毕业设计（论文）-基于单片机节能路灯毕业设计.doc

五邑大学本科毕业设计摘 要本设计完成了以AT89S52单片机和DAC0832数模转换芯片为核心的LED路灯低功耗智能控制装置。该设计由供电模块、LED恒流驱动电源模块、单片机控制模块、路灯信号检测模块、LCD显示模块、声光报警模块、按键模块、温度感应模块组成。单片机根据声光传感器对路边状况的检测和时钟芯片DS12C887设置的时间来控制D/A转换芯片,与LED恒流驱动共同实现LED路灯亮度的自动调节，通过控制继电器实现LED路灯的开关，并用二极管组成保护电路。开灯、关灯时间以及即时时间动态显示。当路灯出现电路故障时，还会出现声光报警。 论文详细论述了控制系统的组成、相关硬件和软件的设计、工作原理。重点介绍了如何运用AT89S52控制DAC0832芯片实现LED驱动电路。关键词 恒流驱动；电路故障；液晶显示；保护电路；声光控制30AbstractThe core LED street lamp low power consumption intelligent control device is completed with AT89S52 SCM and DAC0832 analog-to-digital conversion chips. The design is composed of power supply module, LED by constant current drive power supply module and single-chip microcomputer control module, street lamp signal detection module, LCD display module, sound and light alarm module, key module, temperature sensing module. SCM is according to sound and light sensor to curb status of detection and clock chip DS12C887 setup time to control the D/A conversion chip and LED constant current driver together to accomplish the street lamp brightness LED the automatic adjustment,through the realization of the control realy LED lamp switch,and of the diode protection circuit. Turn on the light, turn off the lights and instant time to get the time dynamic display.When street light appeared circuit fault, the design also can appear sound and light alarm.The control system of the composition, the hardware and software of the relate design and work principle are introduced in the paper. And the method of how to use AT89S52 devices control chip realize DAC0832 LED drive circuit is emphasized.Key words Constant Current Drive Circuit Fault LCD Display The Protection Circuit Sound And Light Control目 录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题来源及研究的目的和意义11.2国内外在该方向的研究现状及分析11.3本课题研究的主要内容2第2章本设计用到的主要元器件32.1数模转换芯片32.252单片机42.2.1AT89S52的特点42.2.2管脚说明52.3驻极体话筒62.4光敏电阻72.5电磁继电器72.6时钟芯片72.7本章小结9第3章硬件电路的原理与设计103.1概述103.2系统设计原理框图103.3供电模块113.4单片机控制模块113.5LED恒流驱动电源模块123.6路灯信号检测模块133.6.1时钟驱动电路133.6.2声控电路143.6.3环境光线及故障检测电路143.7声光报警模块153.8按键模块153.9显示模块163.10本章小结16第4章软件设计174.1概述174.2程序设计步骤174.3软件开发环境174.4软件总体设计框架184.5本章小结19第5章系统安装调试205.1概述205.2系统的安装205.2.1电路板制作205.2.2元器件焊接技术205.3硬件电路调试215.3.1供电电路检测215.3.2各元件之间连接情况检测215.3.3按键功能检测215.3.4声控功能的检测215.3.5光控功能的检测215.4软硬件联调215.5本章小结22结论23参考文献24致谢25附录1 