毕业设计-智能路灯控制器设计

本科毕业设计说明书（ 题 目：智能路灯控制器设计学生姓名：xx学 院：xx系 别：xx专 业：xx班 级：xx指导教师：xx二 七 年 六 月 35摘 要路灯是城市建设中不可缺少的公用设施，是城市形象的重要标志之一。城市路灯照明的维护管理水平不仅反映城市的建设水平，而且体现城市的现代化程度。随着我国社会主义现代化建设的不断发展，市政建设取得了极大进步。传统的路灯控制手段已不再适应现代化的要求，设计和实现自动化程度高的路灯控制器是十分必要的。智能路灯控制器是根据世界上任意一城市的经纬度，精确计算出一年每一天的日出日落时间，实现全年无人职守市外照明的自动时间控制。本产品以单片机AT89C51和日历芯片DS1302为控制核心，停电后内有充电电池维持时钟继续进行记数工作。本控制器可用于路灯，霓虹灯，广告灯，航标灯，工矿企业，小区照明等室外照明灯具的自动控制。 此控制器适应性强，节省人力，提高了市政的路灯管理水平。关键词： AT89C51;日历时钟DS1302;修正时间. AbstractStreet lamp is indispensable public facility in urban construction and is one of the important symbols of city. Conditions managed of urban illumination reflect not only construction levels but also the modernization degrees of the city. With the development of modernization constructions in our country, constructions of public facilities make good progress. Traditional control and maintenance of street lamps is not enough any more to modernization need. It is a necessity to design and realize a kind of higher autoimmunization more credible and efficient long-distance monitoring and control system.Intelligence street lamp is controlled by the longitude and latitude degree, which are different between cities. It is precisely decided by sunrise and sunset every day time, passing on this foundation adjustable of advance or correction time after pushing, carry out whole years an unmanned job to guard the automatic time control of suburban lighting. This product with single slice the machine AT89C51 and the calendar chip DS1302 for control core, after having a power fail inside have already refreshed battery maintenance clock to continue to carry on recording few works. This controller can used for street lamp, neon light, advertisement light, sail beacon, work mineral business enterprise, the small area is illuminated after lighting the automatic controlled lamps.This controller adaptability is strong, economical manpower the street lamp, which raises municipal services manages level.Key words: AT89C51;Calendar clock DS1302; Revise time.目录引 言1第一章 概述21.1 城市路灯控制的现状21.1.1 传统的路灯控制方式21.1.2 存在的问题21.2 智能路灯控制器的必要性与可行性31.3 智能路灯控制器的组成及功能3第二章 智能路灯控制器的设计方案及原则52.1 智能路灯控制器的设计方案52.2 智能路灯控制器的设计原则52.3 智能路灯控制器的特点6第三章 智能路灯控制器的硬件电路设计73.1 单片机AT89C5173.1.1 AT89C51的概述及引脚功能73.2 时钟芯片DS130293.2.1 DS1302概述与功能93.2.2 DS1302 的基本组成和工作原理113.2.3 DS1302的寄存器介绍123.2.4 DS1302的读写时序143.2.5 DS1302与单片机的连接153.3 键盘环节173.4 显示环节193.5 看门狗芯片X25045203.5.1 X25045的概述与功能203.5.2 X25045的工作原理223.5.3 X25045与单片机的连接电路223.6 控制路灯开关的开关量输出部分233.6.1 开关量输出电路的结构233.6.2 MC1416的功能和工作原理243.6.3 选用的继电器与接触器263.7 上位机通信芯片MAX232263.8 控制器供电电源的设计28第四章 日出日落时间的确定304.1 日出日落时间计算算法304.1.1 日出日落时间计算304.1.2 呼和浩特某天的开关灯时间314.1.3 开关灯时间的确定33结 论34参考文献35附 录 一36附 录 二 .39谢 辞.48图表清单图1-1 智能路灯控制器的组成.4图2-1 路灯系统电器接线图.5图3-1 AT89C51引脚图.7图3-2 DS1302引脚示意.11图3-3 DS1302涓细流可编程充电器.13图3-4 DS1302的读写时序.15图3-5 DS1302与单片机的连接电路.15图3-6 输出开关量及中断显示流程图16图3-7 键盘与单片机的连接电路17图3-8 键盘分析流程图18图3-9 反向驱器与单片机的连接电路19图3-10 三八译码器与单片机的连接电路.19图3-11 显示环节的连接电路.20图3-12 X25045引脚图.21图3-13 X25045与单片机的连接电路.23图3-14 开关量输出电路结构.23图3-15 MC1416逻辑引脚24图3-16 MC1416单路原理图24图3-17 单片机于反向器74HC14和MC1416连接电路.25图3-18 固态继电器JGX-10F的工作原理.26图3-19 MAX232与单片机的连接电路.27图3-20 MAX232的引脚和原理电路.27图3-21 电源整流电路原理.28图3-22 电源滤波电路原理.28图3-23 电源电路.29表3-1 P3口的第二功能.8表3-2 DS1302的控制字.11表3-3 DS1302的时间寄存器.13表3-4 RS位电阻选择.14表3-5 X25045指令集.22附录一 主电路原理图.36引 言伴随着中国经济的快速、稳定发展，中国的城市建设进入了一个日新月异、蓬勃发展的时期。城市照明、夜景照明作为城市建设的重要组成部分，不仅直接关系人民群众的生产生活，而且直接关系到城市的形象。它直接反映了一个城市的建设水平和城市风貌。近年来，随着城市规模的不断扩展，城市路灯的数量不断增加，城市路灯管理水平也在不断提高，路灯控制水平的高低，直接反映了一个城市的现代化程度。对城市路灯的控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法，对开关灯的及时性与准确性提出了更高的要求。智能路灯控制器目前已成为各城市路灯建设的必要内容。城市路灯照明系统由电力变压器将高压供电电源降至三相 380V 或单相 220V照明用电、经低压架空线或地下电缆送至各路灯供电，路灯开关控制则可由变压器一次或二次侧的开关设备实现。传统的路灯控制方法如手动控制、光敏控制器控制等，控制方式单一，无法满足准确开关自动控制的要求，已不能适应现代城市对路灯控制的需要。随着城市建设的不断发展，对路灯系统从数量到质量上的要求都在提高，常规的监控方式既耗费大量的人力、物力又不能达到精确的控制要求，已落后于城市发展的需要。因此，提供一种有效而合理的控制方法，显得极为重要。第一章 概述1.1 城市路灯控制的现状路灯是城市的窗口和标志，是城市重要的公共设施，它直接反映了城市的建设水平和城市风貌，更加显示了城市的现代化程度。因此，让路灯保持良好的运行和工作状态，对城市的美化和建设都是十分重要的。建国以来特别是改革开放之后，城市路灯已从单纯的照明发展成为美化城市环境改善投资形象的重要组成部分。在现代化的大中城市，政府管理部门以及富裕起来的市民对城市亮丽风景线的道路照明及发展水平，提出了越来越高的要求。1.1.1 传统的路灯控制方式长期以来，国内大多数城市路灯照明控制广泛采用传统控制方式为：人工控制方式：根据开关灯时间表由值班人员负责手动进行开/关灯操作。时控方式：以时间为唯一的开关灯依据，只能在规定时刻开关灯，仅随季节变化人工干预调整开关时间。光控方式：按光照度的差异来控制路灯开关，但在光线不足的白天或有强光照射的夜晚，可能会发生误动作。1.1.2 存在的问题传统的控制方式由于不能严格按照室外自然光照度进行控制，不仅实时性差，故障率高，而且浪费严重。另外，传统控制方式要求人不离岗，及时控制灯光的开启和关闭，由于人工控制误差而造成电能浪费很是惊人。采用定时器控制方式时，由于一年四季的时差，要经常对定时器进行人工调整，从夏至到冬至，日出时间推迟、日落时间提前从冬至到夏至，日出时间提前、日落时间推迟，这就要求开关灯时间作出相应调整。这样不仅消耗大量人力资源，还可能由于调整不及时而造成浪费。1.2 智能路灯控制器的必要性与可行性必要性:路灯是城市建设当中不可缺少的公用设施，设计自动化程度高、运行可靠、使用方便，是路灯控制的必然要求。传统的路灯开/关控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时控制，不但亮灯与关灯的时刻不准确，而且很可能会由于人为失误或其它因素，造成大面积路灯不亮，造成不良影响，给人民的生活带来不便。智能路灯控制器，通过单片机与时钟的精确控制，实现无人职守的自动控制，并随着一年四季日出日落时间的改变自动调整开关灯的时间，保证路灯处于良性状态，方便人民生活，减少交通事故，扼制夜间作案，改善投资环境，促进经济腾飞，提高城市道路照明的现代化控制水平，社会效益也非同一般。可行性:智能路灯控制器是集单片机技术，软件编程，控制驱动电路，开关量控制交流电流通断，连接电路设计等于一体的自动控制设备。现代化单片机技术飞速的发展，其硬件、软件性能和可靠性都大大提高，能够满足路灯控制器长期稳定可靠运行的要求；各类电路及驱动器件正在向小型化、智能化方向发展，可靠性逐渐提高，完全可以适应路灯控制器长期正常高效运行的要求。1.3 智能路灯控制器的组成及功能组成:控制器由控制核心单片机、日历时钟、人机通讯模块、继电器驱动电路、看门狗电路、键盘、显示等组成。如图1-1所示。功能:实现无人职守自动控制。精确的日出关灯日落开灯控制。随着季节的改变，根据经纬度自动的更正当地的日出日落时间，实现智能控制。单片机显示键盘 看门狗日历时钟继电器被控开关灯电路通信模块驱动电路 图1-1 智能路灯控制器的组成第二章 智能路灯控制器的设计方案及原则2.1 智能路灯控制器的设计方案城市路灯照明系统由电力变压器将高压供电电源降至三相380伏或单相220伏照明用电，经低压架空线或地下电缆送至各路灯供电。路灯从市电母线获得电力。路灯开关控制则可由变压器一次或二次侧的开关设备实现。开关设在变压器一次侧可避免变压器白天空载损耗，但高压开关价格昂贵且使用维护不便，故采用在变压器二次侧也就是路灯的三相供电电网上接交流接触器进行控制。由自动控制装置实现对接触器的开关控制，从而实现对路灯的开关控制。路灯系统电气接线图如2-1所示。 图2-1 路灯系统电器接线图控制器通过单片机和时钟的精确控制，准确的得出每天的日出日落开关灯时间，输出开关电平，通过继电器控制接触器，实现路灯的开关控制。同时还有键盘，显示单元，可对时钟进行对时和调整。2.2 智能路灯控制器的设计原则分控点设计时主要考虑以下原则1:(1)高可靠性。可靠性是路灯控制的重要指标。控制器工作在户外，工作环境条件较差，设计当中选用可靠性高的微控制器和元器件，以保证系统在恶劣环境下仍然能够按照预设目标进行工作，设计方案尽量可靠。(2)操作维护方便。控制器操作简单，便于掌握。(3)实时性强。控制器时间应准确，以对各控制命令及时响应，不延误操作。通过定时中断和外部中断对时间的变动做出及时相应的处理。(4)通用性强，经济效益好。尽量能满足不同城市的需求，适应不同的工作要求，在完成各种功能要求的基础上尽量做到性价比要高。2.3 智能路灯控制器的特点智能路灯控制器是根据世界上任意一城市的经纬度，精确计算出一年每一天的日出日落时间，在此基础上，通过可调的提前或推后的修正时间，实现全年无人职守市外照明的自动时间控制，其以微电脑芯片为控制核心，停电后内有充电电池维持时钟继续进行记数工作，实现真正的智能控制。第三章 智能路灯控制器的硬件电路设计3.1 单片机AT89C513.1.1 AT89C51的概述及引脚功能AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元,本设计就使用此单片机。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式引脚图如图3-1示。