毕业设计（论文）-基于单片机的路灯控制系统的设计.pdf

题 目 基于单片机的路灯控制系统的设计基于单片机的路灯控制系统的设计_ 学生姓名 段昭辉段昭辉 学号 1213024018_ 所在学院 物理与电信工程学院物理与电信工程学院_ 专业班级 通通 信信 工工 程程 专专 业业 1201 1201 班班_ 指导教师 魏魏 瑞瑞_ 完成地点 物物 理理 与与 电电 信信 工工 程程 学学 院院 实实 验验 室室 2016 年 6 月 5 日 毕 业 论 文 设 计 任 务 书 院(系) _物电学院 专业班级 _ 通信 1201 学生姓名 段昭辉_ 一、毕业论文设计题目 基于单片机的路灯控制系统的设计_ 二、 毕业论文设计工作自_2016_年_1_月_10 日 起至_2016_年 6 月 15 日止 三、毕业论文设计进行地点: _ 物电学院南区实验室_ 四、毕业论文设计的内容要求： 照明电路的数量越来越多，使得路灯的用电量占城市用电量的比重越来越大，特别是 午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节约用电。因此路灯控制系统的设计对 于城市的发展至关重要。 本次毕业设计要求学生设计一套对外界光线和电压信号的采集来控 制路灯的自动启停以及智能调压的控制系统._ 本次毕业设计要求： _ 1.具有是时钟功能及定时开关灯，根据环境明暗变化，自动开灯和关灯；_ 2. 根据交通情况自动调节亮灯状态：当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车 远离时，路灯自动熄灭；_ 3. 声光报警功能，当路灯出现故障时而不亮时，控制器发出信号，并显示有故障路 灯的地址编号；_ 4 根据节能照明要求，采用恒流源驱动 LED 路灯发亮且能调光，路灯驱动电源输出 功率能在 20%100%范围内设定并调节，调节误差2%；_ 5.完成毕业论文。_ 本次毕业设计进度安排：_ 1 月 10 日3 月 1 日:理解课题查阅资料。_ 3 月 2 日4 月 1 日：提交英文翻译、整理并提交开题报告。_ 4 月 2 日5 月 1 日：完成系统的软硬件设计并进行期中检查。_ 5 月 2 日5 月 30 日：对软硬件系统联调，准备验收，提交毕业设计论文初稿。_ 6 月 1 日6 月 15 日：毕业设计答辩，修改毕业设计论文并提交论文终稿。_ 指 导 教 师 系(教 研 室) _ 系(教研室)主任签名 批准日期 _ 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生签名 _ 基于单片机的路灯控制系统的设计 段昭辉 （陕西理工学院 物理与电信工程学院 通信工程专业 1201 班，陕西 汉中 723003） 指导教师：魏瑞 摘要 本设计是基于单片机的路灯控制系统的设计，以 STC89C52 为核心控制芯片。整个电路采用 模块化设计，由单片机最小系统、显示模块、故障报警模块、环境明暗检测模块组成。在正常情况下，该 系统可以控制路灯常亮，并在午夜之后进入节能模式，当电路故障时，系统发出声音报警，并显示故障路 灯地址。经实验测试，该系统性能稳定，具有一定的应用价值。 关键词 STC89C52； 显示模块；环境明暗检测模块 Design of street light control system based on single chip Duan Zhaohui (Grade 2012,Class 1,Major of Communication Engineering,School of Physics and Telecommunication Engineering of Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shaanxi) Tutor:Wei Rui Abstract: The design is a street light control system based on single chip,STC89C52 is a core in the system. The circuit uses modular design,including single chip minimum system,display module,fault alarm module,environment light and shade detection module.Under normal circumstances,the system can control street lights,after midnight the system into energy saving.When circuit fault,the system will trigger sound alarm and display the address of fault street light.The experiment result shows that the system is reliable and has certain application worth. Key words: STC89C52 ；Display module；Environmental light detection module 目录 引言 . 