飞思卡尔直立车之欧阳生创编.docx

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飞思卡尔直立车之欧阳生创编

华北理工大学轻工学院

时间：

2021.02.08

创作人：

欧阳生

QINGGONGCOLLEGE,NorthChinaInstituteofTechnologyUNIVERSITY

毕业设计说明书

设计（论文）题目：

基于51单片机的智能路灯控制系统设计

学生姓名：

王汕询

学号：

201224440210

专业班级：

12自动化3班

学部：

信息科学与技术部

指导教师：

许金钢讲师

2016年5月25日

摘要

随着社会的快速发展，人们的生活质量在不断的提高，夜晚出行是人们生活当中的一部分，天黑以后，道路两边的路灯开启，这给人们出行带来很大的方便。

但是，如果路上没有行人或者车子，路灯依然开启，这就会造成不必要的浪费。

基于上述情况，我打算以51单片机为主控制器，设计一个智能路灯控制系统。

以达到节能并且智能控制的目的。

本设计采用声音传感器和光照传感器来实现声响和光照强度的采集，以AT89S52单片机作为主要的控制器，来实现路灯的智能控制。

整个设计以节能为主要特色。

此设计包括了软件部分和硬件部分的设计，其中，硬件包括硬件电路各部分的原理图，实现流程，实现原理分析及传感器的应用分析等；软件部分包括各个部分软件的编写，软件的调试分析及如何更好的进行节能低耗等。

关键词自动化；单片机；传感器；节能；智能

Abstract

Withtherapiddevelopmentofsociety,people'squalityoflifeisconstantlyimproving,nighttravelisapartofpeople'slife,afterdark,theroadonbothsidesofthestreetlampopen,itbringspeoplegreatconvenience.However,ifnopedestriansorcarsontheroad,streetlampstillopen,thiswillcauseunnecessarywaste. 

Basedontheabovesituation,Iplanneadtouse51singlechipmicrocomputercontrollertodesignanintelligentstreetlightcontrolsystem.Inordertoachievethepurposeofenergysavingandintelligentcontrol.ThisdesignUSESthesoundsensorandlightsensortoachievesoundandlightintensityoftheacquisition,AT89S52singlechipmicrocomputerasmaincontroller,toachievetheintelligentcontrolofstreetlamp.Thewholedesigntoenergyconservationasthemaincharacteristics.

Thisdesignincludesthedesignofthesoftwarepartandhardwarepart,amongthem,thehardwareincludeshardwarecircuitprinciplediagramofeachpart,theimplementationprocess,principleandapplicationsofthesensoranalysis,etc.;Thewritingofthesoftwarepartincludestheparts,analysisofsoftwaredebuggingandhowtobetterenergysavinglowconsumption,

KeywordsAutomation;Single;chip;microcomputer;Sensor;Energysaving;Intelligence

第1章绪论

1.1课题背景

中国已经加入了世界贸易组织（WTO），随着中国的经济和科学技术的不断发展，中国与其他国家的经贸往来日益频繁。

为了增强我国的经济实力，与国际接轨，吸引更多的外国投资，中国的各大城市正试图把自己变成一个现代化的城市。

因此，城市的基础设施都在不断的进步和发展。

城市建设是离不开智能化的，智能化必将是未来社会的主题，如何加强智能化建设，将是我们奋斗的下一步。

城市路灯照明系统是城市基础设施的组成部分，它直接反映了城市的现代化程度和智能化水平。

随着人们生活品质的提高，人们对基本生活水平的要求也在不断提高。

到了晚上，人们喜欢在城市的街道上漫步，以消除自己的劳累，或享受城市的美丽夜景。

这时候，街道照明发挥着装饰城市夜景的重要的作用。

但是，如此庞大的街道照明系统，却需要一种实用的，低成本的控制系统来控制。

因此，智能路灯控制系统应运而生。

1.2课题研究的目的与意义

采用51单片机，光照强度传感器和声音传感器设计一个智能路灯控制系统。

该控制系统操作简单，智能，可靠，实用，价格低廉等优点，具有较大的研究和发展空间。

该系统能够为社会做出更好地贡献，节省更多的电能，达到能源节约的效果，促进社会的进一步发展。

节能环保将是未来的主流，合理的利用太阳能，风能等可再生能源，创建环保型社会是我们的使命和责任。

1.3课题的来源

结合自己在城市的实习经验和学校老师的课题研究，看到了当期路灯控制系统的不足，因此，结合自己所学的专业和对自己学习成果的检测，决定利用价格低廉的51单片机制作一个简单的智能路灯控制系统，达到节能环保的目的。

