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1、保密类别 编 号108060400武汉大学毕 业 论 文 声控和光控路灯的设计系 别 电子信息科学系 专 业 通信工程年 级 2012级通信一班学 号 20091080604007姓 名 指导教师 武汉大学 2013年5月2日I摘 要 随着科技的飞速发展，自动化已经运用在了生活中的方方面面，而路灯就是一个很好的例子。如何能够利用51单片机作为中央处理器实现路灯的节能是本设计的主要内容。通过书本知识学习、指导老师的辅导以及资料文献的查阅，确定51单片机为主要芯片，然后因为要实现声光控功能，那就必须使用到光敏电阻和驻极体话筒电阻来实现光和声音转换为电信号，利用单片机最小系统模块、声控模块、光控模块
2、等几大模块为主的硬件来实现本次设计。本设计分别通过利用声控和光控模块的驻极体话筒和光敏电阻将声音信号和光信号通过转换为51单片机能够识别的电信号来实现声光控功能。通过运用所学知识和必要绘图仿真编程软件绘制出系统原理图、整体电路图、程序流程图，完成系统电路设计、光敏传感器模电变换设计、声控整流滤波放大并进行程序编写、仿真、硬件调试等，终于设计实现了利用51单片机使白天由光控电路起作用控制灯不亮，晚上由声控电路起作用控制开关闭合灯亮，并且延时一段时间熄灭。从而达到节能环保的目的，最终达到本次论文的要求。关键词：51单片机 光控电路 声控电路 光敏电阻 驻极体话筒 目 录 第一章 绪 论1.1论文选
3、题的目的和意义11.2国内外关于该论题的研究现状和发展趋势1第二章 论文设计概述2.1 论文主要要求32.2论文设计思路及说明3 2.3论文设计方案3 2.4方案选择4第三章 系统硬件设计3.1 AT89C5253.2单片机的原理53.3驻极体话筒73.4光敏电阻83.5 双电压比较集成器LM39393.6系统主要模块介绍：113.6.1 光控电路模块113.6.2 声控电路模块123.6.3 串口通信模块133.6.4 电源电路模块14 3.6.5 复位电路模块143.6.6 时钟电路模块15第四章 系统电路设计4.1系统工作原理方框图164.2 51单片机系统及功能实现174.3整个系统的
4、电路原理图174.4主要部分功能介绍174.4.1 光控电路184.4.2 声控部分19第五章 系统程序设计5.1程序设计流程图205.2单片机控制程序215.3 系统电路设计21第六章调试仿真6.1系统两大模块说明22 6.1.1声控部分22 6.1.2 光控部分226.2系统仿真226.3结论27参考文献28附录29后 记31 II 武汉大学本科毕业论文 第一章 绪 论1.1论文选题的目的和意义在学校,机关,厂矿企业等单位的公共场所以及居民区的公共楼道,长明灯现象十分普遍,这造成了能源的极大浪费。另外,由于频繁开关或者人为因素,墙壁开关的损坏率很高,增大了维修量,浪费了资金。而本课题正是声
5、光控制路灯的设计,它设计出一种电路新颖, 安全节电, 结构简单, 安装方便, 使用寿命长的声光双控白炽灯节能路灯，同时，这可加强对模拟电子技术和数字电子技术的理解和巩固。以此达到节能环保的作用。1.2国内外关于该论题的研究现状和发展趋势由于近年我国的照明器材行业的迅速崛起，中国已经成为电光源产品 的主要输出国之一。努力增加节能光源和不同档次、花样、不同用途的照明器具的开发，加快绿色、节能光源产品的开发推广和应用是我国目前照明器材行业结构调整的重点。我国目前已经成为世界照明电器生产大国，我们的目标是要成为照明电器产品生产强国，我们与发达国家在照明电器产品的质量、档次、生产工艺、材料及新产品开发能
6、力等方面存在明显的差距。看到我们取得成绩的同时，也能清醒的认识我们存在的差距，才能不断的进步。美国、法国、荷兰、英国、意大利等国家从上世纪90年代起，纷纷制定出相关扶持政策，用于推广节能灯等节能产品。仅美国环保局从1991年开始实施绿色照明以来，就投资10多亿美元用于推广高效照明产品。研究指出，节能灯能减少雇员眼部疲劳和头疼的发生率。这也是构成商业机构乐于更换新一代照明系统的另一原因。可见节能灯在国内外都有着重大的发展和重要作用。随着城市路灯规模的增加,靠人工对路灯的控制、维护及工作状态的监测,在控制、检测的实时性等方面的矛盾日益突出。对路灯实现智能化和节能控制,对于解决人工控制存在的问题是非
