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1、 編號 濰坊學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 技 術(shù) 報 告 課題名稱：自適應(yīng)路燈控制器設(shè)計 學(xué)生姓名: 王繼盛 學(xué) 號: 專 業(yè): 班 級: 2012級4班 指導(dǎo)教師: 2016年 6 月 濰坊學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄第一章 前言11.1 課題研究的背景及意義11.2 路燈照明技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢11.2.1 路燈照明技術(shù)的現(xiàn)狀11.2.2 路燈照明技術(shù)的發(fā)展趨勢2第二章 自適應(yīng)路燈控制系統(tǒng)的方案設(shè)計32.1 控制系統(tǒng)的理論分析32.2 控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方案3第三章 硬件電路設(shè)計43.1 系統(tǒng)中的主要器件的介紹43.1.1 單片機AT89C51簡介43.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片簡介53.1.3 通信芯片簡介6
2、3.1.4 時鐘芯片簡介73.1.5 顯示模塊簡介73.1.6 光傳感器簡介83.1.7 繼電器簡介93.2 主要模塊電路設(shè)計103.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路103.2.2 光照采集電路113.2.3 時鐘電路123.2.4 路燈開關(guān)電路123.2.5 串口通信電路13第四章 軟件設(shè)計144.1 系統(tǒng)控制程序的設(shè)計流程144.2 功能模塊程序設(shè)計154.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計154.2.2 讀取時間程序設(shè)計164.2.3 顯示程序設(shè)計184.3 系統(tǒng)控制程序設(shè)計194.3.1 控制繼電器程序設(shè)計194.3.2 關(guān)燈方式程序設(shè)計194.3.3 時間調(diào)整程序設(shè)計204.4 串口通信程序設(shè)計21
3、第五章 仿真測試225.1 光照控制仿真測試225.2 時鐘控制仿真測試225.3 系統(tǒng)總控制仿真測試23第六章 結(jié)束語25參考文獻(xiàn)26附錄27致謝32I 摘要：在現(xiàn)代化城市中，道路路燈成為城市的一條靚麗風(fēng)景線，但是美好的表面下卻存在著嚴(yán)重的電能資源浪費，實現(xiàn)路燈的自適應(yīng)控制進(jìn)而達(dá)到能源節(jié)約是本設(shè)計的主要目的。本設(shè)計主要由光敏電阻構(gòu)成的光照傳感器、AT89C51單片機、電磁繼電器三部分構(gòu)成，光照傳感器實現(xiàn)光照度的采集，單片機作為主控制中心處理數(shù)據(jù)，繼電器為執(zhí)行元件調(diào)控路燈的亮滅。本系統(tǒng)采用的策略是首先按照光照度對路燈自適應(yīng)關(guān)燈控制，此外還需要按照預(yù)先設(shè)計的時間策略對路燈自適應(yīng)開燈控制。關(guān)鍵字：
4、路燈；自適應(yīng)；光照傳感器；單片機；繼電器ABSTRACT：In a modern city,street lamps become a beautiful landscape of the city, but there is a serious waste of resources under the better surface. The main purpose of this design is to realize the adaptive control of street lamp and achieve energy saving. This system mainly con
5、sists of three parts, which are light sensor, single chip microcomputer and relay. The light sensor collects light illumination, the single chip microcomputer as the control center to deal with data, the relay as the control switch controls the opening and closing of the street lamp. The strategy ad
