路灯控制器.docx

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路灯控制器

路灯控制器

课程设计名称：

智能仪器综合设计

题目：

路灯控制器设计

学期：

2012-2013学年第2学期

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

智能仪器综合设计课程设计成绩评定表

学期

2012/2013第二学期

姓名

专业

班级

课程名称

智能仪器综合设计

设计题目

路灯控制器设计

成绩

评分项目

优（A）

良（B）

中（C）

及格（D）

不及格（E）

设计表现（20分）

1.设计态度

（5分）

非常认真

认真

较认真

一般

不认真

2.设计纪律

（10分）

严格遵守

遵守

基本遵守

少量违反

严重违反

3.上交设计时间（5分）

提早或按时

按时

迟交半天

迟交一天

迟交一天以上

设计能力（20分）

工作能力、理解能力和创新能力（20分）

能正确地独立思考与设计，理解力强，有较高的创新力

能理解所学的内容，有一定的独立设计能力

理解力、设计能力均属一般，但尚能独立设计

理解力、设计能力一般，独立设计能力不够

理解力、设计能力均差，依赖性大

设计说明书（40分）

5.设计内容

（20分）

设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确

设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误

设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误

设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误

设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误

6.设计书写、字体、排版（15分）

规范、整洁、有条理，排版很好

较规范、整洁、有条理，个别排版有问题

基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题

基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多

不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大

7.封面、目录、参考文献（5分）

完整

较完整

基本完整

缺项较多

不完整

图纸（20分）

8.绘图效果（10分）

很出色

较出色

一般

较差

很差

9.布局（5分）

合理、美观

较合理

基本合理

有些混乱

布局混乱

10.绘图工程标准（5分）

符合标准

较符合标准

基本符合标准

个别不符合标准

完全不符合标准

评定说明：

按A、B、C、D、E五个权重给分，A：

满分；Ｂ、C、D、E：

依次酌情减1到2。

备注说明：

最终成绩：

评定教师签字：

摘要

本设计的路灯控制器是由光敏元件，放大器，继电器，受控灯和电源电路组成，运用到了模拟电子技术中的多级放大电路。

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。

单片机技术中的计时系统是单片机在的一个典型的应用。

通过计时系统来对时间进行有效的控制。

在路灯设计的定时系统中将得到更好的应用.

主要用于安装在公共场所或道路两旁的路灯通常希望随日照光亮度的变化而自动开启和关断，既满足行人的需要，又能节电。

一些芯片和元器件的功能及其应用，以达到将理论知识学以致用、融会贯通的目的。

关键词：

继电器；光敏元件；光照变化；控制

综述

1路灯控制器原理

1.1设计原则

1.2设计思路

2各个模块部分工作原理

2.1时钟电路

2.2复位电路

2.2.1可靠性

2.2.2人工复位

2.3按键电路

2.4显示电路

2.5路灯电路

3主程序设计原理

4综合调时

设计心得体会

综述

我们在设计路灯系统控制器之前，先了解系统所要实现的各个功能情况。

在设计的过程中，除了要让硬件电路简洁外，还要兼顾软件不能过于复杂。

这样才能达到设计的实际要求，硬件支持软件，软件带动硬件。

本电路设计的主要思路是：

对路灯实现实时控制，最基本的程序是时钟显示程序，之后的设定开灯和关灯时间并能对路灯进行实时控制都是在基本程序上扩展而得到的。

时钟显示程序中最关健是否对数码管进行动态扫描的子程序放在哪里，本课设中把动态扫描程序放在T0中断里，中断的时间是非1MS，也就是说每1MS扫描一次，扫描频率非常快，利用了人眼的视觉残留特性,使程序更加简洁.

调时程序和对路灯的单路控制程序都是按键进行控制的.所以对对按键的控制显得尤为重要了.本课设主程序中一直在对所有的按键进行扫描,当按键一有动作,在第一时间就执行相应的程序,达到实时控制的目的.

1路灯控制器原理

1.1设计原则

由于本次的设计是一个单片机的小型系统,所以对于上述需要注意的事项在这次设计中并不需要面面具到,我总结了一下,在这次设计中需要注意的问题有:

1）注意硬件方案和软件方案的结合.

2）电路的抗干扰性能.

3）对元器件的保护能力,要在电路中对电流敏感元器件进行限流控制.

