智能路灯控制器

1、青岛理工大学毕 业 论 文题目： 智能路灯控制器设计 学生名字： XXXXXX 学生学号： 200989050 院系名称： 机电工程系 专业班级： 机械设计制造及其自动化091班 指导老师： XXXXXXXX 2013 年 6月 15日毕业论文任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 091 姓名 下发日期 2013-3-01 题目智能路灯控制器设计专题自动控制主要内容及要求主要内容： 1、利用51单片机作为主控制器设计一个路灯控制系统。 2、该系统具有按时开灯与关灯的功能。 3、该系统还能根据自然光线的明暗自动开灯或关灯。主要要求： 1.设计一个路灯自动照明的控制电路，当日照光亮到一定程度时

2、使灯自动熄 灭，而日照光按到一定程度时又能自动点亮，可用一白炽灯作为光源 2.涉及计时电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间 3.设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。主要技术参数 1、工作电源：交流220V+-20% 2、整机功耗：在开灯状态下2W,其余状态1W>. 3、计时精度：误差+-0.5s/d（室温23。C +- 3C） 6、工作温度：-10-+55c 7、存温度：-40c -80 c. 进度及完成日期4月1日-4月19日，查阅国内外文献,上交开题报告4月22日-5月10日，系统方案选择与论证,软硬件设计。5月13日-5月24日，主要参数计算及元器件的选择,上交中期审核表

3、。5月27日-6月5日，完成毕业设计论文书的撰写,上交初稿。6月6日-6月15日，根据老师意见进行修改完善。6月16日-6月20日，论文打印,完成答辩PPT,准备答辩。系主任签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期指 导 教 师 评 语指导教师: 年 月 日青岛理工大学毕业论文评阅意见表论文题目智能路灯控制器设计评价项目评价标准(A级)满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规范、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计(论文)

4、；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观真实。20192017181516131412论文质量设计(论文)结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、图、表规范；有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计(论文)有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计(论文)提交答辩：是( ) 否( )具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日注：1.请按照A级标准，评出设计(论文)各项目的具体得分，并填写

5、在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分<60分，“设计(论文)质量”<24分，建议不能提交论文评阅乃至答辩。 该设计(论文)须限期修改合格后重新申请答辩。 3.评阅意见栏不够可另附页。答 辩 委 员 会 评 语评定成绩周 记说明书(或论文)图 纸答 辩总 评答辩委员会主席签字日 期(5%)(65%)(30%)百分制等级制青岛理工大学论文摘 要近年来随着我国经济的飞速发展，电力消费也随之快速地增长。而今电力资源已成为一种紧缺型资源。如何节能降耗己成为近年来世界性的研究的热点课题。现今路灯已经成为一个城市的照明和夜景美化不可分割更无可替代的一部分，在城市照明和美化中发挥着举足轻

6、重的作用。如何做到高效节能，靠的就是路灯自动控制系统。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。本文研究的基于单片机的智能路灯控制系统正是针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而开发出的新型节能控制系统。它是集自动启停、智能分时启停、智能光线调控于一体的路灯控制装置。分时和光线双重智能控制是该控制装置的主要特点。讨论了智能路灯控制系统的构思、设计方案，介绍了该装置的系统设计、工作原理，详细分析了以AT89C51为主控单元的硬件电路设计。实验表明，智能路灯控制系统可明显的提高路灯的用电效率，在崇尚能源节约，电力资源合理配置的今

7、天，该装置有着十分广阔的社会和商业前景。关键词：智能路灯；单片机-AT89C51ABSTRACTWith the rapid development of China's economy in recent years, power consumption is also growing quickly. Nowadays the power resource is becoming a scarce resource. How to save energy has become a worldwide hot research topic in recent years. Nowad

8、ays street lights has become a indivisible more irreplaceable part of city's lighting and night to beautify, playing a pivotal role in the urban lighting and landscaping. How to use energy more efficiently, must rely on street lamp automatic control system. Single-chip microcontroller is widely

9、used in street lighting works for its high integration, processing capability, high reliability, simple structure and low cost advantages. In this paper, single-chip microcontroller - based intelligent street light control system is a new energy-saving control system precisely for China's urban

