智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

PAGE21題目：智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計目錄摘要……………………2ABSTRACT……………21引言………………32智能路燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計軟硬件基礎(chǔ)……4 2.1Stm32F103zet6單片機…………4 2.2光敏傳感器介紹………………4 2.2.1光敏傳感器的特點…………………5 2.2.2光敏傳感器的工作原理……………5 2.3KeiluVision5軟件…………7 2.4Mcuisp軟件……………………7 2.5串口調(diào)試軟件…………………83智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計過程……………………9 3.1設(shè)計思路以及準(zhǔn)備資料的介紹…………………9 3.1.1LED電路圖的分析……………………9 3.1.2STM32官方固件庫的簡介……………10 3.2主程序代碼……………………10 3.2.1延時函數(shù)初始化……………………11 3.2.2設(shè)置中斷優(yōu)先級……………………12 3.2.3設(shè)置串口的波特率…………………12 3.2.4LED的初始化………12 3.2.5光敏傳感器的初始化………………14 3.2.6RTC時鐘的初始化…………………154實現(xiàn)現(xiàn)象的展示……………………164.1程序代碼與實驗現(xiàn)象的無縫銜接…………164.2實物展示……………………175總結(jié)…………………186參考文獻………………197致謝………………20智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計摘要：設(shè)計這個控制系統(tǒng)的目的是為了節(jié)約我國的電力資源，全國各地的路燈總數(shù)成千上百萬億，正目前，有些路燈是全夜燈也有些是后夜燈，而且有很多都是需要人工進行操作的，要是哪一天工作人員忘記關(guān)燈，那么由此所帶來的損耗也是不小的，而且這樣還及其浪費人工資源，所以對智能路燈控制系統(tǒng)的研究勢在必行，有著很大的實際意義。從節(jié)能的角度出發(fā)，設(shè)計出符合當(dāng)下的智能路燈，做到“按需控制”的目的，堅決杜絕浪費資源，偉大領(lǐng)袖毛澤東也講過：貪污和浪費就是最大的犯罪。關(guān)鍵詞：智能路燈；控制；節(jié)能DesignofintelligentstreetlampcontrolsystemAbstract:thepurposeofthecontrolsystemisdesignedtosavepowerresourcesinChina,thetotalnumberofstreetlightsalloverthecountrymillionsofbillions,isnow,aftersomestreetlampsareallnightlightsomenightlight,andtherearealotofisneedartificialmanipulation,ifwhichdaythestaffforgettoturnoffthelights,thenitbroughtaboutbythelossisnotsmall,anditalsoandthewasteofhumanresources,soitisimperativetotheresearchofintelligentstreetlightcontrolsystem,hasgreatpracticalsignificance.Fromtheperspectiveofenergyconservation,itisnecessarytodesignsmartstreetlampsinlinewiththecurrentsituation,achievethepurposeof"controlondemand",andresolutelyputanendtowasteofresources.ThegreatleaderMAOzedongalsosaid:corruptionandwasteisthebiggestcrime.Keywords:intelligentstreetlamp;Control;Energysaving

1引言現(xiàn)代社會發(fā)展的節(jié)奏是很快滴，以前自行車滿地跑，現(xiàn)在則是自動擋汽車隨處可見；以前手機能用上老年機都覺得是奢侈，而現(xiàn)在智能機遍地都是。“智能”的概念已經(jīng)逐步走進了大家的視線，被人們所關(guān)注，也就自然而然的可以應(yīng)用于我們的路燈上面。根據(jù)道路的需要，一般情況路燈在八米以下的話，其路燈大概需要300W左右，而如果高度大于8米，那么則會采用400W的高壓鈉燈，所以說目前我國普通照明路燈的功率大概在300W-400W之間，1°=1kw/h，每小時的耗電量大概在0.3°～0.4°之間。而城市居民用電價格大概是0.6元，那么按照后半夜（零點～凌晨五點）五小時來算，每臺路燈可以節(jié)約0.9～1.2元，據(jù)查，至2016全國路燈總數(shù)為2600萬，預(yù)計到2018年全國路燈總數(shù)將達到3500萬，那么全國各地的路燈每天所浪費的也是一筆不小的數(shù)目呢，所以此項研究是有積極的意義的，而且智能路燈不僅僅可以降低消耗成本，而且有助于緩解政府能源供應(yīng)和建設(shè)壓力，對減少有害廢氣的污染和保護環(huán)境也有巨現(xiàn)實的意義，我們要努力的去實現(xiàn)以人類本身為核心，全面的，協(xié)調(diào)的，能夠持續(xù)發(fā)展的中國自己的特色道路。本套系統(tǒng)可以實現(xiàn)有光線時燈自動開啟，無光線是燈自動熄滅，同時到達一定的時間點時，降低路燈的照射強度，實現(xiàn)資源的合理利用。

