路灯控制系统设计方案 .docx
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1、精品名师归纳总结前言随着城市规模的不断扩大,现有的路灯治理的方式方法已远远不能满意城市路灯进展与治理的需要,必需依靠现代化的高科技治理手段。路灯治理工作需要一个以运算机为核心的、自动化的治理手段来替代一般的路灯监控系统。使整个城市照明监 测,决策和治理工作建立在运算机信息网络平台之上。因而单片机在路灯系统中的应用应运而生。由于单片机具有集成度高,处理才能强,牢靠性高,系统结构简洁,价格低廉的优点,因此在路灯照明工程中被广泛应用。单片机技术中的计时系统是单片机在的一个典型的应用。通过计时系统来对时间进行有效的掌握。在路灯设计的定时系统中将.2得到更好的应用路灯掌握系统在城市中的用途很广泛,本路灯
2、掌握器系统针对实际情形的需要进 行优化设计的。在本设计中,输入是开关按钮,进行时间掌握,显示是六个数码管和LED 二极管,时间为正常24 小时走时,可用按钮调剂定时开关时间,达到掌握的目的。该设计系统可以实现时间设置路灯的开关, 对小时和分钟可以进行调整。启动后进入计时显示 , 计时用六位数码管显示。当一天时间过去后可以循环连续掌握,用四个LED二极管进行模拟显示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第一章总体设计我们在设计路灯系统掌握器之前,先明白系统所要实现的各个功能情形。在设计的过程中,除了要让硬件电路简洁外,仍要兼顾软件不能过于复杂。这样才能达到设计的实际要求,硬件支持软件
3、,软件带动硬件。本电路设计的主要思路是:对路灯实现实时掌握,最基本的程序是时钟显示程序,之后的设定开灯和关灯时间并能对路灯进行实时掌握都是在基本程序上扩展而得到的。时钟显示程序中最关健是否对数码管进行动态扫描的子程序放在哪里,本课设中把动态扫描程序放在T0 中断里,中断的时间是非 1MS,也就是说每 1MS扫描一次,扫描频率特别快,利用了人眼的视觉残留特性, 使程序更加简洁 .调时程序和对路灯的单路掌握程序都是按键进行掌握的. 所以对对按键的掌握显得尤为重要了 . 本课设主程序中始终在对全部的按键进行扫描, 当按键一有动作 , 在第一时间就执行相应的程序 , 达到实时掌握的目的 .依据任务书上
4、的要求进行综合分析,总设计方案分为以下几个步骤:1) 依据路灯掌握系统的功能,选用合理元器件并画出总体原理图。留意硬件方案和软件方案的结合.2电路的抗干扰性能 .3对元器件的爱护才能 , 要在电路中对电流敏锐元器件进行限流掌握.硬件设计是本次设计的基础,它的胜利与否关系到本次毕业设计的成败。第一我们依旧是对系统进行分析,分析它有些什么功能,用什么样的器件才能实现。依据任务书的要求,分析出需要的功能有:具备时钟功能、时间调剂的调剂、二极管 模拟路灯 的显示功能、定时开灯关灯的时间调整功能、按键掌握功能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结基于以上功能要求,我们打算使用AT89C51芯
5、片,显示器件选用数码管 4 个), 通过电阻驱动,驱动数码管的显示。数码管采纳动态显示。最终确定的结构框图为:驱时钟电路动电路数码管显示复位电路单片机按键输入二极管显示图 2-1 结构框图2.2 硬件设计思路通过硬件电路的分析,当开机后,经过上电复位,时钟显示为17: 59:50,这时可以调整时、分、秒按钮进行精确调整到当前时间,进行正常走时。开机后系统内部自定义开路灯时间为 18:00: 00,关路灯时间为 6:00:00,假如不做调整的话,时间就是下午六点钟开灯,早晨 6 点钟关灯,但春、夏、秋、冬四季的昼夜并不相等, 为了更好的节约资源 电力)。本设计中可以进行手动调整,依据四季的变化来
6、调整开路灯和关路灯的时间,更有效的节约资源。本设计中另外的一大特点就是在夜晚12: 00 的时候,路灯会熄灭一半,这种设计也是为了节约资源,由于夜深人静的时候,并不需要太多的路灯照明整个路面,只需要点点灯光就行。然后到早晨六点钟或自己重新设定的时间的时候在关闭其它的路灯。本次设计中共用到了五个按钮,和四个发光二极管,用来掌握路灯和调整时间。按钮上到下编号为、。为进入调整开灯、关灯的时间按钮,和为退出调整开灯和关灯的按钮,只有通过它才能有效的退出定义开灯和关灯的调整状态,为调整加一小时的按钮,为调整减一小时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结的按钮,为调加一分钟的按钮,为调整减一分钟
7、的按钮。发光二极管从上至下的标号是、。、为路灯的左边一排。、为路灯的右边一排。2.3 时钟电路时钟电路是运算机的心脏,它掌握着运算机的工作节奏。MCS-51 单片机答应的时钟频率是因型号而异的。晶振的挑选:6MHz 的晶振,其机器周期是2us。12MHz 的晶振,其机器周期是1us, 也就是说在执行同一条指令时用6MHz 的晶振所用的时间是 12MHz 晶振的两倍。为了提高整个系统的性能我挑选了12MHz 的晶振。振荡方式的挑选:内部振荡方式, MCS-51 内部都有一个反相放大器, XTAL1 、XTAL2 分别为反相放大器输入和输出端,外接定时反馈元件以后就组成振荡器,产生时钟送至单片机内
