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1、物理科学与工程技术学院电子课程设计题目： 智能路灯 姓名： 许玉茂学号： 1112270115班级： 电科 111 智能路灯摘要: 智能路灯系统以 STC89C52 单片机为控制核心，系统采用线路简单、体积小的专用时钟芯片 DS1302，DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。使用 DS1302 不但使电路功耗降低，而且节省 IO 口资源。采用光敏电阻检测环境的明暗变化，具有自动感光模式和定时模式两种。配有键盘输入方式，使用液晶 LCD1602 显示。 单片机路灯定时控制器是一种新型智能控制仪表，它可以根据季节改变一起天亮天黑时间的变化，由人们通过根据不同的需要通过
2、按键进行路灯点亮和熄灭时间的条件。系统智能度高，可靠性高，系统工作稳定，且综合性价比较高，具有较大的市场应用前景。 关键词： AT89S52 DS1302 LCD1602 光敏 路灯前 言 城市照明是一门科学、一种文化、一项艺术。城市照明体现了一个城市的形象，反映了一个城市的科学管理，是一项社会系统工程。飞速发展的 现代化城市需要具有自动化程度高，运行可靠，使用维护方便的照明控制系统。特别是在能源急剧消耗的今天，节能已经成为不可逃避的问题。 目录1.系统设计总述 .61.1 设计任务及要求： .61.2 方案分析 .62 .智能控制原理 .72.1 系统硬件设计 .81.主控制器电路： .82
3、.时钟电路 .93.按键和液晶显示电路 .94.光敏控制电路 .105.路灯模块 .123.系统软件的设计 .1231、主程序设计 .134.硬件调试及性能 .144.1、调试 .14参考文献 .15程序 .151.系统设计总述利用 89 系列单片机，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在时间 精度方面也能达到日常使用的要求。路灯控制系统分为两大类：一类是用使用光敏电阻的感光性产生电信号控制，一类是使用 DS1302 时钟芯片控制。设计特点各不相同，因而用途也不同。我们通过简单的合成可以使路灯系统同时具有以上两种特性，在 51 系列单片机的逻辑控制下完成对路灯开关的任务。通过 I/O口的按键可
4、以调整实时时间，点亮路灯时间，熄灭路灯时间。本设计硬件电路简单成本低，性能可靠，操作简单，实现了 51 单片机在在智能控制当中的应用。1.1 设计任务及要求： 具体要求： （1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。 （2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。 （3）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。 按照系统要求，可以将整个系统分为三个模块来设计：模块（1）单片机最小系统（2）液晶键盘路灯集成模块（3）时钟光敏电阻集成，三个功能模块都由一块主控单片机（AT89S52）来完成。1.2 方案分析 【方案一】： 采用数字电路实现。数
5、字电路结构简单，响应速度快。但处理能力有限，题目要求支路控制器需实现的功能很多，数字电路不易实现。 【方案二】：采用 STC89C52 作为主控制单片机。该芯片功能强大，具有足够快的速度；有各种同步串行接口、足够的内部 ROM 和 RAM，以减小控制系统的物理尺寸，具有看门狗功能和稳定的电源，本系统图形显示程序要求较高，因此我们采用了 52 系列的 STC89C52 它的程序存储器达到 32KB），可以很方便的实现我们所需功能，利用其强大的功能不仅可以简化硬件电路而且还可以大幅度提高系统运行速度，最终通过液晶来显示结果。 【方案三】：应用 ARM，ARM 是一种功耗很低的高性能处理器，技术具有
6、性能高、成本低和能耗省的特点。方便、安全、高效。但 ARM 编程较复杂，我们本科学生很难掌握，且开发板价格较高。综合题目要求和性价比我们选择方案二为本系统的最终方案，我们用 STC89C52 自己动手制作的最小系统板，结构紧凑，工作稳定，性价比很高。根据设计要求并综合各方面因素，决定采用 AT89S52 单片机作为主控制器，用动态扫描法实现 LED 数字显示，使用 DS1302 时钟芯片完成定时计算，智能路灯系统设计框架如图：2 .智能控制原理 本设计的主控制器是选用的是单片机 STC89C52，主要是对检测到信息进行必要的处理，然后控制路灯的亮灭以及控制显示器的显示和路灯的亮灭。利用51 单
