路灯控制系统毕业设计论文.docx

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路灯控制系统毕业设计论文

摘要

STC89C52RC单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

本系统以毕业设计的题目要求为目的，采用8051单片机为控制核心，利用光敏传感器出检测环境的明暗变化以及路灯的工作状态，利用对射式红外线检测交通的情况，通过在硬件的基础上进行编程，利用软件达到路灯模拟系统的支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯；支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯；路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态；支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间；当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。

整个系统的电路结构简单，可靠性能高。

实验测试结果满足要求。

采用的技术主要有：

（1）通过编程来路灯的状态。

（2）传感器的有效应用；

（3）新型显示芯片的采用.

关键词：

STC89C52RC单片机声光报警光电传感器红外传感器

Abstract

ThesystemUSESthemonolithicSTC89C52RCasthecoreofthesystemsimulationstreetlampcontrol.Infraredsensorbyelectriccircuit,photosensitivefeedbackcircuit,keyboardinputanddigitalpipedisplaycircuit,LEDlampcircuitstructure,voiceandLEDindicatorlightbuzzercircuit,constantcurrentsourcecircuit.Theclockbysingle-chipmicrocomputersystemstructure,usingphotoconductiveresistanceinductionexternalenvironmentlightanddarkchangeanddetectionofLEDlights,usingstatereflectingphotoelectricsensortestthewayinformation.Reliablehardwaredesignandoptimizationsoftwarealgorithm,andindependentkeyboardandsevenperiodofdigitaltubemakesstreetlampofthecontrolsystemoftheoperationissimple,intuitive,systemhassetupfaultalarmfunction,makethisadesignmorehumane.

Keyword:

STC89C52RCSinglechipLEDIndicatorFaultalarm

第一章绪论

随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。

全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。

可见其研究意义很大。

本设计就是在这样的背景下提出的，指导教师已经有充分的准备。

本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。

设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。

根据题目的要求，确定如下方案：

在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机。

以80C51为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，快慢速行驶，以及自动停车，并可以自动记录时间、里程和速度，自动寻迹和寻光功能。

80C51是一款八位单片机，它的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

它是第三代单片机的代表。

第三代单片机包括了Intel公司发展MCS-51系列的新一代产品，如8ｘC152﹑80C51FA/FB﹑80C51GA/GB﹑8ｘC451﹑8ｘC452,还包括了Philips﹑Siemens﹑ADM﹑Fujutsu﹑OKI﹑Harria-Metra﹑ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色﹑与80C51兼容的单片机。

新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展，以实现Microcomputer完善的控制功能为己任，将一些外部接口功能单元如A/D﹑PWM﹑PCA（可编程计数器阵列）﹑WDT（监视定时器）﹑高速I/O口﹑计数器的捕获/比较逻辑等。

这一代单片机中，在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线，为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。

Philips公司还为这一代单片机80C51系列8ｘC592单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线----CAN（ControllerAreaNetworkBUS）.

新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础。

本设计就采用了比较先进的80C51为控制核心，80C51采用CHOMS工艺，功耗很低。

该设计具有实际意义，可以应用于考古、机器人、医疗器械等许多方面。

尤其是

在足球机器人研究方面具有很好的发展前景；在考古方面也应用到了超声波传感器进行检测。

所以本设计与实际相结合，现实意义很强。

第二章方案设计与论证

根据题目的要求，确定如下方案：

利用光电传感器和红外传感器进行外部路灯状态和交通状态的信息收集，然后将收集的数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对路灯的智能控制。

这种方案能实现对路灯的工作进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

一外部环境明暗的检测单元

方案一：

采用光敏二极管感受外届光照变化，无光照时,有很小的饱和反向漏电流，二极管截止；光照时反向电流增大，形成光电流。

方案二：

采用光敏电阻对光源的感应改变自身电阻，由电压比较器提取之间电压，考虑到电阻变化的灵敏度，采用两个光敏电阻串联的方式，通过改变与光敏电阻串联的电位器的值可以调节光敏电阻的感光范围。

考虑到现实中声光控制技术的运用已经证明了光敏电阻完全可以达到要求，且价格便宜，电路简单。

综合考虑以上方案采用光敏电阻。

二路况的检测单元

方案一、采用摄像头或探测头收集路面上信息。

用这种方法，对路面信息处理准确，但是成本过高，数据处理量大，对硬、软件的要求都非常高，短时间内难以实现。

方案二：

使用反射式红外二极管和接收管组成发射-接收器。

由于红外光波长比可见光长，因此受可见光的影响比较小，同时，红外对管还具有以下优点：

质量轻，灵敏度高，线性好，接口电路比较简单，安装方便，足够满足对本系统中物体检测的要求。

基于以上原因，选用了成本较低的方案二。

三处理器的选择

单片机STC89C52RC作为模拟路灯控制系统的核心。

STC89C52RC具有许多优点：

RAM，ROM空间大、指令周期短、运算速度快、低功耗、低电压、可编程音频处理，易于编程和调试。

本题要求支路控制器有声光报警功能，由此看来单片机STC89C52RC更具有优越性。

第三章硬件设计

一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容：

一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定时/记数器﹑中断系统等能量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。

二是系统配置，既按照系统功能要求配置外围设备，如键盘显示器﹑打印机﹑A/D﹑D/A转换器等，要设计合适的接口电路。

一80C51单片机硬件结构

80C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上[2]。

如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU加上外围芯片的传统结构模式。

但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

1微处理器

该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。

2数据存储器

片内为128个字节，片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。

3程序存储器

由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。

4中断系统

具有5个中断源，2级中断优先权。

5定时器/计数器

片内有2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。

6串行口

1个全双工的串行口，具有四种工作方式。

可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。

7P1口、P2口、P3口、P4口

为4个并行8位I/O口。

8特殊功能寄存器

共有21个，用于对片内的个功能的部件进行管理、控制、监视。

实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。

由上可见，80C51单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。

特别值得一提的是该单片机CPU中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算机，这个一位微计算机有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。

1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。

MCS-51单片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。

二最小应用系统设计

80C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。

用80C51单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，如图3.180C51单片机最小系统所示。

由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

其应用特点：

（1）有可供用户使用的大量I/O口线。

（2）内部存储器容量有限。

（3）应用系统开发具有特殊性。

图3.180C51单片机最小系统

1、时钟电路

80C51虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。

80C51单片机的时钟产生方法有两种。

内部时钟方式和外部时钟方式。

本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。

本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。

振荡晶体可在1.2MHZ到12MHZ之间选择。

电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度

有少许影响，CX1、CX2可在20pF到100pF之间取值，但在60pF到70pF时振荡器有较高的频率稳定性。

所以本设计中，振荡晶体选择6MHZ,电容选择65pF。

在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。

为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。

2、复