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1、. . . . 职业技术学院 毕 业 设 计（论文）题 目：单片机光控路灯的设计 专 业： 电子信息工程班 级：姓 名：学 号：指导教师：日 期：2011年12月 目录引言：31 概况与现状分析31.1 路灯发展的概况31.2 现状分析42 总体电路设计与方案论证42.1 总体电路设计与分析42.2 方案论证42.2.1 传感电路部分52.2.2 执行电路部分53 单片机介绍53.1 单片机概述53.2 单片机的主要功能与应用领域53.3 单片机的发展趋势64 硬件电路设计74.1 AT89c51简介84.2 光敏电阻介绍84.3 LM324简介94.4 单片机最小系统电路94.5 路灯控制电
2、路94.6 硬件电路原理图105 软件设计115.1 protues软件介绍115.2 keil c51简介125.3 主程序126 系统调试与仿真136.1 系统调试136.2 系统仿真137 总结与致13参考文献14单片机光控路灯的设计摘要：随着社会进步，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。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。关键词：路灯；单片机技术；控制The design of the single chip mi
3、crocomputer control street lampAbstract: along with the social progress and needs and microcomputer application field of expanding, all kinds of intelligent product, control system are based on single chip microcomputer as the core to develop design. The system USES the MSC-51 single-chip microcompu
4、ter AT89C51 series and related photoelectric detection equipment design intelligent street light controller, realized according to the actual conditions of light can through 8051 chip P1 ofthemouth of the switch control street lamps function.Key word: lamp; MCU-technology; control 引言当今，路灯已经是城市道路景观的一
5、个重要部分，已经成为城市照明系统中不可缺少和不可分割的一部分，成为了市民出行和城市美化、亮化的一个基本要求。随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道的照明，而且发展成了了城市景观等装饰性照明的综合市政工程。社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的与时性要求不断提高。1 概况与现状分析 1.1 智能路灯发展的概况我国目前大部分城市都采用全夜灯的方式进行照明，普遍存在的问题有两点：一方面因为后半夜行人稀少，采用全夜灯的方式浪费太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全灭的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的节能措施，此种方式虽然节约了电费支出，却带来了社会治安
6、和交通安全问题，不利于城市安全问题。另一方面，在后半夜因行人稀少，而应该降低路灯的亮度，以避免光源污染，影响居民的晚间的休息。但由于后半夜是用电低谷期，电力系统电压升高，路灯反而比白天更亮了。这不仅造成了能源浪费，还大大影响了设备和灯具的使用寿命。而且，我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时控制，这样也有许多不利之处：若采用人工控制，则路灯开关存在着一定的不确定性，同时也占用了一定的人力资源；定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况，使得天还没黑路灯就开，天还没亮路灯就灭的情况，大大影响了人们的日常出生活。1.2 现状分析随着社会经济的不断发展，能源短缺已经日益制约着经济发展的
7、严重障碍，其中电力短缺已成为制约国民经济的突出矛盾。我国目前的市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定的节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要有以下几种情况：第一种，采用自耦变压器与磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则会对灯具造成损坏，相对来说稳压效果较差；第二种是采用电子器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元器件较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的，现在国外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方式来控制路灯，基本可以
8、达到完全自给自足的效果。而本文中研究的就是光控路灯的控制器设计。2 总体电路设计与方案论证2.1 总体电路设计与分析本次毕业设计课题是基于单片机的光控路灯的设计。此课题要求以路灯控制器为对象，完成硬件系统和软件程序的设计，实现以光线强弱和延时两种方式来控制路灯的亮灭功能，属于软硬件相结合的题目。其中硬件电路部分主要包括以下几个部分：单片机最小系统、路灯控制电路部分、光电检测电路部分；软件部分主要包括二个电子软件Protues、 Keil-C51软件和路灯控制、光电检测两个程序模块。工作原理如下图所示：图2-1 工作原理图2.2方案论证光控路灯控制系统分为光线检测和执行控制命令（开路灯、关路灯）
9、，在光线满足设定条件的情况下，光线检测电路将检测到的情况传送给控制器并由控制器发出指令控制相应的电路执行。2.2.1传感电路部分：方案一：使用光敏电阻直接提供给51单片机输入信号，并进行相应的后续程序操作；方案二：使用光敏电阻和三极管联合驱动的方式，提供给单片机输入传感信号。由于方案一提供的输入信号相对来说对环境的要求较高，难以实现且不符合系统在现实生活中的实用性等原则，故选取方案二。2.2.2执行电路部分：方案一：由单片机端口对相应电路进行操作；方案二：由单片机对后续的执行元件进行操作，如继电器等相关的执行元件。由于方案二使用继电器等相关的执行元件，使系统的设计更加接近实际应用，在实际应用中
10、，系统是由电子电路电气电路的控制，使用继电器等可使系统的现实性大大增强。3 单片机介绍3.1 单片机概述 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，存，并行总线，还有和硬盘作用一样的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电
11、器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！.它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 3.2 单片机的主要功能与应用领域现在的单片机功能越来越强大，集成度越来越高，有很多曾经的外围器件都已经在部集成。它的功能很多：比较器；模数/数模转换器；PWM；多种多样的接口；LCD驱动；存储器等等。同时它也是计算机单片微型计算机。部分单片机的计算能力已经比早期PC的CPU强大，速度也越来越快。甚至也有类似双核
12、CPU的设计出现。因为能够运行程序，所以可以做很多的事情。几乎您上网用的计算机能做的事情，它都同样能做。只是能力没那么强大。比如：可以读写硬盘、可以接受按键输入、可以显示输出、可以驱动打印、您甚至可以给它接个鼠标。当然这可能涉与一些接口的问题，但是CPU也不是直接做这些事情的。它的输入输出，如前面所说，也是多种多样的。可以是模拟量，也可以是数字量，标准的USB接口也已经集成在了单片机部。此外，单片机的体积小、价格低、可靠性高、适用面宽、有着其本身的指令系统等诸多优势，在各行各业都得到广泛应用。单片机的应用领域可归纳为几个方面：1) 在智能仪器仪表上的应用:单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、
13、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。2）在工业控制中的应用：用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。3） 在家用电器中的应用:可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、
14、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。4) 在计算机网络和通信领域中的应用:现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动，集群移动通信，无线电对讲机等。5)单片机在医用设备领域中的应用:单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备与病床呼叫系统等等。3.3 单片机的发展趋势现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片
15、制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有： 低功耗CMOS化:MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。 微型单片化:现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM
