西华大学声光控路灯课程设计毕业论文（设计）word格式

1、声光控路灯控制系统设计声光控路灯控制系统设计 摘摘 要：要：本文介绍了一个单片机控制模拟路灯控制系统的解决方案。本方案以 宏晶公司的 mcu 芯片 stc12c5410ad 为核心，加以简单的外围电路，实现了模拟 路灯控制系统所要求的全部技术内容。选用廉价的单片机芯片，还采用了廉价 的红外对射传感器，大大降低了系统成本。整个系统的电路简单，结构紧凑,经 过多次测试，证实该系统能长时间稳定工作，满足设计指标要求。 关键词：关键词：单片机；控制系统；恒流源；路灯 abstract: this paper introduces a mcu control the simulated road lam

2、p control system solutions. the program to the hong jing mcu stc12c5410ad chip as the core, to be a simple peripheral circuit, realizes the simulation of street lamp control system requires all the technical contents. this is a low cost lighting control solutions, in addition to the selection of che

3、ap mcu chip, also uses an inexpensive infrared sensor, greatly reduces the cost of the system. the system has the advantages of simple circuit, compact structure, after repeated testing, confirmed that the system can work stably for a long time, meet the design requirement. keywords: single chip mic

4、rocomputer，control system, current source, load lamp 目目 录录 1.1.前言前言.1 2.2.整体方案设计整体方案设计.2 2.1 方案论证.2 2.2 方案的比较 .3 3.3.单元模块的设计单元模块的设计.4 3.1 电源电路 .4 3.2 单片机的最小系统 .4 3.3 光控模块框图 .5 3.4 电流源驱动 .5 3.5 开关延时电路 .6 4.4.软件设计软件设计.7 5.5.系统总体调试系统总体调试.8 6.6.结论结论.9 参考文献参考文献.10 附录一附录一.11 附录二附录二.12 1.1.前言前言 针对目前社会上很多地方

5、使用长明灯照明，不能实现灯光的照明智能化造 成电能的巨大浪费。为响应科学减排和节能科学发展的号召而设计了声光控路 灯控制系统。而运用单片机与单片机构成的控制系统，具有较高的稳定性！ 本系统采用咪头、光敏电阻构成光照信号和声音采集信号电路。通过单片 机对信号采样并同时运用运放进行模拟放大，进行逻辑控制，给出是否亮灯的 信号，由 rc 充放及开关电路执行，通过控制继电开关控制路灯。 此系统能很好的控制路灯的亮灭，即在有声音和无光情况下灯亮，其他情 况下灯灭，从而达到节能的效果。 2.2.整体方案设计整体方案设计 本次设计是运用单片机来控制外围电路，电路简单且易于编程，声光控路 灯主要是依据光控原理

6、和声控原理来设计的。利用光控电路可以根据光线的亮 暗条件控制灯的使用。光控电路是由光敏电阻和可控硅组成。声控电路是为完 善光控路灯而设计。在不同时段、不同的地点使用灯的机率也不同，声控可进 一步节约能源。整个电路由电源电路，声控电路，光控电路及延时电路等部分 组成。电源由电网供电电压交流 220v(有效值)50hz，经降压整流后输出电路所 需电压。光敏控电路对外界光亮程度进行检测，输出与光电程度相对应的电压 信号。从而实现白天灯泡不亮晚上遇到声响时，通过声控电路使灯泡自动点亮， 声控电路主要将声音信号转变为电信号，从而要实现自动控制，延时电路声音 消失后延长一段光照时间。 2.12.1 方案方

7、案论证论证 设计中采用两种方案，具体采用见方案一和方案二。 方案一：基于单片机加 a/d 转换的方案 光敏电阻与固定电阻串联，由单片机内置的 ad 变换接口读入当前的电压值， 然后根据读取的电压值判断当前的环境亮度。路灯的开启电平由内部的变量控 制。方案二的优点在于可以方便以实现对路灯开启电平的数码控制和远程控制。 路灯的工作模式： 本模拟路灯控制系统具备 5 种工作模式，分别是自动群控模式、自动分控 模式、根据照度自动控制模式、根据交通情况自动控制模式、手动控制模式， 下面对每种工作模式简单介绍如下： （1） 自动群控模式 在该模式下，支路控制器根据设定好的定时信息，自动地同时打开或者关 闭

