智能路灯控制器设计任务+开题+综述+设计文档格式.docx

1、上交论文的最终版并制作答辩使用的PPT。四、主要参考文献：1 谢子殿，朱秀.基于单片机控制的智能化路灯节能装置的设计J.微计算机信息.20052 求实科技.8051系列单片机C程序设计完全手册M.人民邮电出版社.20063 谭浩强.C语言程序设计M.清华大学出版社.2005年7月第三版4 雷思孝，冯育长.单片机系统设计及工程应用M.西安电子科技大学出版社.2005年5月第一版5 胡先志.光器件及其应用（光电技术与系统精品丛书）M.电子工业出版社.2010年1月6 -单片机学习网部分资料.7 王立红. 基于单片机的智能路灯控制系统J.网络财富.2010年第6期 8 刘聪瑜，刘侠，汝彦东，王国军.

2、 基于ADE7758的智能路灯节能控制系统的设计J.信息技术.2008年第11期.9 Tao Jin， Bin Xu; Ke Tang，Jian-ping Hong ，Bubble Counter Based on Photoelectric Technique for Leakage Detection of Cryogenic ValvesJ，Journal of Zhejiang University Science A ，2008 开题报告一、课题研究意义及现状创建和谐社会，推崇节能环保，是当今社会的首要任务之一。随着我国经济的快速发展，电力消耗也随之快速地增长。电力资源的紧缺和如何节

3、能减排已经成为近年来研究的热点课题。在电力资源的分配上，有很大一部分是用于城市的照明电路，那么设计一种节能的路灯控制系统是具有非常重要的显示意义的。本设计是根据现实的需要，基于单片机的控制和利用，采用光控和时控相结合的方法，同时采取软启动和动态调压的方式，构成一套智能型的电路控制系统，能够减少能源的浪费，提高路灯的工作效率。他是集稳压控制、软启动功能、自动启动功能和智能调压于一体的路灯控制装置。二、课题研究的主要内容和预期目标 本课题的主要目的是制作一款基于STC89C51单片机的智能路灯控制系统。该系统主要具有一下几个特点：第一，可以利用光敏电阻根据光线照射亮度实现路灯的自动开关；第二，可以

4、利用键盘完成路灯开启时间的设定，并具有时间显示功能；第三，具有定时功能，在规定的时刻自动开启或关闭。三、课题研究的方法及措施本课题主要包含3个模块：控制模块，传感器模块，时钟控制模块。所以可以先通过网络查询有关这3方面的资料，对他们有初步的认识，再针对各个模块查找相关的书籍和案例进行更深一步的了解。利用C8051单片机作为本课程设计的主要基础硬件，以实现键盘输入和LED等显示，主要作用与时间设置和显示的功能。于此同时利用光电检测器件制作光电传感器，感应外部光源，实现根据光照强度的不同启动或者关闭电路。在传感器模块的安装方面，需要结合光源模块，将传感器安装在合理的位置，不受电路自身发射光照的影响

5、。系统框架图如下：四、课题研究进度计划2010/2011第一学期第5周至第6周：查阅基于单片机的智能路灯控制系统的资料，设计计方案，成文献综述、外文翻译和开题报告。2010/2011第一学期第7周至第9周：软件程序大体编写。2010/2011第一学期第10周至第13周：完成硬件设计并制作。2010/2011第一学期第14周至第15周：设计作品的调试与完善。2010/2011第一学期第16周至第18周：完成论文的撰写。2010/2011第二学期第1周至第3周：完成论文的撰写，论文的修改。五、参考文献1 谢子殿，朱秀.基于单片机控制的智能化路灯节能装置的设计J.微计算机信息.2005年第03期:1

6、3页15页.7 王立红. 基于单片机的智能路灯控制系统J.网络财富.2010年第6期8 刘聪瑜，刘侠，汝彦东，王国军. 基于ADE7758的智能路灯节能控制系统的设计J.信息技术.2008年第11期：56页62页. Ke Tang，Jian-ping Hong，Bubble Counter Based on Photoelectric Technique for Leakage Detection of Cryogenic ValvesJ，Journal of Zhejiang University Science A，2008 :page 36page 41.10 Denardin, G.W

7、.Barriquello,C.H.Pinto,R.A.Silva,M.F.Campos,A.do Prado,R.N. An Intelligent System for Street Lighting Control and MeasurementJ. Industry Applications Society Annual Meeting, 2009. IAS 2009. IEEE:page 23page 27毕业论文文献综述光电检测器件综述摘要：光学信号的采集和检测是智能路灯控制系统中最为关键的一部分，能否成功的采集和检测光学信号是整个智能路灯控制系统中的成败关键。本文主要介绍了光电检测

