畢業(yè)設計（論文）模擬路燈控制系統

1、本科生畢業(yè)論文(設計)題目（中文）： 模擬路燈控制系統 （英文）：simulation street lamp control system 學生姓名：學號：系別：專業(yè)：指導教師：起止日期：年 月 日懷化學院本科畢業(yè)論文(設計)誠信聲明作者鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文(設計)，是在指導老師的指導下，獨立進行研究所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的成果。對論文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確的方式標明。本聲明的法律結果由作者承擔。本科畢業(yè)論文（設計）作者簽名：年 月 日目錄摘要 關鍵詞 abstract k

2、ey words1 前言11.1 課題研究背景及意義1 1.2 本設計的任務和基本要求22 路燈控制系統的總體設計23 路燈控制系統的硬件設計33.1 方案比較論證3 3.1.1 控制器的選擇3 3.1.2 時鐘的選擇4 3.1.3 顯示方案的選擇4 3.1.4 移動物體檢測的選擇5 3.2 主控制器電路5 3.3 時鐘電路6 3.4 鍵盤輸入和遙控輸入電路7 3.5 顯示電路8 3.6 亮燈控制電路9 3.7 聲光報警電路 10 3.8 檢測電路 10 3.8.1 紅外檢測電路 103.8.2 光敏電阻檢測壞境電路 13 3.8.3 壞燈檢測電路 144 模擬路燈控制系統的軟件設計 15 4

3、.1主程序的設計154.2 主程序流程圖165 系統電路與軟件的調試 175.1 硬件電路的調試 175.2 軟件與硬件的聯調 186 結論 18參考文獻 19致謝 20附錄 21模擬路燈控制系統摘 要本系統以stc89c52單片機為控制核心，系統采用線路簡單、體積小的專用時鐘芯片ds1302，ds1302工作時功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于1mw。使用ds1302不但使電路功耗降低，而且節(jié)省io口資源。采用光敏電阻檢測環(huán)境的明暗變化，具有自動感光模式和定時模式兩種。采用紅外對射檢測移動物塊控制燈的亮滅，達到節(jié)能的要求。當路燈電路出現故障時，單片機采集路燈電路采樣點的電壓后處理采集到的

4、數據，實現自動報警功能。配有鍵盤和遙控兩種輸入方式。顯示由諾基亞5110液晶顯示屏顯示燈亮滅時間，亮燈的狀態(tài)，系統工作狀態(tài)等。本系統智能度高，可靠性高，系統工作穩(wěn)定，且綜合性價比較高，具有較大的市場應用前景。關鍵詞單片機；紅外對射；時鐘芯片；諾基亞5110液晶；lm339simulation street lamp control systemabstractthis system to stc89c52 microcontroller as control core and system adopt easy circuit, small volume of special clock ds

5、1302, while working ds1302 chip power consumption is low, maintain data and information when power is less than 1mw clock. use ds1302 not only make the power consumption of the circuit is reduced, and save io mouth resources. adopt photoconductive resistance testing environment changes, the light an

6、d shade with automatic photosensitive mode and regular pattern of two kinds. by means of infrared duishe detection mobile content block control kill bright lights, meet energy requirements. when street lamps circuit malfunction, scm acquisition lamps circuit sample point voltage post-processing the

7、data collected, the realization of automatic alarm function. with a keyboard and remote two input methods. displays page-links 5110 lcd display nokia lights out time, light status, the system working status, etc. this system of intelligent degree is high, high reliability, the system stable work, an

8、d the overall price is higher, has large application prospect in the market.keywords89c52; infrared duishe; clock chips; nokia lcd 5110;lm 339221 前言1.1 課題研究的背景及意義城市路燈管理工作是城市市政工程管理的重要任務之一，飛速發(fā)展的現代化城市需要具有自動化程度高，運行可靠，使用維護方便的照明控制系統。特別是在能源急劇消耗的今天，節(jié)能已經成為不可逃避的問題。據調查，我國小型城市在夜晚9點后，大中城市在午夜12點后，道路上幾乎空無一人，即便是北京、

9、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點以后，道路上也已罕見行人、車輛。從這一時段直至清晨6點路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒有必要。城市公共照明在我國照明耗電中占30的比例，約439億kwh，以平均電價0.65元kwh計算，一年開支285億元。目前，國內的大多數城市的路燈供電是由人工完成或定時器自動完成，任務因素很大，自動化程度相當低，而且不易于維護。由于在沒有物體通過時也長時間供電亮燈，每年市政要支付大量的電費開支，而且在能源消耗飛快的現代，這時極為不科學的。路燈分別在城市的每條街道，深入到城市的各個角落，自然損壞和人為損壞的情況時常發(fā)生。因為其分布光，損壞率高的特點，給城市