AT89C51 提供以下标准功能： 图3-1 AT89C51引脚图4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个IO 口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。引脚功能说明：Vcc：电源电压GND：地P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向IO 口，也即地址数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向IO口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（）。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向IO口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向IO 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（）。P3口除了作为一般的IO口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-1所示： 表3-1 P3口的第二功能 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使单片机复位。ALE： 当访问外部程序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。即使不访问外部存储器，ALE 仍以时钟振荡频率的l6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。：程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。 EAVPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），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中的指令。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。时钟振荡器：AT89C5l 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，电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2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，推荐电容使用30pF10pF，而如使用陶瓷谐振器一般选择40pF10F。3.2 时钟芯片DS13023.2.1 DS1302概述与功能概述：DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1） RES （复位），（2） I/O （数据线），（3） SCLK（串行时钟）。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302有双电源管脚，用于主电源和备份电源供应，能实现断电后时钟的继续工作，正好满足时钟不间断又准确的设计要求。 功能：1：实时时钟具有能计算2100 年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力还有闰年调整的能力。2：31X8 位暂存数据存储RAM。3：串行I/O 口方式使得管脚数量最少。4：宽范围工作电压：2.0 5.5V5：工作电流：2.0V 时,小于300nA6：读/写时钟或RAM 数据时，有两种传送方式：单字节传送和多字节传送（字符组方式）。7：8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装（根据表面装配）。8：简单3线接口。9：与TTL兼容。（Vcc=5V）10：可选工业级温度范围 ：-40度 +85度。11：与DS1202 兼容。12：在DS1202 基础上增加的特性：对Vcc1 有可选的涓流充电能力；双电源管用于主电源和备份电源供应；备份电源管脚可由电池或大容量电容输入；附加的7字节暂存存储器。3.2.2 DS1302 的基本组成和工作原理引脚说明：如图3-2 图3-2 DS1302引脚示意X1,X2：X1和X2为外接晶振引脚,为保证时钟计时精度,建议选用的晶振频率为32.768KHz。在断电时,DS1302由电池通过Vcc2引脚供电,以保证时钟芯片的正常工作和内部RAM中的数据不丢失。