基于单片机的路灯智能控制器设计(编辑修改稿)

基于单片机的路灯智能控制器设计(编辑修改稿)内容摘要：

控制系统。 通过软件控制，来分别实现 路定时开关路灯，路灯开关灯时间可调，跟据环境明暗状况自动开关灯等功能。 路灯节能系统产生的直接及间接的社会经济效益是巨大的。 系统设计目 标 基于单片机 的 路灯智能控制器， 主要实现 以 下功能要求： （ 1）通过 DS1302 时钟芯片获取时间； （ 2） 通过 按键调整时间及 开关灯时间 的高、低设定值 ； （ 3） 通过光敏电阻对环境的光强反应进行数据采集 ， 当 时间或光敏电阻 采集到的数据低于或者高于设定值时开关动作 控制路灯的开 、 关 ； （ 4） 用点阵式液晶显示器（ LCD）实现实时显示； （ 5）用两个 LED 灯来模拟 一个 路灯 的两个灯泡。 滁州学院本科毕业 设计 3 2 设计方案 方案选择与论证 根据 设计 要求，本系统 由主控单元 模块 、 时钟 模块 、 环境明暗检测模块、 按键调节模块、 液晶显示模块 、 模拟路灯 LED1 和 LED2（ LED1 和 LED2 用来模拟一个路灯两个灯泡） 等模块组成， 现在对各模块的可行性方案进行比较、论证，从中选出本次路灯智能控制器的设计方案。 各个模块的方案选择与论证 主控单元 方案一： 使用 AVR 单片机实现 AVR 单片机是增强型的内置 Flash 的 RISC（ 精简指令集 ）的高速 8位 单片机 ， 相对于出现较早也较为成熟的 51 系列 单片机 ， AVR 系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代 51 系列单片机。 但是我对于 AVR 单片机的熟悉度不高。 方案二： 使用 51 单片机 就我所熟悉的 51 单片机中的 AT89S52单片机来说，它是 一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。 使用简单，性价比高。 时钟模块 方案一： 使 用单片机内部定时器 该方案主要由软件实现，占用 I/O 口较少，节约外部硬件资源和资金，但是计时精度低，而且没有掉电保持功能。 方案二：使用 DS1302 时钟芯片 DS1302时钟芯片 计时精度高、功耗低、有掉电保持功能， 利用 DS1302时钟芯片独立于单片机来计时，在提高计时进度的同时也提高了整个系统的抗干扰能力。 环境明暗 监 测模 块 方案一： 使用光敏三极管 光敏三极管又称光电三极管，它是一种光电转换器件，其基本原理是光照到 PN 结上时，吸收光能并转变为电能。 当光敏三极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。 方案二：使用光敏电阻 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。 在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。 在光敏电阻两端的金属电 极加上电压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大，从而实现光电转换。 光敏电阻易于实现本设计所需功能，且性价比高。 按键控制模块 滁州学院本科毕业 设计 4 方案一 ： 4*4矩阵式按键 4*4矩阵式按键用起来直观方便、操作简单，但是性价比较低。 方案二：独立按键 本次设计中只需要三个独立按键就能实现设计要求，性价比高。 液晶显示模块 方案一 采用 LCD12864 LCD12864是一种具有 4位 /8位并行、 2线或 3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块； 其显示分辨率为 12864, 内置 8192个 16*16点汉字，和 128个16*8点 ASCII字符集．利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 可以显示 84行 1616点阵的汉字． 也可完成图形显示．低电压低功耗是其又一显著特点。 本次设计中只需要显示两行就行了。 方案 二 ：采用 LCD1602 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵 型液晶模块。 它由若干个 57 或者 511 等 点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一 个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用， 而且初始化程序简单，功耗低，性价比高。 