10、路燈系統的管理和維護工作帶來的巨大的麻煩。目前，城市路燈的管理部門多采用上路巡查的辦法來發(fā)現故障，排除故障，不僅反映遲緩，而且需要投入大量的人力和物力。此套模擬系統具有較多的實際意義：一是省電節(jié)能，燈泡大部分實際不工作，而且節(jié)電效率很高，達80%左右；二是方便，首先，不用接觸，全自動智能控制；另外，維護方便快捷，接線簡單，安裝方便，是公共場所照明開關的理想選擇。因此這一課題的研究很是必要。1.2 本設計的任務和基本要求（1）支路控制器有時鐘功能，能設定、顯示開關燈時間，并控制整條支路按時開燈和關燈。（2）支路控制器應能根據環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈。（3）支路控制器應能根據交通情況自動調節(jié)亮

11、燈狀態(tài)：當可移動物體m（在物體前端標出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達s點時（見圖2），燈1亮；當物體m到達b點時，燈1滅，燈2亮；若物體m由右至左移動時，則亮燈次序與上相反。（4）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間。（5）當路燈出現故障時（燈不亮），支路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。2路燈控制系統的總設計本系統是采用單片機89c52做為主控制器，進行主要的信息處理，包括路燈控制模塊，顯示模塊和，檢測模塊，時鐘模塊及鍵盤和遙控模塊。本系統的總體框架圖如圖1所示。主控制器鍵盤遙控檢測時鐘路燈控制顯示圖13路燈控制系統的硬件設計3.1 方案比較論證3

12、.1.1 控制器的選擇【方案一】： 采用數字電路實現。數字電路結構簡單，響應速度快。但處理能力有限，題目要求支路控制器需實現的功能很多，數字電路不易實現。【方案二】：采用stc89c52作為主控制單片機。該芯片功能強大，具有足夠快的速度；有各種同步串行接口、足夠的內部rom和ram，以減小控制系統的物理尺寸，具有看門狗功能和穩(wěn)定的電源，本系統圖形顯示程序要求較高，因此我們采用了52系列的stc89c52它的程序存儲器達到32kb），可以很方便的實現我們所需功能，利用其強大的功能不僅可以簡化硬件電路而且還可以大幅度提高系統運行速度，最終通過液晶來顯示結果?！痉桨溉浚簯胊rm，arm是一種功耗

13、很低的高性能處理器，技術具有性能高、成本低和能耗省的特點。方便、安全、高效。但arm編程較復雜，我們?？茖W生很難掌握，且開發(fā)板價格較高。綜合題目要求和性價比我們選擇方案二為本系統的最終方案，我們用stc89c52自己動手制作的最小系統板，結構緊湊，工作穩(wěn)定，性價比很高。3.1.2時鐘的選擇【方案一】： 采用軟件編程實現時鐘。利用單片機定時器中斷，產生1秒信號，實現時鐘。此方案不需硬件，但占用太多程序存儲器、中斷源等單片機資源?！痉桨付浚豪胐s1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信僅需用到三個口線（其引腳圖如圖2所示）res（復位）、i/o （數據線）、sclk（串行時鐘）

14、。sclk/ram 的讀/寫數據以一個字節(jié)或多達31個字節(jié)的字符組方式通信。ds1302 工作時功耗很低保持數據和時鐘信息時功率小于1mw。ds1302芯片體積小、占用空間小，引腳也很少，操作起來非常方便，因此我們采用此方案。3.1.3顯示方案的選擇【方案一】：采用led數碼管顯示。該方案控制簡單，且led數碼管亮度高，醒目，但是數碼管只能顯示有限的數字和符號，占用資源較多且信息量較少，為了方便觀察，因此我們不采用此方案?！痉桨付浚翰捎弥Z基亞5110 lcd顯示。完成參數與狀態(tài)顯示要求有較大的顯示容量，因此選用諾基亞5110 lcd顯示模塊，它可顯示漢字及圖形，方便好用。3.1.4移動物體檢

