模拟路灯控制系统设计毕业论文.doc

模拟路灯控制系统模拟路灯控制系统设计毕业论文目录摘要IAbstractII目录III前言11 绪论32 系统设计53 方案论证与选择73.1 单片机的论证与选择73.1.1 方案一73.1.2 方案二73.1.3 方案三73.2 LED调光方式的论证与选择83.2.1 方案一83.2.2 方案二83.2.3 方案三83.3 障碍物监测方式的论证与选择83.3.1 方案一83.3.2 方案二93.3.3 方案三93.3.4 方案四93.4 液晶显示器的选择与论证93.4.1 方案一93.4.2 方案二103.4.3 方案三103.5 外部环境明暗的检测论证与选择103.5.1 方案一103.5.2 方案二104 系统硬件设计124.1 主控芯片124.1.1 STC89C52芯片简介124.1.2主要功能特性：124.1.3 STC89C52芯片封装与引脚功能134.2 集成运放LM324164.3 传感器探测电路174.4 1602液晶显示电路管脚说明184.5 光敏电阻195 主要模块及原理图225.1 主控制器原理图225.2 复位及晶振电路225.3 声音报警模块245.4 路灯及光报警器电路245.5 光敏电阻电路256 软件设计266.1 系统软件设计说明266.2 程序流程图267.1 测试方法与结果287.1.1 环境明暗检测测试287.1.2 交通情况测试287.1.3 路灯故障检测报警测试287.1.4 功率输出测试2972 测试结果分析298 总结30致谢31参考文献32附件一 实物图33附件二 系统原理图34附件三 系统PCB图35附件四 系统程序36II前言随着我国城市的发展、经济的繁荣、社会的进步和人们提高生活水平及环境质量的要求，城市道路照明和城市的夜景照明已经成为城市规划、建设和管理中的一项重要工作。城市道路照明是方便城市居民必备的生活条件，而城市的夜景照明是再塑和美化城市形象、鼓舞民心、振奋精神的一项非常有意义的工作。近几年来，全国许多大城市、甚至一些中小城市的各级领导，都格外重视道路照明和夜景照明工作。城市亮化作为形象工程的重要组成部分，越来越被政府所重视，大量的资金投入进行建设和改造，使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌，绚丽多彩，但问题也随之而来，能耗的逐年攀升，由此产生的某些问题亦逐渐显露出来，如城市路灯的维护量增大，带来人员不足；维护费用增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难；光污染现象严重这些问题的产生无疑给当地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力，急切加以解决。尤其是在当前环境条件每况愈下的形势下，低碳、节能、环保越来越收到人们的重视。旧式的控制系统存在功耗大，公共资源得不到充分应用，效率低等消极影响。伴随着微电子技术的发展和单片机技术在各行各业中的应用，近几十年来,基于单片机的交通灯智能控制系统对城市路灯系统进行全面的升级,不仅实现了智能控制，而且降低了运行成本。因此，智能路灯控制系统的推广，可以改变城建系统企业传统的管理服务方式，提高服务效率，并对提高城市形象起到了极大的推动作用。早在90年代初，发达国家就已经广泛的使用了智能照明调控系统，来降低城市照明的费用支出。国家发改委、建设部、国家质量技术监督局已在2000年下发了223号文件关于进一步推进中国绿色照明工程的意见的通知，提出推广节能、高效的照明灯具和智能照明调控系统，深入开展绿色照明节能工作。智能照明设备具有软启动、稳压、节能功能，用户可根据道路照明的现状，科学的设定节能时间和节能比率。智能照明调控系统为照明设备提供各种自动化控制功能，通过电脑控制和管理软件实现无故障智能化和无人值守，提高安全可靠性，实现城市照明智能化管理。更深远意义在于，通过节约可观的电能消耗，就可以有效的减少火力发电厂(2002年火力发电占我国年总发电量的8183%)对大气CO、SO、NO和粉尘、灰渣的排放量，减少污染，保护环境。由于单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉的优点，因此在路灯照明工程中被广泛应用。单片机技术中的计时系统是单片机在的一个典型的应用。通过计时系统来对时间进行有效的控制。在路灯设计的定时系统中将得到更好的应用。本系统正是本着节能减排，保护环境的目的，开发设计的一个模拟路灯控制系统。通过软件控制，来分别实现路定时开关路灯，路灯开关灯时间可调，跟据环境明暗状况自动开关灯，跟近车辆经过情况自动调节路灯亮灭，以及故障报警、功率调节等功能。不仅更好的节能与监测，在很多方面给人们带来了方便，给维护人员降低了难度，也给政府减轻了压力，希望此系统能在现实中发挥其潜在的价值。1 绪论1.1 设计要求 基于题目要求，我们设计并制作一套基于单片机控制的智能模拟路灯控制系统。能实现以下基本功能要求。（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图1.2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。 （5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。 (6)控制系统结构如图1.1所示，路灯布置如图1.2所示。图1.1 路灯控制系统示意图图1.2 路灯布置示意图（单位：cm）1.2 发挥部分（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。