GND： 公共接地引脚： 芯片复位引脚。当为高电平时,启动数据传输;当为低电平时,禁止数据传输。I/O： 数据输入/输出引脚SCLK： 串行时钟引脚Vcc1,Vcc2：工作电源引脚。Vcc1为系统电源引入脚,Vcc2为备份电源引入脚。工作原理：控制字： 表3-2 DS1302的控制字 控制字节的最高有效位(位7)必须是逻辑1，如果它为零，则不会写入到DS1302。位6如果为逻辑0则表示存取日历时钟数据，为逻辑1表示存取RAM数据。位5至位1指示出要操作单元的地址。最低有效位(位0)若为逻辑0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。复位：当为高电平时，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置为低电平，则会中止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。要注意，在Vcc 2.5V之前必须为低电平，并且只有在SCLK为低电平时，才可以将置为高电平。数据输入输出：在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写人DS 1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7。突发方式：对地址1FH(A1至AO都为1)读写，即使DS1302工作于突发方式下。在此方式下，日历时钟寄存器可以写8个，而涓细充电器寄存器不可访问，在传送数据到RAM中时，如果只写前一部分，可以不必传送全部的31个字节。3.2.3 DS1302的寄存器介绍1. 有7个与日历、时钟相关的寄存器如表3-3，存放的数据为BCD码的形式。秒寄存器：命令控制字为：80H(写)、81H(读)，寄存器取值范围00-59;其中第7位为时钟暂停位，当此位置1时，时钟振荡器停振，DS1302进入低功耗守候态；置0，则时钟工作。分钟寄存器：命令控制字为：82H(写)、83H(读)，寄存器取值范围00-59;小时寄存器：命令控制字为：84H(写)、85H(读)，寄存器取值范围01-12或00-23,其中位7定义为12小时或24小时方式选择位。当为1时，选择12小时方式。在12小时方式下，位5是AM/PM指示位，为1表示PM;日期寄存器：命令控制字为：86H(写)、87H(读)，寄存器取值范围01-28或29或30或31;月份寄存器：命令控制字为：88H(写)、89H(读)，寄存器取值范围0112;周日寄存器：命令控制字为：8AH(写)、8BH(读)，寄存器取值范围01-07;年份寄存器：命令控制字为：8CH(写)、8DH(读)，寄存器取值范围00-99;控制寄存器：本寄存器只有第7位被定义成写保护位。其值为0则允许读写，为1时防止对任何其它寄存器的写操作。本寄存器在读出时恒为零,命令控制字为：8EH(写)、8FH(读). 表3-3 DS1302的时间寄存器充电寄存器：（如图3-3） 图3-3 DS1302涓细流可编程充电器本寄存器用于控制涓细电流充电器的工作。涓细充电选择(位7-4)只有取值为1010时，才能使充电器工作。二极管选择(位3-2)选择在Vcc2与Vcc1之间接一个二极管，还是两个，若为01选一个二极管，为10选两个二极管，其它值则禁止充电器工作，电阻选择(位10)置01，则限流电阻为2K；置10，则为4K；置11，则为8K；置00，则禁止充电器。（如图33）RS位电阻选择：如表3-4 表3-4 RS位电阻选择RS 位电阻典型位00 没有没有01 R1 2K 10 R2 4K 11 R3 8K 时钟突发寄存器通过本寄存器可以一次性顺序读写上述除充电寄存器外的其余8个寄存器的内容。命令控制字为：DEH(写)、DFH(读)。2与RAM相关的寄存器单个RAM单元RAM单元共31个，每个单元组态为一个8位的字节。命令控制字为：C0HFDH(其中奇数为读操作，偶数为写操作)突发方式下的RAM寄存器此方式下，可以一次性读写所有RAM的31个字节。命令控制字为：FEH(写)、FFH(读)3.2.4 DS1302的读写时序 DS1302数据读写时序见图3-4。先写入1字节的控制指令字，后读或写数据.控制指令字由低位到高位在一个SCLK时钟的上升沿写入，紧接着在下一个SCLK时钟的上升沿数据由低位到高位被写入DS1302。同样，在紧跟8位控制指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时一从低位至高位。图3-4 DS1302的读写时序3.2.5 DS1302与单片机的连接DS 1302与AT89C51的连接仅需要三条线，即SCLK(7),I/0(6), (5)。Vcc2在单电源与电池供电的系统中提供低电源并提供低功率的电池备份。