《基于单片机的路灯控制系统设计-精品.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的路灯控制系统设计-精品.doc（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、通信工程方向 综合设计 基于单片机的路灯控制系统设计 学生学号 学生姓名 学院名称 专业名称电子信息科学与技术 指导教师 2013 年12 月12 日 通信工程方向综合设计 摘要摘要 随着社会需求和单片机应用领域的不断扩展，各类智能产品、控制系统都 是以单片机技术为核心来进行开发设计的。本系统采用 MSC-51 系列单片机 AT89C51 和相关的光电检测设备设计智能路灯控制器，实现了能根据实际光线 条件通过 8051 芯片的 P1 口控制路灯开关的功能。 本设计是以光敏电阻对于外界光线强弱的感应能力为基础进行的路灯自动 化控制系统设计。当光线强度弱到一定程度的时候，路灯就会自动灭掉；当光 线
2、强到一定程度的时候，路灯就会自动开启。 关键词关键词 路灯自动化；光控；单片机 通信工程方向综合设计 目目 录录 1 绪论.1 2 本课程设计的方案.2 2.1 所需的软硬件.2 2.2 工作原理.2 2.2.1 主要模块.2 2.2.2 系统框图.2 2.3 设计采取的方案.3 3 主要电路模块的实现.4 3.1 光敏电阻感应模块与 AD/DA 转换模块. .4 3.2 IIC 总线模块.4 3.3 LED 灯与数码管显示模块.5 3.4 单片机最小系统模块. .7 4 系统电路图.8 5 系统的软件设计.10 6 设计过程中遇到的主要问题以及解决办法.14 7 心得体会.。 。.15 结论
3、.16 参考文献.17 附录.18 通信工程方向综合设计 0 1 绪论 随着夜晚的来临，城市里华灯初上，人们消除了白天的繁忙，漫步穿行于 城市的街道上。在那霓虹漫彩的灯光下，一个个孩子欢快的玩耍着，一对对男 女漫步于小道里、花园中，一辆辆汽车奔驰于公路上。路灯已经成为一个城市 的照明系统不可分割更无可替代的一部分，在城市照明中发挥着举足轻重的作 用，而其所依靠的就是路灯自动控制系统。本系统实用性强、操作简单,而且所 用的路灯采用 LED 灯。众所周知，LED 是目前最为节能的发光元件，通过采用 LED 发光可以节省大量的电能，而且 LED 发光柔和，亮度适中，对环境无污染， 已经广泛的应用于各
4、种照明场合。因此，智能光控节能路灯必将在未来得到广 泛的应用。 但当前大多采用的是定时的路灯自动化控制系统。其通常都是采用全夜式 开启路灯的自动化控制系统。但因为夏天跟冬天因为天亮与天黑的时差颇大， 使得夏天晚上过早的路灯就开启，早上又过晚的关闭。且世界奇观这么多，偶 尔总会出现点极端的天气状况，会造成白天天过黑、夜晚又如白昼般亮的情况 （如日全食等） ，而路灯又不会自动开启或者关闭，这就使得交通事故的发生概 率增大，路灯在这种情况下失去了其应有的价值和意义也造成能源的白白浪费。 而且现在路灯已经全球基本普及，大到世界有名的大城市，小到小城镇、小乡 村都已经有了路灯，可想而知世界能源在这块的浪
5、费上是多么的巨大。 光控路灯不仅可以解决这类问题，还可以使路灯在有需要的时候自动开启 或者关闭，避免了路灯在不需要的时候自动开启或者关闭。大大的避免了能源 不必要的浪费，对于地球环保和能源的节约，可以起到巨大的作用。光控路灯 如果可以普及化，不仅可以为城市省下了一大笔的开支，使其可以将节省下的 资金投资到更有意义的地方去，使得城市可以更好、更快的发展。对于世界来 说，更是可以取得巨大的节约能源效果，对于绿色地球的实现做出巨大的贡献。 路灯自动化的控制方式有很多，本系统采用 STC 89C51 和七段数码管显示 器、LED 灯等相关的光电检测、控制、显示设备，来设计智能光控路灯自动化 系统。实现
6、能根据外界光线条件通过 IIC 总线模块、AD/DA 转换模块等的处理 实现控制路灯的自动化开启或者关闭功能。 本设计是以光敏电阻对于外界光线强弱的感应能力为基础进行的路灯自动 化控制系统设计。当光线强度弱到一定程度的时候，路灯就会自动灭掉；当光 线强到一定程度的时候，路灯就会自动开启。本设计以当外界光线强度弱到使 光敏电阻阻值大于等于 200 欧的时候，LED 灯会自动开启；小于 200 欧的时候， 通信工程方向综合设计 1 自动关闭。 2 本课程设计的方案 2.1 所需的软硬件 Proteus 软件、keil 软件、Protel 软件、CH341SER 驱动软件、 STC_ISP_V478
