毕业设计（论文）-基于单片机的路灯稳压控制系统设计.doc

毕业设计路灯稳压控制系统 1 摘要 本论文主要阐述了现代的电气化家电将会随着科技的进步代替人为的劳动 力 主要使用单片机的操控方法 通过科学的方法控制路灯灯光强弱 以减少 资源的浪费 为了取得更好的效果 使电压控制稳定 准确度提高 我们提供 了现代科学的控制方法 利用单片机软件编程控制这一现象 单片机的应用也非常广泛 它将逐渐成为电子技术及自动化专业必须掌握 的技术之一 c 语言虽然成为了单片机控制系统软件的主要工具 与汇编语言相 比 在其功能 结构性 可读性 可维护性上有明显的优势 但汇编语言仍是 单片机教学的首选 所以我们通过这门设计更熟悉程序的编写 关键词 控制系统 稳压电路 精确度 毕业设计路灯稳压控制系统 2 目目 录录 目目 录录 5 一 路灯稳压控制系统硬件电路一 路灯稳压控制系统硬件电路 6 1 电路设计 6 1 直流电源的设计 6 2 稳压电路 9 二 电路主要组成二 电路主要组成 14 1 稳压电源部分 14 2 光控部分 14 三 总装调试三 总装调试 15 1 调试准备 15 2 通电观察 15 3 静态调试 15 4 动态调试 15 四 结束语四 结束语 18 五 谢五 谢 辞辞 19 六 参考文献六 参考文献 20 毕业设计路灯稳压控制系统 3 路 灯 稳 压 控 制 系 统 一 路灯稳压控制系统硬件电路 本设计题目为路灯稳压控制系统 我们可以通过题目了解到需要用到哪些 硬件设施 如何设计硬件电路 我们首先现根据题目可以大概知道一些关键词 例如稳压系统 控制系统 这两大类 所以这次的设计重点在如何设计稳压电路和控制系统的电路 通过 设计题目的要求 我们要用的知识关键在与单片机及汇编语言程序的设计 而 硬件电路还需要提供电源 因此还要能熟练的设计出较小的直流电源以供整个 电路的正常工作 我们要更加熟悉各个元器件的功能及作用 以便能更方便 更节省材料的完成这份设计 通过我对题目的分析 大致有三个部分 第一个 部分是设计直流电源 第二个部分是稳压电路 第三个部分是如何实现控制功 能 1 直流电源的设计 首先我们先了解直流电源的设计需要用到哪些硬件设施以及他们的功能说 明 1 变压器的图形及作用 现如今我们的家用电路或者稍微大型电性机器所使用的电压都是超大型的 比如 220V 380V 的高压电路 而我们所设计的电路是需要很小的电压就可以实 现 所以要选择变压器中的降压器 它是由线圈组合而成的 下面是降压器的 图形 毕业设计路灯稳压控制系统 4 变压器的符号 2 整流电路 根据提供的电源已知 此时是交流电压 但我们要工作的电源是直流稳定 的电流因此我们需要用到桥式整流器 它的功能就是可以把交流的电源通过电 路转换成直流的 能使的原件工作 桥式整流器的符号 3 电压传感器的使用及封装结构 该系列传感器外形结构如下图所示 他有五个端子 其中两个为原边端子 及被测电压输入端 HT 和被测电压输入端 HT 另外三个为副边端子 它们分别 为 15V 电源输入端 15V 电源输入端 和信号输出端 M 在使用时 根 据用户所测电压的大小 胥江被测电压串接一支电阻 R 后在接到传感器原边端 子 毕业设计路灯稳压控制系统 5 电压传感器的封装结构 我们根据以上元器件各功能的的了解 我设计出了所需要的直流电源部分 直流电源部分 此电路是把交流变成直流电源的电路 整体思路是交流电的 220V 通过降压 器将压到所需要的电压范围 通过桥式整流器转变成直流电源 然而转变成的 直流电源还会包含一些交流成分 我们通过电容 C0 把交流电压过滤掉 使用电 阻可以保护电路 并承担一部分电压 然后通过 CHV 电压传感器把转变的电压 的范围再精确化 准确度提高 CHV 上下两端子接上电源 15V 15V 中间一 个端子接上电阻直接接地 输出端在电阻之前接入 2 光控电路设计 毕业设计路灯稳压控制系统 6 在半导体技术的飞速发展下大促进了光能应用的快速进步 在发电 取暖 等方面尤为突出 智能化电路设计引进光技术已不是新奇事了 在光控电路的 设计中不同于声控电路复杂的结构 随着半导体光敏元器件的快速发展 我们 在设计光控电路时面临的问题已由怎样使光信号转化为电信号变为怎样在电路 中加大电信号的强度 这一问题如今也以得到了较好的解决 