15、測的選擇 【方案一】：采用普通發(fā)光二極管發(fā)射和光敏二極管接收的方案。該方案在實際使用時，容易受到外界光源的干擾，有時甚至檢測不到，不利于檢測。因此我們不采用此方案?！痉桨付浚河眉t外光對射進行檢查，是利用物體對紅外光束的遮光，有同步回路選通而檢測物體的有無，對所有物體均能檢測。當紅外光線被物體遮擋時，輸出低電平，當能接收到紅外光時，輸出高電平。數據處理簡單，便于與單片機接口，能夠達到較理想的效果?！痉桨溉浚豪贸暡z測。每個led燈上放置一個超聲波模組（邊緣的led燈需要兩個），在物體m通過s，b，s時，系統探測到，把信息傳遞給支路控制器。但超聲波散射較大，不能準確檢測物體位置。且外圍電路

16、復雜，不易實現。經過比較，我們采用方案二。3.2 主控制器電路本設計的主控制器是選用的stc單片機89c52，主要是對檢測到信息進行必要的處理，然后控制路燈的亮滅以及控制顯示器的顯示和聲光報警。圖2對于單片機的各個管腳資源的分配如圖2所示。3.3時鐘電路本系統的時鐘電路是由時鐘芯片ds1302來實現的，電路圖如圖3所示。圖3ds1302是美國dallas 公司推出的一種高性能、低功耗的實時 時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)ram，采用spi 三線接口與cpu 進行 同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號和ram 數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與 31天時可以

17、自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.5 5.5v。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設置備用電源充電 方式，提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。正是因為ds1302的這些種種優(yōu)點，所以選用了它為本系統提供時鐘功能，而且還用它做了定時的功能，為系統提供了一種定時開關路燈的功能。3.4鍵盤輸入和遙控輸入電路本系統提供了鍵盤和遙控雙重輸入的功能，為用戶的輸入提供了方便。鍵盤是用的44的矩陣鍵盤，提供了0-9的數字鍵以及背光、模式、定時、確定、返回以及時鐘設置等按鍵。電路如圖4。而本系統的遙控是采用常用的紅外遙控，電路簡單、穩(wěn)定，非常適合本系統。圖5就是本系統的紅外遙控接收端的電路圖

18、。圖4圖53.5 顯示電路圖6本系統的顯示模塊則是用的諾基亞5110液晶顯示器，價格低廉，顯示分辨率高。是一塊低功耗的cmos lcd 控制驅動器，設計為驅動 48 行 84 列的圖形顯示。所有必須的顯示功能集成在一塊芯片上，包括lcd電壓及偏置電壓發(fā)生器，只須很少外部元件且功耗小。與微控制器的接口使用串行總線，接口很少。接口電路如圖6所示。3.6 亮燈控制電路本系統的亮燈控制電路則是由微處理器直接控制繼電器來實現的，每一個燈都配備了一個繼電器作為控制。微處理器可以分別控制每一個燈的亮滅，方便好用，線路簡單，操作控制方便。電路如圖7所示。單片機通過對pnp型三極管b極和e極間的電壓的控制來三極

19、管是否導通，從而控制了繼電器。圖73.7 聲光報警電路本系統的聲光報警只用了一個io口，同時控制聲音和led燈。如圖8所示。將led的負極直接接在了單片機的io口上，通過io口電壓的控制來控制led的亮滅。同時在這個管腳上還接了一個pnp型三極管的基極，在控制led亮滅的時候也控制了這個三極管的導通與否，從而控制接在三極管集電極上的蜂鳴器是否發(fā)聲。當系統檢測到有壞燈的時候，led就會不停地閃，同時蜂鳴器也會發(fā)出“滴滴”的聲音。圖83.8 檢測電路3.8.1 紅外檢測電路本系統的采用紅外對射的方式來實現對移動物體的定位。在街道的兩邊裝上紅外對射裝置，沒有物體通過時，對面的接收端時刻能接收的到發(fā)射

20、端發(fā)來的信號，一旦有物體通過遮擋了紅外對射，接收端不能接收到發(fā)射端的信號，系統就能檢測的到物體的位置，然后控制路燈給通過的物體照明。圖9就是發(fā)射端的電路，而圖10則為接收端的電路圖。紅外對射用的編碼芯片是sc2262，解碼芯片是sc2272。sc2262/2272是一對帶地址、數據編碼功能的紅外遙控發(fā)射/接收芯片，它們具有很強的抗干擾性能。其中發(fā)射芯片sc2262-ir將載波振蕩器、編碼器和發(fā)射單元集成于一身，使發(fā)射電路變得非常簡潔。接收芯片sc2272的數據輸出位根據其后綴不同而不同，數據輸出具有“暫存”和“鎖存”兩種方式，方便用戶使用。后綴為“m”為“暫存型”，后綴為“l(fā)”為“鎖存型”，其