1 1.设计方案 . 3 1.1 系统方案设计 . 3 1.2 方案选择 . 4 2.硬件设计 . 5 2.1 STC89C52 单片机系统 . 5 2.2 显示模块 . 6 2.3 时钟模块 . 7 2.4 环境检测模块 . 7 2.4.1 光敏电阻 . 7 2.4.2 ADC0809 介绍 . 8 2.4.3 环境检测模块的硬件电路设计 . 8 2.5 亮度调节模块 . 9 3.软件设计 . 10 3.1 系统主程序 . 10 3.2 AD 采样程序 . 11 3.3 pwm 控制程序 . 11 4.软硬联调 . 13 4.1 测试结果 . 13 4.2 问题分析与解决 . 15 4.3 测试结果分析 . 15 5.结束语 . 17 致谢 . 18 参考文献 . 19 附录 A 外文文献原文 . 20 附录 B 外文文献译文 . 24 附录 C 源程序 . 27 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 43 页 引言引言 近年来，随着科技的发展和城镇面积的不断扩大，城市道路网格已经逐步形成，道路上 的路灯照明设施也随着不断地完善， 数量越来越多， 同时道路照明的耗电量也在迅速的上升。 但是由于我国现在道路网格的局限性， 并不能保证每一个网格的道路都是主要的干道， 在非 干道的道路上也不能不建立路灯设施。 但这些地方设置的路灯装置和干道一样时常都是常亮 的，这样就造成了很大的资源浪费。另外一方面，路灯消耗过大已经成为一个不得不关注的 问题， 尤其是在大部分地区存在夏季的限电问题， 如果能把这些路灯所消耗的电资源能够节 省下来， 那么就能减轻夏季用电的压力， 所以对于路灯的进一步控制研究有很大的现实意义。 路灯的控制方式，第一代：由送电所直接控制变压器的电源来控制路灯。第二代：成立路灯 管理所， 每个区域都有路灯控制柜， 由路灯管理所的工作人员每天挨着手动抽动手闸来开启 和关闭路灯。第三代：微电脑时控开关的时代，它的出现大量减少了工作人员的劳动力。第 四代：微电脑时控开关的升级版经纬时控器、光控时控器，这是根据人们的需求以及路 灯管理工作上的方便而出现的产品， 更加的节约了劳动力， 只需每晚派人巡查路灯开闭情况 及维修即可，路灯全自动的开启与关闭。第五代：路灯远程控制系统，又称路灯监控系统， 顾名思义，路灯监控系统就是对路灯进行监控，不但具备经纬时控器和光控时控器的功能， 还能远程的对路灯进行开启和关闭，同时可以远程的查看路灯的情况，比如电压电流情况、 是否开灯关灯、接触器是否正常、亮灯率，防盗等等。近年来，随着科技的不断发展，各种 路灯控制器也被不断的研究出来。 其中， 美国和日本主要集中在研究紧凑型荧光灯和镇流器 荧光灯两个方面。我国的市场目前上有很多种节能控制产品，能够起到一定的节能效果，但 在功能和使用效果上还不能让人满意， 主要有以下几种节能的方法： 第一种是采用自耦变压 器及磁饱和电抗器的降压技术。 存在的不足是反应速度较慢， 用电高峰时期电压降到非稳定 区会可能造成灯光闪灭，不能够自动调节，如果电压突然升高，就会对灯具造成损坏，相对 而言稳压达到的效果较差； 第二种是采用可控硅式设备。 其主要原理是采取较简单的相控技 术，不足的地方在于是元器件比较容易发热损坏。而为了更好的达到控制的目的，现在国内 外都开始采用智能控制方式，如光控、声控、时控等，国外甚至开始采用太阳能供能光控方 式来控制路灯，基本可以达到完全自给自足的效果 1。而另一方面，在后半夜行人稀少，应 该降低路灯的亮度，以避免造成电力资源浪费，同时降低对于居民的晚间休息的影响。而且 后半夜也是用电的低谷期，电力系统电压升高，相对而言路灯反而比白天更亮。这不仅造成 了电力资源的浪费， 还大大降低了路灯的使用寿命。 目前路灯照明装置广泛采用的是高压钠 灯，其设计寿命大概在 12000 小时以上，在正常的情况下至少可以使用 3 年左右，但是由于 超压使用，使得路灯的使用寿命也仅仅只有 1 年左右，甚至于有的只有几个月寿命，造成了 路灯维护和路灯材料的很大浪费。 较高的电压会造成过热或过早损坏， 不仅不能够让负载设 备更好的工作，还会造成很大电力资源浪费。 