毕业设计-基于at89c52单片机的太阳能路灯控制系统

毕业设计-基于at89c52单片机的太阳能路灯控制系统内容摘要：

机系统时，若单片机采用 6MHz 的晶振，则 ADC0809的时钟信号可以由单片机的 ALE 经过一个二分频电路获取 ， 这时 ADC0809 的时钟频率为 500KHz， A/D 转换时间为 130μs[1]。 ADC0809 应用 ADC0809 与单片机的连接可以采用查询方式，也可采用中断方式。 图 213为中断方式连接的电路图，由于 ADC0809 片内有三态输出锁存器，因此可直接与单片机接口。 图 ADC0809 与单片机连接 图 ADC0809 时序 15 这里由 和 WR联合控制启动转换信号端 (START)和 ALE 端， P2 口的低三位地址线加到 ADC0809 的 ADDA、 ADDB、 ADDC 端，用于控制选通模拟输入通道。 启动 ADC0809 的工作过程是：先送通道号地址到 ADDA、 ADDB、 ADDC，由 ALE 信号锁存通道号地址，后让 START 有效，启动 A/D 转换，产生 WR信号，使 ALE、 START 有效，锁存通道号并启动 A/D 转换。 A/D 转换完毕， EOC 端发出一正脉冲，申请中断。 中断服务程序中，产生 RD 信号，使 OE 端有效，打开输出锁存器三态门， 8 位数据便读入到单片机中。 物体检测模块和环境明暗检测模块 信号采集模块包括物体检测模块和环境明暗检测模块，两者功能如下： 物体检测模块：采用红外传感器检测移动的物体时，感应的电压变化大，灵敏度比较高，经比较电路容易产生高低电平，适宜用于移动物体的检测，原理图图 检测明暗模块 16 如上。 该模块需要检测小车的移动，并根据小车的移动进行路灯开关的自动控制。 基于此目的采用红外传感器进行检测，当传感器检测到小车时，传感器给单片机一个信号，然后单 片机对路灯进行合理控制，达到题目要求。 环境明暗检测模块：该模块需要检测环境光的变化，根据环境光的明暗进行路灯开关的自动控制。 基于此要求采用由光敏电阻组成的分压电路进行检测。 光敏电阻器又称光导管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速减小，可用于检测可见光。 在不同的光强下，光敏电阻的电阻值会发生明显变化， 光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光 通过检测不同光强下电阻值的变化量来控制路灯的开和关[2]。 LCD 显示模块 液晶是一种介于液体与固体之 间的热力学的中 间 稳定相，其特点是在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性，分子两头有极性。 液晶显示器 LCD(Liquid Crystal Display)的驱动方式由电极引线的选择方式确定，一般有静态驱动和时分驱动两种，由于直流电压驱动 LCD 会使液晶体产生电解和电极老化，从而大大降低 LCD 的使用寿命，所以驱动方式多采用交流电压驱动。 由于现有的液晶显示器通常都集成了液晶显示驱动电路，使用时直接对液晶显示驱动芯片操作即可，这里对于液晶的驱动方式就不做过多的介绍。 通常使用的 LCD 有两种， 一种是字符型液晶显示器 ， 一种是点阵式液晶显示器。 字符型 LCD 能够显示字母、数字、符号等 192 钟 ASCII 码对应的字符 ，而点阵式液晶显示器除了能够显示字符外还能够显示中文和图形。 本体统采用点阵式液晶显示器。 利用点阵式液晶显示器 可以实现中文的操作和提示界面，增强人机交互性，同时图形显示的引入也对设备的显示性能有极大的改善。 当然 ， 点阵式液晶的操作和控制也相应的比字符 型 液晶的复杂一些 [3]。 17 图 LCD128*64 显示 路灯控制模块 键盘电路模块 矩阵键盘适用于按键数量较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行列的交叉点上，一个 4*4 的行列结构可以构成一个含有 16 个按键的键盘，很明显，在按键数量较多的场合，矩阵键盘比独立键盘相比，要节省很多的 I/O 口。 