硬件设计是本次设计的基础，它的成功与否关系到设计的成败。

首先是对系统进行分析，分析它有些什么功能，用什么样的器件才能实现。

根据任务书的要求，分析出需要的功能有：

具备时钟功能、时间调节的调节、二极管（模拟路灯）的显示功能、定时开灯关灯的时间调整功能、按键控制功能。

基于以上功能要求，我们决定使用AT89C51芯片，显示器件选用数码管（4个），通过电阻驱动，驱动数码管的显示。

数码管采用动态显示。

以下是路灯控制器的主要功能部分框图：

图1-1总体框图

1.2设计思路

通过硬件电路的分析，当开机后，经过上电复位，时钟显示为17：

59：

50，这时可以调整时、分、秒按钮进行精确调整到当前时间，进行正常走时。

开机后系统内部自定义开路灯时间为18：

00：

00，关路灯时间为6：

00：

00，如果不做调整的话，时间就是下午六点钟开灯，早晨6点钟关灯，但春、夏、秋、冬四季的昼夜并不相等，为了更好的节省资源（电力）。

本设计中可以进行手动调整，根据四季的变化来调整开路灯和关路灯的时间，更有效的节省资源。

本设计中另外的一大特点就是在夜晚12：

00的时候，路灯会熄灭一半，这种设计也是为了节省资源，因为夜深人静的时候，并不需要太多的路灯照明整个路面，只需要点点灯光就行。

然后到早晨六点钟或自己重新设定的时间的时候在关闭其它的路灯。

本次设计中共用到了五个按钮，和四个发光二极管，用来控制路灯和调整时间。

按钮上到下编号为①、②、③、④、⑤。

①为进入调整开灯、关灯的时间按钮，和为退出调整开灯和关灯的按钮，只有通过它才能有效的退出定义开灯和关灯的调整状态，②为调整加一小时的按钮，③为调整减一小时的按钮，④为调加一分钟的按钮，⑤为调整减一分钟的按钮。

发光二极管从上至下的标号是①、②、③、④。

①、③为路灯的左边一排。

②、④为路灯的右边一排。

2各个模块部分工作原理

2.1时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。

MCS-51单片机允许的时钟频率是因型号而异的。

12MHz的晶振，其机器周期是1us,也就是说在执行同一条指令时用6MHz的晶振所用的时间是12MHz晶振的两倍。

振荡方式的选择：

内部振荡方式，MCS-51内部都有一个反相放大器，XTAL1、XTAL2分别为反相放大器输入和输出端，外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件，这样就构成了内部振荡方式。

外部振荡方式是把已有的时钟信号引入单片机内。

这种方式适合用来使单片机的时钟与外部信号一致。

在我的这个设计中没有也无需与外部时钟信号一致，所以我选择了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

晶振我选择了12MHz，相对于6MHz的晶振，整个系统的运行速度更快了。

电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值我选择了30pF。

内部振荡方式所得的时钟信号稳定性高。

2.2复位电路

2.2.1可靠性

计算机在启动运行是都需要复位，使中央处理器CPU和系统中的其它部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

MCS-51单片机有一个复位引脚RST，它是施密特触发输入，当振荡器起振后，该引脚上出现2个机器周期（即24个时钟周期）以上的高电平。

使器件复位，只要RST保持高电平，MCS-51保持复位状态。

此时ALE、/PSEN、P0、P1、P2、P3口都输出高电平。

RST变为低电平后，退出复位，CPU从初始状态开始工作。

复位以后内部寄存器的初始状态为（SP=07，P0、P1、P2、P3为0FFH外，其它寄存器都为0。

若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。

图2-1上电复位电路

2.2.2人工复位

除上电自动复位以外，常常需要人工复位，将一个按钮开关并联于上电自动复位电路，按一下开关就RST端出现一段时间的高电平，即使器件复位。

如图所示

图2-2上电和开关复位

这次的设计中运用的上电复位电路.即只要一接+5V电压,系统就会自动的复位.出于可靠性和适时性的考虑，我选择了简单实用的上电复位电路上电后，由于电容充电，使RST持续一段高电平时间。