1.4本文主要内容

本文共分为五章，内容分别为第一章绪论、第二章传感器电路的论证与分析、第三章系统的硬件设计、第四章系统的软件设计。

第一章主要介绍了本次毕业设计的课题背景、课题研究的目的与意义、本设计的课题来源。

第二章介绍了本次方案传感器电路的论证，并进行了可行性分析，最后进行了本章小结。

第三章介绍了光照传感器电路，声音传感器电路以及单片机主控电路的组成，各个部分的电路图分析和讲解。

并进行了本章小结。

第四章分析了软件的组成部分和实现的方法。

并绘出了程序的流程图，并进行了本章小结。

第五章为结论，对本文内容进行总体总结。

1.5本章小结

本章主要分析了路灯控制系统的课题发展背景和研究的意义，说明了本设计的课题来源，最后对本文的主要内容进行了介绍。

第2章传感器电路的论证和分析

2.1光照传感器检测电路论证

方案一：

使用光敏电阻直接与电源相连，通过光敏电阻直接输入信号给51单片机，并进行相应程序的编写和调试。

方案二：

使用光敏电阻和LM393比较器及相应的电阻电容组成光照传感器电路，比较器输出信号给单片机检测。

单片机检测到的信号将是纯净的信号，更加的容易比较。

由于方案一输出的信号对环境要求较高，且输出的信号不干净，会造成很大的影响，很难能够满足智能路灯控制系统实用性的要求，所以选方案二。

方案二不仅输出的信号干净，而且受到环境的干扰小，很适合当前的系统。

2.2声音传感器检测电路论证

方案一：

使用驻极体麦克直接与电源相连，通过驻极体麦克直接输入信号给51单片机，并进行相应程序的编写和调试。

方案二：

使用驻极体麦克和LM393比较器及相应的电阻电容组成声音传感器电路，比较器输出信号给单片机检测。

由于方案一输出的信号对环境要求较高，且输出的信号不干净，会对输出的结果造成很大的影响，很难满足智能路灯控制系统实用性的要求，所以选方案二。

方案二不仅受到环境的干扰小，而且输出的信号干净，很满足当前的系统。

2.3光照传感器电路的可行性分析

光敏电阻工作原理是基于光敏光敏的光电导效应。

在半导体光敏材料两端安装电极引线，将其封闭在有透明窗口的壳子里构成光敏电阻，为了增强提高灵敏度，通常由两个梳形做为电极形状。

光敏电阻的材料主要采用金属硫化物，硒碲化和半导体。

通过涂覆，喷涂和烧结光敏电阻和绝缘基板上的薄梳状欧姆电极，然后引线，封装在具有透明镜的密封壳体内，以免水分影响其灵敏度。

密封壳体的转换方法。

入射光通过电子的光子激发消失后，空穴对的复合光敏电阻会恢复原来的值。

金属电极，在电阻感光性的电压，其中，当电流穿过那里，暴露于一定波长的光，以使电流增大，以实现光电转换。

光敏电阻没有极性，是纯粹的电阻器件，使用一个直流电压，交流电压也增加。

导电半导体导电能力取决于载波子的数量。

LM393电压比较器是集成运放的非线性应用电路，广泛的应用在各种各样的电子设备之中，他的原理是将一个模拟量电压信号和一个参考电压信号进行比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，响应输出高电平或者低电平，比较器可以应用于非正弦波波形的电路或者应用于模拟与数字信号进行相互转换的地方，由此，我们可以知道，光敏电阻通过采集，得到的信号是模拟信号，可以通过LM393电压比较器将其转换为干净的数字信号，这样就使得输出的信号更干净，使得单片机检测到的信号更好。