6、opted in this system is to control the street light adaptive according to the light intensity, in addition to the time in accordance with the strategy of beforehand designed adaptive control on the lamp lights.KEY WORDS:street lamp;adaptive; light sensor;single chip microcomputer;relayI第一章 前言1.1 課題研
7、究的背景及意義社會的城市化進(jìn)程越來越快，路燈在城建中的重要性愈發(fā)顯著。路燈的作用已經(jīng)不僅僅是為了照明，還成為了城市的一道靚麗的風(fēng)景，但是路燈的不合理使用浪費了大量的電能。我國的電能來源主要是火力發(fā)電，而發(fā)電的效率僅在44%左右。利用火力發(fā)電的同時也消耗著煤炭資源和污染著環(huán)境，一座1000兆瓦的火力發(fā)電廠每天大約消耗10萬噸的水資源，全國每年消耗標(biāo)準(zhǔn)煤約5000萬噸，火力發(fā)電造成的污染很嚴(yán)重，全國每年排放SO2約140萬噸和煙塵約1500萬噸，直接燃燒煤炭排放的酸性氣體不斷增加，使中國很多地區(qū)酸雨量增加。煤粉灰塵也嚴(yán)重污染著發(fā)電站附近的環(huán)境，影響人們的日常生活及植物的正常生長。根據(jù)調(diào)查報告顯示2
8、014年社會消耗電量大約是5.5萬億度，而用于路燈的用電量大約占其中的12%1。按市電0.7元每度計算，一年花費約460億元，嚴(yán)重制約著國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但是我國的路燈管理水平還比較落后，基本上靠人工操作，花費了大量的人力成本，而且路燈的開關(guān)控制不夠準(zhǔn)確及時，造成電能的大量浪費。因此提高路燈控制技術(shù)，科學(xué)合理智能的控制路燈，在滿足人們在路上出行安全的同時還能節(jié)約電能和減少人力成本，減少市政開支，所以大力推廣照明節(jié)能技術(shù)具有重大的意義。1.2 路燈照明技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢1.2.1 路燈照明技術(shù)的現(xiàn)狀目前大多數(shù)城市的路燈照明控制技術(shù)比較落后，基本上都是采用傳統(tǒng)的控制方式，即使用人工操作，在規(guī)定的時間
9、點統(tǒng)一打開和關(guān)閉路燈，而且路燈的損壞情況全靠人工巡邏檢查，并且各街道路燈沒有主次之分，主干道與小街道路燈的亮度要么統(tǒng)一要么偏亮或偏暗，這些現(xiàn)象就造成了路燈開關(guān)的不準(zhǔn)確不及時，路燈維修不及時，各道路路燈亮度不科學(xué)，這樣的規(guī)劃設(shè)計不僅浪費能源增加人力成本，而且整體的照明效果也不好。1.2.2 路燈照明技術(shù)的發(fā)展趨勢電能是重要的二次能源，我國是發(fā)電大國，主要靠火力發(fā)電，當(dāng)前世界能源危機越來越嚴(yán)重，節(jié)約能源越來越重要，其中節(jié)約電能被提上日程，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市路燈節(jié)能技術(shù)得到不斷地進(jìn)步，從傳統(tǒng)的人工控制到由光照強度決定的智能控制，從高壓鈉燈到LED燈，從供電電源由市電到太陽能發(fā)電，路燈照明技術(shù)的
10、發(fā)展對電能的節(jié)約都得到了較大的進(jìn)步。第二章 自適應(yīng)路燈控制系統(tǒng)的方案設(shè)計2.1 控制系統(tǒng)的理論分析本系統(tǒng)整體分為兩部分又分為兩段控制，光照控制模塊和時鐘控制模塊2。光照控制指在夜晚0點以后光照傳感器開始工作，隨著天漸漸變亮，光照強度逐漸增強。主機接收從機收集的光照度，經(jīng)過處理后向從機發(fā)出指令，從機根據(jù)指令執(zhí)行關(guān)燈行為，直至路燈全關(guān)。時鐘控制指單片機在規(guī)定的時間點定時打開路燈。同時下午路燈打開的時間點隨著月份的變化而提前或延遲，例如夏季最晚打開路燈時間為19點，冬季最早打開路燈時間是17點，即每個月份增減20分鐘3。2.2 控制系統(tǒng)的整體設(shè)計方案系統(tǒng)整體設(shè)計方案如圖 2.1所示。圖2.1 控制系