7、常有利的,同时对于节约电能和美化城市夜景也是非常重要的。 路灯是我国经济发展和国家建设中必需的用电设备，它在我国的整体用电量中所占比例巨大，如果通过节能装置对其进行有效控制，就能够降低电力损耗，达到节约能源，降低生产安装成本，有助于我国经济的快速发展。 基于单片机的声光双控路灯将在我国的未来城市发展中发挥更加广泛的作用。 第二章 论文设计方案2.1论文主要要求 (1)利用51系列单片机作为中央处理器； (2)具有声控和光控功能； (3)完成系统电路设计； (4)光敏传感器的模电变化的电路设计； （5）完成仿真电路，通过单片机编程能实现改变灯亮时间的长短。2.2论文设计思路及说明 随着科技的飞速
8、发展，自动化已经运用在了生活中的方方面面，而路灯就是一个很好的例子。路灯的自动化控制主要通过声控和光控两部分来实现。这种控制主要根据光照强度和声音来共同控制路灯的点亮与熄灭。白天光照强度很大的时候路灯不需要点亮，而到了晚上通常就需要路灯是点亮的，但是由于晚上又不需要路灯经常亮着，因为这样势必会浪费许多电量，所以需要通过声控来实现路灯的点亮与熄灭：当人或车经过的时候发出声响，路灯就会自动点亮，一段时间自动熄灭。这样就大大减少了能源的浪费。大致原理介绍：使用光敏电阻和驻极体话筒分别来检测光信号和声音信号，通过驻极体话筒和光敏电阻得到的电信号在进行测控电路进行整流、滤波、放大等功能后变为数字信号，再
9、将这个数字信号发送到51单片机，经过51单片机来判断是否是高或低电平来决定灯的亮与不亮，灯的亮与不亮用发光二极管LED来显示。本设计有两种系统，一种是光控系统，另外一种是声控系统，这两个功能均通过单片机控制，使其能达到如下功能：在白天有光照强度强时，声控不起作用，光控功能处于关闭状态，路灯在有声音信号的情况下也不亮；在晚上黑暗状态时，声控系统起作用，当有声响的时候路灯点亮，延时一段时间自动熄灭。本设计是通过驻极体话筒作为传感器来接受声音信号并将其转化为微弱电信号，然后通过放大电路和迟滞比较电路将微弱的电信号转变成单片机能识别的翻转电平信号即方波信号，并送入单片机的P3.5口，单片机通过程序来判
10、别信号变化来控制开关的闭合状态或者发光二极管的亮灭，同时光敏电阻受光强的影响阻值发生改变，引起电压变化进而来控制单片机的中断程序，使得开关在白天和光照比较亮的时候都处于断开状态，达到声光双控开关的目的。2.3论文设计方案2.3.1方案一利用51单片机定时器计数功能控制路灯在白天一段时间内灯不亮；在晚上转变为通过声控电路控制路灯的点亮与熄灭。 图2.3.1 方案一2.3.2方案二利用光敏电阻和驻极体话筒将外界的光信号和声音信号转换为单片机能识别的电信号来控制路灯。 图2.3.2 方案二2.4方案选择通过方案一与方案二的比较分析，可以清楚看到，如果在白天阴雨天气等光照强度很弱的情况下路灯也不会点亮
11、，方案一因为是计时器功能实现白天灯不亮，设计不够灵活，而方案二则很灵活地可以通过光敏电阻进行调节，思路清晰明确且简洁易懂，故选择方案二。 第三章 系统硬件设计3.1 AT89C52AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。图3.1为AT89C52的引脚图： 图3.1 AT89C52引脚图3.2单
12、片机的原理及各引脚功能介绍：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
13、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
14、”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（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C52的一些特殊功能口，管脚备选功能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 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）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。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两