8、器件的基本概念和性质。对真空光电检测器件和半导体光电检测器件进行了一一综述。关键词：光电检测 真空光电检测器件 半导体光电检测器件 一、光电检测器件概述光电检测器件是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光（电）信号（红外、可见紫外光辐射）转变成电（光）信号的器件1。根据工作机理的不同，光电检测器件也有各种不同的类别，主要包括真空光电检测器件和半导体光电检测器件这两大类 2。二、真空光电检测器件真空光电检测器件主要有真空光电管和光电倍增管两种。如图2-1所示为真空光电管，真空光电管由玻壳、光电阴极和阳极三部分组成。为了防止氧化和电子与气体的碰撞，将管内抽成真空。光电阴极即半导体光电发

9、射材料，涂于玻壳内壁，受光照时，可向外发射光电子。阳极是金属环或金属网，置于光电阴极的对面，加正的高电压，用来收集从阴极发射出来的电子。真空光电管主要的特点是光电阴极面积大，灵敏度较高（一般积分灵敏度可达20200A/lm）；暗电流小（最低可达10-14A）；光电发射弛豫过程极短。真空光电管一般体积都比较大、工作电压高达百伏到数百伏、玻壳容易破碎3。图2-1 真空光电管光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件。光电倍增管用在光学测量仪器和光谱分析仪器中。它能在低能级光度学和光谱学方面测量波长2001200纳米的极微弱辐射功率。闪烁计数器的出现，扩大了光电倍增管的应用范围。激光检测仪器

10、的发展与采用光电倍增管作为有效接收器密切有关。电视电影的发射和图象传送也离不开光电倍增管。光电倍增管广泛地应用在冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域4。三、半导体光电检测器件半导体光电器件引是把光和电这两种物理量联系起来，使光和电互相转化的新型半导体器件。即利用半导体的光电效应（或热电效应）制成的器件。半导体光电检测器件主要有光敏电阻，光敏二极管、光敏三极管，光电池等5。（1）光敏电阻光敏电阻的主要工作原理是用光电导体制成的光电器件又称光导管，它是基于半导体光电效应的工作原理而产生的。光敏电阻没用极性，是一个纯粹的电阻器件，使用时既可以添加直流偏压，也可以加载交

11、流电压。在无光的情况下，光敏电阻值（暗阻值）很大，电路中的电流很小。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮阻值）急剧减少，因而电路中的电流迅速增加。光敏电阻照相机、光度计、光电自动控制、辐射测量、能量辐射、物体搜索和跟踪、红外成像和红外通信等技术方面制成的光辐射接收器件6。（2）光敏二极管及光敏三极管光敏二极管的外形与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为了增加受光面积，光敏二极管的PN结的面积做的比较大。光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并且与负载电阻相串联，当无光照射的情况下，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照

12、时，载流子被激发，产生电子空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参与导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该电流称为光电流。光电流的大小与光照的强弱成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号7。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外，还有对电信号放大的功能，光敏三极管的外形与一般三极管相差不大，一般光敏三极管只引出两个极发射极和集电极，基极则不引出，管壳上同样有着开窗口，以方便光线射入。为增大光照，基区面积做得很大，而发射区则较小，入射光线要被基区吸收。光敏三极管工作时集电结反偏，发射结正偏。比一般三极管的穿透电流还小；当有光照射时，激发大量的电

13、子空穴对，使得基极产生的电流增大，此刻流过电子管的电流称为光电流，可以见得光敏三极管要比光敏二极管具有更高的灵敏度8。（3）光电池光电池是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。光电池的种类很多，常用有硒光 电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。主要用于仪表，自动化遥测和遥控方面。有的光电池可以直接把太阳能转变为电能，这种光电池又叫太阳能电池。太阳能电池作为能源广泛应用在人造地卫星、灯塔、无人气象站等处9。除了以上所说的光电检测器件以外光电检测器件还在各个领域形成了独具特色的各类产品：在军事上主要有红外制导、红外探测器等，在生活中我们所用的各种遥控器、光感电灯等都是运用到了光电检测器件。其中

14、也有不少光电检测的产品改变了我们的生活，光纤传感器就是在光电检测器件的基础上发明一种新型的光电传感技术，它具有不受电磁干扰，体积小，重量轻，可绕曲，灵敏度高，耐腐蚀， 高绝缘强度，防爆性好，集传感与传输于一体，能与数字通信系统兼容等有点，是目前通信领域使用较为普遍的产品之一10。四、总结随着电子制作技术的不断创新与提高，更多的光电检测器件将被运用到我们生活的各个角落。如何才能使光电检测器件的灵敏度，稳定度，适用度有更大的提高已经成为了我们讨论和研究的课题之一。未来的光电检测器件将以体积更小，检测距离更广，响应时间更短，分辨频率更高等方向发展。所以可以坚信电子工业技术的不断发展将会使光电检测器件