2.4声音传感器电路的可行性分析

驻极体麦克风是由声电转换部分和阻抗转换组成的两个部分。

转换的关键因素是声电转换驻极体振膜。

这是一个非常薄的塑料薄膜，其中，在蒸发上金属膜层的一侧。

然后在经过一个非常高的高压电场后，双方驻扎相反的电荷。

金属膜成为外膜，并且在通信中的金属壳。

隔膜的另一侧，并与分离的薄绝缘间隔件的金属板相互分开。

因此，该金膜在蒸汽和电容器的金属板之间形成一个电容。

当驻极体振膜遇到电容器两端放生改变，而造成电场声振动，导致与在声学波交流的电压的变化。

驻极体膜片和金属板之间的静电电容相对较小，一般为几十皮法。

因此，其输出值是高阻抗，能够达到约几十兆欧以上。

如此高的阻抗不直接关系到音频放大器的匹配。

因此，在麦克风访问一个结型场效应晶体管的阻抗变换时。

FET的特征在于非常高的输入阻抗和低噪声系数。

这里是内源和一个专用的FET二极管之间栅极重组。

这样做的目的是利用二极管保护。

当FET受到一个强信号的影响。

栅场效应晶体管连接到一金属板。

因此，驻极体传声​​器输出线将有三个。

即，源极S一个漏极D和连接金属外壳的屏蔽线。

LM393电压比较器是集成运放的非线性应用电路，广泛的应用在各种各样的电子设备之中，他的原理是将一个模拟量电压信号和一个参考电压信号进行比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，响应输出高电平或者低电平，比较器可以应用于非正弦波波形的电路或者应用于模拟与数字信号进行相互转换的地方，由此，我们可以知道，光敏电阻通过采集，得到的信号是模拟信号，可以通过LM393电压比较器将其转换为干净的数字信号，这样就使得输出的信号更干净，使得单片机检测到的信号更好。

2.5本章小结

本章分别对光照传感器检测电路，声音传感器检测电路的方案进行了设计和选择，并且简单的进行了可行性分析。

第3章系统的硬件设计

3.1传感器电路设计

3.1.1光照传感器电路设计

电路图原理图部分

原理图实现的原理分析

光敏电阻对周围环境亮度的变化感应非常的敏感，可以用来检测周围环境光线亮度的变化。

光照越强，电阻越小，通过的电流越大。

当有光线照在光敏电阻上时，光照越强，光敏电阻的阻值越小，这就会导致比较器输入正极的电压随之变化，当比较器输入负极电压小于输入正极电压时，比较器输出低电平，此时信号灯亮，证明光照强度很高。

单片机检测到低电平时，会触发外入中断，进行相应的操作。

反之，当光照弱时，光敏电阻的阻值非常大，使得比较器的输入负极电压高于输入正极电压，比较器输出高电平，状态指示灯不亮，单片机检测到高电平，不能够触发中断。

可以通过手动的调节电位器来改变比较器输入负极的电压，从而改变光照传感器检测到的光照强度的范围。

3.1.2声音传感器电路设计

电路原理图部分

声音传感器电路工作原理

驻极体麦克对环境声音非常敏感，可以用来检测周围环境的声音强度。

当有声响时，驻极体麦克经过采集后将声音信号转换为电信号，进而开启三极管，电容起到了延时的作用，当比较器输入负极电压小于输入正极电压时，比较器输出低电平，此时信号灯亮，证明有声音输入。

当单片机检测到低电平时，进入中断，进行相应的操作。

反之，当驻极体麦克没有检测到外部声音时，三极管不能够开启，使得比较器的输入负极电压高于输入正极电压，比较器输出高电平，状态灯不能亮，单片机检测到高电平，不能够触发中断。

可以调节电位器来改变比较器输入正极的电压，从而改变驻极体麦克对周围环境声音大小的检测范围。

通过手动调节，可以满足各个环境下的不同要求。

3.2STC89S52单片机电路设计

3.2.1STC89S52单片机引脚说明

STC89C52单片机采用40PIN的双列直插封装，以下为其引脚配置，在它的引脚中，电源和地线各一根，外置时钟线两根，32个I/O口，中断线与P3线复用。

以下是各个引脚的说明：

电源引脚为第40引脚，外接5V电源。

第20引脚为地引脚，连接地平面。

外部振荡电路引脚为第18，19引脚。

由于单片机采用时钟时序，所以必须有时钟信号才能够触发单片机正常工作。

     复位引脚是第9引脚，它是整个芯片的复位信号输入端，高电平为有效电平，此引脚可以外接按键，用以复位整个电路，或者在刚开始时就进行上电复位。

此外，它还具有第二功能，即当电源发生故障，降到规定值时，自动将5V电源接入到RST端，为单片机提供备用电源。

用来保护信息，防止已有信息的丢失，当主电源恢复时，单片机又能够正常的工作。

第31引脚为EA引脚，作为访问程序存储器的控制信号输入端。

当该引脚接高电平时，CPU访问片内EEPROM，并且执行内部程序存储器的指令。

当E该脚接低电平时，CPU访问外部EEPROM，并且执行外部存储器中的指令。

此引脚脚还具有第二功能：

是对STC89S52单片机片内同化编程时，作为较高编程电压输入端。

 第29引脚为存储器允许输入端，:

