2022年模拟智能路灯控制系统 .pdf

基于 STC89S52 的智能路灯的设计物理与电子信息科学系电子信息科学与技术专业 12960137 谢丰应指导老师：唐建峰摘要: 智能路灯系统STC89C52单片机作为控制核心,系统使用简单的电路,体积小专用时钟芯片 DS1302 ， 工作时保持数据和时钟信息,当功率小于1 兆瓦时。 使用 DS1302 不仅降低电路的功耗 ,并且能保存IO 端口资源。使用光敏电阻搭配LML393 感应环境亮度变化,用红外感应模块感应行人和车辆通过智能控制光照强度。自动感应光照方式和时机模型两种。配备了键盘输入模式下,液晶的使用LCD1602 显示。单片机灯光定时控制器是一种新型智能控制仪表 ,它可以不同季节调整不同的晚上开灯时间,黑暗的人根据不同的需要通过按钮和路灯的光熄灭的时间条件。系统智能化程度高,可靠性高 ,系统稳定 ,和高性价比 ,具有较大的市场方向。关键词 ：AT89S52 DS1302 LCD1602 光敏路灯 LM393 红外感应Abstract:Smart street system for the control of microcontroller core STC89C52, the system uses simple circuit, small dedicated clock chip DS1302, DS1302 work, low power consumption, keep the data and clock information power is less than 1mW. The circuit using the DS1302 not only reduce power consumption, and save the IO port resources. Photosensitive resistance testing environment with brightness changes, with automatic light-sensitive mode and timer mode two. With keyboard input, the LCD LCD1602 display. SCM street smart timing controller is a new control instruments, which can change depending on the season with the dark dawn of time changes, depending on the needs of people through the street light through the button and off time conditions. System, high intelligence, high reliability, the system is stable, and comprehensive cost-effective high, with large market applications. Key words: AT89S52 DS1302 LCD1602 photosensitive lights 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 目录1 引 言 ( 1 )2 系统方案设计 (1)3 系统硬件电路设计 (2)3.1 单片机最小系统(2)3.2 按键模块电路(2)3.3 光敏电路设计(2) 3.4时钟芯片模块设计(6) 3.5显 示模 块设 计 ( 9) 3.6 红外模块设计(11) 4 软 件 设 计 ( 15)4. 1 主 程 序设 计 ( 15) 4.2按键模块子程序(16) 4.3光敏程序设计(17)4.4 红外程序设计(17) 4.5 时钟程序设计(17) 5 总 结 ( 18) 参考文献 （18）致谢(18)附录 1：电路原理图 (20)附录 2：实物图 (21)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 1 引言城市各种路灯的节能工作是城市工作管理的重要任务之一,现代城市的快速发展需要有更加可靠，更加智能，更加节能的城市路灯控制系统。特别在当前形势，能源紧张各种资源的紧张，节能已经成为各行各业的主题。本系统用89C52 系列单片机用于设计的很方便，也很简单，时间控制也很精确，能满足日常使用的要求。路灯控制系统的设计有两种方式:一是通过光敏电阻的感光变动电阻所产生的不一样的电信号控制,一种是通过DS1302 时钟芯片控制时间来控制路灯。设计的特点不尽相同 ,因此有不同的目的。我们可以使路灯系统通过简单的合成与上述两个特点同时,用STS89C52 单片机的控制下来控制路灯开关。按钮可以调节时间，人工控制路灯亮灭的时间。节能方面通过红外感应智能控制路灯光照强度，当无人是路灯不是很亮，当有人经过通过红外感应感应到人或车辆的通过，加大光照强度可以更清楚的看清路面情况，通过智能控制达到节能的效果。光敏电阻自动感应光照强度，当在白天天气黑暗的时候也可以打开路灯，而且光敏电阻的优先级大于时钟电路。本设计硬件电路简单,成本低 ,性能可靠 ,操作方便 ,实现 51 单片机在智能控制中的应用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 2 系统方案设计系统原理图如图1 所示，系统主要有单片机最小系统，时钟电路，光敏模块，红外感应模块，按键模块和显示模块。