智能路灯完整

1、长沙民政职业技术学院基于单片机的智能路灯的设计学院名称：电子信息工程学院专业名称：电气自动化班 级：1031班学生名称：何欢，郭颖悟，田太铭，杨春燕，李忠目 录一、 内容摘要2二、 引 言3三、 控制系统总框图及工作原理图4四、 控制系统的硬件简介6五、 电路设计原理图及说明12六、 软件设计及说明16七、 程序流程图及程序19八、 心得体会25一、内容摘要 随着社会的进步和需求。单片机应用领域得到不断地扩展。大多数智能产品、控制紫铜都是以单片机技术为核心来进行开发设计。我们这次的设计是以89C51单片机为控制核心的走廊路灯控制。核心系统是采用MSC-51系列单片机AT89C51和相关的红外线

2、感器智能路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过8951芯片的PI口控制路灯开关的功能。本设计说明书对该系统的硬件电路，工作原理进行了详细的介绍。同时给出了软件软件设计的流程图和主要的代码。二、 引言随着夜晚的来临，城市里华灯初上，人们消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上。在街道上，在小道里、在花园中，在急速行驶的公路上。路灯已经成为一个城市的照明系统不可分割、 举足轻重的作用，而这一切依赖的就是路灯自动控制系统。随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道的照明，而且发展成了装饰城市的一道亮丽的风景。利用51系列单片机可编程控制八位逻辑I/O端口实现路灯的智能化，达到节能、自动控制的

3、目的，避免了传统电路对能源的浪费。且路灯的自动控制更方便了工作人员的管理。本系统实用性强、操作简单。而且所有的路灯采用LED灯。众所周知，LED是目前最为节能的发光元件，通过采用LED发光可以节省大量的电能，而且LED发光柔和，亮度适中，对环境无污染，已经广泛地应用于各种照明场合。因此智能光控节能路灯必将在未来得到广泛地应用。本次设计系统的控制中心是89C51单片机。首先，在Protel软件环境中进行硬件操作电路图的设计。然后在proteus软件环境中进行系统的软件编程，并进行程序源文件的编译和调试，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件电路运行实现的源代码来源。把.hex文件加载到AT8

4、9C51单片机芯片，然后在Proteus软件环境中运行硬件电路，控制电路的功能就能够实现了。本设计的系统主要由：AT89C51为中央处理芯片，用于信号采集，初值设定。本系统主要实现的功能：（1）、路灯的传统手动全开或全关。（此情况可做应急时处置）（2）、当有人通过时路灯才会点亮，且点亮的路灯个数视行人所处的位置决定，当行人进入路灯路面时只能点亮路人所处位置相邻的两盏灯。（3）、路人走过路段的路灯在行人走过后自动熄灭。三、系统工作原理与系统方框图系统工作原理本次课程设计题目是基于单片机的智能路灯的设计，此课题要求以路灯控制器为对象，完成硬件系统和软件系统程序的设计，实现以传统手动和行人通过控制两

5、种方式来控制路灯的亮灭功能，属于软硬件结合的题目。其中硬件包括：单片机最小系统、路灯控制电路部分、手动控制部分、行人检测电路部分；软件包括：电子软件Protous、Keil-C51软件。工作原理简图如下：行人行人检测系统单片机路灯控制本系统需要如下电路元器件，其中电路元器件及相关参数的需要：AT89B51 实验板一块；单片机最小系统所需的12M晶振一个；路灯控制电路部分所需的LED灯八个，470欧姆电阻八个，单刀单置开关两个；行人检测电路所需的2K电阻八个，红外线传感器八个（注释： 仿真时用开关代替）；+5V直流电压源一个。实验所需设备器材：PC机一台机相关软件。最小系统是51单片机的最基本的

6、组成部分，51 单片机的引脚虽然只有四十，但它有很多的扩展功能，根据相应的课题设计要求设计相应的外围电路。此外还要注意P0口，通常P0-P3口用作通用I/0 K口，当P0接口用于I/0 接口时，必须街上拉电阻，其他不需要。系统总框图如下：行人检测手动控制AT89C51单片机路灯控制当程序启动后，单片机处于设置的原始状态；所以灯全关，所以红外传感器打开手动控制开关处于关灯状态 。此时系统开始正常工作。如果有行人进入智能路灯面前，红外传感器检测到信号，并以电压的形式吧信号送给单片机，单片机根据传感器送来的信号个传感器的布置，点亮相应的传感器所处的位置LED路灯，当行人通过这个路灯后，达到下一个路灯

7、时，上一个路灯熄灭。所处位置处和所处位置下一个灯亮。从而实现自动控制，达到节能的效果。当人通过最后一个路灯后，最后一个灯延时8s熄灭。在紧急的情况下，所有的路灯都要打开，此时通过手动开关打开路灯，紧急情况过后，关闭所以路灯。系统恢复正常。四、控制系统的硬件简介AT89C51 简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由

8、于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机示意图（4-2-1）VCC：供电电压。GND：接地。   P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口

9、，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时

10、，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。    P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时当8051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

11、电平，堆栈指钟写入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， 特殊功能寄存器 初始态 特殊功能寄存器 初始态 ACC 00H B 00H PSW 00H SP 07H DPH 00H TH0 00H DPL 00H TL0 00H IP xxx00000B TH1 00H IE 0xx00000B TL1 00H TMOD 00H TCON 00H SCON xxxxxxxxB SBUF 00H P0-P3 1111111B PCON 0xxxxxxxB 8051的初始态

12、ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访

13、问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。    XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时

14、钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89S51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能