部分程序26附录2 总电路图28附录3 PCB图29附录4 实物图30第1章 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义 当前，世界各国都在积极探索新的发展方式，并着力对相关产业的战略布局进行调整，国际政治经济秩序和竞争规则将会发生一系列深刻变化以新能源、新材料、生物技术、信息技术等高技术为基础的战略性新兴产业成为世界各国战略部署的重中之重，未来科技发展战略制高点的竞争将更加激烈。在全球能源短缺、环保要求不断提高的背景下，世界各国均大力发展绿色节能照明和低碳经济。低碳经济有三方面的战略意义。一是低碳经济关联度大，产业链长，对农业、医药、能源、材料、环保等其他产业的发展有较强的带动和诱导作用。二是有持续稳定增长的潜力，符合未来世界发展的大趋势。低碳技术与产业具有资源依赖性强、技术通用性强的特点。资源依赖性强，就为节能环保空间广阔的发展中国家（如我国）提供了实现跨越式发展的难得机遇；技术通用性强，则不易形成市场垄断，而容易实现在不同应用领域的技术转移，当前还没有形成发达国家垄断的低碳科技、低碳质量、低碳产品标准，这就为后发国家提供了实现跨越式发展的可能性。三是低碳经济的科技含量高，符合生态规律，长远经济效益好。低碳技术的溢出效应非常广泛，它几乎可以在任何运用物质的产业中转化为生产。而LED照明作为一种革命性的节能照明技术，低碳技术正在飞速发展。近年来随着太阳能光伏发电技术和LED照明技术的发展，太阳能LED路灯己进入了城市照明领域。LED是Light Emitting Diode(发光二极管)的缩写，LED作为照明光源与传统的照明光源相比具有直流低电压驱动、耗电量少、抗振动、寿命长、纳秒级的响应速度、设计空间大、环保；可连续开头闪断，能轻松实现0-100%调光功能等突出优点，被认为是新一代的绿色照明器具。太阳能LED路灯是以太阳能作为能源，每个路灯均是独立的，安装方便，无需铺设电缆电线，无需交流电能和电费，采用直流供电，光控定时控制，安全可靠，节能，经济，环保，实用1。1.2 国内外在该方向的研究现状及分析近年来我国大功率LED路灯随着半导体材料应用技术的迅猛发展日趋成熟，产业化应用中，光效达到70-80Lm/w、寿命达到2.5-3万小时，已开始逐步应用到城市道路照明中。特别是2009年初，为了扩大内需，推动中国LED产业的发展，降低能源消耗，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案，进一步推动了我国LED路灯技术的发展。我国LED路灯技术发展迅速但也存在着一些问题主要包括光源、散热以及电源系统。从光源方面来看现在LED的发光效率无法和高压钠灯相比，LED发光效率有待进一步提升；从散热方面看一是改善光源的排列方式，而是加装主动或被动散热系统；从电源方面来看，LED属于低电压驱动器件，并且需要恒流驱动，不能直接连接交流市电，这就需要对LED路灯的电源系统进行重新设计，电源系统对LED路灯的寿命有重要影响。目前我国对LED路灯尚未出台国家标准，这也在一定程度上阻碍了LED路灯技术的发展和LED路灯的推广应用2。近年来，世界各主要发达国家都制定了相应的国家级LED发展计划，以加大研究开发力度。美国能源部于2000年开始启动国家半导体照明研究计划，即“下一代照明计划”（NGLI），由13个国家重点实验室、公司和大学参与。总共将投资5亿美元支持计划的实施。随后，美国能源部负责制定了半导体照明研究与发展计划（SSL计划）。美国五角大楼（美国国防部）、美国联邦储备局（美国的中央银行）这样一些重要机构，已正式开始启用LED灯具。欧盟委托6个大公司和2个大学，设立了“彩虹计划”。日本制订了“21世纪光计划”，由13个公司和4所大学参加。韩国制订了“GaN半导体开发计划”3。1.3 本课题研究的主要内容LED路灯低功耗智能控制装置的设计，具体要求如下：1、LED灯的调光电路。可设定光的亮度（比如晚上19点-24点最亮，24点后改成声控或者中等亮度，6点后关闭），有自动和手动两种调光控制；2、LED路灯驱动电路的设计。