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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书（2012）毕业设计说明书公用路灯用电量分配系统的设计专业电子信息工程学生姓名王 乾班级BMZ电子082学号0861407225指导教师曹 妍完成日期2012年5月31日1公用路灯用电量分配系统的设计摘 要：随着住房制度改革的深入，越来越多的居民买了商品房，原来的单位住宅楼的公用路灯费用是由单位出资的，而商品住宅楼内的居民来自不同的单位，要不要安装路灯？安装路灯后费用如何解决？“公用路灯用电量分配系统”是为了解决商品住宅楼内公用路灯的收缴费用问题。系统的设计包括硬件部分和软件部分的设计，硬件部分主要功能模块由单片机芯片AT89C2051，复位及看门狗电路 MAX8
2、13L，继电器接口电路，数码管显示电路等组成。系统以AT89C2051单片机为核心，利用其指令来实现对住宅公用路灯用电量的自动分配。介绍了软件编程思想及设计中应考虑和解决的几个主要问题。公用路灯用电量分配系统具有低功耗、可靠性、安全性、低成本等特点。设计解决了楼道路灯电费收缴的难题，有较好的实用价值。关键词：公用路灯；用电量分配；单片机；看门狗；继电器电路Design on public street lamp of power consumption distribution systemAbstract: Along with the developing of the house sys
3、tem, more and more people have bought the commodity apartment, the cost of street lamp was paid by the unit in the past, but the people in the commodity are coming from different places. Do they need the street lamp and how to pay the cost for everyone? Public street lamp of power consumption distri
4、bution system, can solve all of them. The design includes the systematic hardware block diagram structure, some main function module (the AT89C2051 microcomputer and watchdog timer MAX813L, relay interface circuit, etc.) and unit circuit, the software programming thought and the problems in the desi
5、gning. The system takes AT89C2051 monolithic integrated circuit as a key, using its instruction to get the public street lamp of power consumption of automatic assignment. And with the illuminated examination system in the street light start button electric circuit, it can act according to the envir
6、onment brightness to control whether to use the street light. Assign the device to have low consumption in power consumption of public street lamp; dependability; securities; safety, and low cost. Thus the problem of collecting stairway lamp electricity cost will be settled well.Key words: public st
7、reet lamp; power consumption distribution; microcomputer; watchdog timer; relay interface circuit目 录1 概 述12 课题研究背景与意义22.1 课题研究背景22.2 课题研究意义23单片机简介33.1 单片机的简单介绍33.2 单片机的工作过程63.3 单片机的发展与社会需求64公用路灯用电量分配系统工作原理与用途74.1 用电量的分配原理74.2 系统总体方案的确定85公用路灯用电量分配系统的硬件设计115.1 主系统设计及其分析115.2 AT89C2051介绍115.3 AT89C2051