2智能路燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計軟硬件基礎(chǔ)2.1Stm32F103zet6單片機的簡單介紹本次論文的設(shè)計主要靠此款單片機實現(xiàn)的，其中用單片機上面的LED2和LED3進行路燈的模擬，外接光敏傳感器對光照強度進行檢測。下面附上此款單片機的圖片。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1STM32開發(fā)板USB轉(zhuǎn)TTL:此處使用這個接口的原因是電腦的通信接口和單片機的通信接口是不一樣的，我們需要轉(zhuǎn)換才能確保電腦和單片機正常通信，從而保證能夠順利的將程序燒錄進我們的單片機。LED1:電源指示燈，上電即常亮。LED2&&LED3：此處用來模擬路燈。IO口：將用來連接外設(shè)（光敏傳感器）。RTC時鐘電池："RTC"是RealTimeClock的簡稱，意為實時時鐘。RTC模塊之所以具有實時時鐘功能，是因為它內(nèi)部維持了一個獨立的定時器，通過配置，可以讓它準(zhǔn)確地每秒鐘中斷一次。但實際上，RTC就只是一個定時器而已，掉電之后所有信息都會丟失，因此我們需要找一個地方來存儲這些信息，于是就找到了備份寄存器。其在掉電后仍然可以通過紐扣電池供電，所以能時刻保存這些數(shù)據(jù)。后面的設(shè)計中我們將利用RTC實時時鐘系統(tǒng)來獲取時間，從而對單片機做下一步的處理。2.2光敏傳感器的介紹圖2-SEQ圖2-\*ARABIC2光敏傳感器2.2.1光敏傳感器的特點如圖2-2所示，光敏電阻模塊是用來檢測周圍環(huán)境的光照強度的，靈敏度就是調(diào)節(jié)光敏電阻靈敏度的，DO端與單片機直接相連，通過單片機來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度的改變。光敏電阻的阻值隨著光照強度的增加不斷地減小，當(dāng)模塊在環(huán)境光線亮度達不到設(shè)定闕值的時候，那么其電阻兩端的電壓也會較低，此時DO端輸出高電平，當(dāng)外接環(huán)境光線達到設(shè)定闕值的時候，電壓較高，DO端輸出低電平。2.2.2光敏傳感器的工作原理光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的電阻器,其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。隨著光照強度的升高,電阻值迅速降低,由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場的作用下作漂移運動,電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。其在無光照時,幾乎呈高阻狀態(tài),暗電阻很大。下面是工作原理圖：圖2-SEQ圖2-\*ARABIC3光敏電阻工作原理圖LM393是集電極開路輸出的比較器,當(dāng)‘+’級電壓大于‘-’電壓時輸出高電平，單片機讀入數(shù)據(jù)是邏輯1；反之，輸出低電平，單片機讀入數(shù)據(jù)是邏輯0。VR1是滑動變阻器，可設(shè)定闕值電壓，用于比較。電路分析：圖中①電路和②電路是并聯(lián)狀態(tài)，光敏電阻隨著光照強度的增強會不斷地減小，那么②路的電壓也會不斷地減小，從而導(dǎo)致LM393‘+’級的電壓會比較低，而‘-’級電壓是固定的，那么顯然LM393會輸出低電平，單片機讀入邏輯0。當(dāng)光照強度很低的時候，光敏電阻的阻值非常大，因此‘+’的電壓很高，所以LM393會輸出高電平，單片機讀入邏輯1。