8、两盏路灯。系统启动后默认进入该模式。 （2） 自动分控模式 在该模式下，支路控制器根据设定好的定时信息，分别控制两盏路灯的开 关，例如，当系统的时间和路灯 1 开灯的时间相等时，开启路灯 1；当系统的 时间和路灯 2 关灯的时间相等时开启路灯 2。 （3） 根据照度自动控制模式 在该模式下，当环境照度低于一定的值时开启两盏路灯，当环境照度高于 一定的值时关闭两盏路灯。 （4） 根据交通情况自动控制模式 在该模式下，当可移动物体 m 由左到右到达 s 点时，灯 1 亮；当物体 m 到 达 b 点时，灯 1 灭，灯 2 亮；若物体 m 由右到左移动时，则亮灯的次序与上相 反。 另外，该路灯控制系统

9、还具备故障检测功能，当路灯出现无法正常工作的 状况时，该控制系统能够判定是哪一环节出现问题，并将故障通过声音警报及 数码管显示告知用户。 图 2.1 方案一框图 方案二：采用比较器的解决方案。 光敏电阻与固定电阻串联，加一级电压跟随器后输入比较器，与比较器负 输入端的电压值进行比较，得到一个高电平或低电平输出，进入单片机的 io 口。 优点是电路比较直观，操作比较方便，可直接通过电位器调节路灯的开启 亮度。对维护人员的要求不高。 2.22.2 方案的比较方案的比较 由于单片机具有较高的可靠性，且易于通过程序修改，相较于方案二更易 于维护，根据要求本次设计采用方案一。 3.3.单元模块的设计单元

10、模块的设计 3.13.1 电源电路电源电路 图 3.1 电源电路 采用变压器与三端稳压器相结合的方式组成为最简单的电源电路。用三端 式稳压器构成单电源电压输出串联型，其整流部分采用了桥式整流，且线性集 成稳压器价格便宜，性能稳定，应用较为广泛。 3.23.2 单片机的最小系统单片机的最小系统 图 3.2 单片机最小系统 其核心芯片是 stc12c5404ad，i/o 口引脚 (1) p0 口：双向 8 位三态 i/o 口，此口为地址总线（低 8 位）及数据总线 分时复用口。 (2) p1 口：8 位准双向 i/o 口。 (3) p2 口：8 位准双向 i/o 口，与地址总线（高 8 位）复用。

11、 (4) p3 口：8 位准双向 i/o 口，双功能复用口。 注意:准双向口与双向三态口的差别。 当 3 个准双向 i/o 口作输入口使用时，要向该口先写“1” 。然后读回的数 据才能真实反映该 i/o 口的输入状态。 准双向 i/o 口无高阻的“浮空”状态。 3.33.3 光控光控模块框图模块框图 输入、显示 装置 支路控制器 单元控制器1单元控制器2 led灯1led灯2 图 3.3 光控模块框图 3.43.4 电流源驱动电流源驱动 mcu 输出电压 3.3v，作为驱动，实际应用的恒流源，它的恒流是靠改变电 压电流为预定值，所以恒流源都有个最大功率，或最高电压的限制。要想用恒 流源驱动感性

12、负载，就看该感性负载最高允许电压，和最大允许电流了，如果 恒流源的最高输出电压小于，或等于感负载最高允许电压，并且，恒流源的输 出电流小于，或等于感性负载的允许电流，如图所示 该恒流源，就可以驱动该感性负载。容性负载。 图 3.4 恒流源模块 3.53.5 开关延时电路开关延时电路 本延时电路采用 rc 充放电电路作为延时部分，通过二极管等使充电放电电 路分开。这样极短的声音刺激就能实现电路的延时工作。信号由前一级逻辑电 路部分经 r1 输入，经过二极管 d3 向电容单向 c1 充电。所以充电后运放 lm324 的 3 脚电位高于 2 脚，1 脚就输出正电位，经稳压管稳压为 5v，此时三极管

13、q1 开启，指示灯亮起，继电开关合上，电网接通，点亮灯泡 x1。在声音信号刺激 结束后，电容向电阻 r2r4 放电，其中 r4 为 200k 电位器，使其放电时间为 5s 到 25s 可调。通过设计原理可以设计如图 3.2 所示电路，根据声控和光控提供 的电压我们选择 74ls08 二输入与门芯片，当输入的两个信号都是高电平时芯片 输出端产生一个大于 2v 高电平给下一级，由于当恰好为 2v 时下一级不能满足 其要求，故利用 lm324 设计一个 2 倍的放大器，电阻可以选择两个 2k 欧姆的电 阻和一个 1k 欧姆的平衡电阻。如图所示 图 3.5 开关延时电路 4.4.软件设计软件设计 1）

14、主程序设计：当 a/d 转换器输出的数据送入单片机内部后，单片机就采 集数据，将数据采集到内部存储器的存储单元存储，将输入的 bcd 码转换为七 段码显示。再调用查表子程序送入到 led 上显示。 2）单片机从 a/d 转换器读取数据的程序设计：mc14433 的 du 端和 eoc 端 相连后与单片机的 int1 端连接，采用连续准还的方式，将每次转换结果都送入 输出寄存器，eoc 是转换结束的输出标志信号，单片机采用中断的方式来读取 数据。初始化程序开放 cpu 中断，允许外部 1 中断，置外部中断 1 位边沿触发 方式。每次 a/d 转换结束，都向 cpu 请求中断，执行中断服务程序，读