（3）性价比高，工作稳定，符合电磁兼容（EMC）方面的要求，无对外干扰或干扰小。2 系统设计2.1 总体设计方案 本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面： 一是时钟功能及定时开关灯; 二是根据环境明暗变化，自动开灯和关灯; 三是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; 四声光报警功能，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; 五是根据绿色节能照明要求，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%。 2.2 设计总体框架图 根据系统设计要求及以上分析，设计总体框架图如图2.1图2.1 系统设计总体框架以上功能的实现，都是以单片机为核心，在单片机系统实现的输入输出和显示功能的基础上，由单片机的内置逻辑和运算功能，加上一定的外围电路得以实现。423 方案论证与选择3.1 单片机的论证与选择3.1.1方案一采用AVR单片机。优点：AVR单片机是ATMEL公司研制开发的一种新型单片机，运行速度快，内部资源丰富，驱动能力强，具备多种独立的时钟分频器。缺点：在本系统设计中，如果选择AVR单片机则造成单片机的资源浪费。3.1.2方案二采用STC89C52单片机。优点：STC89C52单片机算术功能强，软件编程简洁灵活、自由度大，用软件编程实现各种逻辑控制功能，低功耗、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强，在系统/在应用可编程(ISP，IAP)，不占用户资源。3.1.3方案三用可编程逻辑器件FPGA作为控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。且从使用、功耗及经济的角度考虑放弃了此方案。综合以上各方案优缺点分析，最后确定选择方案二。3.2 LED调光方式的论证与选择3.2.1方案一采用PWM (脉宽调制) 调光方式。优点：利用简单的数字脉冲，通过单片机输出高低电平，反复开关白光LED驱动器的调光技术。系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光LED的亮度。能够提供高质量的白光，且应用简单，效率高。 缺点：PWM 调光容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声，影响环境。3.2.2方案二采用模拟调光方式。优点：避免了由于调光时所产生的噪声。在采用模拟调光时，LED的正向导通压降会随着LED电流的减小而降低，使得白光LED的能耗也有所降低。缺点：增大了整个系统的能耗，发光质量较差。3.2.3方案三 采用数字调光方式。 优点：数字调光最大优点在于调光时无噪声，外围硬件电路相对简单。 缺点：操作性不强，技术不够成熟，不能达到很好的效果。 综合以上各方案优缺点分析，最后确定采用方案一。3.3 障碍物监测方式的论证与选择3.3.1 方案一 采用超声波测距。 优点：模块利用超声波的测距原理可以判断道路中有没有物体通过，且不存在光线干扰问题。 缺点：涉及大量的模拟电路，调试复杂，而且对超声波功率设定也没有一定标准。CPU需要处理大量数据，速率低。3.3.2方案二 采用摄像头或探测头。 优点：用这种方法收集路面上信息，对路面信息处理准确。 缺点：成本过高，数据处理量大，对硬、软件的要求都非常高，短时间内难以实现。3.3.3方案三采用反射型监测。优点：布线、光轴调整方便。检测物体的颜色、倾斜等的影响很少。缺点：检测物体的表面为镜面体的情况下，根据表面反射光的受光不同，有时会与无检测物体的状态相同，无法检测。3.3.4方案四采用工业级的光电传感器。优点：这种光电传感器普遍运用于电梯、生产线等工业场所。使用方便，型号很多，输出量是开关量，不需调理电路。缺点：价格较贵，不经济。综合以上各方案优缺点分析，最终选择方案三。3.4 液晶显示器的选择与论证3.4.1 方案一采用LCD-1602显示。采用LCD-1602液晶显示，其显示是采用背光照亮，对人眼损害很弱，再次LCD又是一种节能灯，功耗小，使用寿命长等优点，不需要外加蕊片组合，可以直接与单片机连接。单片机可以通过软件编程，来实现对液晶的显示的控制与设定。使用起来十分方便，有长远的价值。3.4.2方案二用LED数码显示。优点：控制起来比较简单，编程也不是很难，可以明了的显示数字。 缺点：实际电路当中，焊接比较烦琐，占用空间大，性价比不高，对人眼有一定的损害，还要有相应的蕊片（如74HC573N蕊片等）组合，占用资源。若要同时显示多个字符，所用的LED数量大，占用面广，却接口也多。3.4.3 方案三采用12864液晶显示。优点：能够显示汉字，不仅仅限于字母数字的显示。缺点：对于较简单的系统显示，其成本较高，利用率相对较低。综合以上各方案优缺点分析，本设计不需要强大的汉字显示，也没有复杂的系统显示，最终选择方案一。3.5 外部环境明暗的检测论证与选择3.5.1方案一采用光敏二极管感受外届光照变化，无光照时,有很小的饱和反向漏电流，二极管截止；光照时反向电流增大，形成光电流。3.5.2方案二采用光敏电阻对光源的感应改变自身电阻，由电压比较器提取之间电压，考虑到电阻变化的灵敏度，采用两个光敏电阻串联的方式，通过改变与光敏电阻串联的电位器的值可以调节光敏电阻的感光范围。另外考虑到现实中声光控制技术的运用已经证明了光敏电阻完全可以达到要求，且价格便宜，电路简单。综合以上各方案优缺点分析，最终选择方案二。 