3、电源模块的设计。4、LCD显示电路的设计。可显示亮灯时间等参数；5、监控电路、报警电路、保护电路以及一些外围电路的设计。第2章 本设计用到的主要元器件2.1 数模转换芯片本设计用到的数模转换芯片为DAC0832，其内部结构如图2-1示。 图2-1 DAC0832结构框图DAC0832是采用CMOS工艺，可以直接与单片机接口，不需要外加I/O接口芯片，其结构如图2-1所示。DAC0832是单电源供电，在+5+15V范围内均可正常工作，基准电压的范围为10V，电流建立时间为1S。它由三大部分组成：一个8位输入寄存器，一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器。DAC0832器件由于有两个可以分别控制的数据寄存器，使用时有较大的灵活性。可以根据需要接成多种工作方式。它的工作原理简述如下。在图2-1中，为寄存器命令。当时，寄存器的输出随输入变化；时，数据锁存在寄存器中，不随输入数据的变化而变化。其逻辑表达式为 由此可知，当，时，允许数据输入，而当时，数据被锁存。能否进行D/A转换，除了取决于以外，还要依赖于。由图可知，当和均为低电平时，此时允许D/A转换，否则，停止D/A转换。在使用时可以采用双缓冲方式（两级输入锁存），也可以用单缓冲方式（只用一项输入锁存，另一级始终保持直通的形式）。因此，这种转换器使用非常方便灵活。DAC0832引脚功能DAC0832有20根引脚，采用双列直插式封装，其引脚排列如图2-2示。各引脚功能说明如下：(1) ：转换数据输入端。D0是最低位，D7为最高位。(2) ：片选信号，低电平有效。(3) ：数据锁存允许信号，高电平有效。(4) ：写信号1端，低电平有效。当为低电平时，用来将输入数据传送到输入锁存器；当为高电平时，输入锁存器中的数据被锁存；当ILE为高电平，又必须和同时为低电平时，才能将锁存器中的数据进行更新。以上3个控制信号构成了第一级输入锁存。 (5) ：写信号2端，低电平有效。该信号与配合，可使锁存器中的数据传送到DAC寄存器中进行转换。 图2-2 引脚图 (6) ：数据传送控制信号，低电平有效。与配合使用，构成第二级锁存。(7) ：电流输出1端，当DAC寄存器中各位全为 1时，电流最大；而各位全为 0时，电流为0。(8) ：电流输出2端，在电路中作用为保证。在单极性输出时， 常接地。(9) ：反馈电阻端，为外部运算放大器提供一个反馈电压。可由内部提供，也可由外部提供，片内集成的电阻为15 K。(10) ：参考电压输入端，要求外部接一个精密的电源。当为10V时，可获得满量程四象限的可乘操作。(11) ：数字地。(12) ：模拟地。这是两种不同的地，在同一块电路板上，如果同时有模拟和数字信号元件时，一般把所有模拟信号元件的地端接在一起，所有数字信号元件的地端接在一起，最后再将模拟地与数字地用一根导线连接在一起。这样可以防止模拟信号与数字信号相互干扰2.2 52单片机本设计用到的单片机是AT89S52，它是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。2.2.1 AT89S52的特点(1)40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器；(2)128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）；32个外部双向输入/输出（I/O）口；5个中断优先级2层中断嵌套中断；2个16位可编程定时计数器；(3)2个全双工串行通信口，看门狗电路，片内时钟振荡器。 (4)AT89S52设计和配置振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。(5)和80C51插座兼容。89系列单片机的引脚与80C51单片机的引脚顺序是一样的，所以，当需要用89系列的单片机代替80C51时，只需要见封装相同就可以进行代换。(6)静态时钟方式。89系列的单片机采用静态时钟方式，可以有效的节约电能，这对于降低产品的功耗节约成本十分有利。(7)可进行反复的系统实验。用89系列单片机设计的系统，可以反复进行试验，每次试验可以输入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优状态，而且根据用户的不同需要进行修改，从而使系统能不断满足用户的最新需要。