15、取 a/d 转换的结果。 3）经 d/a 转换后的结果，通过控制继电器控制路灯的通断。 调用查表子程序 调用处理子程序 路灯延时子程序 程序开始 系统初始化 查询 a/d？ cpu 执行中断 结束 y n 图 4.1 程序设计框图 5.5.系统总体调试系统总体调试 在五个模块分别调试成功的前提下，按照电路图将五个模块连接好，检查 是否正确连接，连接正确时则可以接上 220v 的交流电源。遮住光敏电阻看是否 灯泡发光，加上声音时看灯泡是否发光。即在有光时不管有声音和没声音灯泡 都不亮，在无光时有声音时灯泡亮且延时 20 秒左右，没声音时灯泡不亮。如果 达不到设计要求或根本不会出现所要的结果，可以

16、用万用表和示波器逐个检测 信号，再检查是否存在虚焊的问题。调试过程中如果发现电路不是怎么灵敏， 可以调节声音检测放大系统的电位器，改变二极管基极的电压从而实现灵敏度 的调节，如果延时时间达不到要求可以调节电位器改变充放电路的放电时间。 电路安装要注意几个原则： 1）先装矮后装高、先装小后装大、先装耐焊等； 2）一定要注意排版，不能东倒西歪，方向应尽量一致； 3）布线尽量使电源线和地线靠近实验电路板的周边，以起一定的屏蔽作用； 4）最好分模块安装。此外焊接时不能出现虚焊、假焊、漏焊，更不能出现 过焊，因为有些器件，不能耐高温，比如焊接三极管时，电烙铁绝对不能停留 太久；同时过焊铜片将脱落，给焊接

17、带来不必要的麻烦、也将影响板子的视觉 效果。 6.6.结论结论 在为期两周课程设计实验中，完成了“声光控路灯控制系统”的设计。本 系统可以控制路灯、楼梯、库房等灯光的智能照明，即在有光是灯始终不亮； 在无光时当有声音时灯亮并且会延时一定的时间，无声音灯不亮。从而实现节 能节电的效果。由于此电路在光线较暗时是否接通取决于声音的强弱，通过放 大器对信号进行放大。本设计主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的 功能要求：声音检测放大模块是对外界声音信号的感应系统。光照度检测模块 主要是感应外界光照度。lc 充放电路为延时部分，三极管起到开关作用。 本方案的系统设计符合本次试题的要求，经过功率扩大、

18、电网通讯等方面 的改良，可以用于实际路灯控制，是一个低成本，高可靠性的合理方案。 这次的设计有很多的不足，做得比较辛苦效果却不是很好，从中反映出平 常很多东西都学的不够透彻，主要是上课听懂后就疏于下课复习巩固。从而在 真正用到要学的东西时才发现根本没有完全掌握。这种习惯养成的惰性往往在 最后耽误自己更多的时间，因此有必要去改变自己的学习方式。课程设计的每 一处细节都是一份锻炼。将平常所学的知识紧密地与实践联系在一起，通过查 阅资料不断充实而得到设计的灵感，在此过程中把所有的知识转化为真正对自 己有用的东西，得到能力的提升。 参考文献参考文献 1 童诗白.模拟电子技术基础（第四版）m.北京：高等

19、教育出版社，2006 2 高吉祥.电子技术基础实验与课程设计m.北京：电子工业出版社，2002 3 邱关源.电路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006 4 邓谦.低频线路指导书m.南昌：南昌航空大学信息工程学院，2009 5 胡斌.图表细说电子元器件m.北京：电子工业出版社 2008 6 郑步生.multisim2001 电路设计及防真入门与应用m.北京：电子工业出版 社 2008 7 郑学坚.微型计算机原理及应用(第三版). 北京: 清华大学出版 2000 年. 8 陈新城. 实用电子电路设计与调试m.中国电力出版社 9 田良. 综合电子设计与实践m.东南大学出版社 10 郭强. 液晶

20、显示应用技术m.电子工业出版社 附录附录一一 irq1 pta0 vss osc1 osc2/pta6 pta1 vdd pta2 pta3 ptb7 ptb6 ptb5 ptd7 ptd6ptb4 ptd0 ptb3 ptb2 ptd1 ptb1 ptb0 ptd3 pta4 ptd2 ptd5 ptd4 pta5 rst ic1 mc68hc908jl3 c10 104 r4 10k c7 22 c8 22 y1 16m c9104 c5 electro1 vss vdd vo rs(cs) r/w(sid) e(clk) db0 db1 db2 db3 db4 db5 db6 db7 p