10、lighting on the enormous energy consumption. It is a set of automatic start and stop, smart timeshare regulator, intelligent light voltage control in one street light control devices. Time-sharing and lighting intelligent control are the main features of the control device.It discussed the idea of i

11、ntelligent street light control system, design of the device system design, working principle, a detailed analysis of the hardware circuit design making AT89C51 as the main control unit.Experiments show that the intelligent street lighting control systems can be significantly improved the energy eff

12、iciency of street lights, and in advocating energy conservation and the rational allocation of power resources, the device has a very broad social and business prospects.Keywords： Intelligent street lighting; Single-chip microcontroller-AT89C51II目 录第1章 绪论11.1 引言11.2 选题的背景11.3 选题的意义2第2章 总体设计32.1 系统整体

13、方案设计32.2 系统整体方案论证4第3章 系统硬件设计53.1 主控单元的设计53.2 电源模块单元的设计83.3 键盘模块单元的设计93.4 单片机最小系统电路103.5 实时时钟模块单元的设计11 3.5.1 DS1302概述11 3.5.2 实时时钟模块的硬件电路设计153.6 环境明暗检测模块单元的设计16 3.6.1 光敏电阻的概述16 3.6.2 ADC0832概述19 3.6.3 环境明暗检测模块的硬件电路设计213.7 LCD显示模块单元的设计22 3.7.1 LCD1602的概述22 3.7.2 LCD显示模块的硬件电路设计283.8 路灯控制模块单元的设计29 3.8.1

14、 继电器的概述29 3.8.2 PNP型三极管的概述30 3.8.3 路灯控制模块的硬件电路设计30第4章 系统的软件设计324.1 简述系统软件设计32 4.1.1 数据采集与处理程序32 4.1.2 有效性检查334.2 系统程序的结构33 4.2.1 程序模块分类及功能33 4.2.2 程序流程图34第5章 结论375.1 主要工作及结论375.2 遇到的问题375.3 感想及收获37参考文献39附录A：硬件设计原理图40附录B：软件程序清单41附录C：英文文献53II第1章 绪论1.1 引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

15、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；光污染现象严重等这些问题的产生无疑给当地

16、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。1.2 选题的背景随着社会的发展，能源问题己经成为全球最为关注的问题之一，能源危机已经成为全人类所面临的主要危机

17、，特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧，电力紧张阻碍着我们的日常生产、生活，甚至严重影响到我国经济的发展与社会文明的进步。在城市亮化、美化大潮的趋势下，城市景观照明耗电也吞噬着我们的电力资源。而发电企业投资和建设需要一个较长的周期，快速的经济发展需要更多更充足的电力供应和消耗，电力的供求之间矛盾重重。此时，灯光照明行业节电也成为了我们的必然选择。而目前，我国的路灯管理依然处在依靠人工管理的尴尬现状。结果是无形中增加了人力、物力和财力大量不必要的消耗。1.3 选题的意义本设计方案采用光线和时间的双重模式控制，在很大程度上做到了“随需而控”，不仅仅达到了节约电能节约维护费用的要求，而且在节能的基

18、本要求上达到了设备使用寿命更长、控制方式灵活多样和照明质量更加柔和的效果。在此设计中控制模式同传统的“全夜灯”造成的电能浪费及路灯使用寿命的减短和“半夜全灭或半灭灯”由于无光照和光照质量较差而带来交通安全问题的控制模式相比，它在很大程度上克服了传统路灯的照明和管理存在浪费大，路灯使用寿命短，人员工作业量大，照明效果不如意，设备维护费用大等难题，同时符合了当今社会所倡导的节约型、可持续性发展的标准，因而拥有良好的可行性和具有很大的实用价值。其产生的直接或间接的巨大的社会经济效益具体体现在一下几个方面：1、单从电费支出上可以看出，采用智能路灯节能控制设备后，以最低节电率计算，每年可节省大量的财政支