2.2.2 管脚说明 图2-3 单片机引脚图VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8个TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高电平，可用作输入口，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉电阻的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口驱动4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚内部上拉电阻被拉高，且作为输入口。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉电阻的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入口。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（TTL）这是由于上拉电阻的缘故。P3.0 RXD（串行输入口）、P3.1 TXD（串行输出口）、P3.2 （外部中断0）、P3.3 （外部中断1）、P3.4 T0（计时器0外部输入）、P3.5 T1（计时器1外部输入）、P3.6（外部数据存储器写选通）、P3.7 （外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。RST：复位。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期以上的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低八位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外输出脉冲或用于定时。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。2.3 驻极体话筒驻极体话筒属于电容式话筒的一种，声电转换的关键元件是驻极体振动膜。当声波输入时，驻极体膜片随声波的强弱而振动，使电容极板间的距离发生变化，引起电容量C发生变化，因为驻极体两侧的电荷来变，因此电容两端的电压（UC=QC）发生变化，从而实现了声电转换。由于振动引起的输出电压的变化量较小，所以要在电容的后面加一个效应管进行放大，提高话筒的灵敏度，同时场效应管还可以与音频放大器匹配。如图2-4示 (a) 外形图 (b)内部结构图图2-4 驻极话筒的外形和内部结构图2.4 光敏电阻光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达110M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。如图2-5示。图2-5 光敏电阻的工作原理图2.5 电磁继电器电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，产生电磁效应，衔铁会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。如图2-6示。 (a)工作原理图 (b)外形图图2-6 继电器的工作原理图和外形图2.6 时钟芯片 本设计用到的时钟芯片是DS12C887，其具有高精度，保存时间久等优点上。具体介绍如下:(1)器件特性DS12C887 实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC 上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887 相兼容。由于DS12C887 能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子“千年”问题；DS12C887 中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10 年之久；对于一天内的时间记录，有12 小时制和24 小时制两种模式。在12 小时制模式中，用AM和PM 区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD 码表示；DS12C887 中带有128 字节RAM，其中有11 字节RAM用来存储时间信息，4 字节RAM用来存储DS12C887 的控制信息，称为控制寄存器，113 字节通用RAM 使用户使用；此外用户还可对DS12C887 进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。(2) 引脚功能DS12C887 的引脚排列如图2-7 示。