4 系统硬件设计4.1 主控芯片4.1.1 STC89C52芯片简介 STC89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k 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STC89C52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的STC89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 STC89C52具有如下特点：40个引脚,8k Bytes Flash片内程序存储器,256 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,2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路,片内时钟振荡器。此外, STC89C52设计和配置了振荡频率可为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。4.1.2 主要功能特性： 表4.1主要功能特性兼容MCS-51指令系统 8k可反复擦写(1000次）ISP Flash ROM32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压3个16位可编程定时/计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线256x8bit内部RAM 2个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式3级加密位 看门狗（WDT）电路 软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程 双数据寄存器指针4.1.3 STC89C52芯片封装与引脚功能 STC89C52芯片的尾缀第一个字母共4种，分别是A，J，P，Q，表示的是封装类型，A是TQFP封装(四方密脚扁平塑封封装)，J是PLCC封装(塑封J形脚)，P是PDIP也就是双列直插封装，Q是QPFP封装(四方扁平塑封封装)。第二个字母共3种，分别是C，I，A，表示的是允许的环境温度，C为商业级，工作温度0至+70摄氏度；I为工业级，工作温度-40至+85度；A为汽车工业级，工作温度-40至+105度。这两个字母前的数字表示最高主频，如12为12M，16为16M，20为20M，24为24M。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业STC89C52产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash STC89C5。 1. P0 口介绍P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下， P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。2. P1 口介绍P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。 在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用） P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用）3. P2 口介绍P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。4. P3 口介绍P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。端口引脚的第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0) P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。5. 控制信号介绍RST复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 LE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PSEN程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。 如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器的指令。 FLASH存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。4.2 集成运放LM324 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图2。 图4.1 LM324的引脚排列图LM324的特点： 1.内部频率补偿 2.直流电压增益高(约100dB) 3.单位增益频带宽(约1MHz) 4.电源电压范围宽：单电源(332V)； 5.双电源(1.516V) 6.低功耗电流，适合于电池供电 7.低输入偏流 8.低输入失调电压和失调电流 9.共模输入电压范围宽，包括接地 10.差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 11.