在读外部ROM时，低电平有效，以实现对外部ROM单元的读操作。

   第30引脚为地址锁存控制信号端。

单片机正常工作时，该引脚不断向外输出正脉冲信号，但是频率为石英晶体振荡器频率的六分之一。

通用输入输出口说明：

    P0口：

8位双向I/O端口（32—39引脚）。

   P1口：

8位双向I/O端口（1—8引脚）。

 P2口：

8位双向I/O端口（21—28引脚）。

P3口：

8位双向I/O端口（10—17引脚）。

P0口有三个功能：

（1）当做外部扩展存储器时，当做数据总线。

（2）当做外部扩展存储器时，当做地址总线。

（3）不扩展时，可以做为一般的I/O口进行使用，但其内部并没有上拉电阻，因此，作为输入输出时，应外接上拉电阻，以保证能够正常的工作。

P1口只做I/O口使用：

其内部有上拉电阻。

P2口有两个功能:

（1作为扩展外部存储器使用时，可以当作地址总线使用。

（2）做一般I/O口使用时，，内有上拉电阻不必在额外的加上拉电阻。

P3口有两个功能：

除了作为I/O使用（其内部有上拉电阻），还有其他的一些功能，它是由特殊的寄存器来设置的。

对于内部有EEPROM的单片机芯片来说，为写入程序需提供专门的编程脉冲信号和电源信号，这些信号也是以信号引脚的形式由其提供的。

3.2.2STC89S52单片机最小系统电路图

最小系统电路包括复位电路，时钟起振电路，对应连接单片机的各个功能引脚。

组成基本的电路框架。

3.3外围电路的设计

3.3.1LED模拟路灯电路

当输出信号为低电平时，LED发光二极管会发出光亮。

当输出信号为高电平时，LED发光二极管不会发光。

3.3.2蜂鸣器报警电路

当输出信号为低电平时，蜂鸣器会启动，发出报警的声响。

反之，当输出信号为高电平时，蜂鸣器不会启动，由于STC89S52单片机默认输出电平为高，故采用PNP型三极管。

3.3.3诺基亚5110模块电路

诺基亚5110是一款基于图形显示的LCD屏，并且有很多的应用。

使用的驱动芯片型号为PCD8544，诺基亚3110用的也是这款控制器，PCD8554芯片是一款低功耗的CMOS液晶屏控制器，用于驱动48行84列的图形用来显示，并且通过串行总线接口与控制器相连接，大大降低了控制线的数量，在使用时相当的方便，而且相对于LCD1602、LCD12864都有着自己的优势。

本模块特点

1、84x48的点阵LCD，最多可显示四行汉字；

2、采用串行接口与微处理器进行通信，接口信号控制线的数量非常的少，包括电源和地在内的控制，线信号线共有8条。

支持多种串行通信协议，传输速率最快可以高达4Mbps，可以全速的写入显示数据，没有等待时间，读写速度非常快。

3、可通过导电胶，lvds线连接模块与印制版，而不用通过连接电缆，用模块自带的金属钩可将模块固定到印制板上，非常利于安装，更换和维修。

4、液晶屏幕控制器／驱动器芯片已经绑定到了LCD液晶屏上，模块的体积非常小，能够更好地节省空间，提供给其他元件更好地位置。

5、采用低电压进行供，低功耗电，正常显示时，其工作电流仅在200μA以下，并且具有掉电模式，能够更好地节约电能。

3.3.4DS1302实时时钟电路

DS1302芯片的简介

DALLAS公司的DS1302是一款引入涓流充电的时钟芯片，含有一个实时时钟/日历和31字节的静态RAM，通过简单的串行接口与微控制器之间进行通信。

实时时钟，日历电路提供秒，分钟，小时，星期，日期，月份和年份信息。

按月份和闰年的天数进行自动调整天数。

由AM/PM指示时钟操作决定使用24或12小时格式。

可在DS1302和单片机同步串行通信模式间轻松使用，只用三个端口线RES复位，I/O数据线，SCLK串行时钟线。

时钟RAM读/写数据到一个字节或多达31字节字符集双向通信。

DS1302工作时功耗低，同时能够保持数据和时钟信息功率小于1mW。

DS1302是改善来自DS1202，增加的功能有双电源引脚。

用于主电源和备用电源。

VCC1可编程涓流充电电源，一个额外的7个字节的内存，它被广泛应用于电话机，传真机，便携式仪表和电池供电仪器仪表等产品。

DS1302的引脚排列,其中Vcc2为主电源，VCC1为后备电源。

在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。

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，DS1302由Vcc1供电。

X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。

RST是复位/，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的。

RST输入有两种功能：

首先，RST连接到控制逻辑，允许地址/命令序列到移位寄存器;其次，RST提供终止传输的数据的一个或多个字节的方法。

当RST为高时，所有的数据传输的启动，使DS1302进行操作。

如果设置为低转移RST时，它会终止数据传输，/O引脚变为高阻抗状态。

权力运行，在此之前的Vcc>2.0V，RST必须保持低。

只有当SCLK为低时，为了设置RST。

的I/O串行数据输入和输出端子（双向）中，随后的详细描述。

SCLK为时钟输入。

DS1302与进行数据交换时，首先由处理器向DS1302发送命令字节，命令字节最高位必须为逻辑1,以供来辨认，如果D7=0，则禁止写DS1302，即；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5～D1指定输入或输出的特定；最低位LSB（D0）为逻辑0，即低电平，作为指定的写操作（输入），D0=1，作为指定的读操作（输出）。