图2-7 DS12C887引脚图各管脚的功能说明如下：GND、VCC：直流电源，其中VCC 接+5V 输入，GND 接地，当VCC 输入为+5V 时，用户可以访问DS12C887 内RAM 中的数据，并可对其进行读、写操作；当VCC 的输入小于+4.25V 时，禁止用户对内部RAM 进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当VCC 的输入小于+3V 时，DS12C887 会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作。MOT：模式选择脚，DA12C887 有两种工作模式，即Motorola 模式和Intel 模式，当MOT接VCC 时，选用的工作模式是Motorola 模式，当MOT 接GND 时，选用的是Intel 模式。SQW：方波输出脚，当供电电压VCC 大于4.25V 时，SQW脚可进行方波输出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到13 种方波信号的输出。AD0AD7：复用地址数据总线，该总线采用时分复用技术，在总线周期的前半部分，出现在AD0AD7 上的是地址信息，可用以选通DS12C887 内的RAM，总线周期的后半部分出现在AD0AD7 上的数据信息。AS：地址选通输入脚，在进行读写操作时，AS 的上升沿将AD0AD7 上出现的地址信息锁存到DS12C887 上，而下一个下降沿清除AD0AD7 上的地址信息，不论是否有效，DS12C887 都将执行该操作。DS/RD：数据选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当MOT 接VCC 时，选用Motorola 工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的DS 为高电平，被称为数据选通。在读操作中，DS 的上升沿使DS12C887 将内部数据送往总线AD0AD7 上，以供外部读取。在写操作中，DS 的下降沿将使总线AD0AD7 上的数据锁存在DS12C887 中；当MOT 接GND 时，选用Intel 工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚，即ReadEnable。R/W：读/写输入端，该管脚也有2 种工作模式，当MOT 接VCC 时，R/W工作在Motorola 模式。此时，该引脚的作用是区分进行的是读操作还是写操作，当R/W 为高电平时为读操作，R/W为低电平时为写操作；当MOT 接GND 时，该脚工作在Intle 模式，此时该作为写允许输入，即Write Enable。CS：片选输入，低电平有效。IRQ：中断请求输入，低电平有效，该脚有效对DS12C887 内的时钟、日历和RAM 中的内容没有任何影响，仅对内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET 可以直接接VCC，这样可以保证DS12C887 在掉电时，其内部控制寄存器不受影响。2.7 本章小结本章主要介绍了LED路灯控制电路中用到的关键性元器件。包括数模转换芯片DAC0832及其工作原理、驻极体话筒以及其工作原理、光敏电阻及其工作特性、电磁继电器、时钟芯片DS12C887及其工作原理和51单片机的详细介绍。第3章 硬件电路的原理与设计3.1 概述本设计由7模块组成，它们分别是：供电模块、AT89S52单片机控制模块、LED灯恒流驱动电源模块、路灯信号检测模块、声光报警模块、按键模块、LCD显示模块。其中单片机控制模块和恒流驱动模块是设计的核心部分。各模块的功能如下：供电模块：提供12V和+5V的直流稳压电源，为各模块供电4。单片机控制模块：核心控制，负责协调各个模块的工作。恒流驱动模块：通过控制电流变化，使LED亮度进行亮暗调节。路灯信号检测模块：通过声光传感器和时间等环境信号及故障信号告知单片机5。声光报警模块：出现故障时，蜂鸣器会响和警报灯会不断闪烁。按键模块：调节时间以及手动调节LED灯亮度。LCD显示模块：用于显示当时时间、关灯时间以及开灯时间等3.2 系统设计原理框图图3-1 系统设计原理框图3.3 供电模块供电模块选择输入220V、50Hz交流电，输出+12V，-12V，+5V三种电压，如图3-2示。图 3-2 供电模块电路图电源电路由变压、整流、滤波、稳压 四部分构成。