输出电压摆幅大(0至VCC-1.5V)4.3 传感器探测电路图4.2光电传感器实物图这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合，接5V电源，数字量输出，不需要进行AD转换，可直接接单片机的IO口，通过后面的可调电位器调整距离(3-80CM有效)。主要参数: 1、输出电流 DC/SCR/继电器 Control output：100mA/5V供电 2、消耗电流 DC25mA 3、响应时间 2ms 4、指向角：15,有效距离3-80CM可调 5、检测物体：透明或不透明体（实物） 6、工作环境温度：-25+55 7、标准检测物体：太阳光10000LX以下 白炽灯3000LX以下 8、外壳材料及外观：塑料,圆柱体，橙黄色 4.4 1602液晶显示电路管脚说明图4.3 1602液晶显示电路第1脚：VSS为电源地。第2脚：VDD接+5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光电源5.5V正电压第16脚：背光电源地4.5 光敏电阻4.5.1 光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 图4.4 5mm光敏电阻4.5.2 光敏电阻分类根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器： 紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。 红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。 可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的主要参数是： 图4.5 光敏电阻的实验图 （1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。 （2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 （3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。 （4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。 （5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。 （6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 （7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。 5 主要模块及原理图5.1 主控制器原理图图5.1 主控电路5.2 复位及晶振电路VCC上电时，C充电，在1K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，1K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S，C放电。S松手，C又充电，在1K电阻上出压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。 图5.2 复位电路这两个电容叫晶振的负载电容，分别接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发。它会影响到晶振的谐振频率和输出幅度，一般订购晶振时候供货方会问你负载电容是多少。 晶振的负载电容=(Cd*Cg)/(Cd+Cg)+Cic+C式中Cd,Cg为分别接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+C（PCB上电容）经验值。图5.3 晶振电路5.3 声音报警模块声光报警通过单片机I/O输出高低电平控制蜂鸣器的鸣叫。当路灯发生故障时，单片机将检测到一个低电平，此时与单片机相连的三极管Q1将工作在导通状态，使得蜂鸣器两端有压降，从而驱动蜂鸣器发出警报声。其中，三极管起到放大作用。图5.4 声音报警模块5.4 路灯及光报警器电路图5.5 路灯及光报警电路5.5 光敏电阻电路检测原理：当环境光线变暗时，利用光敏电阻随入射光弱电阻增大的光电特性，通过电压比较器可以向单元控制器的单片机输入高电平，当单片机检测到高电平信号时通过串口通信方式告知支路控制器进行相应的开灯操作。反之，当环境光线变亮时，光敏电阻变小，电压比较器输出低电平给单元控制器单片机，该单片机通过串口通信告诉支路控制器进行相应的关灯操作。环境光线检测电路原理图如图5.6所示：图5.6 光明电阻电路6 软件设计6.1 系统软件设计说明软件是本系统的灵魂。软件采用模块化设计方法，不仅易于编程和调试，也可减小软件故障率和提高软件的可靠性。同时，对软件进行全面测试也是检验错误排除故障的重要手段。这里我们选用了移值性好、结构清晰、能进行复杂运算的C语言来实现编程。 软件的主要设计思想是：从实际出发根据时间来选择模式,系统有时钟信息，判断白天和黑夜，白天用光控模式，根据外界光线明暗来控制路灯，只有在白天光线很暗时开启路灯。晚上用自动调节模式，能根据交通情况来自动开启路灯（灯始终随着人的移动来方向来开启，经过的地方路灯及时关闭）。分别设定每个灯的开启和关闭时间。 时间设定的优先级最高，只要时间在设定范围内，路灯一直亮，范围外按白天光控模式，晚上自动调节模式控制。工作时，可以显示系统时间，每个灯的定时时间，灯的亮灭状态，工作模式，以及是否有故障。若有故障显示出故障灯的地址编号和出现故障的时间，并声光报警。在工作界面按确认键可以进入菜单来设置参数。