从而实现上电复位操作。

我选择的C=10uF，R=1kΩ。

2.3按键电路

在单片机系统中，通常有且仅有一键按下才视为按键有效。

有效的确认方式通常又可以分为两类。

第一类为按下-释放键方式，系统要求从按下倒释放键才算一次有效按键。

另一类为连击方式，就是一次按键可以产生多次击键效果，其连击频率可自己设定，如3次/秒、4次/秒等。

根据设计的需要，我选择了按下-释放方式，电路如下图9所示。

电路为低电平有效输出方式，当按键按下时输出为低电平。

图2-3开关电路图

在按下-释放键方式时，系统先判断是否有键按下，若不用硬件去抖，则同时进行软件去抖，确认有键按下，然后等待至该按键释放才算依次按键，注意释放键判断同样要进行去抖处理。

2.4显示电路

动态显示方式，是单片机应用系统中最常用的显示方式，把所有的显示器的同名段选端选线相互并接在一起，由同一个8位并行输出口控制；而各显示器的位选线则分别由不同输出口线控制端。

这样各显示位不能同时显示不同的数字或字符。

因此要选择扫描的方法，即从左到右（或从右到左）依次轮流使每位显示器显示数字或字符并保留一段时间（通常位1ms），由于LED的余辉特性以及人眼视觉的惰性，尽管各位显示器实际上使分时断续地显示，但只要适当选取扫描频率，给人眼的视察印象就会是在连续地显示，而察觉不到闪烁现象。

在电路设计的过程中，单片机的的P0.0-P0.7作为段选输出口，经上拉电阻加到数码管的A-G和DP上，P2.0-P2.5作为位选输出口，经电阻驱动分别加到数码管的COM端。

2.5路灯电路

本设计中用的是四个发光二极管模拟两路路灯控制，每两个二极管用来代替一条街或一个干道的路灯,在加上键盘的点动控制，实现路灯的多路实时控制。

原理图如下：

图2-4路灯电路

3主程序设计原理

本软件设计的程序设计包括判断各个按钮按下之后能够实现什么功能，判断开灯关灯的时间。

其中，动态显示是在中断子程序中进行的，每一次中断的时间为1MS，每中断一次扫描一次，实现动态显示。

正常走时的动态显示是在T0中断中进行动态扫描的，设置开灯关灯的时间是在T1中断中进行动态扫描的。

主程序流程图为：

图3-1主程序流程图

4.综合调试

用仿真机将硬件和程序连接好，将程序进行编译，连接，最后调试。

在这里我将我们在调试过程中遇到的问题做一下说明：

硬件电路焊接好以后就进入了调试阶段，

基于单片机系统的LED计时器的调试，主要集中在对LED显示部分的调试以及单片机的定时器和中断程序的调试上。

先是调用显示程序，看六位数码管显示的结果。

调试结果：

单片机显示888888共6位；从而检测单片机的显示程序和硬件电路是正确的。

课程设计体会

本系统设计特点：

1．电路采用动态显示方式，硬件电路比较简单，制作方便；2．采用中断定时的方法，准确度高，相对于延时来说计时更加准确；3．数据处理速度快，采用了12MHZ相对传统的6M晶振单片机运行速度明显更快。

另外，本设计也存在着缺点，那就是驱动能力不强。

接到设计课题：

我首先是查找一些相关的书籍及资料，并根据实际情况拟定设计方案，从而达到优化方案。

在研究设计电路时，最难的是调试了，但在老师和同学的帮助下使得本次设计达到了预定的要求。

同时，通过这次设计，在各个方面都有了很大的提高，特别是在理论和实践结合方面使我受益匪浅，使我大学里学习的理论知识在根本上得到完整的实践和提高。

在本次设计中深深认识到自己的各个方面的不足之处，蹦着提高动手能力以及检测四年所学知识的目的，我严格要求自己，每一环节都认真对待，定期向知道老师报告进展情况和请教不懂的地方，得以完成任务。

在以后的工作中，我必须进一步深化在实践中去丰富理论，完善知识结构。

由于环境条件的影响，理论与实践还是有一定的差距，这也要求我们在实践中注意检验的积累。

参考文献

[1]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2001.

[2]陈小忠.单片机接口技术实用子程序[M].北京：

人民邮电大学出版社，2005.

[3]杨将新.单片机程序设计及应用从基础到实践[M].北京：

电子工业出版社，2006.

[4]戴佳等.51单片机C语言应用程序设计[M].北京:

电子工业出版社,2003.

[5]李广弟.单片机基础[M].北京:

北航出版社，2010

[6]王选民.智能仪器原理及设计[M].北京：

清华大学出版社.2008.

附图：

总体电路图