变压电路由普通的电源变压器组成，将220V的交流电转换成低压交流电；整流电路由一个桥式整流组成，将低压交流电转换成脉动直流电；稳压电路主要由LM7812，LM7912和LM7805 三个集成稳压器，输入端电容C4和C5和输出端电容C6，C7，C8构成，集成稳压器利用负反馈进一步稳定经过滤波后的电压，输出端电容用以改善负载的瞬态效应，消除电路的高频噪声，同时具有消振的作用；发光二极管LED作为电源指示，电阻R24和R36作为限流电阻保护发光二极管。+5V主要供单片机模块、路灯检测模块等使用，电流大约为600Ma;-12V作为运放的负电源，电流较小，不超过100mA;+12V作为运放的正电源，也是稳压输出电路的主电源，最大电流约为800mA。因此，在本设计中选用了最大输出电流为1A的稳压管（LM系列）。 LM系列稳压管是一种三端稳压集成模块，它有三个端即输入端、公共端、输出端。它内部有调整管、基准电压源、取样电路、比较放大器、过流保护、芯片过热保护及调整管安全工作区保护电路组成。三端集成稳压电源具有使用方便、安全可靠、性能稳定、价格低廉等优点是一种较为理想的低电压供电模型。 LM系列稳压管是一种输出电流为1A的低电流稳压模块，能有效的为整个电路提供稳定的工作电压，因此在本设计过程中充分的考虑到节能的设计理念运用以78系列的稳压模块为电路提供能量。 3.4 单片机控制模块本设计中用到了AT89S52的P0、P1、P2、P3口，并只用了AT89S52片内的4KB程序存储器，没有外接程序存储器，具体情况如图3-3示。图3-3 单片机控制模块电路图其中，P0口用于LCD12864显示和DS12C887数据输出端P1口用数模转换的数据输出端P2.0-P2.1用于光控信号输入端P2.2用于声控输入端P2.3-P2.5用于按键输入端P2.6-P2.7及P3.0用于DS12C887使能控制输出端P3.1用于声光报警输出端P3.2用于控制继电器的开关输出端P3.4用于LCD12864背景灯开关输出端P3.5-P3.7用于LCD12864使能控制输出端AT89S52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容C23、C24 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C23、C24 虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器，建议选择40pF10pF。用户也可以采用外部时钟，这里我使用的是33pF电容，11.0592MHz的晶体振荡器。3.5 LED恒流驱动电源模块恒流驱动电源是通过单片机控制DAC0832的输出电压，经运放OP07控制三极管S8050的导通，三极管的发射极经1采样电阻，对恒流源输出电流进行控制，实现了输出电流的线性控制，从而实现LED的亮暗控制;而通过单片机控制另一个三极管S8050的导通来控制继电器的开/闭状态,从而实现LED的开关控制。具体情况如图3-4示。图3-4 LED恒流驱动电源电路电路之所以选用的D/A转换芯片是DAC0832，该芯片价廉且精度较高。DAC0832属于电流输出型D/A，输出的电流随输入的电压控制字线性变化。若要得到电压，还需要外接一块运放来实现电流到电压的转换。该运放输入端的输入电流对转换精度影响很大，DAC0832输出的电流有几十微安的变化，如果运放输入端的输入电流为0.1A，则会引入相当于12个电压控制字的误差，因此应选用高输入阻抗的运放，如JFET输入的运放OP07，它的输入电流可以忽略DAC0832需外接基准电压，本电路选用5.0V作为基准源。当DAC0832采用5.0V基准电压时，D/A转换电路的满幅输出为5.0V（这时电压控制字为255）。转化通式为： (3-3)当开关的负载为电动机或者继电器等感性负载时，在截断流过负载的电流时（晶体管进入截止状态时），会产生感应电动势（楞次定律）。这时产生的电压非常大。当这种电压超过晶体管的，时，晶体管将会被击穿。因此给继电器并上一个二极管，将集电极的电位钳制在(+0.5)V左右，防止三极管被击穿。3.6 路灯信号检测模块本设计主要是单片机根据DS12C887的时间来调节LED路灯的亮度，比如在晚上19点-24点最亮，24点后改为声控，并且没人经过时，亮度调为中等，6点到19点如果是阴天则与24点后的控制方法一样，否则关闭路灯。3.6.1 时钟驱动电路 本设计使用DS12C887做为时钟芯片，根据该芯片的时序图，通过控制DS、R/W、AS以及数据总线AD07产生一个准确的时间，单片机再通过时间来控制其它模块电路，具体如图3-5示。图 3-5 时钟电路图3.6.2 声控电路本设计通过话筒MIC接收路人的响声，变成脉冲电信号，并经过三极管9013放大，使得LM339A电压比较器的正极电压变高，并高于其负极电压，从而输出端输出高电平送到单片机。具体如图3-6示。