光敏元器件的应 用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大 进而使电路导通或截止 电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便 容易了 在这样的电路设计中 对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件 是光控电路功能实现的核心 必须保证其各项参数的精确 稳定 故在选择这 类元器件时一定要选择高灵敏度工作稳定可靠的元件 当然电路工作的稳定是 否 功能能否实现 并不仅仅只和电路元器件有关 外加电源也是不可忽视的 与声控电路一样最好也是给光控电路加上一个稳压电路确保电路能正常工作 现就采用光敏元件设计光控照明电路作如下分析 电路原理 利用光敏元件随光照强度的变化而阻抗发生变化的特点 去控 制电信号的强弱 再由传感器将变化的电信号传递给触发器 只要电信号强度 达到一定程度将触发触发器使其导通工作 光控照明电路其主要功能是实现当 外界光照强度降低到一定程度时 使照明电路导通工作 就其方案而言多种多 样 但我们在设计时必须要考虑方案的可行性 稳定性以及元器件的灵敏度 尤其是光敏元件必须选择灵敏度高的这样电路功能才能较容易实现 为此我们 在设计光控电路时 不但要尽量使电路结构简化 而且要使电路功能强 功能 的实现要可靠稳定 白天 亮度大于一定程度时 光敏二极管 D 呈现底阻状态 1K 使三极 管 V 截止 其发射极无电流输出 单向可控硅 VS 因无触发电流而阻断 此时流 过灯泡 H 的电流 2 2mA 灯泡 H 不能发光 电阻 R1 和稳压二极管 DW 使三极管 V 偏压不超过 6 8V 对三极管起保护作用 夜晚 亮度小于一定程度时 光敏 二极管 D 呈现高阻状态 100K 使三极管 V 正向导通 发射极约有 0 8V 的电 压 使可控硅 VS 触发导通 灯泡 H 发光 RP 是清晨或傍晚实现开关转换的亮度 原理如图所示 毕业设计路灯稳压控制系统 7 原理图 安装与调试 安装时 将装焊好的印制板放入透明塑料盒内并固定好 将它与受控电灯 H 串联 并让它正对着天幕或房子采光窗前较明亮的空间 避免 3 米以内夜间灯 光的直接照射 调试宜傍晚时进行 调节 RP 阻值的大小 使受控电灯 H 在适当 的亮度下始点亮 3 稳压电路 根据以上部分电路设计 都是模拟的电信号 我们所需要的稳压电路是需 要通过单片机的控制 可是单片机所能操作的都是数字信号 因此需要把模拟 量转变成数字信号 所以要用到八位的模拟转换成数字信号的 A D 转换器 ADC0809 逐次逼近式转换器 如图所示 ADC0809 转换器 毕业设计路灯稳压控制系统 8 8 路模拟量开关可选通 8 个模拟通道 允许 8 路模拟量分时输入 共用一个 A D 转换单元进行转换 地址锁存与译码电路完成对 ADDA ADDB 和 ADDC 这 3 个 地址位的锁存和译码 译码输出用于 8 路模拟通道的选择 三态输出锁存器用 于存放和输出转换得到的数字量 该芯片为 28 引脚双列直插式封装的芯片 引脚功能如下 IN7 IN0 模拟量输入通道 ADDA ADDB 和 ADDC 8 路模拟通道地址选通输入端 地址状态与通道的对 应关系见下表 ADDCADDBADDA 选择的通道 ADDCADDBADDA 选择的通道 000IN0100IN4 001IN1101IN5 010IN2110IN6 011IN3111IN7 ALE 地址锁存允许信号 在 ALE 信号的上升沿将通道地址锁存至地址锁存 器 START 启动 A D 转换控制信号 在 START 信号的上升沿 所有内部寄存器 清 0 在 START 信号的下降沿 开始进行 A D 转换期间 START 保持低电平 D7 D0 数据输出线 三态缓冲输出形式 与单片机的数据线可以直接相 连 OE 输出允许信号 控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据 OE 0 输出数据线呈高阻态 OE 1 输出转换得到的数据 CLOCK 时钟信号 ADC0809 内部没有时钟电路 需要外接时钟信号 通常使 用频率为 