基于光電傳感器的路燈控制系統(tǒng)

2016屆本科畢業(yè)設計電鈴自動控制電路的設計姓名：高宇博學院：物理與電氣信息學院專業(yè)：電子信息工程學號：140331011指導教師:鄭世旺2016年5月5日目錄摘要與關鍵詞II0引言………………………1工作原理…………………11。1設計方案…………………11。2設計方框圖和流程圖……1測量系統(tǒng)的總體結構設計………………2單片機……………2打鈴電路…………………………2系統(tǒng)驅動電路……………………22。4掉點存儲單元……………………32.5信號輸入電路………………………3系統(tǒng)硬件設計……………43。1單片機………………43。1.1AT89S51單片機的主要特性53。2其他模塊…………53。2。1顯示電路……………………53.2.2掉電存儲電路………………5結語………………………6參考文獻…………………6致謝………………………6附錄………………………7商丘師范學院學士學位畢業(yè)設計商丘師范學院學士學位畢業(yè)設計#基于光電傳感器的路燈控制系統(tǒng)設計電路分析重慶科創(chuàng)職業(yè)學院杜德銀［摘要］城市市政建設日新月異，寬闊的街道，各種各樣的路燈給城市帶來了光明的同時也增添了城市的夜間魅力。但是由于道路、路燈眾多傳統(tǒng)的人工管理模式已經和快速、現代化的城市建設不相適應。為解決城市路燈照明系統(tǒng)存在的燈光控制方法和管理手段落后，所用燈具科技含量低等問題，設計了一個模擬路燈控制系統(tǒng)。采用高效節(jié)能LED路燈作為光源，采用AT89S52單片機作為控制中心，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊來實現，根據環(huán)境、交通等因素單片機采集光敏電阻、聲敏電阻的信號控制路燈的亮滅，采用切換多種模式方式設定并實現自動控制的功能，按照規(guī)定的時間自動管理路燈的功能。實現了路燈的智能化控制，節(jié)省了電力能源和人力資源。［關鍵詞］傳感器光控聲控單片機元件的介紹1.1光電傳感器基本知識光電傳感器最根本的原理是光電效應，光電效應又分為外光電效應和內光電效應。外光電效應：在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現象稱為外光電效應。在光線作用下,物體的導電性能發(fā)生變化或產生光生電動勢的效應稱為內光電效應。內光電效應又可分為以下兩類：光電導效應。在光線作用下，對于半導體材料吸收了入射光子能量，若光子能量大于或等于半導體材料的禁帶寬度，就激發(fā)出電子-空穴對，使載流子濃度增加，半導體的導電性增加,阻值減低，這種現象稱為光電導效應。光敏電阻就是基于這種效應的光電器件。光生伏特效應。在光線的作用下能夠使物體產生一定方向的電動勢的現象稱為光生伏特效應?；谠撔墓怆娖骷泄怆姵?。常用的光電傳感器有光敏電阻、光電池、光敏二極管、光敏三極管等。利用這些傳感器各自的特點加上巧妙的設計，光電傳感器幾乎被應用于生活的各個方面.1.2光電傳感器的原理和應用光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現控制的，它的基本結構如圖1—1,首先它把被測量的量光的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號，光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高，反應快,非接觸等優(yōu)點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器的檢測和控制的功能在生活中應用非常廣泛。茯曲it蓍圖1—1光電傳感器的基本結構光電傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關系，來達到測量目的的，因此光電傳感器的光源扮演著很重要的角色，光電傳感器的電源要是一個恒光源，電源穩(wěn)定性的設計至關重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準確性，常用光源有以下幾種：光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大.發(fā)光二極管是一種把電能轉變成光能的半導體器件?它具有體積小、功耗低、壽命長、響應快、機械強度高等優(yōu)點并能和集成電路相匹配。因此，廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控制設備中。光敏三極管在低照度入射光下工作時，或者希望得到較大的輸出功率時，也可以配以放大電路.這次設計我們主要用的是光敏電阻的特性和電阻串聯分壓的原理來完成這次設計的主要功能半導體的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。當光敏電阻受到光照時，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，成為自由電子，同時產生空穴，電子-空穴對的出現使電阻率變小。光照愈強，光生電子一空穴對就越多，阻值就愈低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的電流隨光照增大而增大?入射光消失，電子-空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復原值，電流也逐漸減小。根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛?銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學研究和工農業(yè)生產中?？梢姽夤饷綦娮杵鳎喊ㄎ⒘蚧k、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅,自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。溫度系數：在一定光照下，溫度每變化1°C,光敏電阻阻值的平均變化率，硫化鎘光敏電阻的溫度特性。AT89S521.3。1功能特性描述AT89S52是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度、非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，T89S52可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程FlashAT89S52。1。3.2引腳結構T27F1.0E□VccrsEVFi.1c3?□Fl.2E33□F0.1/AELPl.9ES73P0.2/AH2fi.4c3&□FQ.S/AD3MUSI/Fl.5匚35□F0.4/AB4MISO/Pl.G匚24□P0.5/AB5SCIJFl.7匚33□PO.&/AE6fLST匚32□fo.r/ABrKJti/pa.o匚1031□EMUPPTK1JP3.1匚11□IHT0/F3.2匚23□FESiTIMTf/P3.3匚28□F2.V/J115T0/P9.4I：27□P2.&/A14T1/F3.5C152&□F2.5/A13WF3.6匚1625□F2.4/Al2KD?P3.71：1724□P2.3/A11KTAL2匚18□P2.2ZA10MTALl匚13□F2.IMFPDIF&HE匚20□P2.O/AS圖1—2AT89S52的引腳結構1.3。3管腳說明P0口：PO口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1〃時，引腳用作高阻抗輸入，當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下,P0不具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時,內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1。0和P1。1分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和定時器/計數器2的觸發(fā)輸入（P1°1/T2EX）。具體如下表所示。在flash編程和校驗時,P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出P1O1T2EX（定時器/計數器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制），P1。5MOSI（在系統(tǒng)編程用），P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用），P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1〃時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）.P3口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，p3輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）.P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示?在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能：P3o0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3o2INTO（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3o4TO（定時/計數器0）P3o5T1（定時/計數器1）P3o6WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7RD（外部數據存儲器讀選通）此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號.RST――復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位.ALE/PROG——當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的?要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作.該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活?此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE禁止位無效。PSEN—程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次PSEN信號.EA/VPP——外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）?需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態(tài).如EA端為高電平（接VCC端），CPU則執(zhí)行內部程序存儲器的指令.FLASH存儲器編程時，該引腳加上