6.2 程序流程图根据设计方案，系统流程图如图7 测试与结果分析7.1 测试方法与结果7.1.1 环境明暗检测测试在定时功能稳定的前提下，将连接主控制器的光敏电阻置于正常光照（阻值约为零点几千欧），LED灯不亮，当遮挡此光敏电阻（阻值约为十几千欧以上），使其所在环境光线变暗时LED点亮，去掉遮挡时LED熄灭。用手遮住光敏电阻时，LED灯再次点亮，移开手时LED灯熄灭，此部分工作正常。7.1.2 交通情况测试（1）物体从左向右运动，当到达S点时LED1正常点亮，当物体运动到B点时LED1熄灭、LED2点亮，当物体移动到S时，LED2熄灭；（2）物体从右向左移动，当到达S点时LED2点亮，当物体运动到B点时LED2熄灭、LED1点亮，当物体运动到S时LED1熄灭。此部分系统工作正常。7.1.3 路灯故障检测报警测试在其它一切外部条件正常的情况下，当某一路灯在接收到信号后不能正常点亮或熄灭，则判定为故障，故障检测通过光敏电阻接受到光照情况来判断。当故障发生时，发出声光报警，同时液晶显示故障所在位置。在本次测试中，在一切外部条件正常的情况下，两个灯同时发光，当用物体挡住任一个光敏电阻光线，即假定某个路灯故障时，电路能正常发出声光报警，并能正常显示故障所在位置。此故障检测系统正常。7.1.4 功率输出测试通过单片机的PWM方式，实现了输出功率的可调。电压电流值通过单元电路面板监控。当脉宽在20%-100%调整时，输出电流明显减小。从亮到暗电流从300mA减到50mA。72 测试结果分析1本设计实现了题目所有的基本要求； 2本设计采用的控制器资源有限，如果采用高级的控制芯片，我们会实现更多的控制功能，使系统更完善。3考虑到作品的性价比，外观设计尚有不足之处，应该进一步改进，使其更合理美观。 4除此之外，本设计增加的创新部分功能如下：（1）利用STC89C52单片机与液晶屏实现主菜单和多级子菜单功能选择、参数设定、运行与实时监控等功能，实现对路灯模拟控制系统的综合控制。（2）本系统设计中的显示部分，添加了全部路灯正常、故障路灯数量显示。 （3）本设计采用便宜的硬件，硬件功能通过软件实现，元件数少，可靠性高，成本低廉，性价比高，功能满足设计要求。在发挥部分的输出功率控制中，采用单片机产生PWM脉冲，控制三极管的通断，来实现题目的输出功率要求。避免了用电位器调节而带来的技术困难。8 总结本系统采用典型STC89C52单片机芯片作为系统的CPU，体现了极高的性价比。通过光敏电阻及时检测环境的变化，从而实现路灯的自动开关等；障碍路灯的检测则采用在LED路灯处加装光敏电阻，当光敏电阻正常工作时检测不到光即认为该处路灯已故障；通过光电传感器检测道路的交通状况，从而实现题目基本要求的第三部分功能。另外，友好的LCD人机交换界面及功能键盘极大地方便了操作者使用本系统，并且可以跟不同的环境设定路灯的开关灯时间。本系统的主要特色是单片机之间采用直接，恒流源的输出功率控制采用PWM方式。通过全面调试，系统各项性能指标都到达了题目要求。 最后，请尊敬的各位老师和亲爱的同学们对论文和今后的研究工作提出宝贵的指导意见和建议。致谢 参考文献1 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社,20072 胡宴如.模拟电子技术.高等教育出版社,20073 谢文和.传感技术及其应用.高等教育出版社, 20024周立功.单片机实验与实践.北京：北京航空航天大学出版社5阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，20066谭浩强.C程序设计.北京:清华大学出版社,2005年.7侯振鹏.嵌入式C语言程序设计.北京：人民邮电出版社，2006.8李光飞 李良儿.单片机C程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，20059王港元.电工电子实践指导.江西:江西科学技术出版社,2005年10何立民.单片机中级教程原理与应用.北京航空航天大学出版社.200611赵亮等.单片机C语言编程与实例.人民邮电出版社.200312沙占友等.单片机外围电路设计.电子工业出版社.200313姜志海.单片机原理及应用.电子工业出版社.2005附件一 实物图附件二 系统原理图附件三 系统PCB图附件四 系统程序#include #include lcd1602.csbit beep = P20;sbit light1 = P10;sbit light2 = P11;sbit signal1 = P35;sbit signal2 = P36;sbit signal3 = P37;sbit ligres = P32;sbit ligres1 = P33;sbit ligres2 = P34;sbit keyset = P24;sbit keyadd = P23;sbit keysub = P22;unsigned char hour=23,min=59,sec=58,temp=0;unsigned char flag_l=0,flag_r=0;void init(void);void display(void);void settime(void);void control(void);void main()init();while(1)settime();control();GotoXY(8,1);LCD_Write(1,flag_l%10+0x30);LCD_Write(1,flag_r%10+0x30);void timer0() interrupt 1 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