Vcc2在双电源系统中提供主电源，在这种运用方式下Vcc1连接到备份电源，以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。当Vcc2大于Vcc1+0.2V时，Vcc2给DS1302供电。当Vcc2小于Vcc1时，DS 1302由Vcc1供电。与单片机的连接电路如图3-5示。 图3-5 DS1302与单片机的连接电路使用DS1302芯片的几点注意：(1) DS1302芯片第一次加电有起始日期和时间,必须校时后才能使用。(2)对DS1302芯片校时写入数据时必须对其它中断封锁,否则会引起校时的错误。(3)注意DS1302的硬时钟与处理器工作时钟之间的同步问题,否则可能造成时钟误差。 (4)秒寄存器的位7 (CH)是时钟标志位，为0则正常走时，为1则停止走时，故系统上电和复位时应先对DS1302的CH位置0，以保证正常走时。DS1302芯片具有功耗小、功能强、计时精度高等突出优点,且它的体积小,成本低,已被成功地广泛应用。单片机与DS1302控制输出开关电平及相应的显示的程序流程如图3-6，时间的显示由定时中断完成，以避免CPU长时间延时显示造成的CPU的资源浪费。 开始读DS1302计算日出日落开关灯时间开灯时间关灯时间开灯关灯定时中断显示延时返回读取中的经纬度值延时2秒保护现场记数A加1从显示缓冲区送A位字型字位A等于6 图3-6 输出开关量及中断显示流程图3.3 键盘环节键盘是智能路灯控制器中一个重要的部件，它向单片机输入数据，发出外部中断，进行对时状态和工作状态的切换并对DS1302进行设定时间和校正时间的操作。键盘与单片机的连接电路如图3-7图3-7 键盘与单片机的连接电路设定时间和校对时间时的逻辑操作流程如图3-8示。各键作用：K5开启外部中断；K1对DS1302写入初值；K2日期/时间显示切换，增加数值；K3时间/经纬度位切换；K4中断返回。外部中断对时、设定经纬度时，显示不再采用定时中断显示，而采用CPU延时显示，因为对时时如有中断程序运行，可能会使时钟对时不准确。 图3-8 键盘分析流程图NNNNNNNNNYNNK2NNNNNNNNNNNNNNNYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYYK3YYYYNNNYYK5按下扫描键盘K1K3K2K4对DS1302写入初值显示延时校秒中断返回读日期值显示延时扫键盘K3K4K2中断返回校分读秒 加1写入 显示扫键盘K3K4K2中断返回校时读分 加1写入 显示扫键盘K4K2中断返回校日读时 加1写入 显示扫键盘K3K4中断返回校月LED管显示日月年。读日加1写入显示扫键盘K3K4K2中断返回校年读月 加1写入 显示扫键盘K3K4K2中断返回读年 加1写入 显示扫键盘K3K4记数加1对应经度位中断返回扫键盘K2K4K3中断返回对应经度位加1显示记数值为6另一记数加1对应纬度位扫键盘K2K4K3中断返回对应经度位加1显示记数值为5N3.4 显示环节显示环节是采用六个LED数码管对时间和日期在键盘的操作下进行切换显示，同时在对时钟进行对时操作时对对时过程进行显示。单片机P0口做字型的输出口，经上拉电阻接到反向驱动芯片ULN2803上。外电路电源高电位通过大功率负载接在ULN2803的输出引脚上，当输入为低电平时，对应输出端为高电平，被驱动器件两端电压差很小，器件此时不工作；当输入为高电平时，对应输出端为低电平，外电路电源驱动器件。反向驱动器ULN2803与单片机和显示LED的连接电路如图3-9。 图3-9 反向驱器与单片机的连接电路P2.5，P2.6，P2.7口通过三八译码器74LS138进行位选择，LED管采用共阳极连接，当74LS138选中某个管时就在相应的管脚输出低电平，此时相应管的位选择PNP三极管导通如图3-10。 图3-10 三八译码器与单片机的连接电路显示环节与单片机的连接如图3-11。 图3-11 显示环节的连接电路3.5 看门狗芯片X250453.5.1 X25045的概述与功能概述X25045把看门狗定时器、Vcc监控电路和三种常用功能组合在单个封装内, 增大了电路密度, 减少了体积, 提高了系统的可靠性。看门狗定时器可对微控制器提供独立的保护系统。当系统故障时间超过了预置的超时周期之后, X25045的看门狗将从RESET信号作出响应。应用系统设计时可以从三个可选的预置值中选定一个合适的超时周期。X25045的Vcc检测电路, 可使系统免受低电压造成的影响。当Vcc降低到Vccmin以下时,系统自动复位,并一直保持到Vcc返回到正常值且达到稳定状态为止。X25045存贮器部分使用CMOS的4096位串行 ,其内部按5128的阵列组织。X25045的特点是可以执行简单的三总线工作的串行外设接口和软件协议。