智能路灯控制系统的设计

课程设计任务书14/15学年第一学期学院：计算机与控制工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：课程设计题目：智能路灯控制系统的设计起迄日期:1月5日~1月16日课程设计地点:专业教室指导教师:余红英李静学科部副主任：刘天野下达任务书日期:2015年1月5日课程设计任务书1．设计目的：（1）设计一个由计算机控制的智能路灯控制器，可以对室内外的光强度进行检测，如果外界灯光过低或是声音低到某一分贝时、智能路灯自行进行调节。通过设计，掌握数据采集系统的工作原理、掌握计算机控制系统的设计原理。（2）利用AT89C52完成控制要求。熟悉并了解单片机控制系统的详细工作原理。（3）利用KeiluVision、proetus、protel画出硬件原理图、软件仿真图。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：一、控制要求:要做到“随需而控”，天黑时只有路上有人或车辆通过时路灯才点亮，且可根据行人和车辆通过的声音智能地打开前方一定数量的路灯，同时熄灭经过路段的路灯。二、用protel设计硬件原理图三、选择控制算法，编写控制程序。用KeiluVision设计完整的控制程序（C语言或者汇编语言）四、编译、下载、运行五、用proetus给出软件仿真结果3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1．根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。2．画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系。3.用Proteus软件绘制硬件电路图并仿真。4.软件设计包括流程图、用汇编语言或C语言对软件进行编译，并能通过调试。课程设计任务书4．主要参考文献：1.孙涵芳.MCS-51/96系列单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社.19942.李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）.北京航空航天大学出版社.20053.彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+Proteus仿真（第2版).电子工业出版社.20004.李光飞．单片机课程设计实例指导．北京：北京航空航天大学出版社，20055.陈明荧．8051单片机课程设计实训教材．北京：清华大学出版社，20045．设计成果形式及要求：完成课程设计说明书一份，要求：1）写出主要设计思路，工作原理；2）画出硬件原理接线图；3）调试出现的问题及解决方法；4）提交程序清单。6．工作计划及进度：1月5日~1月7日查阅资料，进行总体设计1月6日~1月12日根据设计要求，进行软硬件设计，并撰写课程设计说明书。1月12日答辩或成绩考核。学科部副主任审查意见：签字：年月日中北大学计算机控制技术课程设计说明书第Ⅰ页共Ⅰ页目录1绪论..............................................................11.1AT89C52简介....................................................11.2Proteus软件介绍................................................11.3KeilC51软件介绍...............................................22总体设计..........................................................32.1设计要求........................................................32.2设计思路........................................................32.3声检测模块......................................................32.4光检测模块......................................................43硬件接线图........................................................53.1最小系统........................................................53.2路灯设计电路....................................................63.3行人检测电路....................................................63.4光控制电路......................................................73.5手动控制电路....................................................73.6智能路灯电路设计原理图及说明....................................84流程图............................................................94.1主流程图........................................................94.2紧急情况流程图.................................................105软件仿真.........................................................115.1软件仿真截图...................................................115.2软件仿真结果分析...............................................136总结.............................................................14附录A程序清单....................................................15附录B软件仿真图..................................................17参考文献...........................................................18中北大学计算机控制技术课程设计说明书第1页共18页1绪论1.1AT89C52简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元.图1.1AT89C52引脚图1.2Proteus软件介绍：英国Labcenter公司推出的Proteus软件是一款极好的单片机应用开发平台，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题，可以在没有单片机实际硬件的条件下，利用PC以虚拟仿真方式实现单片机系统的软、硬件同步仿真调试。Proteus软件涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型，以及多种常用电子元器件，包括74系列、CMOS4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD显示器、LED显示器，还提供示波器、逻辑分析仪、通信终端、电压/电流表等各种虚拟仪表，这些都可以直接用于仿真设计，极大地提高了设计效率和设计水平。Proteus软件已有20多年的历史，在国外应用较为普遍，尤其在教育界的口碑极佳。近年来Proteus软件被引入国内，在多所高等工科院校中得到成功应用。在单片机教学中采用Proteus软件，使单片机的学习过程变得直观形象，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源码级的程序仿真调试，如有显示及输出，还能看到程序运行后的输出效果，配合各种虚拟仪表来展现整个单片机系统的运行过程，很好地解决了长期以来困扰单片机教学过程中软件和硬件无法很好结合的难题。在Proteus软件平台上学习单片机知识，比以往单纯学习书中北大学计算机控制技术课程设计说明书第2页共18页本知识更易于接受，以原理图虚拟模型进行程序仿真调试，更易于提高单片机编程能力，还可以通过绘制和修改原理电路图增加很多实践经验。1.3KeilC51软件介绍：KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。中北大学计算机控制技术课程设计说明书第3页共18页2总体设计2.1设计要求设计一个由计算机控制的智能路灯控制器，可以对室内外的光强度进行检测，如果外界灯光过低或是声音低到某一分贝时、智能路灯自行进行调节。要做到“随需而控”，天黑时只有路上有人或车辆通过时路灯才点亮，且可根据行人和车辆通过的声音智能地打开前方一定数量的路灯，同时熄灭经过路段的路灯。2.2设计思路本次设计的题目是智能路灯控制系统的设计。要求实现以路灯为控制对象，完成软件和硬件的设计,利用按键模拟声敏传感器,以手动和行人控制两种方式实现路灯的亮灭功能。其中硬件电路部分主要包括以下部分：单片机最小系统、路灯控制电路部分、行人检测电路部分、光检测电路部分、声检测电路部分。图2.1工作原理图图2.2系统总框图2.3声音检测模块声音传感器的作用相当于一个话筒（麦克风）。它用来接收声波，显示声音的振动图象。该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一电压随后被转化成0-5V的电压，输入单片机。声音传感器使用的是与人类耳朵相中北大学计算机控制技术课程设计说明书第4页共18页似具有频率反应的电麦克风。电路把信号放大并把信号传送给电讯接口。实际上，信号通过2条不同的线送达数据采集器。一个信号通过低电压输入线，在2.5V左右，另一信号通过电压输入线，在0V左右。声音传感器的应用：一般说有二种，一种是根据设定声音信号阀值判定声音的有无。第二种难一点的就是根据多个声音传感器来判定声音的方位。本设计利用按键模拟声音模块，声音模块对外界环境声音强度最为敏感，模块在环境声音强度达不到阈值时，输出高电平，当外界声音强度超过设定阈值时，输出低电平。2.4光检测模块图2