11、統(tǒng)整體設(shè)計框圖 光感模塊收集光照強度提供給單片機，時鐘模塊提供時間參考，單片機根據(jù)收集的數(shù)據(jù)處理后輸出控制信息，通過控制模塊對路燈的開關(guān)進(jìn)行控制。主機通過串口收集各個控制器的工作狀態(tài)信息，然后通過顯示模塊顯示各個控制器的信息4。 第三章 硬件電路設(shè)計3.1 系統(tǒng)中的主要器件的介紹3.1.1 單片機AT89C51簡介單片機的特性概述：AT89C51單片機提供的標(biāo)準(zhǔn)功能：（1）8位CPU。（2）片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率fosc范圍在1.212MHz；可有時鐘輸出。（3）128B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。（4）4KB的片內(nèi)程序存儲器。（5）程序存儲器的尋址范圍為64KB。（6）具有尋址范圍為64KB的片外數(shù)據(jù)
12、存儲器。（7）21個字節(jié)特殊功能寄存器。（8）4個8位并行口：P0，P1，P2，P3。（9）1個全雙工串行口，可用于多機通信。（10）2個16位定時器/計數(shù)器。（11）中斷系統(tǒng)有5個中斷源，可編程為2個優(yōu)先級。（12）片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。（13）用單一+5V電源5。單片機的特點：（1）高度集成，體積小，可靠性能高；（1） 控制功能強；（2） 電壓低，功耗低，便于生產(chǎn)便攜式電子產(chǎn)品；（3） 容易擴(kuò)展；（4） 性價比較高；AT89C51單片機的部分引腳功能簡介：VCC接單一+5V電源，GND接地，P0P3口為8位雙向I/O口，其中P3口的第二功能是P3.0(RXD)串行輸入口，P3.1(TXD)串
13、行輸出口，P3.2（/INTO）外部中斷0，P3.3（/INT1）外部中斷1，P3.4(T0)計時器0外部輸入，P3.5(T1)計時器1外部輸入，P3.6（/WR）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通，P3.7（/RD）外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。AT89C51單片機引腳如圖3.1所示。圖3.1 AT89C51引腳圖3.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片簡介ADC0832是一種專門用來將模擬信號轉(zhuǎn)換為便于計算操作的數(shù)字信號的芯片，與微處理器完全兼容，它具有價格較低、接口比較簡單、轉(zhuǎn)換控制比較容易等優(yōu)點，在單片機系統(tǒng)開發(fā)中得到大量的使用6。ADC0832的特點：（1）8位分辨率，最高分辨可達(dá)到256級；（2）輸入輸出電平與TTL/
14、COMS相兼容；（3）供電電源為+5V時輸入電壓在0-5V之間；（4）工作頻率為250KHz，轉(zhuǎn)換時間在32us；（5）功耗一般在15mW；ADC0832的引腳功能表如表3-1所示，其引腳圖如圖3.2所示。表3-1 ADC0832引腳功能表圖3.2 ADC0832引腳圖3.1.3 通信芯片簡介MAX485主要應(yīng)用于RS-485總線上，其工作電源為+5V，通信方式為半雙工，它的功能是將TTL形式的電平轉(zhuǎn)換成為抗干擾能力更強的RS-485形式的電平7。 RS-485接口是一種新的接口標(biāo)準(zhǔn)，它具有的特點是： 1、RS-485的電氣特性：以A線和B線之間的電壓差大于0表示高電平，小于0表示低電平。2、
15、RS-485接口的最大通信速率是10Mb/s，它的通信速率越快則通信距離就越近。 3、RS-485接口使用差分接收器和平衡驅(qū)動器相結(jié)合的形式，其抵抗共模的干擾能力強。4、RS-485接口最大通信距離大約是1200米，如果加上485中繼器通信距離更遠(yuǎn)，并且在接口上允許最多連接128個從機，方便建立設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。MAX485引腳功能簡介：RXD（1引腳）接收器輸出；/RE（2引腳）接收器輸出使能，為0時允許接收器輸出；DE（3引腳）驅(qū)動器輸出使能，為1時允許驅(qū)動器工作；TXD（4引腳）驅(qū)動器輸入；A（6引腳）接受器非反相輸入和驅(qū)動器非反向輸出端；B（7引腳）接受器反向輸入和驅(qū)動器反向輸出端；GND（5
16、引腳）和VCC（8引腳）分別是地和電源。MAX485引腳如圖3.3所示。圖3.3 MAX485引腳圖3.1.4 時鐘芯片簡介DS1302是一種實時時鐘芯片，可以提供詳細(xì)的時間信息，能對閏年自動校正，內(nèi)部具有31字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲，工作電壓在2.5V至5.5V之間，此外有2個電源輸入端，一個為主電源輸入端，另一個為備用電源輸入端，備用電源可以使用電池或較大的電容，防止掉電的情況下芯片可以正常的工作7。DS1302的引腳圖如圖3.4所示，其引腳功能描述為X1，X2 晶振引腳32.768KHzRST 使能引腳I/O 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳SCLK 串行時鐘引腳Vcc1,Vcc2 電源供電引腳GND 接地引腳圖