7、 烧写软件、单片机 STC89C52、PCF8591 元件、AT24C02 元件、 74HC573 元件、光敏电阻、发光二极管、七段数码管、电阻、排阻、电容、极 性电容、11.0592M 晶振、电源、学习用的 AT89C52 硬件板、开关等。 2.2 工作原理 本设计是以光敏电阻可以根据外界光线的强度而改变自身阻值的特性（光 线越强，阻值越小；光线越弱，阻值越大）为基础设计的光控路灯自动化控制 系统。其原理是利用光敏电阻感受外界光线强度并体现在自身阻值的变化上， 然后根据这一阻值的大小来判断外界的光线亮度情况，然后根据所得数据判断 LED 是该亮起还是该灭掉。 2.2.1 主要模块构成 1、光
8、敏电阻感应模块 2、AD/DA 转换模块 3、IIC 总线模块 4、LED 灯模块 5、数码管显示模块 6、单片机最小化系统模块 其流程为：光敏电阻读取外界光线的强度，通过 ADC 转换为数据编码传输 给单片机，单片机接收、处理、输出数据使得七段数码管显示出数据（当前光 敏电阻的阻值） 。执行中断，判断该光线的强度是否达到设定的要求（这里设定 光敏电阻阻值大于、等于 200 时，LED 灯亮；小于 200 时，LED 灯灭） ，若达到 则 LED 灯亮起；若达不到则 LED 灯灭掉。 2.2.2 系统框图 通信工程方向综合设计 2 晶振 电路 路振 光敏 输入 单 片 机 主 要 程 序 数码
9、管 显示输出 LED 灯 亮灭输出 图 2-1 系统框图 2.3 方案设计与论证 路灯是城市照明工程的主要组成部分，在夜晚，路灯的照明起到非常重要 的作用。但是路灯在起着重要作用的同时，也在消耗着大量的能源。为了节约 能源，路灯控制系统需要采取一定的节能措施，比如说在没有人和车经过时自 动关闭路灯，就可以收到明显的节能效果。因而，方便和节能就是本设计的要 点。 方案一：采用简单逻辑电路组合成控制系统。可以就系统的各个部分在系 统工作时的状态画出时序图，转化为真值表进行逻辑运算，设计出逻辑电路来 控制系统的运行。此方案由纯硬件实现，设计复杂，系统庞大，多级门电路的 串联造成的时延对系统的稳定产生
10、不利的影响，而且难以对数据进行复杂的处 理。 方案二：以单片机控制系统为主，辅以少量的必要的逻辑电路。可以利用 有限的控制线和数据/地址总线，简化系统的硬件设计，并充分发挥数量不多的 数字逻辑器件的作用，实现了整个题目的基本要求部分。同时可以用软件实现 系统的功能和对数据进行各种后期处理，改善人机界面。 综合考虑，本设计采用方案二，采用 STC89C51 单片机控制系统的运行。 通信工程方向综合设计 3 3 主要电路模块的实现 3.1 光敏电阻感应模块与 AD/DA 转换模块 所谓的 AD/DA 转换就是模数/数模转换，该设计中我们涉及到的是 ADC（模数转 换） 。 PCF8591 是具有
11、IIC 总线接口的 8 位 A/D 及 D/A 的转换器，具有 4 路 A/D 输入、1 路 A/D 输出。 其引脚： 1、ANI0ANI3 为模拟信号输入端，不用时接地。 2、SDA 为 IIC 总线数据输入输出端 3、SCL 为 IIC 总线时钟输入端 4、 VREF 为基准电压输入端 其原理为：光敏电阻通过感应外界的光线强度获得数据，通过 PCF8591 的 ANI0 端口（数据输入端口）输入数据，进行 ADC（模数转换）将感应数据转换 成数字数据。 AD/DA 模块和光敏电阻感应模块仿真图如下： 图 3-1 AD/DA 转换模块与光敏电阻感应模块 3.2 IIC 总线模块 随着大规模集
12、成电路技术的发展，一个系统所需要的组件越来越多，所以 各组成部分之间便需要总线来实现组件之间数据的传输、控制。而 IIC 总线具 通信工程方向综合设计 4 有简单、有效、高性能优点。可以大大简化系统的硬件设计。因此得到广泛应 用。 因为 AT24C02 拥有存储芯片，且可重复擦除数百万次和重复读写的能力。 因此在这里我们便采用 AT24C02 来实现 IIC 总线的 EEPROM 功能。 用它来存储 数据并控制数据的输出与接收，实现 IIC 总线的双向串口通信功能。 其引脚： 1、SDA 为串行数据输入输出端，是一个双向漏极开路结构的引脚，这里作为 IIC 总线数据输入输出端。 2、SCL 为
13、串行移位时钟控制端，这里作为 IIC 总线时钟输入。写入数据时，上 升沿有效；读出数据时，下降沿有效。 IIC 总线仿真图如下： 图 3-2 IIC 总线模块 3.3 LED 灯与数码管显示模块 这里我们应用了 74HC573，它包含八路 D 型透明锁存器。适用于面向总线 的三态输出。所有锁存器共用一个锁存使能（LE）端和一个输出使能（OE）端。 利用 74HC573 的锁存功能，使其 LE 端口接单片机。利用单片机编程控制锁 存数据的输入延迟时间，以此来达到控制 LED 灯亮与灭和七段数码管显示数值 的稳定。使得 LED 灯和七段数码管不会一直亮灭亮灭的闪。 其引脚： 1、当 LE 为高电平时，数据从 Dn 输入到锁存器； 2、当 LE 为低电平时，锁存器存储 D 输入上的信息一段就绪时间直到 LE 通信工程方向综合设计 5 的下降沿来临。 3、当 OE 为低电平时，8 个锁存器的内容可被正常输出； 4、当 OE 为高电平时，输出进入高阻态。 LE
