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1、 编号 潍坊学院毕 业 设 计 技 术 报 告 课题名称：自适应路灯控制器设计 学生姓名: 王继盛 学 号: 专 业: 班 级: 2012级4班 指导教师: 2016年 6 月 1潍坊学院毕业设计（论文）目录第一章 前言11.1 课题研究的背景及意义11.2 路灯照明技术发展状况及趋势11.2.1 路灯照明技术的现状11.2.2 路灯照明技术的发展趋势2第二章 自适应路灯控制系统的方案设计32.1 控制系统的理论分析32.2 控制系统的整体设计方案3第三章 硬件电路设计43.1 系统中的主要器件的介绍43.1.1 单片机AT89C51简介43.1.2 模数转换芯片简介53.1.3 通信芯片简介
2、63.1.4 时钟芯片简介73.1.5 显示模块简介73.1.6 光传感器简介83.1.7 继电器简介93.2 主要模块电路设计103.2.1 单片机最小系统电路103.2.2 光照采集电路113.2.3 时钟电路123.2.4 路灯开关电路123.2.5 串口通信电路13第四章 软件设计144.1 系统控制程序的设计流程144.2 功能模块程序设计154.2.1 模数转换程序设计154.2.2 读取时间程序设计164.2.3 显示程序设计184.3 系统控制程序设计194.3.1 控制继电器程序设计194.3.2 关灯方式程序设计194.3.3 时间调整程序设计204.4 串口通信程序设计2
3、1第五章 仿真测试225.1 光照控制仿真测试225.2 时钟控制仿真测试225.3 系统总控制仿真测试23第六章 结束语25参考文献26附录27致谢321 摘要：在现代化城市中，道路路灯成为城市的一条靓丽风景线，但是美好的表面下却存在着严重的电能资源浪费，实现路灯的自适应控制进而达到能源节约是本设计的主要目的。本设计主要由光敏电阻构成的光照传感器、AT89C51单片机、电磁继电器三部分构成，光照传感器实现光照度的采集，单片机作为主控制中心处理数据，继电器为执行元件调控路灯的亮灭。本系统采用的策略是首先按照光照度对路灯自适应关灯控制，此外还需要按照预先设计的时间策略对路灯自适应开灯控制。关键字
4、：路灯；自适应；光照传感器；单片机；继电器ABSTRACT：In a modern city,street lamps become a beautiful landscape of the city, but there is a serious waste of resources under the better surface. The main purpose of this design is to realize the adaptive control of street lamp and achieve energy saving. This system mainly co
5、nsists of three parts, which are light sensor, single chip microcomputer and relay. The light sensor collects light illumination, the single chip microcomputer as the control center to deal with data, the relay as the control switch controls the opening and closing of the street lamp. The strategy a
6、dopted in this system is to control the street light adaptive according to the light intensity, in addition to the time in accordance with the strategy of beforehand designed adaptive control on the lamp lights.KEY WORDS:street lamp;adaptive; light sensor;single chip microcomputer;relay1第一章 前言1.1 课题
7、研究的背景及意义社会的城市化进程越来越快，路灯在城建中的重要性愈发显著。路灯的作用已经不仅仅是为了照明，还成为了城市的一道靓丽的风景，但是路灯的不合理使用浪费了大量的电能。我国的电能来源主要是火力发电，而发电的效率仅在44%左右。利用火力发电的同时也消耗着煤炭资源和污染着环境，一座1000兆瓦的火力发电厂每天大约消耗10万吨的水资源，全国每年消耗标准煤约5000万吨，火力发电造成的污染很严重，全国每年排放SO2约140万吨和烟尘约1500万吨，直接燃烧煤炭排放的酸性气体不断增加，使中国很多地区酸雨量增加。煤粉灰尘也严重污染着发电站附近的环境，影响人们的日常生活及植物的正常生长。根据调查报告显示