该系统以89C52 为核心，有时间控制，光敏感应，红外感应为一体的智能控制系统，实现了更高效的，更节能的控制系统，针对城市的路灯更好的控制能源达到节能和控制的目标。3 单片机硬件电路设计3.1 单片机最小系统单片机最小系统由四个部分组成1 晶振 ，晶振大小由你单片机时钟周期而决定，B9C52 使用 12MHZ 的晶振，用于 计时，并联两个电容，电容大小一般为22PF,晶振与单片机的18脚和 19 脚相连。 2 复位电路，用于复位，相当于重启，用一个电解电容和电阻相连，与单片机的 RST 口相连，与 40 脚的地相接， 3 电源，用于供电，一般用电脑供电，或自制USB接口供电， 一般 89 系列需要在P0口接个排阻并且排阻需要接上电源。4 烧制程序的口， STC一般使用串口输入。最小系统图如图2 所示。S T C 8 9 C 5 2 键盘模块时钟模块路灯控制显示光敏模块红外模块图 1 系统设计总体方案名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 2 单片机最小系统3.2 按键模块设计按键总共有四个按键包括复位按键，加减时间按键，控制按键，复位按键连到单片机RST,控制按键连到P3.0，时间加减连到P3.1 和 P3.2 达到控制时间来点亮路灯。3.3 光敏电路设计光敏电阻器是利用半导体的光电效应阻力改变入射光的强度和电阻;入射光强度,电阻减小 ,入射光弱 ,电阻增大。光敏电阻测量光,光线中常用的控制和光电转换将改变(光的变化转化成电能 )。常用的光敏电阻硫化镉光敏电阻,它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的电阻改变入射光的强度(可见光 ),在黑暗的条件下,其值可达1 10 m(黑暗 ),在强光条件下 (100 lx), 它的价值 (亮电阻 ),只有几百到几千欧姆。光敏电阻光敏性(即。 、光谱特性 )和人眼对可见光(0.4 0.76)m 的反应是非常接近,只要人类的眼睛可以感觉到光,并将导致其电阻变化。电路通过一个比较器这里我用的LM393 芯片， 和一个滑动变阻器调节光敏电阻的灵敏度。LM393输出 负载电阻 能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS 开路 (当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的值所限制 .当达到极限电流(16mA) 时，输出 晶体管将退出而且输出电压将很快上升。电路图如图3 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 3 光敏电路3.4 时钟模块设计这个系统的时钟模块是通过时钟芯片DS1302来实现的，电路图如图4.D S1302 的引脚排列 ,其中 Vcc2 为主电源， VCC1 为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。当Vcc2大于 Vcc1+0.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于 Vcc1 时，DS1302由 Vcc1 供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32.768kHz 晶振。RST 是复位 /片选线 ，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送 。RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入 移位寄存器 ；其次，RST 提供终止单字节或多字节数据传送的方法。当RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302 进行操作。如果在传送过程中RST 置为低电平，则会终止此次数据传送， I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc2.0V 之前，RST 必须保持低电平。 只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 I/O为串行数据输入输出端 (双向)，。SCLK 为时钟输入端。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 4 时钟模块3.5 显示模块设计显示模块应用LCD1602 液晶显示屏， 1602 具有价格比较低，显示清楚，等比较优良的特点，是一款功耗比较低的LCD 显示器所以我选用它。只需要很少的外部原件就可以使用它。如图 5 所示。 P0 口连接到排阻然后连到数据IO 口，微控制串行总线。图 5 显示模块3.6 红外模块设计红外模块来控制是否有人或车辆通过来调节路灯的亮度。通过一个红外感应连接到三极管 S8550 然后连接到单片机。S8550 是一种常用的PNP 型三极管，基极连接到单片机上将红外感应的信号放大以更好的达到精确的控制。路灯使用超高亮的led 灯，可以更加直观的看到反应。如图6. 图 6 红外模块4 软件设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4.1 主程序设计主程序第一步是对当前环境明暗程度作出判断，设置定时器为T0 工作模式为16 位定时计数器的模式， 设置总中断允许位EA， 并把显示端口P0 和 P2清 0。 然后调用时钟1302子程序、液晶子程序、按键子程序、光敏程序、红外感应子程序。