基于51单片机的路灯光声控器设计

基于51单片机的路灯光/声控器设计摘要：随着自动化水平的不断提高，用户对家用电器的自动化要求也越来越高。因此，对路灯的自动控制也很有必要。路灯的光控与声控是路灯自动控制的主要方式，这种控制的主要功能是根据光照强度和声音的大小来共同控制路灯的亮和灭。例如，在白天光照强度大的时候，路灯就没有必要再亮，而在晚上时，我没通常需要灯是亮着的；同时，考虑到整个晚上路灯都在亮的状态势必会浪费更多的电，而且也会大大地减少路灯的寿命，所以此时就要加上声控部分了，当人们需要路灯亮的时候只需要发出点声音，路灯就会自动亮起来，过一定的时间就会自动灭了。这样既满足用户需求又节省电源。关键词：光控电路声控电路光敏电阻驻极体话筒过程控制第页共16页１Abstract：Withincreasinglevelsofautomation,usersofautomationappliancesdemandmoreandmore.Therefore,automaticcontroloflightsisalsonecessary.Streetlightcontrolandsoundcontrolisthemainformofstreetlightcontrol,themainfunctionofthiscontrolisbasedonthesizeofthelightintensityandsoundtothecommoncontrolofthebrightlightsandoff.Forexample,lightintensityduringthedaywhenthelightswouldnotneedtore-light,andintheevening,Idonotusuallyrequirelightisilluminated;thesametime,takingintoaccounttherealonenightlightsarebrightstateisboundtowastemoreelectricity,butalsogreatlyreducethelamp'slife,sointhiscasewemustaddthevoicepart,andwhenthebrightlights,whenpeopleneedonlypointthesoundissue,lamplightsupautomatically,overacertaintimewillautomaticallyextinguished.Thiswillnotonlymeettheuserneedsittosavepower.Keywords：LightcontrolcircuitVoicecontrolcircuit；Electricmicrophone；Photosensitiveresistance；ProcessControl第页共16页２目录一、课程设计的思路和设计说明……………………………………………………41、题目要求……………………………………………………………………42、设计思路及说明…………………………………………………………4二、设计方案的比较和论证…………………………………………………………41、软件设计方法……………………………………………………………52、硬件设计方法…………………………………………………………5三、基于单片机的路灯光/声控器设计的具体方法和过程………………………81、电源电路设计………………………………………………………………82、串口通信的实现……………………………………………………………83、光控模块设计……………………………………………………………94、声控模块设计………………………………………………………………105、声控电路设计………………………………………………………………116、时钟模块设计………………………………………………………………117、系统程序编写…………………………………………………………118、51单片机系统及功能实现…………………………………………………12四、设计过程中遇到的问题及解决方法…………………………………12五、实验结果及结论……………………………………………………………121、光控模块结果分析…………………………………………………………122、声控电路结果分析…………………………………………………………13六、元件清单………………………………………………………………………14七、参考文献………………………………………………………………………15附页…………………………………………………………………………………16第页共16页３基于51单片机的光/声路灯控制器的设计一、课程设计的思路和设计说明1、题目要求：题目名称：基于单片机的路灯光/声控器设计题目要求：(1)具有与PC串口通信的功能；(2)具有数码光显示或者LED指示灯显示状态；(3)绘制原理图，PCB；(4)完成单片机的所有代码编写；(5)设计PC机简易显示界面。2、设计思路及说明随着自动化水平的不断提高，用户对家用电器的自动化要求也越来越高。路灯的自动控制也很有必要。路灯光控与声控是路灯自动控制的主要方式，这种控制的主要功能是根据光照强度和声音的大小来共同控制路灯的亮和灭。例如，在白天光照强度大的时候，路灯就没有必要再亮，而在晚上时，我没通常需要灯是亮着的；同时，考虑到整个晚上路灯都在亮的状态势必会浪费更多的电，而且也会大大地减少路灯的寿命，所以此时就要加上声控部分了，当人们需要路灯亮的时候只需要发出点声音，路灯就会自动亮起来，过一定的时间就会自动灭了。这样既满足用户需求又节省电源。其大体原理介绍如下：使用驻极体话筒和光敏电阻分别来检测声音信号和光信号，将接受的信号经过放的处理之后再与给定的电源大小进行比较，产生一个数字信号，再将这个数字信号发送的51单片机，经过判断是否是高或低电平来决定的亮与不亮，灯的亮与不亮用LED来显示。