8、部的各个部件,这样就构成了内部振荡方式。外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一样。在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一样,所以我挑选了内部振荡方式,由于单片机内部有一个高增益反相放大器,当外接晶振后,就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。晶振我挑选了12MHz,相对于 6MHz的晶振,整个系统的运行速度更快了。电容器 C1、C2起稳固振荡频率、快速起振的作用,电容值我挑选了30pF。内部振荡方式所得的时钟信号稳固性高。2.4 复位电路2.4.1 牢靠性运算机在启动运行是都需要复位,使中心处理器CPU 和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状
9、态,并从这个状态开头工作。MCS-51单片机有一个复位引脚RST,它是施密特触发输入,当振荡器起振后,该可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结引脚上显现 2 个机器周期 即 24 个时钟周期)以上的高电平。使器件复位,只要RST 保持高电平, MCS-51保持复位状态。此时 ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3 口都输出高电平。RST变为低电平后,退出复位, CPU从初始状态开头工作。复位以后内部寄存器的初始状态为 SP=07,P0、P1、P2、P3为 0FFH外,其它寄存器都为 0。对于 NMOS型单片机,在 RST复位端接一个电容至 VccHE一个电阻至 Vss,就能实现上
10、电自动复位,对于CMOS单片机只要接一个电容至Vcc 即可。如图,在加电瞬时,电容通过电阻充电,就在RST 端显现肯定时间的高电平,只要高电平常间足够长,就可以使 MCS-51有效的复位。 RST端在加电时应保持的高电平常间包括Vcc 的上升时间和振荡器起振时间,Vcc 上升时间如为 10ms,振荡器起振时间和频率有关。10MHz时间约为 1ms, 1MHz时约为 10ms,所以一般为了牢靠的复位, RST在上电时应保持 20ms以上的高电平。图 2.5 中, RC时间常数越大,上电时 RST端保持高电平的时间越长。振荡频率为 12MHZ时,典型值为 C=10uF,R=8.2k 。如复位电路失
11、效,加电后CPU 从一个随机的状态开头工作,系统就不能正常运转。图 2-2 上电复位电路2.4.2 人工复位除上电自动复位以外,经常需要人工复位,将一个按钮开关并联于上电自动复位电路,按一下开关就 RST端显现一段时间的高电平,即使器件复位。如下列图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2-3 上电和开关复位而在这次的毕业设计中运用的上电复位电路. 即只要一接 +5V 电压, 系统就会自动的复位. 出于牢靠性和适时性的考虑,我挑选了简洁有用的上电复位电路上电后,由于电容充电,使 RST连续一段高电平常间。从而实现上电复位操作。我挑选的C=10uF,R=1k。2.5 按键电路在单片
12、机系统中,通常有且仅有一键按下才视为按键有效。有效的确认方式通常 又可以分为两类。第一类为按下 - 释放键方式,系统要求从按下倒释放键才算一次有效按键。另一类为连击方式,就是一次按键可以产生多次击键成效,其连击频率可自己 设定,如 3 次/ 秒、4 次/ 秒等。依据设计的需要,我挑选了按下- 释放方式,电路如下图 9 所示。电路为低电平有效输出方式,当按键按下时输出为低电平。Vcc +5V100I/OGND图 2-4 开关电路图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在按下- 释放键方式时,系统先判定是否有键按下,如不用硬件去抖,就同时进行软件去抖,确认有键按下,然后等待至该按键释放才
13、算依次按键,留意释放键判定同 样要进行去抖处理。2.6 显示电路2.6.1 显示方式挑选LED 数码显示器经常用的显示器之一,我用的是单片机并口设计的LED 数码显示电路。 LED 有着显示亮度高、响应速度快的特点,最常用的是七段式LED 显示器,又称数码管。七段式LED 显示器内部由 7 个条形发光二极管和 1 个小圆点发光二极管组成,依据各管的亮暗组合成字符。即 P 区)是公共的,而阴极相互离即 N 区)是公共的,而阳极是相互隔。隔离的。显示方式的论证:方案一:静态显示方式,就是把共阴极或共阳极的公共端位选端)连接在一起接的或接 5V 电源,形成位控端。每一位的段选线 a dp)作为段控端