综上所述，未来的路灯控制系统必将向着更 加安全、更加节能、更高效率、更加环保的方向发展。 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 43 页 本次的课设我设计的便是具有智能性的路灯控制系统， 首先要保证的便是该控制系统具 有定时功能， 能够完成路灯的定时开关， 其次便是保证其能够根据当时的环境进行光照强度 的自我调整， 以便达到其能够节能的要求。 最后就是当其出现故障时能够自行报警以便达到 及时的反馈。这样的控制系统就能基本达到我们初级的智能要求，基本的达到节能的设想。 本次的论文章节基本的安排如下： 第一部分介绍了本次设计的几种设计方案以及最终方案的确立； 第二部分阐述了硬件的设计，讲述设计中的几个重要模块的设计思路以及原理图； 第三个部分讲述此次设计中所涉及到的软件部分， 大概讲述主程序和几个子程序的流程 设计； 第四个部分则是软硬件的结合处理以及调试，分析并讲述解决出现的问题； 最后一部分则总结整个设计的优缺点， 以及是否更好的能过继续进行该设计的进一步研 究创新。 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 43 页 1.系统方案设计 本次设计是路灯控制系统的设计， 要求所设计的路灯控制系统能够具有定时功能， 能够 在所设定的时间内自动的开启或者关闭， 在开启路灯的时间段之内， 将时间段分为节能模式 与非节能模式，节能模式指的是路灯在开启的时间段之内能够一直的在恒定的功率下开启， 非节能模式指在夜晚只有在有人或者车通过的条件下才会开启路灯， 开启之后持续一段时间 路灯自动熄灭， 等待下一次有人或者车辆通过再次开启； 此外设计的路灯要求具有报警功能， 即在有路灯故障的时候能够自动报警提示；最后要求采用恒流源驱动 LED 路灯发亮且能调 光，使路灯驱动电源输出功率能在 20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。 1.11.1 方案设计方案设计 方案一：采用 ARM 来作为主控制器，并通过 LED 数码管对设定时间和功率调节设定 范围进行显示； 通过使用光敏电阻和麦克风声音采集方式提供给单片机输入传感信号， 并进 行相应的后续程序操作来检测环境明暗，由 ARM 处理，实现自动开灯和关灯。路灯的开关 模式为：0 点至次日 6 点为节能时间段，路灯在检测到声音时开启，延时一段时间后自动关 闭；19 点至 0 点为额定功率运行时间段，路灯在额定功率下全开；其它时间段则按照实际 的环境要求自动设置时间进行路灯的开启。其系统总体结构设计如图 1.1 所示： 图 1.1. 方案一总体结构设计框图 方案二：采用 FPGA 为核心控制器，设计一个路灯控制系统，达到支路控制器对单元 控制器的有效控制的目的。 在设计中采用光敏电阻分压来进行对于周围环境明暗的感应， 支 路控制系统通过采集分压值，经过 FPGA 芯片处理后来控制路灯的变化。采用超声波测距 传感器采集物体运动时所产生的模拟信号，再由 FPGA 芯片对信号进行处理，实现对路灯 的控制 2。其时钟模块通过 VHDL 编写的电子时钟程序实现，在 FPGA 芯片中控制并利用 液晶显示，利用按键来设定或者修改所需时间段。当有路灯发生故障情况时，FPGA 芯片会 根据此时返回的电平值进行相应的处理，显示故障路灯的地址编号，并进行报警。其系统总 体结构设计如图 1.2 所示： 图 1.2 方案二总体结构设计框图 声音检测 光照检测 点亮 LED 单片机采集数 据 LCD 设定 ARM 处理采集 的数据 控制系统 LCD 显示 FPGA 按键设置时间 信号采集模块 故障信号 显示模块 报警模块 路灯开关 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 43 页 方案三： 采用 STC89C52 单片机作为控制器核心， 应用独立式按键进行功能选择和参数 的设定，通过 1602 液晶实时显示时间、控制模式和功率输出的范围。通过使用光敏电阻和 ADC0809 进行模数转换，提供给单片机光线的数字传感信号来测环境明暗程度。由单片机 对采集到的时间和环境明暗程度信号进行判断并处理， 由单片机端口对相应电路进行直接操 作，实现自动开灯和关灯。并利用 PT4115 对于 LED 灯进行驱动，通过 pwm 方式对于亮度 进行调节 3。路灯的开关模式为：0 点至次日 6 点为节能时间段，路灯在检测到声音时开启， 延时一段时间后自动关闭；19 点至 0 点为额定功率运行时间段，路灯在额定功率下全开； 其它时间段则按照实际的环境要求自动设置时间进行路灯的开启。 所有情况下的灯亮强度均 可通过手动方式进行功率选择。