19、出；2、路灯控制系统技术的提升，可大大提升路灯设备的使用寿命，降低城市路灯的维护量，减少维护所需的人力资源的消耗，缩减运行维护成本，节约财政支出； 3、倘若积极推广采用新技术的话，除了节约大量电费和维护资金以外，同时还可节约大批的原煤等资源，更有利于环境保护，既节约了能源又落实了国家可持续发展的方针政策。 第2章 总体设计本设计由主控单元、LCD显示模块、环境明暗检测模块、电源模块、键盘模块、实时时钟模块、路灯控制模块等模块组成，其结构框图如图2.1所示。图2.1 路灯控制系统结构框图2.1 系统整体方案设计方案一：采用单片机来作为主控制器，采用矩阵键盘输入，并通过LED数码管对设定时间和功率

20、调节设定范围进行显示；通过使用光敏电阻和三极管联合驱动的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。方案二：采用AT89C51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模数转换的方式，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，然后通过继电器等相关的执行元件来实现以怎样的功率自动开灯关灯。2.2 系统整体方案论证方案比较：方案一采用矩阵键盘可节省单片机IO口资源

21、，但电路复杂，调试困难；通过使用光敏电阻和三极管联合驱动的方式提供给单片机输入传感信号，提供的输入信号相对来说对环境的要求较低，但精度却难以掌控。相对于方案二难以达到高精度、高效率的效果。相比之下由于方案二使用继电器等和关的执行元件，使系统的设计更加接近实际应用，在实际应用中，系统是由电子电路到电气电路的控制，使用继电器等可使系统的现实性大大增强；使用LCD液晶1602显示更直观、清晰，系统具有更好的稳定性，能够完全满足本课题需求，控制结构简单，成本低，许多功能通过软件实现，整个电路元器件少，系统完全由一个单片机控制 ，性价比高。同方案一相比不仅控制方式更加灵活，而且在节能的同时采取半额定功率

22、运行的方式可以达到延长路灯设备使用寿命和照明质量更加柔和的效果。因此，我们采用案二。第3章 系统硬件设计3.1 主控单元的设计AT89C51简介MCS-51系列单片机是由美国的Intel公司开发研制，并于1980年推出的产品。与MCS-48系列单片机相比，其以典型的体系结构和完善的专用寄存器集中管理方式，方便的逻辑位操作功能及丰富的指令系统1，堪称一代“名机”，为之后的其他单片机的发展奠定了基础。因此，MCS-51系列单片机结构先进，功能强大，增加了更多的电路单元和功能模块，指令数达111条。其中的代表作便是AT89C5x系列单片机，而本文所用的便是AT89C51单片机。现简要介绍如下： 1、

23、中断系统AT89C51具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。2、时钟电路AT89C51内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但AT89C51单片机需外置振荡电容。3、AT89C51的引脚说明AT89C51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：图31 AT89C51引脚RES

24、ET/复位信号复用脚，当AT89C51通电，时钟电路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指针写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态2。AT89C51的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见下图。此外，RESET/还是一复用脚，Vcc掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。图32 AT89C51的复位方式A

25、LE当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。EA/程序存储器的内外部选通线，8051和8751单片机，内置有4kB的程序存储器，当EA为高电平并且程序地址小于4kB时，读取内部程序存储器指令数据，而超过4kB地址则读取外部指令数据。如EA为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。显然，对内部无程序存储器的8031

26、,EA端必须接地。4、存储器系统AT89C51单片机存储器在的物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间，程序存储器ROM：我们为了让单片机实现某一功能，需要利用汇编语言或其他语言编写一些源程序，然后再烧录到芯片中。我们编写的这些程序，就存储在程序存储器空间中。数据存储器RAM：我们编写的源程序，在运行的过程中，会产生一些临时的运算结果，这些结果需要临时存放在一个地方，这个地方就是数据寄存器。从用户使用的角度，8051存储器地址空间分为三类：1、片内片外统一编址的0000H-FFFFH的64K字节的程序存储器地址空间，用16位地址。2、64K字节片外数据存储器空间，地址也是从0000H-FF

27、FFH用16位地址。3、256字节数据存储器空间，用8位地址3。一、程序存储器地址空间8051程序存储器用于存放编写好的程序和表格常数。程序存储器通过16位程序计数器PC寻址。寻址能力为64K字节。片内ROM为4KB。地址为0000H-0FFFH。片外最多可扩至64K字节。地址为1000H-FFFFH。片内片外是统一编址的。当引脚EA接高电平时，8051程序计数器PC在0000H-0FFFH范围内，即前4K字节地址执行片内ROM中的程序。当指令地址超过0FFFH后，就自动转向片外ROM中取指令。0003H-0023H单元被均匀的分为5段。用作5个中断服务程序的入口。因为5个入口之间间隔较小，因