2.3KeiluVision5軟件首先我們編寫單片機程序后，可以用這款用來編譯，生成HEX代碼文件，才能燒錄到單片機里，單片機才能工作。其次，我們編寫好單片機程序，可不用燒錄，可以先仿真運行和調(diào)試。在不燒錄的情況下，就可以仿真出程序的功能，很方便，避免浪費時間，提高效率。2.4Mcuisp軟件上面介紹了怎么樣去將我們寫的代碼編譯生成HEX文件，而這款軟件是將我們剛剛生成的HEX文件燒錄到單片機中，并且可以隨時擦除燒錄進單片機里面的代碼，很方便。下面我給大家展示一下這款軟件的內(nèi)部架構(gòu)：圖2-4Mcuisp工作界面圖2-4Mcuisp工作界面如圖2-6所示，打開這款軟件過后，首先去搜索空閑狀態(tài)下的串口，然后去設(shè)置串口的波特率，我的電腦的波特率是115200，在軟件的下方還有一個下拉選項，選擇DTR低電平復(fù)位，RTS高電平進BootLoader，才能夠下載程序，最后直接將Keil編譯生成的HEX代碼放到這個里面，然后這個軟件就會幫我們把程序燒寫到單片機里面去。2.5串口調(diào)試軟件這款軟件的作用其實很簡單，因為我們在設(shè)計實驗調(diào)試的過程中肯定是要知道光敏傳感器檢測的光照強度的變化的，而這款軟件就可以幫助我們將光敏傳感器讀取到的值實時的在這款軟件上面顯示，便于我們判斷。下面給大家展示一下軟件內(nèi)部:圖2-5串口調(diào)試軟件工作界面圖2-5串口調(diào)試軟件工作界面這款軟件的使用很簡單，打開軟件后設(shè)置好端口號，然后打開串口就可以使用，然后在圖2-8中光標(biāo)停留的位置就會打印出我們想要的數(shù)據(jù)。如下圖所示：圖2-6串口調(diào)試軟件顯示內(nèi)容展示

圖2-6串口調(diào)試軟件顯示內(nèi)容展示3智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計過程3.1設(shè)計思路以及準(zhǔn)備資料的的介紹根據(jù)系統(tǒng)的要求以及總體的思路，設(shè)計出如下總體框圖：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC1設(shè)計流程圖3.1.1LED電路圖分析HYPERLINKmain函數(shù)LED關(guān)燈跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC2LED引腳電路圖如上圖3-2所示LED2對應(yīng)的GPIO是PE5,LED3對應(yīng)的GPIO是PB5,同時從上圖我們也可以知道，想要LED燈亮只需要給GPIO口一個低電平即可，使得LED的陽極和陰極形成一個電壓差，LED就會被點亮。3.1.2STM32固件庫的介紹首先所謂的固件庫說白了就是一堆函數(shù)的集合，這些固件庫函數(shù)向下呢負責(zé)與寄存器直接打交道，向上呢提供用戶函數(shù)調(diào)用的接口（api）。STM32固件庫將這些寄存器（Register）在底層操作給它封裝成一個個的函數(shù)，然后提供一整套接口（API）供開發(fā)人員調(diào)用，在大多數(shù)的情況下，我們不需要知道操作的是哪個寄存器（Register），只需要知道相應(yīng)的函數(shù)即可，然后去調(diào)用這個函數(shù)。3.2主程序代碼intmain(void){ u8adcx; delay_init(); //延時函數(shù)初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級 uart_init(9600); //設(shè)置串口的波特率 LED_Init(); //LED的初始化 Lsens_Init(); //初始化光敏傳感器 RTC_Init(); //RTC的初始化 while(1) { adcx=Lsens_Get_Val(); printf("光照強度：%d\n",adcx); if(adcx>50){ printf("檢測為白天，LED燈全部關(guān)閉.\n"); LED2=1;//PE5置為高電平LED燈電路圖 LED3=1; //PB5置為高電平 }else{ printf("檢測為黑夜，雙燈全部打開\n"); LED2=0; LED3=0; printf("即將判斷是否進入節(jié)能模式\n");//5秒后進行判斷 delay_ms(1500);//1s=1000ms if(calendar.hour>00 &&calendar.hour<04){ LED2=1;LED3=0;printf("滿足條件，路燈進入節(jié)能模式，開啟\n");delay_ms(1500);//本應(yīng)該延時四個小時，但是定時器會溢出，所以延時1.5秒 } } delay_ms(1500); }3.2.1延時函數(shù)初始化延時函數(shù)在Stm32官方網(wǎng)站上是和固件庫一起封裝好的，具體函數(shù)如下，我們只需要調(diào)用即可。延時函數(shù)跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC3延時函數(shù)初始化3.2.2設(shè)置中斷優(yōu)先級HYPERLINK設(shè)置中斷優(yōu)先級跳回中斷優(yōu)先級分組，相關(guān)內(nèi)容在STM32固件庫的misc.h文件中有詳細定義，我們只是調(diào)用，在這里我們就不深究了。3.2.3設(shè)置串口的波特率串口通訊，主從雙方波特率必須一致才能有效傳遞數(shù)據(jù)。如圖3-4是我的電腦端口的波特率。HYPERLINK設(shè)置串口的波特率跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC4PC端波特率3.2.4LED的初始化初始化PB5和PE5為輸出口.并使能這兩個口的時鐘。LED的初始化跳回如下圖3-5是我的初始化函數(shù)：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC5LED初始化函數(shù)