图 3-6 声控电路图3.6.3 环境光线及故障检测电路本设计以LM339为核心元件，用光敏电阻测量环境光线的变化，用电位器调节电路对光照量的敏感度，当光照量到达设定值时，LM339A产生一个信号告知单片机是否进入工作模式或路灯是否故障声光报警模块，具体如图3-7示。图 3-7 环境光线及故障检测电路图3.7 声光报警模块如果路灯没故障时，单片机给三极管输出一个低电平，三极管截止，蜂鸣器不响和发光二极管不亮;单片机检测到故障时，给三极基极输出一个高电平，三极管导通，集电极电压近似于0V，这时蜂鸣器响和发光二极管亮的警报。具体如图3-8示。图 3-8 声光报警电路图3.8 按键模块本设计中用到三个按键Key1、Key2、Key3，它们的功能分别为设置项，增加项，减少项。按键初始状态为高电平，当按下时，对应的按键被拉低。设置项：手动调光，秒，分，时选择增加项：亮度变亮，秒、分、时增加减少项：亮度变暗，秒、分、时减少 具体如图3-9示，图 3-9 按键电路图3.9 显示模块本设计使用LCD12864来作为显示，显示出即时时间、开灯时间、关灯时间。根据该芯片的时序图，通过控制RS、RW、EN以及数据总线AD07输出显示数据，为了节约用电，单片机通过第19脚来控制LCD的背景灯开关，无人操作时就关掉背景灯，有人操作时就开背景灯。具体如图3-10示。图3-10 LCD显示电路图3.10 本章小结本章详细介绍了本设计中各模块的电路，包括元件如何选择，参数如何确定，相关的电流电压如何计算，要实现什么样的功能等。第4章 软件设计4.1 概述本设计中采用的处理器是AT89S52单片机，由此可采用面向MCS-51的程序设计语言，包括ASM51汇编语言和C51高级语言，这两种语言各有特点。汇编语言更接近机器语言，常用来编制与系统硬件相关的程序，如访问I/O端口、中断处理程序、实时控制程序、实时通信程序等；而数学运算程序则适合用C51高级语言编写，因为用高级语言编写运算程序可提高编程效率和应用程序的可靠性。 考虑到C51高级语言的特点，在本设计基本功能软件开发中，全部程序均采用C51高级语言编写4.2 程序设计步骤根据设计任务的要求，采用C51高级语言编制程序的过程称为程序设计。C51语言程序设计的步骤： （1）明确设计的任务要求，提出注意的问题，确定解决问题的办法； （2）根据设计的思路，编制程序流程图； （3）编制源程序：进一步合理分配存器单元和了解I/O口地址，按功能设计程序，明确各程序之间的相互关系，用注释行说明程序，便于阅读和修改调试程序； （4）在计算机上用仿真软件调试； （5）程序优化，根据各程序关系进一步优化源程序4.3 软件开发环境单片机的应用系统的开发的传统方法都是借助于开发系统仿真机或开发机，系统备有软件开发平台与之配套。Keil Software 公司的Keil编译器是MCS-51单片机开发中应用非常广泛的一种编译和调试软件，采用该编译器可以编译C源程序、汇编源程序、连接和重定位目标文件和库文件、创建HEX文件，以及调试目标程序。如图4-1所示 图4-1 Keil4界面图Keil编译器包括以下几个组成部分。 （1）Windows应用程序uVision4：这是一个集成开发环境，它把项目管理、源代码编译和程序调试灯集成到一个功能强大的环境中。 （2）C51交叉编译器：编译C源代码并产生可重定位的目标文件。 （3）A51宏汇编器：汇编MCS-51汇编源代码并产生可重定位的目标文件。 （4）BL51连接/重定位器：组合由C51和A51产生的可重定位的目标文件，生成绝对目标文件。 （5）LIB51库管理器：组合目标文件，生成可以被连接器使用的库文件。（6）OH51目标文件到HEX格式的转换器：从绝对目标文件创建Intel HEX格式的文件。 （7）RXT-51实时操作系统（Real-Time Operating System,RTOS）：简化了复杂和对时间要求敏感的软件项目4.4 软件总体设计框架在主程序里，需要完成对单片机输入输出端口的初始化、时钟芯片的初始化、显示芯片的初始化等。完成初始化后，主程序就不断的扫描按键和当初时间。(1) 如果Key1没有被按下，并且时间在19点到第二天凌晨6点，那么路灯开始打开，其 中在19点到24点时，路灯亮度最亮；而在0点到6点时如果有行人，路灯亮度会变亮一段时间，然后会自动调为中度亮度;(2) 如果Key1没有被按下且时间不在19点到第二天凌晨6点之间，但如果是阴天且有行人，那么路灯也会打开，否则关闭路灯。在打开路灯时，如果出现故障，蜂鸣器和发光二极管会报警，否则返回;(3) 如果有按键Key1被按下，每次按下Key1会产生一个值，不同值对应不同选项，分别有手动调光和设置时间选项,其中设置时间有当时时间设置，开灯时间设置，关灯时间设置。