其系统总体结构设计如图 1.3 所示： 图 1.3 方案三总体结构设计框图 1.2 1.2 方案选择方案选择 方案一利用 ARM 开发板来实现该控制系统，结合 Linux QT 的软件环境来进行这个控 制系统的操作，结合显示、声光采集等模块实现，而且 ARM 的寻址方式较灵活，执行效率 高，指令长度也固定；方案二采用 FPGA 作为控制中心，结合不同的模块来实现对于路灯 系统的控制，通电时，FPGA 芯片将 EPROM 中的数据读入片内编程 RAM 中，等到配置完 成后，FPGA 就进入工作状态。断电后，FPGA 芯片恢复成白片，内部的逻辑关系也会消失， 因此，FPGA 才能够反复使用。这同时也是其不足之处，同一片的 FPGA 芯片要不停地进行 编辑才能够继续的使用， 这样使得对于路灯装置的核心控制器会十分的不方便处理。 方案三 采用 STC89C52 单片机作为控制中心，结合各个不同的模块，实现路灯系统的控制，同时也 能达到设计的各种基本要求，且相对于 ARM、FPGA 而言，对于单片机的了解更多，而在 短时间内去熟悉另外两个有一定的难度，而且 STC89C52 单片机也在生活中使用的地方很 多，价格便宜且性能比较稳定，权衡之下就选择了单片机来进行此次毕业方案的设计。 STC89C52 电源电路 故障检测电路 光敏检测电路 声音检测电路 LCD 显示电路 路灯控制电路 报警电路 按键电路 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 43 页 2.硬件设计 本系统设计采用模块化设计，分别应用到单片机最小系统模块、显示模块、时钟模块、 环境检测模块和亮度调节模块。下面逐一介绍各个模块的设计。 2.1 STC89C522.1 STC89C52 单片机最小系统单片机最小系统 单片机的最小系统是指用最少的元器件组成单片机能够正常工作的系统。 如图2.1所示： 单片机的最小系统一般包括晶振电路和复位电路 4。有了以上部分组成的最小系统，单片机 就能够正常的进行简单的工作，在工作时，EA 口（31）要接高电平，使单片机不能使用片 外存储器，只有这样单片机的系统才会正确执行使用 C 语言所烧写进单片机的应用程序。 STC89C52 单片机 STC89C52 单片机是一种功耗较低且性能较高的 CMOS8 位微控制器，单片机上 Flash 允许程序存储器系统编程，也适于常规编程器 5。在单芯片上，具有灵巧的 8 位 CPU 和系 统内可编程的 Flash，使得 STC89C52 芯片为大多嵌入式控制的应用系统提供灵活、有效的 解决方案。 复位电路 复位电路能够使 CPU 和系统中其它的部件处于一个确定的初始状态，并从在这个状态 开始运行。该电路是由接单片机的 RST(9)引脚,使用一个 10uf 的电容和一个 10K 的电阻是 为了使 RST 引脚上能接受到 2us 的高电平信号以便在系统通电开启时以及手动按键复位时 引起响应,只有这样单片机才能够进行复位的操作。 晶振电路 单片机片内有一个用于构成振荡器的高正增益反向放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分 别是此放大器的输入和输出端。 在它们的两端接晶振构成稳定的自激振荡器， 产生的脉冲直 接送入到内部时钟电路。外接晶振时安装两个 30pF 的电容，保证振荡器稳定可靠工作时， 也对频率起到微调作用。本次设计晶振取 11.0592MHz 晶振的单片机，将产生精确的 us 级 时歇，方便定时操作。 图 2.1 单片机最小系统原理图 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 43 页 STC89C52 单片机共有 40 个引脚， 根据每个管脚的不同功用连接电路 6。 下面简介一下 本次设计中用到的单片机管脚： VCC（40）：电源+5V；VSS（20）：接地； P0 口（32-39）：为双向 I/O 口，可作低 8 位地址线和 8 位数据总线使用，也可用作普 通 I/O 口，37-39 管脚接 ADC0809 的 3 位地址输入线（23-25 管脚），32-35 管脚输出 pwm 所需方波，对 pt4110 进行脉宽调制，调节流经 LED 灯电流大小； P1 口（1-8）： 准双向通用 I/O 口，接 LCD1602 的通讯总线（7-14 管脚）和 ADC0809 的 8 位数字量输出端； P2 口（21-28）：既可作高 8 位地址总线，也可作普通 I/O 口，接时钟芯片的 RST(5)， I/0(6)，SCLK(7)端口； P3 口（10-17）：为多用途端口，可作为普通 I/O 口，也可按每位定义的第二功能操作 16 和 17 管脚分别接 ADC0809 的 10 和 9 管脚； RST（9）：复位信号输入端，接外接复位电路； XTAL1（19）和 XTAL2（18）：外接石英晶体振荡器，组成晶振电路，为单电机提供 时钟信号。 