7、片机本身的三个外部中断来设置调节路灯的点亮时间和熄间，通过外部按键进入中断子程序，利用 P2 口的 3 个按键来改变路灯点亮与熄灭时间的时，分，秒。用一个 P35 口的一个按键来出中断（时间设置完毕）。用 P4 口得光敏传感器来中断。利用 P0 口带上拉 1K 的电阻向液晶显示器输入段数据，利用 P1的前面六个 I/O 口向液晶显示器输入位数据。51 单片机的 P0 口当程序给其赋1 的时候，I/O 口显示的是高阻态而不是高电平。另外单片机 I/O 口所能提供的电流只有几个毫安，不足以点亮液晶。所以利用 P0 口的高阻态和上拉电阻，在端口赋 1 的时候，电流从单片机外部输入，通过单片机位选端口
8、流出，直接点亮液晶。 利用 P23，P24，P25 的按键分别改变时间 的秒，分， 时。 利用 51 单片机本身的定时计数器来计数当前时间。51 单片机本身有定时计数器功能，本系统利用它本身的定时计数器 0 来控制当前时间。键盘时钟 显示路灯控制STC89C52内部工作原理 单片机最小系统采用了 STC89C52 单片机。该单片机和8051 单片机兼容，使用方便，具有较强的抗干扰特性。其外部扩展部分电路，满足该系统的需求。由于 DS1302 工作在多字节传送模式 8 个时钟/日历寄存器从寄存器 0 地址开始连续读写从 0 位开始的数据当命令字节为 FE 或 FF 时，DS1302 工作在多字节
9、 RAM 传送模式 31 RAM 寄存器从 0 地址开始连续读写从 0位开始的数据。光敏电阻在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。2.1 系统硬件设计1.主控制器电路： 本设计的主控制器是选用的单片机 STC89C52，主要是对检测到信息进行必要的处理，然后控制路灯的亮
10、灭以及控制显示器的显示。2.时钟电路 本系统的时钟电路是由时钟芯片 DS1302 来实现的，电路图如图所示。DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时 时钟芯片，附加 31 字节静态 RAM，采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31 天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达 2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 正是因为DS1302 的这些种种优点，所
11、以选用了它为本系统提供时钟功能，而且还用它 做了定时的功能，为系统提供了一种定时开关路灯的功能3.按键和液晶显示电路 本系统提供了键盘输入的功能，为用户的输入提供了方便。键盘是用的 6个的按键组成的，提供了修改、增加、减小的时钟设置按键。显示模块则是用的 lcd1602 液晶显示器，价格低廉，显示分辨率高。是一块低功耗的 CMOS LCD控 制驱动器。只须很少外部元件且功耗小。与微控制器的接口使用串行总线。4.光敏控制电路 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的
12、变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M 欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）m 的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电路中电流增强。为了获得高的灵敏度，光敏电阻的电极常采用梳状图案，它是在一定的掩膜下向光电导薄膜上蒸镀金
13、或铟等金属形成的。 通过一个光敏电阻与一个 LM324 运放芯片来控制输出管脚是否导通。当有光时，光敏电阻 R 的阻值很小，变阻器分到一部分电压。当无光时，光敏电阻的阻值变的很大，比变阻器的阻值大很多倍，变阻器上分到的几乎可以忽略。此时运放检测点电压为高电平。变阻器调节阻值的大小从而可以调节感光的灵敏度。5.路灯模块3.系统软件的设计 智能路灯系统的软件设计主要由主程序、时钟子程序、时钟调节按键程 序及显示子程序组成。我们知道 C 语言有得于实现较复杂的算法，汇编语言程序则具有较高的效率并且容易精确计算程序运行时间，而智能路灯系统的程序无较复杂的计算，所以控制程序可采用 C 语言编程。时钟系统有闹钟的作用这是众所周知的事，我们利用时钟系统的闹钟作用，在指定的时间一到给系统发出一个脉冲，触发系统进行路灯的智能控制开关，由于考虑到四季变化时，日照时间的长短改变，加装一个光敏电阻，优先于时钟控制，在天黑下来的时间保证能开灯照明，在天光的时候保证关灯，节约能源。更由于人手要能够实现一键开关，保证人手操作第一位，遇特发事件可以控制。所以程序