8、的振荡器和时钟电路125.4执行分配的继电器电路设计及其分析135.5系统供电电源电路设计及其分析145.6双电压比较器集成电路145.7看门狗电路165.8长期运行须考虑的安全性问题196 公用路灯用电量分配系统的软件设计及调试196.1程序运行死机及相应政策216.2电源故障及相应对策236.3程序设计思想247 结 束 语24致 谢26参考文献27附 录28附录1程序清单28附录2 主系统电路原理图32公用路灯用电量分配系统的设计1 概 述 本课题的设计目标是利用单片机基础知识、汇编语言等技术设计出用电量分配装置能快速准确的使楼道内的路灯用电的电费能自动的分摊到用户的电表中去，以便解决用
9、户安装路灯后费用收缴不方便的难题。本设计只有采用智能化才能满足（成本因素、功能因素、性能因素等）功能要求。为此，本设计选择了ATMEL 51系列单片机89C2051作为控制核心，它的掉电运行模式能满足低功耗的要求。该系统的设计要点为：a.系统时钟为1MHZ，目的是减少系统功能。因为系统对运行速度要求很低，均为ms级以上。b.环境照度检测电路采用单电源比较器LM393实现。当环境照度变低，使得光敏电阻的阻值大于100千欧时, 比较器LM393翻转,1脚输出为低电平送入单片机引脚P30。单片机根据此引脚电平状态决定是否可以使用路灯。c.路灯点亮按钮电路。当任何一个楼层住户门口的路灯按钮按下时，均会
10、通过光电耦合器TLP521-2，使得单片机P32引脚产生一个负跳变，从而触发外中断INTO，唤醒单片机，控制继电器电路动作，点亮路灯。当然，路灯能否点亮首先取决于P30的状态。 d.看门狗及复位电路由MAX813L实现。MAX813L本身具有上电复位、手动复位功能，同时利用内含的看门狗电路，保证系统能自动从死机状态恢复正常工作。P33为喂狗信号输出引脚。只要保证能及时喂狗，就能避免系统复位。e.继电器接口电路均采用光电隔离，以提高系统的抗干扰能力，实现强、弱电系统的隔离。为了降低功耗，采用工作电压为12V的小型封装继电器。因为5V继电器的驱动电流大，功耗也会提高。f.继电器电路动作设计的关键是
11、继电器触点合、断的延时时间，必须考虑继电器的动作有一定时滞，否则，会出现上个继电器尚未彻底断开，下一个继电器已经动合的现象，使得系统分配精度出现较大误差，甚至不能正常分配。g.主系统采用+5V电源。为了降低成本，采用“变压器降压-整流-滤波-稳压”的线性电源。这里选用了78M05 3端稳压器。变压器尽管与继电器工作电源所需的变压器为同一变压器，但绕组副边独立，减小相互影响。h.继电器工作电压为+12V，考虑到继电器对电压要求不是很高的特点，这里采用“变压器-降压-整流”的方式，没有稳压，同时也没有大容量电容滤波。这是在实际开发过程中，发现如果有大容量电容滤波，会出现继电器动作失常的现象。原因是
12、：大容量电容储存的电能使得继电器关断时间延长。虽然已经考虑到继电器动作存在延时的问题，但还导致上一个继电器没有关断，下一个继电器已经动合的现象。本设计的主要任务是实现单片机对用电量分配装置的智能化控制。要实现以下几个目标：a.电费的自动分摊；b.保证系统死机后的自恢复；c.保证系统长年累月的进行；d.保证装置本身的安全性。本文针对以上几方面，对住宅公用路灯用电量分配装置设计了一些可行性方案，并对这些方案进行了分析。2 课题研究背景与意义 公用路灯用电量分配系统广泛应用于现代化的单元住宅楼，解决商品住宅楼内公用路灯的收缴费用问题。2.1 课题研究背景本文主要研究的是住宅小区中公用路灯用电量的分配
13、装置。随着人民生活水平的提高和住房制度改革的深入，越来越多的居民买了商品房，住进了商品住宅楼。住宅小区的建设水平也在日益提高，不仅规划设计合理、功能齐全、配套完善，而且环境优美，深受城市居民的喜爱，其中住宅小区的路灯对小区作用尤其是夜间照明的作用越来越受到人们的重视。随之而来的问题是，原来单位住宅楼是由单位安装路灯并由单位负责缴费的，楼内居住的单位职工不用担心没路灯和收缴费用的问题；而商品楼内的住户来自不同的单位，要不要安装路灯？装了路灯后费用如何收取？这就出现了所谓的路灯问题。为什么呢？因为首先安装路灯不便利，其次安装路灯后费用收缴不方便。很多城市已经普及了1户1表，小区的路灯用电从哪里来？
14、对于以上的问题，目前往往采用以下两个办法解决：其一是为每个楼道路灯接一个电表，但此方法需要根据电表度数人工分摊，有人上门挨户定期收费，十分不方便；二是把楼道路灯接入楼道内某住户电表，大概估算后由各住户协商出资，但此方法容易引起纠纷。2.2 课题研究意义鉴于以上情况,楼道路灯问题正日益成为住房商品化后的一大难题。住宅公用路灯用电量分配装置正是为了彻底解决楼道路灯的费用分担问题而设计的。采用该装置后，楼道路灯的电费能自动分摊到住户各自的电表内，解决了住户的后顾之忧，给生活带来了便利。本电量分配器在绝大多数时间里处于非正常工作状态，只有在使用路灯或进行点灯时间的调整时通过按键才能被唤醒，进入正常工作
15、状态。另外，由于看门狗的作用，可在系统死机自动恢复正常。因此，它不仅具有较高的稳定性、可靠性和安全性，而且还具有低成本的特点，具有一定的市场推广应用价值。3单片机简介3.1 单片机的简单介绍单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成在复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲就是把中央处理器CPU（Central Processing Unit）、存储器（Memory）、定时器、I/0（Input/Output）接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它体积小、