500kHz 的时钟信号 EOC 转换结束状态信号 EOC 0 正在进行转换 EOC 1 转换结束 EOC 信 号可作为查询的状态标志 也可作为中断请求信号使用 Vcc 5V 电源 毕业设计路灯稳压控制系统 9 GND 地 REF REF 参考电压 参考电压用来与输入端的模拟信号进行比较 作为 准次逼近的基准 其典型值为 REF 5V REF 0V 同时我们还需要通过单片机 AT89c51 芯片对电路进行控制 才能达到稳压 的要求 所以我们重点了解 AT89c51 的引脚及功能 89C51 的封装结构 89C51 共 40 个引脚 大致可以分为 4 类 1 电源引脚 毕业设计路灯稳压控制系统 10 Vcc 电源端 5V Vss 接地端 GND 2 时钟电路引脚 XTAL1 外接晶振输入端 XTAL2 外接晶振输出端 3 I O 引脚 P0 0 P0 7 AD0 AD7 一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 也是地址 数据 总线复用口 作输入 输出口用时 必须外接上拉电阻 它可驱动 8 个 TTL 门电路 当访问片外存储器时 用作地址 数据分时复用口线 P1 0 P1 7 一组内部带上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 可驱动 4 个 TTL 门电路 P2 0 P2 7 A8 A15 一组内部带上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 可驱动 4 个 TTL 门电路 当访问片外存储器时 用作高 8 位地址总线 P3 0 P3 7 一组内部带上拉电阻的 8 位准双向 I O 口 出于芯片引脚数 的限制 P3 端口每个引脚具有第二功能 如下表 引脚第二功能功能说明 P3 0RXD 串行口数据接收端 P3 1TXD 串行口数据发送端 P3 2 INT0 外部中断输入 0 P3 3 INT1 外部中断输入 1 P3 4T0 定时 计数器 0 外部计数输入端 P3 5T1 定时 计数器 1 外部计数输入端 P3 6 WR 外部数据存储器写信号 毕业设计路灯稳压控制系统 11 P3 口第二功能表 第二功能输出端为 1 时 与非门的输出由锁存器输出端 Q 决定 P3 口作为通用输出口使用 当 P3 口作为第二功能输出使用时 锁存器输出端 Q 应置 1 与非门的 输出由第二功能输出端决定 当 P3 口作读引脚或第二功能输入使用时 应将锁存器输出端 Q 及第二功 能输出端均置 1 使场效应管 T2 截止 每位可带 4 个 LSTTL 负载 4 控制线引脚 RESET VPD 复位端 备用电源输入端 当 RESET 端出现持续两个机器周期 以上的高电平时 可实现复位操作 VPD 端可外接备用电源 以便在 Vcc 掉电时 向 RAM 供电 EA Vpp 片外程序存储器选择端 Flash 存储器编程电源 若要访问外部程 序存储器则 EA 端必须保持高电平 Vpp 端用于 Flash 存储器编程时编程允许电 源 12V 输入端 ALE PROG 地址锁存器允许端 编程脉冲输入端 当访问外部程序存储器 或数据存储器时 ALE 输出端脉冲用于锁存 P0 口分时送出的低 8 位地址 下降 沿有效 不访问外部存储器时 该端以时钟频率的 1 6 输出固定的正脉冲信号 可用作外部时钟 对内部 Flash 存储器编程期间 该引脚用于输入端变成脉冲 PSEN 读片外程序存储器选通信号输出端 当 89c51 从外部程序存储器取 指令时 该脚有效 上升沿 每个机器周期 PSEN 均产生两次有效输出信号 以上是本次设计主要用到的元器件 通过介绍 已初步了解他们的用法 因此根据分析即将画出一个电路图 再依据已知条件进行修改 首先大体思路 是 我们把交流电源通过变压器进行降压 桥式整流电路把交流电改变成所需 P3 7 RD 外部数据存储器写信号 毕业设计路灯稳压控制系统 12 要的直流电压 可是进行压降的同时还是会有部分交流电通过 因为转换电路 存在有误差 不可能达到理想的状态 所以我们在桥式整流电路之后要并接上 电容 进行滤波 电容的功能是使交流通过 直流断路 再在电路引出一条线 接地 转变成的直流电将是一个很大的范围 