15、的种类越来越多，运用的范围越来越广，其性能和作用也会大大的提高，让我们的生活、工作等各方面变得更为方便。参考文献1 胡兴军.发展中的职能照明系统J.光源与照明.2004年第02期2 胡先志.光器件及其应用（光电技术与系统精品丛书）M.电子工业出版社.2010年1月3 周秀云.光电检测技术及应用M.电子工业出版社.2009年11月4 王庆有.光电技术（高等学校电子信息科学与工程类专业教材）M.电子工业出版社.2005年4月5 沈顗华.朱文章.半导体光电性质M.厦门大学出版社.1995年4月6 李田泽.王淑云.张霞.基于半导体光电位置敏感器件厚度检测仪研制J.半导体光电.2010年第01期7 高爱

16、华.杭凌侠.测控技术与仪器专业基础实验M.兵器工业出版社.2006年1月8 郭培源.光电检测技术与应用M.北京航空航天大学出版社.2006年3月，200810 Yu Xiaolei，Zhao Zhimin，Ma Junyan，Damage detection of composite material intelligent structure with a new photoelectric systemJ，Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition，2006本科毕业设计（20 届）摘 要本文将介绍一

17、种基于89C51单片机、光敏电阻、继电器来实现智能路灯控制功能的系统。该设计可以实现两种模式控制：一是利用光敏电阻检测外界光照强度，通过光电检测电路产生频率信号传输给单片机来控制路灯是否照明，实现光控的功能；二是利用DS1302芯片构成的时钟电路，通过按键模块设定开关电路的时间，实现时间控制的功能，并能在LED数码管上显示时间。同时加上驱动电路对后续的路灯电路进行开关，完成整套设计，从而实现智能路灯控制的要求。实验结果表明：该方案设计的智能路灯控制系统具有良好的灵敏度和可靠性，可完成智能路灯控制的基本功能。光敏电阻；光电检测；DS1302AbstractThis paper will intr

18、oduce a method based on 89C51, photoconductive resistance, relays to realize intelligent street lamp control functions of the system. This design can achieve two mode control: one is using photoconductive resistance detects external light intensity, through the photoelectric detection circuit produc

19、e frequency signal transmission give a singlechip controlling street lamp is lighting, realizing the function of stores; 2 it is composed of DS1302 chips using clock circuit, through the key module set switch circuit time, realizing the function of time, and can be controlled in LED digital display

20、the time line. Add to the follow-up of streetlights driving circuit, complete the circuit switch, so as to achieve the design of a complete set of intelligent street lamp control requirements. The experimental results show that the scheme design of intelligent street lamp control system has good sen

21、sitivity and reliability, can complete the basic function of intelligent street lamp control.Key Words: Photoconductive resistance；Photoelectric detection；DS1302 1引言目前，照明系统控制方式主要有时间控制方式、光照强度控制方式、时控与光控相结合的方式1。时间控制方式以时间为开、关灯的唯一依据，不论在任何季节条件下都只能在规定的同一时间开、关灯，随着季节或者气候的变化，需要人工干预来调整开、关的时间。光照强度控制方式是按照光照强度的差异

22、来控制开、关灯2，但在光线不足或者是有强光照射的夜晚，可能发生错误的动作。公共照明的开关由分散单一的时间控制或者光照强度控制，无法做到统一开、关灯，也不能根据市民活动需求及时调整开、关等的时间和照明效果，造成管理困难、电力资源的浪费以及生活上的不便。随着现有技术的成熟和人们生活水平的提高，同时考虑到节省能源，人们越来越渴望实现对住宅小区公共照明的智能化。智能路灯照明系统的研究满足了人们的需要，同时也更为方便灵活的管理的路灯的开关，既节能减排，又灵活多变，使得公共照明系统更加合理，更加人性化3。智能路灯控制系统通过综合考虑和分析，依据与道路照明密切相关的时间、光照强度等因素的变化，实现对路灯的开

23、启和关闭控制，从而在提高照明质量的同时获得最佳的节能效果。结合实践经验和理论上的论证，本设计采用时控与光控相结合的方式，可以根据实际条件的不同，灵活选用时控或者光控来实现路灯的开、关控制。2方案设计智能路灯控制器主要由光电检测电路、驱动电路等电路组成4。光电检测电路是整套设计的核心，驱动电路主要起执行作用，实现对路灯开关的控制。2.1光电检测电路方案论证实现光照强度的检测需要利用光电检测器件。光电检测器件是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光（电）信号（红外、可见紫外光辐射）转变成电（光）信号的器件。目前采用较多的光电检测器件主要有紫外管、光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管