15、，直到下一个硬件复位为止。红外线传感器简述热释电红外传感器通过目标与背景的温差来探测目标，其工作原理是利用热释电效应，即在钛酸钡一类晶体的上、下表面设置电极，在上表面覆以黑色膜，若有红外线间歇地照射，其表面温度上升T，其晶体内部的原子排列将产生变化，引起自发极化电荷，在上下电极之间产生电压U。常用的热释电红外线光敏元件的材料有陶瓷氧化物和压电晶体，如钛酸钡、钽酸锂、硫酸三甘肽及钛铅酸铅等。实质上热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极。在环境温度有T的变化时，由于有热释电效应，在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的

16、输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器也称为人体运动传感器。由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离可增加到10m左右。热释电红外感应传感器内部电路及工作原理热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路如图1所示。光学

17、滤镜的主要作用是只允许波长在10m左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。 红外感应源通常由两个串联或者并联的热释电元件组成，这两个热释电元件的电极相反，环境背景辐射对两个热释电元件几乎具有相同的作用，使其产生的热释电效应相互抵消，输出信号接近为零。一旦有人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元件接收，由于角度不同，两片热释电元件接收到的热量不同，热释电能量也不同，不能完全抵消，经处理电路处理后输出控制信号。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起晶体表面电荷的现象。热释电红外传感器由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成

18、，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=O，传感器无输出。在自然界，任何高于绝对温度(-273)时物体都将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低有关。人体或者体积较大的动物都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10m左右的红外线，当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，人体发射的10m左右的红外线通

19、过菲涅耳透镜滤光片增强后聚集到红外感应源(热释电元件)上，红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，进而产生T并将T向外围电路输出，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有信号输出，所以这种传感器适合检测人体或者动物的活动情况。 热释电红外传感器的主要参数: 热释电红外传感器的主要工作参数有:工作电压:常用的热释电红外传感器工作电压范围为315V;工作波长:通常为7.514 m;源极电压:通常为0.41.1V，R=47k;输出信号电压:通常大于2.0V;检测距离:常用热释电红外传感器检测距离约为610m；水平角度:约为12

20、0°；工作温度范围:1040。五、电路设计及说明 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。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，并将结果传送给相应的执行电路。单片机控制电

21、路相关的电路原理图如下图所示：路灯控制电路部分路灯控制电路是智能路化灯控制器电路的发光部分，也是整个硬件电路的基本组成部分之一，这一部分电路相对来说比较简单，起控制作用的元件是单片机，其控制功能主要通过指令系统的指令来实现。这一部分电路主要有8个LED灯、8个470欧姆的电阻、电源和单片机组成。该部分电路如下图所示：行人检测电路部分行人电路部分是智能路化灯控制器电路的检测部分采用红外传感器检测人体温度变化,通过红外对管将检测到的数据发送至单片机,单片机处理后送至LED显示。红外传感器检测电路将检测到的信号以高低电平的形式传送给单片机，从而完成整个光电检测的过程。这一部分电路主要有8个红外传感器

22、（仿真用8个开关代替）、8个2K欧姆的电阻、电源和单片机组成。该部分电路如下图所示：手动控制部分手动控制电路是智能路化灯控制器电路的应急处置部分，是路灯的传统手动全开或全关，也是整个硬件电路的基本组成部分之一，这一部分电路相对来说比较简单。这一部分电路是由两个单刀单置开关、单片机组成。该部分电路如下图所示：总体电路图硬件电路原理图经过长时间的设计，仿真，才得出了本次课程设计的硬件电路部分。对于本次的课程设计我们可以发现本次设计课题的硬件电路可分为以下四个组成部分：单片机控制电路部分、路灯控制电路部分、手动控制部分、行人检测电路部分。将各部分电路加以分析和组合，就可以得到整个硬件电路部分的原理图

23、，原理图如下所示：6、 软件设计及说明Proteus软件环境介绍 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（ EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 其功能特点如下: Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。这些功能

24、是：原理布图；PCB自动或人工布线；SPICE电路仿真。革命性的特点：1.互动的电路仿真  用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。 2.仿真处理器及其外围电路  可以仿真51系列、AVR、PIC等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 具有3大功能模块:（1）个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；（2）PROSPICE混合模型SPICE仿真;（3）ARES

25、PCB设计. Protues提供了丰富的资源: （1）Proteus可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数种元器件，有30多个元件库。（2）Proteus可提供的仿真仪表资源 ：示波器、辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。（3）除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结

26、果的影响。 （4）Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。 软件仿真:支持当前的主流单片机，如51系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。 (1）提供软件调试功能(2）提供丰富的外围接口器件及其仿真，RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。(3） 提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件

27、的调试能力。(4） 具有强大的原理图绘制功能。电路功能仿真:在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus是单片机课堂教学的先进助手：Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就

28、业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。 软件缺点:（1）器件库溃乏，库中缺少很多重要芯片，严重影响电路仿真（2）软件出错或乱码，此时仿真效果不及硬件仿真。 keil c51简介Keil C51是美国Kei

29、l Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统14，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，其中uVi

30、sion与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中15。使用独立的Keil仿真器时，注意事项：仿

31、真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。 七、程序流程图及程序（1） 主程序流程图 控制相应的路灯点亮进入相应的中断程序手动开关是否按下设初值，开中断初始化开始Y检查是否有行人通过NYN（2）中断程序流程图路灯全开进入紧急手动全开中断紧急情况结束后返回主程序路灯全关（3）延时程序流程图返回主程序循环次数是否足够？启动定时器定时器赋初值设定循环次数调用延时程序 Y N程序编程：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit sw1=P32;sbit sw2=P33;uint num,j;void delays(uint x) uint