基于光电传感器的路灯控制系统

2016届本科毕业设计电铃自动控制电路的设计姓名：高宇博学院：物理与电气信息学院专业：电子信息工程学号：140331011指导教师：郑世旺2016年5月5日商丘师范学院学士学位毕业设计I目录摘要与关键词……………………………………………………………………………………………II0引言………………………………………………………………………………………………………11工作原理…………………………………………………………………………………………………11.1设计方案…………………………………………………………………………………………11.2设计方框图和流程图……………………………………………………………………………12测量系统的总体结构设计………………………………………………………………………………22.1单片机……………………………………………………………………………………………22.2打铃电路…………………………………………………………………………………………22.3系统驱动电路……………………………………………………………………………………22.4掉点存储单元……………………………………………………………………………………32.5信号输入电路………………………………………………………………………………………33系统硬件设计……………………………………………………………………………………………43.1单片机………………………………………………………………………………………………43.1.1AT89S51单片机的主要特性………………………………………………………………53.2其他模块……………………………………………………………………………………………53.2.1显示电路……………………………………………………………………………………53.2.2掉电存储电路………………………………………………………………………………54结语………………………………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………………………………6致谢………………………………………………………………………………………………………6附录………………………………………………………………………………………………………7商丘师范学院学士学位毕业设计1基于光电传感器的路灯控制系统设计电路分析重庆科创职业学院杜德银[摘要]城市市政建设日新月异，宽阔的街道，各种各样的路灯给城市带来了光明的同时也增添了城市的夜间魅力。但是由于道路、路灯众多，传统的人工管理模式已经和快速、现代化的城市建设不相适应。为解决城市路灯照明系统存在的灯光控制方法和管理手段落后，所用灯具科技含量低等问题，设计了一个模拟路灯控制系统。采用高效节能LED路灯作为光源，采用AT89S52单片机作为控制中心，利用传感器模块、光控路灯模块、恒流源模块来实现，根据环境、交通等因素，单片机采集光敏电阻、声敏电阻的信号控制路灯的亮灭，采用切换多种模式方式设定并实现自动控制的功能，按照规定的时间自动管理路灯的功能。实现了路灯的智能化控制，节省了电力能源和人力资源。[关键词]传感器光控声控单片机1.元件的介绍1.1光电传感器基本知识光电传感器最根本的原理是光电效应，光电效应又分为外光电效应和内光电效应。外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应又可分为以下两类：(1)光电导效应。在光线作用下，对于半导体材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半导体材料的禁带宽度，就激发出电子-空穴对，使载流子浓度增加，半导体的导电性增加，阻值减低，这种现象称为光电导效应。光敏电阻就是基于这种效应的光电器件。(2)光生伏特效应。在光线的作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象称为光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。常用的光电传感器有光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管等。利用这些传感器各自的特点加上巧妙的设计，光电传感器几乎被应用于生活的各个方面。1.2光电传感器的原理和应用光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如图1-1，首先它把被测量的量光的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号，光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器的检测和控制的功能在生活中应用非常广泛。图１-1光电传感器的基本结构光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的的，因此光电传感器的光源扮演着很重要的角色，光电传感器的电源要是一个恒光源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性，常用光源有以下几种：（1）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。（2）发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。它具有体积小、功耗低、寿命长、响应快、机械强度高等优点，并能和集成电路相匹配。因此，广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。商丘师范学院学士学位毕业设计2（3）光敏三极管在低照度入射光下工作时，或者希望得到较大的输出功率时，也可以配以放大电路。这次设计我们主要用的是光敏电阻的特性和电阻串联分压的原理来完成这次设计的主要功能。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子-空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子-空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。温度系数：在一定光照下，温度每变化1℃，光敏电阻阻值的平均变化率，硫化镉光敏电阻的温度特性。1.3AT89S521.3.1功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度、非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，T89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。1.3.2引脚结构图1-2AT89S52的引脚结构1.3.3管脚说明商丘师范学院学士学位毕业设计3P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入，当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0不具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制），P1.5MOSI（在系统编程用），P1.6MISO（在系统编程用），P1.7SCK（在系统编程用）。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚第二功能：P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.2INTO(外中断0)P3.3INT1(外中断1)P3.4TO(定时/计数器0)P3.5T1(定时/计数器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST——复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN——程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP——外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器的指令。FLASH存储器编程时，该引脚加商丘师范学院学士学位毕业设计4上+12V的编程允许电源VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入