在DS1302的时钟日历或RAM进行时，DS1302必须首先发送命令字节。

若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。

与RAM寄存器相关联的DS1302可以作为分为两类：

一类是单个RAM单元，共有31个，每个小区被配置为一个8位字节，其命令控制字C0H〜FDH，这是奇数读操作，偶数作为写操作;另一个用于在RAM寄存器突发模式，可以同时读写，写入31个字节的RAM。

特别值得注意的是备用电源B1，可以用电池或超级电容器（0.1F以上）。

作为在停电后的DS1302的电源，但如果你想长期保证正常的时钟，小型充电电池的最佳选择。

3.6V可充电电池可以在旧电脑主板中使用。

如果停电时间较短（数小时或数天），它可以用一个较小的普通电解电容器来代替。

100μF可以保证正常的一个小时的路程。

DS1302电源加电的第一时间，你必须初始化操作。

初始化时间后，可根据常规方法进行调整。

事实上，当调试器时可不加电容器，增幅只有32.768kHz晶振即可。

如果只是选择了晶振，晶振的类型不同，误差也会发生大的不同。

此外，您还可以在上面的电路添加DS18B20，显示实时温度。

只要CPU端口电缆。

LCD也可以用LED取代，你也可以使用北京威洁信科技发展有限公司，10位多功能8段液晶显示模块LCM101，含看门狗（WDT）/时钟发生器和两个频率蜂鸣驱动电路，以及内置显示RAM，可与任何单片机，IC界面中显示的任何字段中风，3-4线串行接口。

低功耗，在显示状态的电流2μA（典型值），在省电模式下小于1μA，2.4V〜3.3V，显示清晰的工作电压。

3.3.5按键调节时间电路

轻触开关有负载接触电阻小的优势，操作力误差小，规格多样化等优点，被广泛应用于电子设备和白色家电等方面，如：

音频和视频产品，数码产品，遥控，通信产品，家用电器，安防产品，玩具，电脑产品，健身器材，医疗器材，验钞笔，激光笔等按钮

当轻触开关按下时。

会把单片机的引脚电平拉低，单片机引脚检测到低电平，执行相应的操作，

按键一按下时，将开启调节时间的功能，按键二起到设定位置的作用，每按下一次按键

，位置就移动一位。

共有7位，分别为调节年，月，日，时，分，秒，星期，按键三起到数字递加的作用，按下一次，增加一个数。

3.4本章小结

本章主要介绍各个硬件部分电路组成及其分析说明，分为按键，单片机，诺基亚5110显示屏，DS1302实时时钟，LED模拟路灯5个部分，各个部分都具有详细介绍，包括原理图，电路工作分析等。

第4章系统的软件设计

4.1软件流程图

软件进行的流程讲解：

程序开始，可以进行时间的校对，如果时间不正确，可以按下按键进行时间的调节，具体怎么调节时间可以看按键部分电路的讲解，反之，如果时间与当前的时间相符合，系统就会进行时间段的判断。

时间段如果为凌晨0点至6点，那么两个LED灯只能点亮其中的一个灯，此时间段为节能模式，在该时间段如果有声响传入声音传感器，两个LED灯都会发光，持续10秒后，两个LED灯重新变为一亮一灭的状态。

如果时间段为白天，也就是6点至19点，为了能够更加的节能，两个LED灯都会处于熄灭的状态，此时即使有声响或者光照传入，两个LED模拟路灯依旧会处于熄灭的状态。

时间段如果为夜晚19点至23点，那么此时间段正好是傍晚时刻，也是路上最为热闹的时间。

此时间段两个LED灯都处于开启的状态，供给道路两旁的照明。

此外，检测路灯的电路还会时刻的进行检测LED灯的状况，如果LED灯因故障而发生熄灭，那么，蜂鸣器报警电路就会启动，进行报警。

为了更好地达到节能的目的，合理的利用能源。

夜间23点至24点，两个LED灯都将处于关闭的状态，此时如