因为采用的是12MHz 的晶振，那么计数器每计一个数会是1us，当主程序检测到接收成功的标志位后，开始进行时间的计算。 结果会把十进制BCD 码方式送进LED 显示大概0.5s。为了程序结构化和更加容易计算出距离，主程序需要运用C 语言编写。结果框图如图7. 图 7 4.2 按键模块子程序编写单片机按键子程序时，先给按键连接的I/O 口一高电平，让单片机检测该I/O口是否变成为低电平，也就是当按键闭合时，I/O 口与地相连变成低电平，说明按键按下，然后执行按键相对应得命令。如图8. 人手控制光敏控制时钟控制红外感应名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 开始对按键的扫描线进行AD 采样判断 AD 值是否大于 245按键消抖并根据AD 值确定键值按键处理退出否复位按键扫描的相关变量是图 8 4.3 光敏程序设计当时间控制之外光敏程序当光线强时路灯不亮，光线暗时路灯亮，程序流程图如下图 9 时间控制外光照强时光照弱时运放比较器信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 9 4.4 红外程序设计当路灯进入忙时段时，当有人或车辆经过时路灯高亮。无人时路灯微亮具体程序如下：DisplayTH(TH); DisplayTL(TL); read_date(); TR0=1; while(1) key_scan(); read_date(); if(IN1=1&sh=1) n1=5000; /感应到人后启动高亮的时间 else if(hour=TH&hour=TL&sh=1) /忙时段灯高亮m1=10; else if(hour=TH&hour=TL&sh=1) /忙时段灯高亮m2=10; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - else if(hourTH&sh=1&IN2=0) /闲时段灯微亮m2=2; else m2=0; 4.5 时钟程序设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 5 总结本次的设计主要用于模拟路灯控制系统的节能，对细节要求高。这个路灯用的时钟模块时钟芯片使用的晶振频率是32.768 kHz，不能搞错，我的板子用的比较小，所以排版显得很艰难， 摆放好液晶屏和单片机后空间就显得很小，其他元件都腾不出地方。 时钟芯片和最小系统放在一起会减低时钟芯片的影响。液晶平应该选用较稳定的电阻。 硬件电路在调试过程中要一个个检测，光敏电阻的的灵敏度也要注意， 光敏电阻分两种， 一个是随光照强度电阻减小，一个是随光照强度电阻增大。不能选错， 选用 LM393的比较要记得接电阻。 在用单电源供电的情况下需要接一个上拉电阻。不是每一个芯片都能使用单电源供电，开始我选用的LM324就出现比较不稳，单电源供电下灵敏度不够高，路灯出现微微遮一下光就亮的情况，最后还是换成LM393. 软件方面要细心， 一个小小的错误就会耽误半天， 软件也需要一个模块一个模块尝试。系统调试完了之后， 要对光暗环境的一致性进行多次试验，不断的优化才能达到与假设和实际相同。不断改进电路使它的的精确度达到最高。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 6 参考文献【1】郭天祥 .51 单片机 C语言教程【 M 】. 北京：电子工业出版社，2011 【2】陈杰，黄鸿 . 传感器与检测技术【M 】 .北京：高等教育出版社，2011 【3】陈锌城，邓海 . 模拟电子技术【M 】. 北京：高等教育出版社，2010 【4】陈梓城 . 电子技术实训【M 】. 北京：机械工业出版社，2008 【5】孙丽霞 . 数字电子技术【M 】. 北京：高等教育出版社，2010 【6】周良权 . 数字电子技术基础【M 】. 北京：高等教育出版社，2008 【7】刘少强，张靖。传感器设计与应用实例.北京：中国电力出版社，2008 【8】杨晓光，寇臣锐，汪友华.太阳能 LED路灯照明控制系统设计【J】. 电气应用， 2009 【9】董飞，蒋孝平。 高亮度功率发光二极管驱动器及其应用电路【 J】. 光源与照明， 2009 【10】 周志敏，等。 LED照明技术与工程应用【M 】. 中国电力出版社，2010 致谢大学里所学到的知识在这次设计中完美的体现出来，运用了很多很多学到的知识，把知识活学活用，并且在其中丰富了我的动手能力，也学到许多小技巧，也有了许多总结问题， 找到问题， 解决问题的新方法。 这里我要由衷感谢我的指导老师唐建峰老师， 在设计过程中给了我许多指点，让我少走了许多弯路。 还有我要感谢我的所有任课老师， 感谢你们的教导。 还有感谢我班上的同学给了我很多的资料和各种帮助及时指出了我在设计中的问题。感谢你们对我的支持，谢谢你们。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 附录 1 电路原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 附录 2 实物图和实物演示结果如图所示，实物大部分有锡焊接小部分通过跳线连接，液晶屏为LCD1602 ，时钟芯片接了一个单独3V的纽扣电池给 DS1302供电， 最小系统和复位电路在单片机下面节省空间。模拟路灯和红外感应在一块，更好的观察路灯感应情况。实物正面图实物背面图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -