成。采用光敏电阻进行信号采集,外加由LM324组成的电压比较器只进行高低电平判断即可。AT89C51振荡电路复位电路电源LCD显示比较器光敏电阻图1.2 方案二系统框图系统框图如图1.2所示。此方案的优点是布线简易,电平逻辑简单,由于采用了单片机控制,集成度高。由于此控制的功耗要求不高,最后采用方案二,利用高亮度LED进
15、行路灯的模拟,采用两个光敏电阻,一个进行自然光的采样,另一个对路灯的亮灭进行采样。由于要用两个电压比较器,而LM324直插式中恰好集成两个运放,可接成两个电压比较器可满足设计要求。2 硬件电路2.1 稳压电源经过方案确定后,此系统需要DC 5V供电, 所以采用了最普通的单相桥式整流电路。其基本电路如图2.1所示。图2.1 5V稳压电路2.2 单片机AT89C51的主要参数如表2-1所示:表2.1 AT89C51的主要参数型号存储器定时器I/0串行口中断速度(MH)其它特点EPROMROMRAM89C514K1282321624低电压AT89C51含E2PROM电可编程闪速存储器。有两级或三级程
16、序存储器保密。不用紫外线擦除,提高了编程效率。程序存储器EPROM容量可达20K字节。图2.2 单片机的引脚排列AT89C51带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其引脚如图2.2所示。主要特性: 1) 与MCS-51兼容 a.4K字节可编程闪烁存储器;b.寿命:1000次写/擦循环;
17、c.全静态工作:0Hz-24Hz;d.三级程序存储器锁定;e.128*8位内部RAM;f.32可编程I/O线;g.两个16位定时器/计数器;h.5个中断源;i.可编程串行通道;j.低功耗的闲置和掉电模式;k.片内振荡器和时钟电路。2) 管脚说明:VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉
18、电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地
19、址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(TTL)这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下所示:P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 /INT0(外部中断0)P3.3 /INT1(外部中断1)P3.4 T0(记时器0外部输入)P3.5 T1(记时器1外部输入)P3.6 /
20、WR(外部数据存储器写选通)P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令
21、是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。/PSEN:此为外部程序存储器选通信号端口。在由外部程序存储器取指令期间,每个机器周期两次低电平有效。在访问外部数据存储器时,此两次有效的低电平信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时,此期间外部程序存储器为(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器存在。注意加密方式1时,/EA将内部锁定成为复位端口;当/EA端改为高电平时,此间内部程序存储器工作。在应用FLASH编程期间,此引脚也可施加12V编程电源。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡
22、器的输出。3)I/O口引脚:a:P0口,双向8位三态I/O口,此口为地址总线(低8位)及数据总线分时复用;b:P1口,8位准双向I/O口;c:P2口,8位准双向I/O口,与地址总线(高8位)复用;d:P3口,8位准双向I/O口,双功能复用口。4)振荡器特性:XTAL1和XTAL2:此2端口分别为反向放大器输入和输出端口。该反向放大器也可以配置为片内振荡器使用。石晶振荡器和陶瓷振荡器均可采用。如采用外部时钟源驱动器件时,XTAL2不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部脉宽时钟信号的无任何严格的要求,但必须保证脉冲的高电平、低电平要求的宽度要求。5)芯片擦除:过程:EPRO
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