2.2 2.2 显示模块显示模块 LCD1602 液晶也称 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示数字、符号、字母等的点 阵型液晶模块，它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示 一个字符 7。 每位之间有一个点距的间隔每行之间也有也有间隔起到了字符间距和行间距的 作用，正因为如此，所以它不能显示图形。本次利用 LCD1602 进行显示的处理，主要为显 示所设计的日期、时间以及报警时显示的故障路灯地址编号。LCD1602 的 7 至 14 管脚为通 讯总线，同时与单片机的 p1 口连接， 3 端口相连一阻值 10的上拉排阻，来保障数据或指 令传输时的稳定。同时也可以通过调节此电阻的不同阻值来对于显示屏的亮度进行调节。 LCD1602 液晶模块内部控制器共有 11 条控制指令 8，具体如表 2.1 所示： 表 2.1 LCD1602 控制指令表 序号 指令 R/S R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清除显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 字符存储器地址 0 0 0 1 字符发生存储器地址 8 置数据存储器地址 0 0 1 显示数据存储器地址 9 读忙或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写（CGRAM 或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从CGRAM或DDRAM 读数 1 1 读数的数据内容 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 43 页 下图为 LCD 的硬件显示模块电路： 图 2.2 LCD 显示原理图 2.3 2.3 时钟模块时钟模块 定时功能采用 DS1302 芯片来实现定时，该芯片一种低功耗、高性能、带 RAM 的实时时 钟电路。 采用三线接口与 CPU 进行同步通信， 并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信 号或 RAM 数据。 DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器 9。 另外该芯 片有备份电源引脚，在断电后仍能工作，以保证时钟的准确性，在本次的设计中，DS1302 的 4，6，8 管脚与单片机的 21,22,23 管脚直接相连，经单片机处理后将时间直接显示在液 晶屏上。其模块连接电路图如图 2.3 所示： 图 2.3 时钟电路原理图 2.4 2.4 环境检测模块环境检测模块 2.4.1 光敏电阻光敏电阻 光敏电阻是一种半导体材料制作的特殊电阻， 利用内光电效应工作的光电元件。 在有光 线照射的时间其其阻值会变小，这种情况称为光导效应，所以光敏电阻又称光导管。制造光 敏电阻的主要材料是金属的硒化物、硫化物和碲化物等半导体。通常采用喷涂、涂敷、烧结 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 43 页 等办法在绝缘衬底制作很薄的光敏电阻体和梳状欧姆电极， 之后接出引线， 封装在具有透光 镜的密封壳体内，防止受潮影响其灵敏度。在黑暗环境下，光敏电阻的电阻值很高，但当受 到光照时，光敏电阻阻值下降，光照愈强阻值愈低。正因为它的这种特性，在我们日常的生 活中也有很多地方应用到光敏电阻， 比如声光控、 数码相机的曝光设置等。 在本次的设计中， 便是利用光敏电阻的这种性能，当午夜之后不存在光照后，光敏电阻阻值变高，此时所接的 ADC0809 端口电压为低电平，通过其与单片机相连的端口将信息送到单片机进行进一步的 处理。 2.4.2 AD2.4.2 ADC0809C0809 介绍介绍 ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道， 8 位逐次逼近式 A/D 模数转换 器。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟 输入信号中的一个进行 A/D 转换。ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，在本 次的设计过程中，主要用到的 ADC0809 的管脚有这些：IN0-IN7 的 8 位模拟信号输入端，分 别连接声音采集电路和光敏电路得到模拟信号；D0-D7 的 8 位数字信号输出端，连接单片机 的 P1 各个端口；EOC，A/D 转换结束信号输出端；START，A/D 转换启动脉冲的输入端；CLK 时钟脉冲输入端还有 Vcc 及 GND 端口。 ADC0809 的管脚如图 2.4.2 所示： 图 2.4.2 ADC0809 管脚图 2.4.3 2.4.3 环境检测模块的硬件电路设计环境检测模块的硬件电路设计 环境检测模块使用光敏电阻同 ADC0809 模数转换器相结合的方式来实现对环境明暗程 度的检测。 当照射在光敏电阻上的光线亮度发生变化时， 光敏电阻的阻值也随之相应的发生 变化，其变化趋势为光线变强阻值减小，反之也成立，而 ADC0809 得到的电压值随光线的变 强而减小，ADC0832 将得到的电压信号转换成数字信号，并通过特定的操作送给单片机进行 处理 10。同时声音收集装置此时也开始工作，当收集到声音信号时，声音装置产生高电平输 入到 ADC0809 中，ADC0809 芯片将输入的模拟信号经过处理变为数字信号，然后送到单片机 中进行下一步的处理。 在夜晚的节能模式下， 当同时满足收集到声音和光敏不能接收到光照 时，节能模式开始运行，路灯开启一段时间后自动熄灭，等到下一次满足条件时继续重复该 操作。其原理图如图 2.4.3 所示： 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 43 页 图 2.4.3 检测模块原理图 2.5 2.5 亮度调节模块亮度调节模块 本次的设计中，路灯采用 LED 来实现，并利用 PT4115 来进行驱动，PT4115 是一款连续 电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联 LED 6。在本次的设计中，采用 这种恒流源来提供各组路灯的电流，它的引脚功能如下： SW： 功率开关的漏端。 GND：接地。 DIM：pwm 信号输入端。 CSN：电流采样端口，采样电阻接在 CSN 和 VIN 端之间。 VIN：电源输入端口。 在执行的过程中，由单片机输出一个方波信号到 DIM 端口，通过脉宽调制，不停地调整 其占空比，从而改变通过流经 LED 的平均电流大小，占空比越大则平均电流越大，进而改变 LED 的功率大小，达到调节不同的亮度显示。在实物中，将 LED 的发光亮度设置为不同的级 别 19，每一个不同的级别对应不同的亮度，其中 1 为最弱光亮，9 为最强的亮度。 下图为实验的 LED 灯的驱动电路原理图： 图 2.5 led 驱动原理图 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 43 页 3.软件设计 软件程序使用 C 语言进行编译，采用模块化的方式进行编程处理，主要由路灯主程序， AD 采样程序，pwm 功率控制程序等组成。 3.1 3.1 系统主程序系统主程序 系统的主程序包括所设置的 17 点到 0 点的非节能模式还有 0 点到 6 点的节点模式，具 体的设计流程图如图 3.1 所示： 3.1 主程序流程图 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 43 页 在系统初始化之后， 便开始检测此时的时间是否在非节能时间段之内， 如果在时间段之 内，则路灯直接开启，正常工作。之后便一直继续检测时间，当进入到节能模式下时，路灯 便自主熄灭，当检测到有声音时，路灯开启延时一段时间后自主熄灭，当下次检测到声音时 系统重复以上的程序开始运行。当时间超出时间段时，路灯自主熄灭。 3.2 AD3.2 AD 采样程序采样程序 AD 采样程序由主程序循环调用，每次对外部的明暗以及声音进行采集，经数字滤波后 送到数据缓冲区，等待单片机的进一步处理，进行下一步的动作。具体如图 3.2 所示： N N Y Y 图 3.2 AD 采样流程图 3.3 pwm3.3 pwm 控制程序控制程序 此段程序将路灯的功率设置成为 1-9 级，通过按键的方式进行输出亮度选择，单片机输 出一个方波信号到 DIM 口，通过脉宽调制调节其占空比，调节 pt4115 输出的流经 LED 的 平均电流大小，占空比越大，最后得到的电流越大，也就是路灯的亮度更大。具体流程图如 图 3.3 所示： 结束 开始 系统初始化 采集到光照？ 采集到声音？ ADC0809 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 43 页 N Y 图 3.3 pwm 控制流程图 初始化 调整 PWM 输出 继续等待 结束 输出初始 PWM 开始 接收到 pwm 信号？ 