(4)如果为手动调光时，判断是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么路灯亮度会增加，如果如果Key3按下，那么路灯亮度会减暗，否则返回;(4)如果为当时时间设置时，判断是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么相对应的时、分、秒会增加，如果如果Key3按下，那么相对应的时、分、秒会减少，否则返回;(5) 如果为开灯时间设置时，判断是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么相对应的时、分、秒会增加，如果如果Key3按下，那么相对应的时、分、秒会减少，否则返回;(6) 如果为关灯时间设置时，判断是否有Key2或Key3被按下，如果Key2按下，那么相对应的时、分、秒会增加，如果如果Key3按下，那么相对应的时、分、秒会减少，否则返回; 具体如图4-2所示67 。 图4-2 主程序流程图4.5 本章小结本章主要是在充分理解了各元器件的特性和硬件功能后，根据自己的设计思路，画出各部分的程序流程图，再根据各部分相关的关系，画出整体的流程图，并用C51高级语言写出系统的主要控制程，实现系统设计要求的功能。第5章 系统安装调试5.1 概述本章主要分为系统安装、硬件电路调试和软硬件联调等三大部分。首先要完成单元功能模块的检测，然后进行系统调试。在制作硬件电路的同时，调试也在穿插进行，有利于及时发现问题，从而节约大量的调试时间5.2 系统的安装印制电路板的成功，不仅应保证元器件准确无误的连接，工作中无自身干扰；而且还要尽量做到焊接方便、整齐美观、牢固可靠，以求达到最佳效果5.2.1 电路板制作制作电路板之前，参照实际的元器件，在Protel99SE中设置合适的元件封装图，着眼整体布局，力求美观。打印时，要设置好需要打印的电路层，如焊盘层（MultiLayer）、底层（BottomLayer）等。电路板采用热转印技术来制作，在制作的时候关键要注意以下几点： （1）印板预处理，将无锈蚀的敷铜板用沙纸或去污粉等去油污、打光，清洗干净，为后期腐蚀打下良好基础； （2）不要使电熨斗过热或者过凉，最佳温度在140170之间，在这个温度范围内，塑料碳粉的转移特性最佳； （3）热转印时间不宜过长，否则过犹不及。视需要转印的面积大小而定，一般约五分钟。转印时，应稍加用力压住电熨斗在铜板上缓慢地来回移动； （4）要等温度低一些以后再将转印纸慢慢揭下，切不可过急。如转印质量较差再盖上再次加温加压进行热转印。 （5）腐蚀铜板时要定时检查是否有断线，出现断线情况的需要用油性笔进行修补。 （6）腐蚀完成后，先钻孔，再整形，接着就清洗，最后涂上松香。5.2.2 元器件焊接技术焊接的工艺水平直接影响电子产品的质量。要有可靠的电连接、足够机械强度和光洁整齐的外观。元器件的焊接要讲究一些技巧和工夫，才可以达到无虚焊和美观。 移开电烙铁有讲究，移开的时间、方向和速度直接影响焊接点的质量和外形美观。烙铁从45度角进入，在焊接点上的焊锡接近饱满，焊锡充分浸润焊盘和焊件时，焊锡最光亮，流动性最强时，电烙铁回带一下，然后再迅速离开焊接点。完成焊接的全过程所需时间约36秒。焊接时间过长易损坏焊接部位及元件性能，过短则易出现虚焊。 另外，元器件安装高度尽可能矮。过高则稳定性变差，易倒伏或与相邻元件碰接。焊接元件时应遵守由低到高，由小到大的原则。先焊接一些比较矮且小的元器件，如电阻、二极管等；再焊接一些较高且体积较大的元器件，如单片机插座、有极性电容、继电器等5.3 硬件电路调试把铜板做好以后，焊上元件，接着一步一步测试电路。其中+5V、12V供电线路都要引出一个测试点来，便于检查；各个集成块要求都加上插座，焊接时只焊插座，等调试时才加上芯片。5.3.1 供电电路检测把元件焊接完成以后，先不要插上芯片，先别连通电源，用万用表测量电源正负极是否短路，如果有短路，立即检查电路;如果没有，开启电源，同时很快的摸一下稳压管7805、7812、7912和整流堆，看它们有没有过热，如果有，则发热的那个元件可能接错脚，立刻关闭电源，检查电路；如果没有，则证明管子连接正确，继续下一步检测。用万用表测量三个稳压管的输出电压看是否正确，如果不正确，看看管子是不是坏了要更换（一般稳压管都不会出现问题的），或者电路有没有出错；如果正确，则供电部分测试完成。此外，也可以测一测输出电压的波纹，看看达到了设计要求没有。5.3.2 各元件之间连接情况检测把万用表调到电阻挡，检测该连接的引脚之间有没有相连接，断电情况下测量两引脚之间是否有阻值，电阻为零，则表明导通；电阻为无穷大，则可能出现虚焊、短接等异常情况。前面检测没有什么问题后，把所有芯片都装上，并开启电源。5.3.