根据题目要求我们需要用到电压 传感器 由他去感应需要的电压范围进而是电压能够顺利通过 因为整个电路 要我们采用单片机 89c51 芯片进行控制 整个电路所通过的电压都是直流电压 是模拟信号 但是单片机所能识别的是数字信号 所以要用到模数转换器 ADC0809 芯片 此芯片功能以上有介绍 最主要的部分就是控制部分 会采用 89c51 芯片完成电路核心部分 对整个电路进行控制达到设计要求 这是对题目 要求进行分析推出整个电路最重要的部分 整个电路将根据以上推论画出电路 图 现在我先画出大体框架 再依据框架适时的够造出电路图并将它们的线连 好 二 电路主要组成 1 稳压电源部分 稳压电源是利用输出电压可以连续调节的可调式三端集成稳压 CW317 Rw 为精密可调电位器 当外界因素 电网电压 负载 环境温度 发生变化是 能使输出直流电压不收影响 而继续维持稳定的输出 稳压电路一般采用集成 稳压器和一些外围元件所组成 采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定 结构简单等优点 集成稳压器的类型很多 在小功率稳压电源中 普遍使用的是三段稳压器 2 光控部分 毕业设计路灯稳压控制系统 13 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 通常 光 敏电阻器都制成薄片结构 以便吸收更多的光能 当它受到光的照射时 半导 体片 光敏层 内就激发出电子 空穴对 参与导电 使电路中电流增强 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 三 总装调试 1 调试准备 组装好的电子电路 在通电调试之前 必须认真检查电路连线是否有错误 检查的方法 是对照电路图 按一定的顺序逐级对应检查 特别要注意 电源是否接错 电源与地是否有短接二级管方向和电解电容的极性是否接 反 集成电路和晶体管的引脚是否接错 轻轻拔一拔元件 观察焊点是否牢固 2 通电观察 一定要调试好所需要的电源电压数值 然后才能给电路接通电源 电源接 通先观察是否有异常现象如 冒烟 异常气味等 应立即关断电源 待排除故 障后方可接通电源 毕业设计路灯稳压控制系统 14 3 静态调试 先不加入输入信号 测量比时电路有关点的电位是否正常 对于模拟电路 为测量静态工作点 对于数字电路则测量输入输出的高低电平值及逻辑关系 4 动态调试 加上输入信号 观察电路输出信号是否符合要求 若输入信号为周期性变 化的信号 可用示波器观测输出信号 对于模拟电路 则观测输出波形是否符 合要求对 对于数字电路 则观察输出信号波形 幅值 脉冲宽度 相位及动 态逻辑关系是否符合要求 当采用分块调试时 除输入级采用外加输入信号外 其它各级的输入信号应采用前一级的输出信号 毕业设计路灯稳压控制系统 15 毕业设计路灯稳压控制系统 16 四 结束语 这次设计主要完成的任务是路灯稳压控制系统 为路灯提供持的电源 以 保证路灯的正常工作 但如何实现此功能呢 请看以下分析 例如本次设计的路灯所需要的电压在 4V 12V 之间 何控制才能使路灯 电压稳定在 4V 12V 这个范围内呢 总电源提供的电压是 38V 我们将总电压经过变压器降到 0V 17V 之间 然 后通过桥式整流器 将已知的交以电压转换成直流信号 0V 17V 的范围 在桥 式整流器之间的电路上要加上电容器 因为整个电流转换过程存在误差 会有 许多较小的交流信号跟随直流信号同时进入电路 我们需要用电容进行滤波 电容的功能就是对交流是通路 对直流是断流 再将其另一端接地 根据要求要把我们所学到的知识都用上 因此还须要采用电压传感器 感 应电压的范围和已知条件相符 整个电路是最重要的部分乃是单片机控制 我 们要运用所学的单片机的知识来控制整个电路 使整个电路的电压达到稳定的 要求 然而单片机所能识别的语言是机器语言 汇编语言 它们都是数字信号 整个电路所提供的都是宏观的模拟信号 因此我们需要一个中介条件 模数 A D 转换器 将模拟的信号转变成数字信号 各芯片的功能 以上都有介绍 附 上图片 以下将是最关键的一步 把模拟信号通过 A D 转换器 转换成的数字信号 送入单片机 89C51 芯片上 操作步骤是把 A D