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 43 页 4.软硬联调 4.1 4.1 测试结果测试结果 1、硬件检查 首先给硬件先通过 USB 提供 5v 的电源， 打开系统的设备开关， 开启后的状态指示等亮， 说明此时的电源模块正常，系统正常运行。再看 LCD 显示屏，我们可以清楚地看到此时的 日期、时间、时间段的设置以及路灯的亮度级别，说明我们这个模块的功能是完整的，达到 设计时所期待的目标。LCD 液晶屏实物显示如图 4.1 所示： 图 4.1 显示屏效果图 显示屏正常之后， 接下来我们首先通过按键移动显示屏上的光标， 将时间段调节到路灯 的非节能模式下所在的时间段， 此时各组路灯都能正常发光， 证明此模式下的软硬件联调是 成功的，显示如图 4.2 所示： 图 4.2 非节能模式路灯图 接下来我们将时间调节至节能模式的时间段之内， 此时的路灯开始都是熄灭的， 当有声 音产生是， 通过声音采集装置接收声音， 当哪一路的装置接收到声音时， 哪一路的路灯点亮， 持续一段时间之后路灯自己熄灭，而其他没有声音接收的路灯则不亮，如此循环，当接收到 声音信号之后，路灯开启一段时间熄灭，重新对于声音进行下一次的检测。此情景显示如图 4.3 所示： 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 43 页 图 4.3 节能模式状态图 当哪一路的路灯出现故障时， 路灯不亮同时在显示屏上显示出路灯的地址标号， 并且此 时蜂鸣器进行报警，提醒维修人员及时处理。此情景如图 4.4 所示： 图 4.4 故障报警显示图 2、软件编译 本次的软件程序主要是通过 C 语言程序来实现，C 语言是一种结构较为简单，编写的程 序可读性较强，而且编写语法限制不严格，设计起来的自由度较高。所以选择 C 语言这种语 言来进行整体的语言编写，语言的编译结果如图 4.5 所示： 陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 43 页 图 4.5 程序编译结果 4.2 4.2 问题分析与解决问题分析与解决 1 、硬件搭建 在本次的毕业设计中，所设计的路灯控制系统中，由于用到的硬件材料稍多，所以在硬 件的搭建过程中也遇见了不少的问题，下面描述所遇见的问题。 在设计的所有过程中， 数模转换模块是最难的一个模块， 在这个模块中主要用到的器件 是光敏电阻、麦克风收声装置、ADC0809 和单片机，在连接实物的过程中，由于光敏电阻和 麦克风收声装置基本都是成品， 所以出现问题不多， 主要问题在于 ADC0809 和单片机的连接， 首先两个硬件都是管脚多， 在焊接的过程中难度较大， 出现了焊接是管脚连接到一块的情况， 导致重新焊接好多次。最终的成品中，这个模块的效果也不是非常的稳定，经常出现没有反 应的情况。 其次就是实物器件的布局， 由于在最开始的时候并没有想好如何去连接所有的器 件， 最后导致布线混乱， 硬件出问题时也难以具体到什么问题， 浪费了大部分的时间来处理， 也由于这个原理，硬件的某些功能也很难达到精准，有时会导致特定的功能不能实现，这就 是硬件所存在的问题。经过处理，虽然布线还是不太完好，但是基本的功能还是能够得以实 现。 2、软件测试 所有软件程序都是采用 C 语言来进行调试， 由于水平所限， 各个模块都是参考别人的程 序来进行修改的，由于这样使得调试的过程中出现的问题很多，比如显示屏的程序调试，开 始时就不能成功， 不能够移动光标进行数字的修改， 还由对于节能模式及非节能模式的设置， 也不是开始就成功的， 最后请教了其他的同学， 最终使得所有部分的软件结合硬件都能够正 常的运行。 4.34.3 测试结果分析测试结果分析 本设计基本上实现了题目所有的要求， 由于选用的控制器资源有限， 且模数转换模块不 太稳定，导致有时出现的情况不太理想，如果采用高级的控制芯片，并且给好的安排好器件 的布局和焊接，相信会进一步的实现稳定的控制功能，使系统更完善。考虑作品的性价比， 外观设计有所不足， 且布线较为零乱， 应该进一步改进， 使其更合理， 达到性价比的最大值。 陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 43 页 除此之外，本设计增加的创新部分功能如下： （1）利用 C52 单片机与 LCD 液晶屏实现主菜单和多级子菜单功能选择、参数设定、运行与 监控报警等功能，实现了对路灯控制系统的综合控制。 （2）本设计采用便宜的硬件，硬件功能通过软件编程实现，器件数少，可靠性较高，成本 低廉，性价比较高，功能基本满足要求。 陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 43 页 5.