28、此一般来说，这五个入口都是存放着一条跳转指令，而把真正的中断服务程序安排在后面的存储单元中。二、数据存储器空间数据存储器RAM用于存放运算中的结果、数据暂存或缓冲、标志位等。数据存储空间也分为片内和片外两大部分，即片内RAM和片外RAM4。3.2 电源模块单元的设计电子设备中所用的电源绝大部分是直流电源，而电网所提供的是交流电源，因此需要把交流电变换成直流电。直流稳压电源就是用来完成这一功能的。具体变换过程是先用变压器从电网上获得一定大小的交流电压，然后利用二极管的单向导电性将交流电压变换成一个单方向的脉动电压，再通过滤波电路滤掉其中的脉动成分从而得到比较平稳的直流电压。这个过程称为整流和滤波

29、，最后通过稳压电路使输出电压基本上不随电网电压或负载的改变而改变5。单相全波桥式整流电路的结构及输出波形如图33所示其负载电阻上的电压平均值Uo 与变压器副边电压U2 的关系为Uo=0.9U2 图33 电源整流电路原理实际的滤波电路种类很多，它们一般都是由具有储能特性的电容及电感构成的使用时一般直接接在整流电路的输出端。本设计选用的滤波方式为简单常用的电容滤波如图34所示它的输出基本上是平滑的直流量。图34 电源滤波电路原理经整流和滤波后的电压已很平滑，在要求不高时可作为直流电源使用。但由于其输出电压往往会随交流电源电压的波动和负载的变化而变动，为此在要求较高时整流和滤波电路之后还应增加稳压措

30、施以使负载上得到一个比较稳定的直流电压，本设计稳压环节使用的是三端集成稳压器如图35所示6。图35 电源电路图中C2用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡，其容量较小。C3用于消除输出电压中的高频噪声。3.3 键盘模块单元的设计键盘模块的硬件电路设计如图36所示。K1、K2、K3、K4分别同P3.0、P3.1、P3.2、P3.3相连，当S2、S3、S4、S5任意一个键按下时，同它相连的端口则被拉低。在此设计中，S4为功能切换键，实现运行模式、时间调整模式和退出模式的切换。S5为运行模式下实现“自动”、“手动”的切换若在时间调整模式下S2设置为“加一”功能键，S3设置为“减一”功

31、能键；若在手动操作模式下S2设置为“开”功能键，S3设置为“关”功能键。图36 键盘电路3.4 单片机最小系统电路单片机最小系统是单片机系统的核心，其他的外围电路都是在最小系统的基础上实现的。单片机最小系统是由单片机、复位电路、时钟电路、电源和地端组成，一般情况下，单片机系统采用外接石英晶体与内部运放组成时钟振荡器作为系统时钟源，而在多机系统中，单片机只作为一个功能模块使用，为节省硬件和统一系统的时钟信号，常采用外时钟源。单片机最小系统是单片机控制电路的核心7。在整个系统中，单片机控制电路是整个系统的核心，负责对光电检测电路采集到光信号进行处理和加工，并按照之前设定好的指令进行执行、运算，并将

32、结果传送给相应的执行电路。单片机控制电路相关的电路原理图如图3.7所示：图37 单片机最小系统电路3.5 实时时钟模块单元的设计3.5.1 DS1302概述DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI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和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5V5.5V。DS1302的外部引脚分配如下图38所示及内部结构如下图39所示。DS1302用于数据记录特别是对某些具有特殊意义的数据点的

33、记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。图38 外部引脚分配图39 DS1302内部结构功能特色：时钟计数功能，可以对秒、分钟、小时、月、星期、年的计数，年计数可达到 2100年；有31*8位的额外数据暂存寄存器；最少I/O引脚传输，通过二引脚控制工作电压：2.55.5 V；工作电流小于320纳安(2.0V )；读写时钟寄存器或内部RAM （31*8位的额外数据暂存寄存)可以采用单字节模式和突发模式；8-pin DIP封装或8-pin SOICs；兼容TTL(S.OV)；可选的工业级别，工作温度-4085摄氏度;双重电源补给，备用电源可采用电池或者超级电容(0.