+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP.XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端.2.硬件系統(tǒng)結構設計電路分析2。1單片機最小系統(tǒng)2。1。1電源電路電源電路：向單片機供電.單片機電源：AT89S52單片機的工作電壓范圍：4.0V-5。5V，所以通常給單片機外接5V直流電源。連接方式為VCC（40腳）：接電源+5V端，VSS（20腳）：接電源地端。2。1。2時鐘電路時鐘電路：單片機工作的時間基準，決定單片機工作速度?時鐘電路就是振蕩電路，向單片機提供一個正弦波信號作為基準，決定單片機的執(zhí)行速度.3UI1AT89S52單片機時鐘頻率范圍：0—33MHZ。時鐘電路連接方式為3UI1—卜UNw圖2-1時鐘電路2.1.3復位電路復位電路：確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。單片機接通電源時產生復位信號，完成單片機啟動，確定單片機起始工作狀態(tài)?手動按鍵產生復位信號，完成單片機啟動，確定單片機的初始狀態(tài).通常在單片機工作出現混亂或“死機”時，使用手動復位可實現單片機“重啟”使其恢復正常工作狀態(tài)。2.2電源模塊AT89S52的工作電壓4。0-5.5V，電源電路采用線性穩(wěn)壓電源，電源電路如圖所示。交流電源由變壓器T1將220V的交流電壓轉換成10V左右的低壓交流電。由于此脈沖的直流含有較大的交流分量，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，所以在電路中加了C1、濾出交流分量.通過三端穩(wěn)壓管L7805穩(wěn)壓，輸出+5V的直流電壓。L7805是一種三端穩(wěn)壓集成模塊，它有三個端即輸出端、公共端、輸出端。它內部由調整管、基準電壓源、取樣電路、比較放大器、過流保護、芯片過熱保護及調整管安全工作區(qū)保護電路組成。三端集成穩(wěn)壓電源具有使用方便、安全可靠、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點是一種較為理想的低電壓供電模型。L7805是一種輸出電源為1o5A的低電流穩(wěn)壓模塊，能有效的為整個電路提供穩(wěn)定的工作電壓，因此在本設計過程中充分的考慮到節(jié)能的設計理念運用一7800系列的穩(wěn)壓模塊為電路提供能量。圖2-3電源電路2o3光線采集模塊設計光線采集模塊通過光敏電阻R1對外部光線進行采樣，將采集到的模擬信號通過單片進行處理,執(zhí)行相應的控制命令，其電路設計如圖2-4所示。光敏電阻，受到適當波長的光線照射時,AT89S52按照預設的方案實現如下光控路燈開關功能：自動測光，白天(或光線強時)路燈熄滅，夜晚(或光線暗時)路燈自動點亮；感光度可調，可根據需要調節(jié)在任意光線下工作；為防止瞬間強光的干擾，特設延時關閉功能(光線達到強光時，開關延時30秒左右才自動關閉)o圖2-4光敏電阻的接線電路2o4時鐘模塊設計在本系統(tǒng)中，時鐘采用一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片DS1302，它可以對年、月、周、日、時、分、秒進行計時，并具有閏年補償功能。DS1302與CPU同步串行通訊，接口只需三根線：RST、I/O、SCLK控制方式，主控電路利用時鐘模塊電路產生時鐘及定時等功能，從而實現分路路燈開關進行定時控制。AT89S52單片機根據時鐘芯片DS1302提供時鐘信號，根據當地的光照度，按照下列時段實現時

控開關燈：冬季時間:傍晚18：30開燈，次日凌晨6：00關燈；春秋季時間：傍晚19:00開燈，次日早晨6：00關燈；夏季時間：傍晚19：30開燈，次日早晨6：00關燈；每天凌晨2:00以后聲敏傳感器才會啟動，早晨6:00停止；這個時段可動態(tài)修改，修改操作在上位機上獨立完成，通過通信模塊將指令寫入AT89S52芯片內，即可改變時控開關燈的工作時段。2.5聲敏傳感器的放大整形電路(1)信號放大整形電路由聲