矩阵键盘的工作原理：按键设置在行列交点上，行列线分别连接到按键开关的两端。 行线通过上拉电阻接到 +5V 上。 平时无按键抖动时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。 列线如果为低，则行线电平为低；列线电平如果为高，则行线电平亦为高。 这一点是识别矩阵按键是否被按下的 关键所在。 由于矩阵键盘中行列线为多键共用，各按键均影响改键所在行和列的电平。 因此各按键彼此将相互发生影响，所以必须将行、列线信号配合起来并且做适当的处理，才能确定闭合键的位置。 通过矩阵按键对系统进行一定的设置。 本太阳能路灯控制系统通过键盘设定。 设计为 8 个按键，键盘结构如图 321 所示。 可根据实时需求选择 LED 太阳能路灯是处于何种工作模式，若选择时控模式，可通过 SET 按键，选择 UP、DOWN、 LIFT、 RIGHT 设定路灯系统运行的时、分，按 ENTER 确认，以保存设定的信息。 键盘电路设计如下图所示，为了便于 设定且有直观的人机操作界面，按键相 18 对偏多 【 4】。 图 矩阵键盘 路灯控制模块 该模块采用节能的 1W LED 灯，当电路出现故障时，单片机通过 AD 采集电路采样点的电压变化量后对数据进行处理。 D41 W L EDD31 W L EDR1 31 50R1 21 50D4 MISOPA 2PA 1 图 路灯控制电路 声光报警模块 采用声光报警外接电路模块，当路灯出现故障时（灯不亮），蜂鸣器发出声光报警信号，同时报警指示灯也会点亮 【 5】。 19 R618Q190 12L1be e pV C CP D 0 R65 10D1V C CPD0 图 声光报警电路 串口通信模块 max232 是由德州仪器公司（ TI）推出的一款兼容 RS232 标准的芯片。 由于电脑串口 rs232 电平是 10v+10v， max232 就是用来进行电平转换的 ， 该器件包含 2 驱动器、 2 接收器和一个电压发生器电路 [24]。 该器件符合 TIA/EIA232F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA232F 电平转换成 5V TTL/CMOS 电平。 每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA232F电平。 电路连接图如下图所示 【 6】。 图 串口通信及其电平转换 USB 通信模块 USB 就是通用串行总线，具有高速传输、热拔插、即插即用、配易于扩展 及产品成本低等特点。 是一种适应低、中、高速的 PC 机外结总线，而且它还支持最多 127 个外设的同时串联，目前成为 PC 机与外部通信的主流接口 20 图 USB 通信模块 时钟模块 时钟可以由两种方式产生，即内部方式和外部方式。 内部方式：在 XTAL1和 XTAL2 端外接石英晶体做定时元 件，内部反相放大自激振荡，产生时钟。 时钟发生器对振荡脉冲二分频，即若石英频率为 6MHz，则时钟频率为 3MHz。 外部方式：可以通过 XTAL1 和 XTAL2 接入外部时钟 【 7】。 我们采用外部方式。 图 时钟模块 电源模块 采集的太阳能储存在蓄电池，将蓄电池的电压经稳压后输出稳定的 +5V 直流电源 【 8】。 V i n1GND2V o u t 3U8 7 8 0 512J9C30 .1 UC80 .1 UC44 7 0 UC71 0 0 U+ 5 V 图 电源模块 过流保护 我们 设计 的 负载输出有独立的控制 和检测，具有完善的过流、短路保护措施 , 21 电路原理如 图一 所示。 设计了两级保护：第一级采用了由 R7( Ω 康铜丝 )以及运放 LM35比较器 LM393 等器件组成的过流、短路检测电路，配合单片机的 A/D 转换及外部中断响应来实现负载过流及短路保护，是一种硬件 +软件的方式， LM358 的输出送 A/D 转换 模拟信号输入端 IN0 口，用作过流信号识别，当电流超过额定电流 20％并维持 30 s 以上时，确认为过流；短路电流整定为 10 A，响应时间为毫秒数量级。 