基于单片机的路灯控制系统设计

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I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；当光线强到一定程度的时候，路灯就会自动开启。关键词路灯自动化；光控；单片机通信工程方向综合设计II目录1绪论..............................................................12本课程设计的方案..................................................22.1所需的软硬件..................................................22.2工作原理......................................................22.2.1主要模块..................................................22.2.2系统框图..................................................22.3设计采取的方案................................................33主要电路模块的实现................................................43.1光敏电阻感应模块与AD/DA转换模块...............................43.2IIC总线模块...................................................43.3LED灯与数码管显示模块.........................................53.4单片机最小系统模块.............................................74系统电路图........................................................85系统的软件设计...................................................106设计过程中遇到的主要问题以及解决办法.............................147心得体会.............。。.........................................15结论...............................................................16参考文献...........................................................17附录...............................................................18通信工程方向综合设计11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STC89C51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，自动关闭。通信工程方向综合设计22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3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。晶振电路路振光敏输入单片机主要程序数码管显示输出LED灯亮灭输出通信工程方向综合设计43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、ANI0~ANI3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3-1AD/DA转换模块与光敏电阻感应模块3.2IIC总线模块随着大规模集成电路技术的发展，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总线具有简通信工程方向综合设计5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3-2IIC总线模块3.3LED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；通信工程方向综合设计64、当OE为高电平时，输出进入高阻态。LED灯模块和七段数码管模块仿真图如下：图3-3七段数码管显示模块图3-4LED灯显示模块通信工程方向综合设计73.4单片机最小系统模块最小系统是51单片机的最基本的组成部分，51单片机的引脚虽然只有四十，但它有很多的扩展功能，根据相应的课题设计要求可以设计相应的外围电路。编写出相应的控制程序便可以跟外围电路很好的组合成功能复杂的系统。其引脚：1、18，19脚为单片机的晶振引脚；外接11.0592MHz的晶振，晶振外围还有2个22pF的起振电容，可以使单片机更好的起振。2、9脚为单片机的复位引脚；当复位引脚出现连续两个机器周期的高点平时，单片机复位。3、31引脚为/EA引脚；当/EA接高电平时读取内部储存数据，当内部存储器读取完成后，单片机自动读取外部存储器；当/EA接低电平是，单片机只读取外部存储器，单片机仿真图如下：图3-5单片机最小系统模块通信工程方向综合设计84系统电路图该设计是将上述的六个模块拼接一起组成一