24、、光敏三极管等5。由于本设计检测的是自然光照强度，同时考虑到器件成本等客观因素，所以我们选择光敏电阻作为光电检测器件。光电检测电路设计的主要参考方案有以下三种：方案一：使用光敏电阻和比较器进行光电检测；其原理是光敏电阻遇光电阻变小，比较器LM393反相输入端的电压变大，当反向输入端电压大于正向输入端电压时，比较器输出低电平6。这个设计所提供的输入信号对环境的要求较高，光线渐变到达某一程度的情况下不能判断信号输出是否为1或0，使得单片机难以判断输出信号，导致电路运行不正常。如下图2-1所示：图2-1 基于光敏电阻和比较器的检测电路方案二：采用RC振荡器的原理进行光电检测，利用两个与非门与光敏电阻

25、构成与非门结构的振荡电路，将光电信号转换成频率的形式，使用脉冲振荡产生的CP脉冲是作为标准信号和控制信号来使用，从而控制单片机后续操作，它是一种频率稳定、脉冲宽度和幅度有一定要求的脉冲7。在不同的光照强度下对该电路产生的方波频率进行检测，光线强频率则高，光线弱频率则低。其原理如图2-2所示：图2-2 振荡器形式的光电检测电路方案三：利用光敏电阻和AD转换器实现光电检测。当光线强的时候，光敏电阻阻值很小，AD采集的值很小；当光线弱得时候，光敏电阻阻值很大，AD采集的值很大8；由于该电路与前两个方案的电路相比较为复杂，且需要添加A/D转换芯片，制作成本较高，所以不考虑。其原理如图2-3所示：图2-

26、3 AD转换实现光电检测电路综合考虑上述方案，方案二采用振荡脉冲的原理，把模拟信号转化为方波频率的形式输出，避免了单片机判断上面的问题，可以较为准确的控制电路进行后续操作，同时也减轻了整套电路成本上面的压力，在器件安装和调试上也比较容易，故选取方案二作为传感器模块中的电路。2.2驱动电路方案论证在驱动电路设计方面我们也考虑到两种类型的方案：使用双向可控硅对电路进行控制，实现无触点开关控制。当控制端输出为低电平时，可控硅处于关断状态，当控制端处于高电平时，可控硅导通9。利用可控的优点主要在于体积小、寿命长、造价低、开关速度快。但是其缺点在于可控硅的控制端需要与220V的电路相连，容易引发触电等危

27、险事故。其原理图如下图2-4所示：图2-4 可控硅驱动电路图采用继电器对电路进行控制。当继电器线圈通电时，继电器触点吸合；当继电器线圈断电时，其触点断开。利用继电器对电路执行操作的优点在于它可以将控制电路与220V电压隔离，相比方案一更为安全，所以我们采用方案二作为驱动电路设计方案。其原理图如图2-5所示：图2-5继电器驱动电路原理2.3 总体设计方案整个控制器的总体设计主要是由键盘输入模块、数码管显示模块、传感器模块、驱动电路模块以及光源模块组成。如图2-6所示，它主要是以单片机控制模块为中心，由单片机去控制驱动电路，从而控制路灯的开、关灯。首先，可以根据需要选择路灯的控制模式，在光控模式的

28、情况下，对输入的光电信号频率进行检测，当检测到的频率值符合设定的光照强度所产生的频率值时，驱动电路执行路灯开、关；在选择时控模式的情况下，通过键盘输入模块设定路灯开启或者关闭的时间，利用时钟模块进行时间判断，当时间达到设定的开、关电路的时刻时，驱动电路执行路灯的开、关程序，同时LED数码管可以显示设定的开、关电路的时间。在单片机的选择上我们使用较为熟悉STC89C51单片机。图2-6 总体设计整个智能路灯控制系统在完善软件和硬件的条件下可以准确的判断自然光照的强度，从而利用光控或者时控功能来实现电路的开、关。由于具备了两种控制方式，所以该路灯控制系统受到外界的影响较小，比单一的光控或者时控路灯控制系统更为完善、灵活。同时可以根据时间和对照明强度的需要等因素来设定公共路灯照明系统的开、关，在满足照明需求的同时也能合理的节约能源，避免电力资源的浪费。3硬件设计整个智能路灯控制电路主要分为光电检测电路、单片机控制电路和驱动电路。单片机控制电路中又有各个小模块组成，各个模块都承担着各自的任务。3.1光电检测电路根据设计方案论证，采用第二套方案作为光电检测电路的方案，利用光敏电阻作为主要光电检测器件，同时加上2个与非门构成RC振荡器的形式进行光电检测。光敏电阻结构图如图3-110所示：图3-1光敏电阻结构图光敏电阻是利用硅PN结受光