3.2.5光敏傳感器的初始化如下圖3-6所示：HYPERLINK初始化光敏傳感器跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC6光敏傳感器初始化

圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC6光敏傳感器初始化3.2.6RTC時鐘的初始化RTC實時時鐘已經(jīng)被官方封裝好放進函數(shù)庫，我們?nèi)绻枰獣r間的話可以直接調(diào)用，涉及到一個時間的結(jié)構(gòu)體，我放在下面了。HYPERLINKRTC的初始化跳回圖3-7RTC時鐘初始化

圖3-7RTC時鐘初始化4實驗現(xiàn)象的展示4.1程序代碼與實驗現(xiàn)象的無縫銜接為了方便展示實驗現(xiàn)象，測試所用的代碼可能會與上面所展示的代碼有點區(qū)別，但是現(xiàn)象會更加的明顯，總體程序是沒有什么影響的。以上便是我的測試代碼，圖片中的①②③是相對于上面的程序代碼的變更點。：打印當(dāng)前的時間，方便觀察和判斷是否進入節(jié)能模式。：為了測試方便，我將時間改成（9:00～12:00），方便觀察節(jié)能模式。：由于ST官方提供的延時函數(shù)最大延時時間只能達到1.864s，所以我不得不將延時時間調(diào)成1.5s，否則定時器會溢出，造成定時器失效。上面的時間只是模擬，實現(xiàn)功能即可。程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)象

4.2實物展示

以上便是實物的展示，經(jīng)測試和指導(dǎo)老師的幫助，沒有發(fā)現(xiàn)不可行的問題，智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計基本上可以確定，謝謝。

5總結(jié)整個畢設(shè)的過程對于我來說其實挺漫長的，我從開始選材，到完成這個設(shè)計花費了我很長的一段時間。有些東西雖然學(xué)習(xí)過，但是往往是淺入淺出，點到即止，沒有真正的將老師講的知識點全部掌握，所以給我的畢設(shè)進度造成了一定程度上的影響。雖然整個過程很艱難，但是我真的是感覺有所得，能夠?qū)⒁郧皩W(xué)習(xí)過的知識運用到實際當(dāng)中去我感覺真的死特別特別的爽，有一種莫名其妙的成就感，而且也可以學(xué)習(xí)到很多的新鮮知識，讓我知道我不懂的東西還有很多，世界很大，我需要經(jīng)常出去走走，多學(xué)習(xí)一點東西，希望以后可以成為一名合格的嵌入式軟件工程師。 雖然我是一名工科生，但是由于我的水平有限，設(shè)計出來的東西可能有有些瑕疵與不足，可能存在各種各樣的問題，希望諸位老師能夠多多指正，幫助我成長，謝謝老師們。

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