21、數據輸出又分為0、2、4、6不同的輸出，例如：sc2272-m4則表示數據輸出為4位的暫存型紅外遙控接收芯片。本系統就是用的暫存型的,能夠時刻檢測是否有物體通過，檢測是通過檢測sc2272的17腳來實現的。17腳為解碼有效確認輸出端(常低)解碼有效變成高電平(瞬態(tài))。一旦有物體通過時，接收端接收不到信息，解碼就會失敗，17腳輸出一個低電平傳到單片機，從而確定移動物體。圖9圖103.8.2 光敏電阻檢測壞境電路本系統對壞境光線的檢測電路如圖11。通過一個光敏電阻與一個電阻分壓來控制npn型三極管是否導通。當有光時，光敏電阻r的阻值很小，變阻器分到一部分電壓，從而使三極管b極和e極間的電壓大于0.

22、7v而導通，gm檢測點是低電平；當無光時，光敏電阻的阻值變的很大，比變阻器的阻值大很多倍，變阻器上分到的幾乎可以忽略，三極管b極和e極間的電壓小于0.7v而截至。此時檢測點gm的電壓為高電平。變阻器調節(jié)阻值的大小從而可以調節(jié)感光的靈敏度。圖113.8.3 壞燈檢測電路本系統壞燈的檢測是采用的運放lm339做電壓比較器來實現的。電路如圖12所示。反向輸入端的電壓由1k電阻和變阻器串聯分壓得到同向輸入端是由燈泡和電阻分壓得到的，當燈泡工作正常時，電壓為3v，當燈泡不亮時，電壓為5v。將反向輸入端的電壓調到3.5v。5/3.5=（1+r14）/1r14=0.43k當燈泡工作正常時，同向輸入端3v小于

23、反向輸入端電壓，輸出低電平；當燈泡不亮時，同向輸入端5v大于反向輸入端，輸出高電平。圖124 模擬路燈控制系統的軟件設計4.1主程序的設計本系統要完成設定、顯示開關燈時間，并控制整條支路按時開燈和關燈等設計。且對軟件的實時控制提出了較高的要求。對此，我采用c語言進行模塊化設計。整個軟件系統簡潔明了，具有良好的擴展性。通過對單片機的編程，利用紅外對射的接收模塊返回信息控制外部電路的正常工作，用軟件完成對路燈的控制，以及路燈故障的檢測，以保證路燈的正常工作。4.2 主程序主流程圖開始是否為感光模式系統初始化，進入主界面壞境是否黑暗y是否我開燈時間檢測左右檢測點左邊檢測到物體nyn是否為關燈時間開所

24、有燈yn關所有燈y右邊檢測到物體ynn開左燈中間檢測到物體開右燈，關左燈y右邊檢測到物體關右燈開右燈中間檢測到物體開左燈，關右燈yn左邊檢測到物體關左燈y右邊檢測到物體開右燈yn左右檢測到物體關左右燈nyynnnyn5 系統電路與軟件的調試方案：先對各模塊環(huán)境檢測模塊，精確定位模塊、時鐘顯示模塊，lcd模塊進行調試，然后再對整機進行調試，以提高調試效率。5.1 硬件電路的調試環(huán)境檢測模塊的調試：搭接電路前先對光敏電阻進行檢測，根據測出的數據來確定光敏傳感器的靈敏度。測完靈敏度后，將其調整為靈敏度最高的一段范圍內，使其能夠根據環(huán)境的變化能夠精確的發(fā)揮出其作用。精確定位模塊：先分別測試各對紅外檢測模塊是否能各自檢測得到，然后根據道路的實際情況將發(fā)射模塊和接收模塊一一對應好（用萬用表檢測sc2272的第17腳，在供電時，17腳為高電平則兩模塊就對應好了），固定在道路的兩邊。 時鐘和顯示模塊調試：檢查硬件接線正確無誤后，軟件測試。壞燈檢測模塊的調試：先測量燈泡在正常工作和不正常工作時檢測點的電壓是否與理論值相同（正常時為3v，不正常時為5v），然后再測量電壓比較器lm339輸出端的電壓（正常時低電平，不正常時高電平）。5.2 軟件與硬件的聯調各模塊電路