14、。方案二:动态显示方式,是单片机应用系统中最常用的显示方式,把全部的显示器的同名段选端选线相互并接在一起,由同一个8 位并行输出口掌握。而各显示器的位选线就分别由不同输出口线掌握端。这样各显示位不能同时显示不同的数字或字符。因此要挑选扫描的方法,即从左到右或从右到左)依次轮番使每位显示器显示数字或字符并保留一段时间 印制电路板 PCB优点之一是可以实现电路中各个元器件间的电气连接,代替复杂的布线,削减了传统方式下的接线工作量,简化了电子产品的装配、焊接、调试工 作。2 印制电路板 PCB优点二是缩小了整机体积,降低了产品成本,提高了电子设备的质量和牢靠性。3 印制电路板 PCB优点三是具有良好
15、的一样性,它可以采纳标准化设计,有利于装备生产的自动化和焊接的机械化,提高了生产率。4 印制电路板 PCB优点四装备的部件有好的机械性能和电气性能,使电子设备实现单元组合化,使整块经过装配调试的印制电路板作为一个备件,便于整机产品的互 换与修理。正是由于以上 PCB优点, 所以这次我做成了 PCB版。硬制电路板的制作过程 :可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结一般 PCB基本设计流程如下:前期预备 -PCB结构设计 -PCB布局- 布线- 布线优化和丝印 - 网络和 DRC检查和结构检查 - 制版。第一:前期预备。这包括预备元件库和原理图。在进行PCB设计之前,第一要预备好原理图
16、SCH的元件库和 PCB的元件库。其次: PCB结构设计。这一步依据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位,在PCB设计环境下绘制 PCB板面,并按定位要求放置所需的接插件、按键/ 开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域。第三: PCB布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时假如前面讲到的预备工作都做好的话,就可以在原理图上生成网络表Create Netlist),之后在 PCB图上导入网络表 Load Nets )。然后就可以对器件布局了。在放置元器件时,肯定要考虑元器件的实际尺寸大小,元器件之间的相对位置,以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性以及整齐美观。第
17、四:布线。布线是整个 PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在 PCB的设计过程中第一是布通,这时PCB设计时的最基本的要求。其次布线要整齐划一,不能纵横交叉毫无章法。在做这次设计布线时主要按以下原就进行:一般情形下,第一应对电源线和的线进行布线,以保证电路板的电气性能。在条件答应的范畴内,尽量加宽电源、的线宽度,最好是的线比电源线宽,它们的关系是:的线电源线信号线。振荡器外壳接的,时钟线要尽量短,且不能引得处处都是。尽可能采纳 45o 的折线布线,不行使用 90o 折线,以减小高频信号的辐射。任何信号线都不要形成环路,如不行防止,环路应尽量小。信号线的过孔要尽量少。关键
18、的线尽量短而粗,并在两边加上爱护的。原理图布线完成后,应对布线进行优化。同时,经初步网络检查和 DRC检查无误后,对未布线区域进行的线填充,用大面积铜层作的线用 , 在印制板上把没被用上的的方都与的相连接作为的线用。 PCB布线工艺要求线可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm13mil,线间距不小于0.254mm10mil。这次设计中信号线宽为 0.5mm,电源线宽与的线宽0.8mm。焊盘 PAD)焊盘PAD)与过渡孔 VIA)的基本要求是:盘的直径比孔的直径要大于 0.6mm。实际应用中,应依据实际元件的尺寸来定,有条件时,可适当加
19、大焊盘尺寸。 PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大 0.2 0.4mm左右。过孔 。当布线密度较高时,过孔尺寸可适当减小, 但不宜过小,可考虑采纳 1.0mm/0.6mm40mil/24mil 。焊盘和过孔的实际尺寸要依据各个元器件的实际情形再综合PCB布线工艺要求来确定。第五:布线优化和丝印。优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。对于丝印, 要留意不能被器件拦住或被过孔和焊盘去掉。第六:网络和 DRC检查和结构检查。第一,在确定电路原理图设计无误的前提下,将所生成的 PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查NETCHEC)K,并依据输出文件结果准时对设计进行修
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