结束语 路灯的作用在我们的日常生活中有着不可替代的作用， 本次的模拟设计就是模拟路灯的 工作，以便于对于路灯更深入的了解。在设计时，先参考了一般路灯灯的时间设定及一些其 他的功能， 更在这个参考的基础上增加了可以修改时间以及调节路灯功率、 智能开关的功能， 也可以通过特殊的要求来实现不同情况下的路灯开启时间以及亮度调节。通过这样的设定， 使得路灯的作用更加的丰富，对于交通的出行以及节能也有了进一步的提升作用。利用 AT89C52 单片机和外围接口模块电路实现路灯的智能控制，利用单片机的定时器/计数器定 时和记数的原理，将软件、硬件有机地结合起来，在液晶上正确地显示时间、故障地址，真 正实现时间和光线双重控制的路灯控制系统。 但是这次的设计也还存在不足的地方， 尤其是 在数模转换的模块上， 由于焊接的问题导致数模转换模块不是特别的灵敏， 出现各种停顿的 问题。 同样的我觉得在此次的设计上还可以添加其他的功能， 比如可以将路灯的亮暗调节可 以改进为随环境的变化而变化， 不用手动进行调节， 同样的在路灯的旁边可以设置一个备用 的路灯，当一个路灯故障的时候，可以自动的接通到备用路灯上，然后进行报警，这样就将 不会影响夜晚的照明。 陕西理工学院毕业设计 第 18 页 共 43 页 致谢致谢 随着毕业时间的临近， 毕业设计的时间也进入到了尾声。 经过几个月的资料查找和制作， 毕业设计的实物也终于完成。 毕业设计所检查的不仅是四年的知识， 也是对自己动手能力和 设计能力的一种考验与提升。 通过毕业设计也使得我明白了自己知识还比较欠缺， 要学习的 东西还太多，认识到自己以前眼高手低。同时我也明白学习的过程是一个长期积累的过程， 在以后的生活、工作中都应该不断的学习，努力提高自己知识和动手能力。 在设计作品过程中，我查阅了大量的有关资料，也通过与同学交流经验和自学，使自己 学到并掌握到了不少的知识，同时也经历了不少艰辛，但收获同样也是巨大的。在整个设计 的过程中我懂得也学习了许多东西， 增强了我独立工作的能力， 同时也树立了对自己工作能 力的信心，相信对以后的学习和工作生活会产生非常重要的影响。通过本次毕业设计，同时 大大的提高了自己动手的能力，使我充分感受到了在创作过程中探索的艰难和成功时的喜 悦。通过努力，自己的毕业设计也顺利的完成，再次感谢我的知道老师和帮助我的各位同学 们。 陕西理工学院毕业设计 第 19 页 共 43 页 参考文献 1 常敏.单片机应用程序开发和应用实践M.北京：电子工业出版社.2009. 2 钱海月，王海浩，王海洋.模拟路灯控制系统设计J.宁夏工程技术，2011,8(01):90-92 3 任 鹏 飞 , 耿 世 勇 , 伊 亚 楠 . 基 于 单 片 机 的 LED 路 灯 控 制 系 统 设 计 J. 河 南 工 程 学 院 学 报.2009,12(04):75-76 4 金仁贵.单片机应用系统的开发方法J.电脑知识与技术：学术交流,2006 年 12 期 5 王虎城， 周晋军， 皮依标， 叶振华. 基于光传感器和单片机的校园路灯控制系统设计J 科技广场,2011 年 1 期 6 张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社,2003 7 刁鸣.常用电路模块分析与设计指导M.清华大学出版社,2008 8 陈春艳.模拟路灯控制系统的设计J.电子设计工程.2010（8）:162. 9 Xu Jun, Peng Yonglong, Li Yabi. Study of Energy-saving Solar Street Light Using LED Based on MCU-controlled (J). Test School of Engineering and Applied Science, Harvard University, Boston 02138, U.S.A. Received June 16, 2011; accepted October 1, 2011; published online November 27, 2011 The distant downstream proportional integral (PI) feedback control was applied to the W-M lateral canal of the Maricopa Stanfield Irrigation and Drainage District located in central Arizona, U.S.A. Proper configuration of those controls for the ca-nal can be challenging. Towards this end, an integ