感应部分分为两个模块，也就是两种方式提供脉冲信号，一个是光控系统，另外是声控系统，这两个功能通过单片机控制，使其达到如下功能：在有光照强度强时，声控不起起作用，光控功能处于关闭状态；在黑暗状态时，两中控制方式同时起作用，此时光控模块提供脉冲使电灯处于点亮状态，然后通过单片机设定定时器，在没有声音信号到来之前，设置灯灭，当有声音信号到来时打开路灯，设置一定时间后关闭路灯。接下来的一段黑暗状态就是只有声控模块提供即时脉冲，期间也有定时器控制电灯点亮状态。二、设计过程中方案的比较，论证本次课程设计共有两种设计方案，即软件设计和硬件设计。综合两种设计方法，软件设计为硬件电路的搭建提供了理论依据，硬件设计更好的证明了软件仿真的正确性和可行性。具体说明如下：第页共16页４1、软件设计方法（1）、设计电路原理图根据整个系统的要求以及要实现的功能，选择合适的电器元件，在Proteus软件绘制出路灯控制系统的原理图。整个控制系统的原理图如下：图（1）（2）、按照已经设计好的电路原理图对整个系统进行编程编程时使用的是Kiel软件。具体程序见附页。（3）、程序调试在Kiel中编好程序后，用Proteus调用写好的程序。调用后运行Proteus，若果所得结果就是预先设定的，则仿真基本上可以算完成了。若果和设定的结果不相一致，则说明程序还有问题，这时返回到步骤②，继续看程序有没有出问题，修改结束后在进行③步骤的操作，直到结果正确。2、硬件设计方法（1）、根据系统原理在Protel99SE绘制电路原理图。图中主要包括：电源模块、复位模块、时钟模块、串口通信模块、光控模块以及51单片机系统等。与软件的设计方法相同，其原理图入下：第页共16页５图（2）电路原理图（2）、将rotel99SE的电路原理图生成PCB板。在绘制完电路原理图之后，检测是否正确，在进行电器规则检测，然后生成相应的网路报表。最后把原理图生成PCB。生成后，对其进行手动或自动布线。其PCB图如下：图（3）PCB图第页共16页６（3）、制作PCB板。可以将已经做好的PCB板图发给制板商叫他们生产。也可以自己买相应的比较简单的设备自己做。（4）、焊接与测试设计过程第一个阶段要求完成板卡的焊接，主要过程如下:①、练习使用烙铁、镊子、钳子等工具。在焊接正式电路板之前，先熟练焊接过程，练习使用烙铁，配合镊子，焊锡焊接电阻、电容等一些常用的元器件。②、焊接电源模块器件。首先，使用万用表测试电路板正电源与GND之间是否有短路现象，如发现光板上有短路现象，及时向指导老师报告，更换电路板:然后，认清电源模块器件的类型(电阻、电容、芯片)、放置方向(电解电容的正负极方向、芯片的管脚方向)、摆放位置(见电路原理图和元件放置图);再对电路板电源模块器件进行焊接;最后，使用万用表测试电路板上的电源模块在焊接过程中是否出现短路和断路(虚焊)情况，焊接成功为输出电压正常，电路板电源指示灯亮。③、焊接主芯片模块。主芯片模块是凌阳单片机CPU工作模块，包括晶振电路、复位电路、下载电路、锁相环电路。注意主芯片的芯片座管脚方向和下载电路中的'74LS244芯片DIP插座的缺口方向。④、焊接IO口模块和指示灯模块。IO口模块为输出设备，焊接器件主要是电阻和各种接插件，注意电阻大小和接插件方向:指示灯模块是LED灯，LED灯有正负极，焊接前用万用表量出LED灯的正负极（LED正接万用表时，发出微弱光芒），然后参照电路原理图和制板图，焊接LED。⑤、焊接串口模块。串口模块是用串口实现与上位机通信，焊接DB9串口座，贴片电解电容和串口MAX232芯片，先熟悉电解电容的正负极标志，查看电路图上的电容的正负极位置，焊接完成后，先检查电容的正负极是否与电路图保持一致，在确认正确无误的情况下进行上电测试。⑥、焊接电机检测信号和控制信号模块。电机检测信号和控制信号模块主要焊接DIP芯片座和输入输出信号接插件，焊接时注意DIP芯片座缺口方向和接插件方向，焊接完成后对74LS245测试，检测芯片的输入输出电压和芯片电压是否正确（5）板卡初始化和程序编写电路板卡初始化主要包括测试板卡的下载电路、IO口电路和串口电路，实现电路板可以进行程序下载，LED指示灯动态闪烁，IO口输出莫频率的方波信号，上下位机进行串口通信。程序主要包括LED闪烁程序，IO方波程序和串口通信程序。（6）扩展功能实现扩展功能实现包括:①、电路板IO口能输入模拟信号，并对模拟信号进行采集。第页共16页７②、扩展通信协议，如制定用于其他系统的协议设定，如光照强度检测、声音信号检测等。③、对路灯进行控制，能根据单片机发出的信号对路灯进行控制。三、基于单片机的路灯光/声控器设计的具体方法和过程1、电源电路的模块设计电源模块主要是为整个系统提供可靠、稳定的电源。主要实现以下功能：（1）、安全隔离：即强电弱电隔离，他将外电路中的强电转化为5伏的弱电压。（2）、电路保护：包括短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保护。（3）、电压变换：这里主要是将强电变成弱电。（4）、稳压：将交流电别换成直流弱电，始终保持输出电压一定。其原理图如下：图（4）电源电路2、串口通信的实现（1）串口通信原理串口通讯对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端，而且也能实现计算机对单片机的控制。由于其所需电缆线少，接线简单，所以在较远距离传输中，得到了广泛的运用。（2）通信协议原理通信协议是通信设备在通信前的约定。单片机、计算机有了协议这种约定，通信双方才能明白对方的意图，以进行下一步动作。假定我们需要在PC机与单片机之间进行通信，在双方程式设计过程中，有如下约定：0xA1：单片机读取P0端口数据，并将读取数据返回PC机；0xA2：单片机从PC机接收一段控制数据；0xA3：单片机操作成功信息。在系统工作过程中，单片机接收到PC机数据信息后，便查找协议，完成相应的操作。当单片机接收到0xA1时，读取P0端口数据，并将读取数据返回PC第页共16页８机；当单片机接收到0xA2时，单片