系统最终方案 综上所述，系统的实现方案如下： （ 1） 主控单元采用 AT89S52 单片机来实现； （ 2） 时钟模块采用 DS1302 时钟芯片来实现； （ 3） 环境明暗监测模块采用光敏电阻来实现； （ 4） 按键控制模块采用三个独立按键来实现 ； （ 5） 液晶显示模块采用 LCD1602 来实现。 3 系统硬件设计 与实现 总体设计框图 本系统 的 功能就是通过单片机 根据时间和光照强度 发出指令控制 一个 模拟路灯 的两个灯泡 LED1和 LED2的开、关，系统框图如下图 31所示。 滁州学院本科毕业 设计 5 主控单元液 晶 显 示 模 块时 钟 模 块按 键 模 块环 境 明 暗 监 测 模块模 拟 路 灯 L E D 2模 拟 路 灯 L E D 1 图 31 路灯智能控制系统结构框图 主控单元 设计 本系统 单片机最小系统 采用 12M的晶振。 晶振的作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。 连接的是 30pF 的电容。 最小系统电路图如下图 32 所示。 图 32 最小系统电路 其中 ： XTAL1 和 XTAL2 外接晶振引脚。 当使用芯片内部时钟时，此二引脚用 于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 RST—— 复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 EA/VPP 访问和序存储器控制信号 （ 1） 接高电平时： CPU 读取内部程序存储器（ ROM）扩展外部 ROM：当读取内部程序存储器超过 0FFFH（ 8051） 1FFFH（ 8052）时自动读取外部 ROM。 （ 2） 接低电平时： CPU读取外部程序存储器（ ROM）。 在前面的学习中我们已知道， 8031 单片机内部是没有 ROM 的，那么在应用 8031 单片机时，这个 脚是一直接低电平的。 滁州学院本科毕业 设计 6 （ 3） AT89S52 烧写内部 EPROM 时，利用此脚输入 21V 的烧写电压。 当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 VCC：电源 +5V输入 ， VSS： GND接地。 RST 复位信号：当输入的信号连续2 个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的 0000H 单元读取第一条指令码。 时钟 模块设计 DS1302 时钟芯片是本系统实现高精度计时的关键。 利用 DS1302 时钟芯片独立于单片机来计时，在提高计时进度的同时 也提高了整个系统的抗干扰能力。 DS1302 通过 SCLK、 I/O、 RES 端口和单片机 AT89S52进行通信。 SCLK 接至单片机 ，在读写操作时给 DS1302 提供相应的时钟脉冲；I/O 接至 口用来传送所有的数据； RST 接至单片机 口上用来控制单片机与时钟芯片间的数据传送的开始于结束。 时钟模块电路图如下图 33 所示。 图 33 时钟模块电路图 另外 DS1302 在任何数据传送时必须先初始化，把 RST 脚置为高电平，只有在 SCLK为低电平时，才能将 RST 置为高电平。 环境明暗监测模块设计 本单元采用光敏电阻检测环境明暗变化， 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为 硫化镉 ，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。 这些制作材料具有在特定 波长 的光照射下，其阻值迅速减小的特性。 当光敏电阻感应到光线变化时，将信号传给控制单元进行处理，再由控 制单元控制路灯的亮灭。 PR接在单片机的 口， 其中 PR 代表光敏电阻的 引脚， 如图 34 所示。 图 34 环境监测模块 电路图 滁州学院本科毕业 设计 7 按键控制模块设计 按键控制模块电路图如图 35 所示。 图 35 按键控制模块电路图 其中 SET键用于模式选择、 UP键用于调节 时间和设定值的 值加 DOWN键用于调节 时间和设定值的 值减 1，分别接在单片机的 、 、。 液晶显示模块设计 采用点阵式液晶显示器（ LCD）显示。 LCD功能强大，可显示各种字体的 数字、汉字、图像，还可以自定义显示内容，显示灵活生动，同时配 3 个独立按键 更便于工作人员操作。 1602 字符型 LCD 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2 条线是背光电源线VCC(15 脚 )和地线 GND(16 脚 )， 3 脚接滑动变阻器，液晶显示模块的电路图如下图 36 所示。 图 36 液晶显示模块电路图 4 系统 软件设计 与实现 主要模块 程序结构框图 总体软件设计框图 根据设计方案 和。