34、1F以上)，可以用老式电脑卞板上的3.6V充电电池。如果断电时间较短(儿小时或儿天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100uF就可以保证1小时的正常走时。DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。图3.10 DS1302工作原理图工作过程：主要工作原理图如上图3.9所示：移位寄存器，控制逻辑，晶振，时钟和RAM。在进行任何数据传输时，RST必须被制高电平(注意虽然将它置为高电平，内部时钟还是在晶振作用下走时的），此时，允许外部读写数据在每个SCLK上升沿时数据被输入，下降沿时数据被输出，一次只能读写一位，无论是读还是写都需要通过串行输入控制指令来实现(也是一个字节)，通过8个脉

35、冲便可读取一个字节从而实现串行输入与输出。最初通过8个时钟周期载入控制字节到移位寄存器。如果控制指令选择的是单字节模式，连续的8个时钟脉冲可以进行8位数据的写和8位数据的读操作，SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，SCLK脉冲的下降沿读出。DS302的数据。8个脉冲便可读写一个字节。在突发模式，通过连续的脉冲一次性读写完7个字节的时钟/日历寄存器(注意时钟/日历寄存器要读写完)，也可以一次性读写28位RAM数据(可按实际情况读写一定数量的位，不必全部读写，两者的区别)。表3.1 控制指令765432101RAM/CKA4A3A2A1A0RD/W控制指令： 控制指令(8位)如上表3.

36、1所示。每个字节的传输是有控制字节指定的，控制字节的最高位bit7必须是1，如果是0，写入将被禁止，因此我们如果将这位置1，可以禁止写入。bit6为0则指定对时钟/日历寄存器控制读写操作，为1则为RAM区数据的控制读写操作，bit1bit5指定相关寄存器待进行输入输出操作，最低位bit0指定是输入还是输出，为0则为输入，相反则输入有效，输入输出根据脉冲的上升沿和下降沿串行进行。复位以及时钟控制：所有的数据传输在RST置1时进行，RST输入信号有两种功能：首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传

37、送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在VCC>=2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。图311 DS1302读写时序数据的传输如图3.11所示：1、数据输入经过8个时钟周期的控制字节的输入，一个字节的输入将在下个时钟周期的上升沿完成，数据传输从字最低位开始。2、数据输出经过8个时钟周期的控制读指令的输入，控制指令串行输入后，一个字节的数据将在下个时钟周期的下降沿被输出，注意第

38、一位输出是在最后一位控制指令所在脉冲的下降沿被输出，要求RS保持高电平。同理8个时钟周期的控制读指令如果指定的是突发模式，将会在脉冲的上升沿读入数据，下降沿读出数据，突发模式一次可进行多字节数据的一次性读写，只要控制好脉冲就行了。突发模式：上面己经提到过的突发模式可以指定为任何时钟/日历或RAM的寄存器，与以前一样，位6指定时钟或RAM,位0指定读或写。读取或写入的突发模式开始在位0地址0。时钟/口历：时钟/日历包含在7个寄存器中。数据在时钟/日历寄存器是二进制编码的十进制格式BCD4码。时钟停止标志：秒寄存器的bit7是时钟停止标志位，如果这位是1，时钟晶振停止起振，DS1302进入低功耗待

39、命模式，耗用电流小于100 nanoamps，如果这位是0晶振开始起振。AM-PM/12-24模式选择：小时寄存器的bit7是AM-PM/12-24模式选择选择位，这一位为1时，选择了12小时制，为0时，选择了24小时制，在12小时制下，bit5为1选择了PM，在24小时制下，bit5选择了2023小时段。写保护位：控制字节的bit7是写保护位(前面己经提到)，低7位(bit0bit6)，被置0，在任何写操作前，bit7都应该置0。3.5.2 实时时钟模块的硬件电路设计具体电路如下图3.16所示。BT1为电压值3V的纽扣电池，作为DS1302的备用电源，以保证即使突发性的掉电的情况下也能正常计