8、2014年社会消耗电量大约是5.5万亿度，而用于路灯的用电量大约占其中的12%1。按市电0.7元每度计算，一年花费约460亿元，严重制约着国家的经济发展。但是我国的路灯管理水平还比较落后，基本上靠人工操作，花费了大量的人力成本，而且路灯的开关控制不够准确及时，造成电能的大量浪费。因此提高路灯控制技术，科学合理智能的控制路灯，在满足人们在路上出行安全的同时还能节约电能和减少人力成本，减少市政开支，所以大力推广照明节能技术具有重大的意义。1.2 路灯照明技术发展状况及趋势1.2.1 路灯照明技术的现状目前大多数城市的路灯照明控制技术比较落后，基本上都是采用传统的控制方式，即使用人工操作，在规定的时
9、间点统一打开和关闭路灯，而且路灯的损坏情况全靠人工巡逻检查，并且各街道路灯没有主次之分，主干道与小街道路灯的亮度要么统一要么偏亮或偏暗，这些现象就造成了路灯开关的不准确不及时，路灯维修不及时，各道路路灯亮度不科学，这样的规划设计不仅浪费能源增加人力成本，而且整体的照明效果也不好。1.2.2 路灯照明技术的发展趋势电能是重要的二次能源，我国是发电大国，主要靠火力发电，当前世界能源危机越来越严重，节约能源越来越重要，其中节约电能被提上日程，随着科学技术的发展，城市路灯节能技术得到不断地进步，从传统的人工控制到由光照强度决定的智能控制，从高压钠灯到LED灯，从供电电源由市电到太阳能发电，路灯照明技术
10、的发展对电能的节约都得到了较大的进步。第二章 自适应路灯控制系统的方案设计2.1 控制系统的理论分析本系统整体分为两部分又分为两段控制，光照控制模块和时钟控制模块2。光照控制指在夜晚0点以后光照传感器开始工作，随着天渐渐变亮，光照强度逐渐增强。主机接收从机收集的光照度，经过处理后向从机发出指令，从机根据指令执行关灯行为，直至路灯全关。时钟控制指单片机在规定的时间点定时打开路灯。同时下午路灯打开的时间点随着月份的变化而提前或延迟，例如夏季最晚打开路灯时间为19点，冬季最早打开路灯时间是17点，即每个月份增减20分钟3。2.2 控制系统的整体设计方案系统整体设计方案如图 2.1所示。图2.1 控制
11、系统整体设计框图 光感模块收集光照强度提供给单片机，时钟模块提供时间参考，单片机根据收集的数据处理后输出控制信息，通过控制模块对路灯的开关进行控制。主机通过串口收集各个控制器的工作状态信息，然后通过显示模块显示各个控制器的信息4。 第三章 硬件电路设计3.1 系统中的主要器件的介绍3.1.1 单片机AT89C51简介单片机的特性概述：AT89C51单片机提供的标准功能：（1）8位CPU。（2）片内带振荡器，振荡频率fosc范围在1.212MHz；可有时钟输出。（3）128B的片内数据存储器。（4）4KB的片内程序存储器。（5）程序存储器的寻址范围为64KB。（6）具有寻址范围为64KB的片外数
12、据存储器。（7）21个字节特殊功能寄存器。（8）4个8位并行口：P0，P1，P2，P3。（9）1个全双工串行口，可用于多机通信。（10）2个16位定时器/计数器。（11）中断系统有5个中断源，可编程为2个优先级。（12）片内采用单总线结构。（13）用单一+5V电源5。单片机的特点：（1）高度集成，体积小，可靠性能高；（1） 控制功能强；（2） 电压低，功耗低，便于生产便携式电子产品；（3） 容易扩展；（4） 性价比较高；AT89C51单片机的部分引脚功能简介：VCC接单一+5V电源，GND接地，P0P3口为8位双向I/O口，其中P3口的第二功能是P3.0(RXD)串行输入口，P3.1(TXD)
13、串行输出口，P3.2（/INTO）外部中断0，P3.3（/INT1）外部中断1，P3.4(T0)计时器0外部输入，P3.5(T1)计时器1外部输入，P3.6（/WR）外部数据存储器写选通，P3.7（/RD）外部数据存储器读选通。AT89C51单片机引脚如图3.1所示。图3.1 AT89C51引脚图3.1.2 模数转换芯片简介ADC0832是一种专门用来将模拟信号转换为便于计算操作的数字信号的芯片，与微处理器完全兼容，它具有价格较低、接口比较简单、转换控制比较容易等优点，在单片机系统开发中得到大量的使用6。ADC0832的特点：（1）8位分辨率，最高分辨可达到256级；（2）输入输出电平与TTL
14、/COMS相兼容；（3）供电电源为+5V时输入电压在0-5V之间；（4）工作频率为250KHz，转换时间在32us；（5）功耗一般在15mW；ADC0832的引脚功能表如表3-1所示，其引脚图如图3.2所示。表3-1 ADC0832引脚功能表图3.2 ADC0832引脚图3.1.3 通信芯片简介MAX485主要应用于RS-485总线上，其工作电源为+5V，通信方式为半双工，它的功能是将TTL形式的电平转换成为抗干扰能力更强的RS-485形式的电平7。 RS-485接口是一种新的接口标准，它具有的特点是： 1、RS-485的电气特性：以A线和B线之间的电压差大于0表示高电平，小于0表示低电平。2、RS-485接口的最大通信速率是10Mb/s，它的通信速率越快则通信距离就越近。 3、RS-485接口使用差分接收器和平衡驱动器相结合的形式，其抵抗共模的干