21、sb nc rst nc led_a led_k lcd1128*64 cs sid clk cs sid clk read_l1 read_l2 out1_pmw out2_pmws7 sw-pb d3 led-jg rg1 100k rg2 100k rg3 100k rg4 100k rg5 100k rg6 100k r18 20k r17 20k r16 20k r15 20k r14 20k r13 20k d4 led d5 led d6 led d7 led d8 led r1 30k q3 lip31 q4 lip31 r23 10 r27 10 l1 led l2 led

22、r21 2k r26 2k r24 1k r28 1k c13 104 c14 104 out1_pmw out2_pmw read_l1read_l2 r6 10k r7 2k r8 4.7k r9 10k r10 30k r11 100k s6 sw-pb s5 sw-pb s4 sw-pb s3 sw-pb s2 sw-pb s1 sw-pb read_v1 read_v2 read_v3 read_v4 read_v5 read_v6 read_v1read_v2read_v3read_v4read_v5read_v6 bz buzzer q2 s8550 r20 10k buz bu

23、z d1 led r5 1k r12 15k rg7 68k gm gm out2 out2 +c11 47u +c12 47u q1s8550 dw 3v r2 100r r19 1k 1 2 jp1 currenttest1 1 2 jp2 current2 电压测试点电压测试点 电流测试点电流测试点 r3 8.2m r22 2k r25 2k 1 j3 1 j4 1 j1 1 j2 +12dcv 加散热片加散热片 t1 250vac/1000ma 1 2 3 4 d1-d4 bridge1 vin 1 gnd 2 vout 3 u1 l7812 vin 1 gnd 2 vout 3 u2

24、 l7805 +c2 104/50v c1 470uf/25v c3 104/50v +c4 220uf/16v c5 104/50v f1 250v/3a +12vdc+5vdc +5vdc+5vdc +5vdc +5vdc +5vdc +5vdc +5vdc +5vdc +5vdc 总体电路图 附录二附录二 部分源代码 void main()/主函数 p1m0=0 x06;p1m1=0 xff; p2m0=0 x00;p2m1=0 xff; tmod=0 x11; th0=0xfc;tl0=0x18; ea=1;et0=1;tr0=1; p3m0=0 x00;p3m1=0 xff; ini

25、tadc(); delay(10); read_jiyi(); loop: if(k1=0) while(!k1)display(); speak(); set_time();/设置时间 if(k2=0) while(!k2)display(); speak(); set_on_off();/设置开关灯时间 if(shi=set_on_shi)led2=0; if(shi=set_off_shi)led2=1; chaizi(); display(); goto loop; / uint get_adc(uchar ch) uint adc_r; adc_r=getadcresult(ch)*

26、4+adc_low2; return(adc_r); / uchar getadcresult(uchar ch) adc_contr = adc_power | adc_speedll | ch | adc_start; _nop_(); /must wait before inquiry _nop_(); _nop_(); _nop_(); while (!(adc_contr /wait complete flag adc_contr /close adc return adc_res; /return adc result / void initadc() p1 = p1m1 =p1m

27、0 =0 xff; /set all p1 as open-drain mode adc_res = 0; /clear previous result adc_contr = adc_power | adc_speedll; delay(2); /adc power-on and delay / uchar byte_read(uchar addh,uchar addl) iap_data = 0 x00; iap_contr = enable_isp; /打开 iap 功能, 设置 flash 操作等待时 间 iap_cmd = 0 x01; /iap/isp/eeprom 字节读命令 i

28、ap_addrh = addh; /设置目标单元地址的高 8 位地址 iap_addrl = addl; /设置目标单元地址的低 8 位地址 ea = 0; iap_trig = 0 x46; /先送 5ah,再送 a5h 到 isp/iap 触发寄存器,每次都需如此 iap_trig = 0 xb9; /送完 a5h 后，isp/iap 命令立即被触发起动 _nop_(); ea = 1; iap_disable(); /关闭 iap 功能, 清相关的特殊功能寄存器,使 cpu 处于安全状 态, /一次连续的 iap 操作完成之后建议关闭 iap 功能,不需要每次 都关 return (iap_data); /字节编程，调用前需打开 iap 功能，入口:dptr = 字节地址, a= 须编程字节的数据 void byte_program(uchar addh,uchar addl, uchar ch) iap_contr = enable_isp; /打开 iap 功能, 设置 flash 操作等待时 间 iap_cmd = 0 x02; /iap/isp/eeprom 字节编程命令 iap_addrh = addh; /设置目标单元地址的高 8 位地址 iap_addrl