40、时。Y7为一个32.768 KHz的晶振。DS1302的5、6、7端分别同单片机的P2.1、P2.2、P2.3相连，同时在还为它们配置了阻值为10K的上拉电阻，能最大程度的保证操作与通讯的准确和稳定。同为实时时钟芯片，DS12C887功能更为强大，能同单片机实现并行通讯、串行通讯。虽说在使用时单片机的端口占用率并没有较DS1302有所增加，但是DS12887相较DS1302要昂贵的多。同时在备用电源方面，DS12C887采用的是锂电池(集成在芯片内部)同DS1302采用的纽扣电池相比更换较难，而我们采用元器件的原则是“随需而购，节约为先”，通过比较所以选择DS1302较宜。图3.12 实时时钟

41、模块电路3.6 环境明暗检测模块单元的设计3.6.1 光敏电阻的概述1、光敏电阻介绍光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种

42、由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。2、基本特性及其土要参数a.暗电阻、亮电阻光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。

43、此时流过的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的.灵敏度就高。b.伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。由下图3.13可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压从不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。图3.13 光敏电阻的伏安特性 图3.14 光敏电阻的光电特性 图3.15 光敏电阻的光谱特性c.光电特性光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。

44、如上图3.14所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。d.光谱特性对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏度是不相同的。各种材料的光谱特性如上图3.15所示。从图中看出，硫化隔的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。e.频率特性图3.16 光敏电阻的频率特性 图3.17 硫化铅的光谱温度特性当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同。图3.16给出相对灵敏度Kr，与光强变化频率

45、f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用频率比硫化铅高的多。但多数光敏电阻的时延都较大，因此不能用在要求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。f.温度特性光敏电阻和其他半导体器件一样，受温度影响较大，当价温度升高时，它的暗电阻会下降。温度的变化对光谱特性也有很大影响。图3.17是硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，有时为了提高灵敏度，或为了能接受远红外光而采取降温措施。3.6.2 ADC0832概述ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎

46、，其目前已经有很高的普及率。芯片引脚分布如图3.18所示：图3.18 ADC0832引脚分布图ADC0832有以下特点：1、8位分辨率；2、双通道A/D转换；3、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；4、5V电源供电时输入电压在05V之间；5、工作频率为250KHz，转换时间为32S；6、一般功耗仅为15mW；7、8P、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装；8、商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为40°C to +85°C。芯片接口说明：1、CS片选使能，低电平芯片使能；2、CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用；3、CH

47、1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；4、GND芯片参考0电位（地）；5、DI数据信号输入，选择通道控制；6、DO数据信号输出，转换数据输出；7、CLK芯片时钟输入；8、VCC/REF电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对ADC0

48、832的控制原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下

49、沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表3.2。表3.2 通道功能选择MUX AddressChannel #SGL/DIFODD/SIGN0110+11+00+-01-+如表3.2所示，当此两位数据为1、0时，只对CH0进行单通道转换。当两位数据为1、1时，只对CH1进行单通道转换。当两位数据为0、0时，将CH0作为正输入端 IN+，CH1作为负输入端 IN-进行输入。当两位数据为0、1时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲

50、下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。更详细的时序说明请见下图3.19。图3.19 ADC0832操作时序图作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入

51、时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.6.3 环境明暗检测模块的硬件电路设计在此设计中我们使用光敏电阻同ADC0832模数转换器相结合的方式来实现对环境明暗程度的检测。所选光敏电阻GMR1的亮电阻阻值在2K至10K之间变化，所以选择阻值为10K的电阻R8同光敏电阻串联连接形成分压电路。环境明暗程度的检测的原理如下：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ADC0832的通道0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

52、处理。如此便实现环境明暗程度信号的向模拟信号转换，最终向数字信号的转换，也就使系统能对环境明暗程度信号间接的进行相应的分析并处理。具体电路如图3.20所示。图3.20 环境明暗检测模块电路3.7 LCD显示模块单元的设计3.7.1 LCD1602的概述1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个5×7或者5×11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。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，所以他不能显示图形。1602LCD是指显示的内容为16×2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。表3.3 LCD1602 DDRAM地址与屏幕对应关系显示位置1234567