第二级采用了电子保险丝保护，当流经电子保险丝的电流骤然增加时，温度随之 上升。 其电阻大大增加，工作电流大大降低，达到保护电路目的，响应时间为秒数量级，过流撤消或短路恢复后电子保险丝恢复成低阻抗导体，无须任何人为更换或维修。 系统采用了两级保护措施后， 预计 在长达数小时的负载短路 后 控制器 都不会 出现电路烧毁现象 ，能有效 解决用传统保险丝只能对电路进行一次性保护以及一旦器件烧毁必须人为更换的问题，同短路后需手动复位或断电后重新开启的系统相比，也具有明显的优点。 简化了太阳能路灯控制器维护，提高了系统的安全性能 【 9】。 图 负载输出控制与检测电路 太阳 能电池组件及负载 LED 开关控制 单片机检测蓄电池电压，防止过放。 低于最低限值时，单片机发出断开电池开关信号。 当 BATswitch1 为高电位时，经过非门变为低电位，光耦工作，右侧电阻输入信号为高电位， Q9工作，输出高电位， Mosfet 开通。 反之，当 BATswitch1为低电位时，经过非门变为高电位，光耦不工作，右侧电阻输入信号为低电位， 22 Q11 工作，输出低电位， Mosfet 管关断 [20]，如图 315 所示。 1 2GND7VCC14U 8A74 F 14U6P I C 81 7R 42510R 362KC8104+ 5V+ 5V+ 5VQ98050Q 118550R 4430D 1315VQ 13I R F 54 0+ 15 VG N DG N DB A T _s w i t c h1 图 蓄电池过放控制 单片机检测 LED 负载电压， LED 分为两组，每组可提供 9W功率， 一起工作可提供 18W 功率。 根据时段不同，有选择的开启 1 组或 2 组以此满足功率需求，且在一定时段可节省能源。 通过切断一组 LED 可控制负载输出为 18w 还是9w。 原理同上 [21]。 电气原理图如图 316 所示。 3 4GND7VCC14U 8B74F 14U7P I C 817R 43510R 372KC9104+ 5VV C C+ 5VQ 108050Q 128550R 4530D 1415VQ 14I R F 540+ 15VG N DG N DL E D _s w i t c h1 图 负载 LED 开关控制 本次系统电路搭建过程中的体会 接地问题是电路去噪关键 任何一个电路系统，都会涉及到接地问题，实际上，接地是极其重要的设计考虑。 可以使用两种不同的方法：一、使用拆分接地，其中包括模拟接地和数字接地，连接在一个点上；二、使用一个整体接地。 使用拆分 法接地可以很方便的获得最佳防噪性能。 但可能遇到 RFI/EMI 问题。 尽管使用单个接地板难以获得优良的设计，但可以更容易地把 RFI/EMI 问题最小化，因此本系统均使用单一接地方法。 电路中不希望任何数字回路电流沿直线流动从而流过甚至接近其它模拟元 23 件，特别是处理低电平信号和 ADC 的元件。 接地电流流经低电阻，可能导致在接地中出现一些噪声变化。 如果来自模拟元件的接地电流从模拟部件返回电流遵循相同的路径，则模拟信号中的噪声将会增加，并且将显示在放大器和 ADC 中。 如果决定使用两个接地板，则数字和模拟接地排针应该具有相同 的电位。 大多数数据表示他们应该为 100mV，后者有时为 50mV 或 250mV，但实际上它们应具有相同的电位。 电路系统中不应该使用单个通孔将它们连接至接地板。 应该将它们单独连接，尽量分开，距离尽可能为 2 到 3 厘米，原因是通路一般对于 1到 的指令产生电感。 该 nH 级电感是通过高速数字边缘率出现的大阻抗，这样的阻抗足以使数字信号在通路上产生噪声，该噪声可以耦合至模拟接地，因此在 ADC 的输入端产生模拟噪声。 因此应尽量避免在相同位置的接地板中布置模拟地和数字地插针，但是一定要确保模拟和数字接地插针应该有相同的电位，更重要的是，需要把数字输出驱动器回路排针与其它接地排针分隔开。 我们尽量在所有 IC 器件的电源输入出采用一个 的瓷片电容和一个100uF 的电解电容并联接地，形成一个电荷池，有效地抑制了 IC 对电源的影响。 电容连线靠近电源并尽量短粗，一般我们直接用焊锡连接。 模块与模块之间的信号用同轴线，可以有效地屏蔽。