该器件的主要特点为：可编程操作；1MHz 的时钟频率；低功耗CMOS 工艺, 工作电流很小(3mA) ,备用工作方式下电流更低(10A)；电源电压范围宽(2. 75. 5V)；内设上电/ 掉电保护；高可靠,数据保存期为100 年；512 8 位串行；X24045为RESET复位控制, 高电平有效。引脚功能如图3-12 图3-12 X25045引脚图SO(串行输出)：串行数据输出引脚。数据由此引脚与串行时钟的下降沿同步输出。SI (串行输入)：串行数据输入引脚。有的操作码、字节地址以及写入存贮器的数据经此引脚输入。SCK(串行时钟)： 串行时钟输入引脚。串行时钟控制用于数据入/ 出的串行总线定时。操作码、地址或出现在SI引脚上的数据在时钟输入的上升沿锁存, SO引脚上的数据在时钟输入的下降沿之后发生改变。(芯片选择)：芯片选择输入。为低电平时，X25045工作。当为高电平时，X25045不被选择, SO输出处于高阻态, 在内部未进行写操作的条件下器件处于备用电源方式。(写保护)：写保护输入。当为低电平时, 向X25045的非易失性写操作被禁止, 器件的其它功能仍正常。当保持高电平时，所有的写功能均正常。在为低电平时, 变为低电平将中断对X25045的写操作。但若芯片内部写周期已经开始时，变为低电平将不影响其操作。Vcc（电源电压）和Vss：分别是芯片的电压引入端和公共地端。RESET (复位)： 芯片的复位输出端。X25045对应的RESET信号是高电平有效, 一旦Vcc下降到低于Vccmin检测电平,RESET 便变为高电平, 并保持高电平到Vcc上升到Vccmin检测电平后200ms 时为止。3.5.2 X25045的工作原理X25045具有5128 的阵列，设计成与许多常用的微控制器系列的同步串行外设接口直接相连接。X25045内有一个8位指令寄存器，它可以通过SI 输入来访问，数据在SCK 的上升沿，由时钟同步输入。在整个工作时间， 必须保持低电平, 同时输入必须为高电平。X25045监视总线，如果在预置的时间周期内发生总线活动故障, 它将提供RESET信号输出。芯片的指令及其操作码列于表3-5。表3-5 X25045指令集 指令名指令格式操作WREN 0000 0110 设置写使能锁存(允许写操作) 。WRDI 0000 0100 复位写使能锁存器(禁止写操作) 。RDSR 0000 0101 读状态寄存器。WRSR 0000 0001 写状态寄存器（块锁定位）READ 0000 A8001 从开始于所选地址的存储器阵列中读数。WRITE 0000 A8010 把数据写入开始于所选地址的存储器阵列(14 个字节) 。所有的指令、地址和数据都以MSB (最高有效值) 在前的方式传送。读和写指令的指令格式中均包含有地址高位A8。3.5.3 X25045与单片机的连接电路由于路灯控制器要基于各地的经纬度对开关灯时间进计算，所以在初始使用设置时要对其输入经纬度，其值在投入使用以后只要不再更换地点就不会变化了，所以使用X25045看门狗芯片，在初始设定时将经纬度值存如X25045的中，这样在以外断电或重起控制器之后，经纬度值不会丢失，也不用对它进行重复设置。X25045与单片机的连接电路如图3-13所示。 图3-13 X25045与单片机的连接电路3.6 控制路灯开关的开关量输出部分3.6.1 开关量输出电路的结构控制路灯开关的开关量由单片机的P2.0P2.4五个口输出，经过反向器74HC14与大功率驱动芯片MC1416连接用以驱动继电器，再驱动接触器来控制三相四线的电网电路。结构如图3-14示。单片机74HC14MC1416继电器接触器三相四线电网电路图3-14 开关量输出电路结构当单片机上电后，各个输出口都是高电平，所以加了74HC14反向器，采用低电平控制，防止上电时输出的电平闪动影响控制。3.6.2 MC1416的功能和工作原理MC1416有较强的负载能力可直接驱动继电器。一般负载电压可接530V。性能特点：集电极电流可达500mA输出电压可达100V有输出钳位保护二极管输入端同多种集成电路相容特别适合于驱动继电器MC1416逻辑图和外引线功能端排列如图3-15。 图3-15 MC1416逻辑引脚MC1416每一路的原理图如图3-16示。图3-16 MC1416单路原理图工作原理：MC1416达林顿反向缓冲器阵列都是由七个达林顿管对组成。为了抑制干扰信号输入，在每个晶体管对的输入端都有输入钳位二极管。在输入端加有两个输出钳位二极管，这两个二极管中，上面一个是用于钳制高电位，抑制在高电平上发生的正向过冲；下面一个是用于钳制低电位，抑制在低电平上发生的负向过冲，从而对输出管起到保护作用。在使用时，为了满足要求输出更大电流的需要，在每块电路中，可以将各自独立的达林顿