17、3.4 DS1302引腳圖3.1.5 顯示模塊簡介 1602液晶也被稱為1602字符型液晶，能夠同時顯示16*2即32個字符。它通常用來顯示字符。它由5*7個點組成的一個字符共組成32個字符，兩個字符之間有一個點的間隔，在兩行之間也有一個點的間隔，這種情況照成圖像的顯示效果不是很好。LCD1602的引腳圖如圖3.5所示，其引腳功能如表3-2所示。表3-2 引腳功能表圖3.5 1602引腳圖3.1.6 光傳感器簡介光傳感器是利用對光照度較敏感的元件將不易檢測的光信號量轉(zhuǎn)化為容易檢測的電信號量的一種傳感器，光傳感器的類別很多，在大多數(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用中被使用。由光敏電阻器及其外圍電路組成本設(shè)計使用的光傳
18、感器89。光敏電阻是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻，它的阻值根據(jù)接收到的光線的強弱而變化。光線增強，阻值變小，光線減弱，阻值變大。光敏電阻的特性：（1） 亮電阻：在有光照線照射時的電阻值。（2） 暗電阻：在沒有光線照射時的電阻值。（3） 靈敏度：亮電阻與暗電阻的相對變化值。本設(shè)計使用的光敏電阻參數(shù)如下表3-3所示，光敏電阻實物如圖3.6所示。表3-3 光敏電阻參數(shù)表圖3.6 光敏電阻實物圖3.1.7 繼電器簡介繼電器是一種把兩個電路銜接在一起的中間器件，在輸入端輸入的電量達(dá)到一定的要求時繼電器工作，常開觸點（常閉觸點）關(guān)閉（斷開），被控電路接通或斷開，它通常被用在用弱電控制強電的電路中。所
19、以在電路中起到保護(hù)的作用。4098型電磁繼電器通常由彈簧、線圈、鐵芯、銜鐵和觸點組成。工作原理是當(dāng)線圈上電后，線圈中的鐵芯產(chǎn)生較大的磁力吸動銜鐵帶動彈簧，使觸點閉合，被控電路接通。當(dāng)線圈斷電后，鐵芯的磁力消失由于彈簧的作用銜鐵被復(fù)位，觸點斷開10。繼電器原理圖如圖3.7所示。圖3.7 繼電器原理圖3.2 主要模塊電路設(shè)計3.2.1 單片機最小系統(tǒng)電路單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)是用最少的器件構(gòu)成能夠正常工作的最基本的單片機應(yīng)用電路，其包括晶振電路、復(fù)位電路和電源電路組成。晶振電路由一個11.0592MHz的晶振和兩個30pf的電容組成，為單片機系統(tǒng)提供基準(zhǔn)時鐘信號。單片機復(fù)位一般有三種方式，即單片機上電
20、復(fù)位、手動按動按鈕復(fù)位和軟件編程復(fù)位。上電復(fù)位是單片機在上電后從初始狀態(tài)開始運行，手動復(fù)位即單片機在運行的過程中按下復(fù)位按鍵使單片機回到初始狀態(tài)重新運行11。單片機最小電路如圖3.8所示。圖3.8 單片機最小系統(tǒng)電路3.2.2 光照采集電路 光照采集電路是系統(tǒng)的重要主要組成部分，主要是對光照強度的采集，將光的強弱變化轉(zhuǎn)換成電壓的大小變化，通過ADC0832處理后將信息輸入到控制中心。光照強度信息采集電路如圖3.9所示。圖3.9 光照強度信息采集電路 信息采集電路采用光敏電阻RG0和RG1，接收光線，其中RG0采集太陽光強RG1采集路燈光強，通過測量電阻R0和R1上的電壓，經(jīng)過ADC0832將測
21、量的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳送給控制中心經(jīng)過轉(zhuǎn)換操作間接得到光照強度。因為光敏電阻對光的敏感度很高，所以對光照的檢測只需在0150Lx范圍內(nèi)就行，根據(jù)路燈安裝地點適當(dāng)調(diào)整光控量。同時為了對路燈的照明情況能夠?qū)崟r了解，就用一個光敏電阻RG1檢測路燈是否工作正常，當(dāng)路燈燈泡損壞時RG1檢測不到光照，在R1上檢測到的電壓非常小，以此值表示路燈損壞。3.2.3 時鐘電路 DS1302時鐘電路RST引腳接單片機的P1.4控制芯片的復(fù)位，SCLK為時序信號輸入端由單片機的P1.5提供，I/O為數(shù)據(jù)輸入輸出端接單片機的P1.6，X1和X2之間接32.768KHz晶振，為了防止電源對芯片的沖擊，在主電源引腳上串聯(lián)
22、一個電阻值為1K的電阻R。DS1302時鐘電路如圖3.10所示。有關(guān)電源的2個引腳，1是主電源，8是備用電源，在Vcc2掉電的情況下，由Vcc1供電，使芯片正常工作。為DS1302供電是選用較大的供電，當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2供電，當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，Vcc1供電。DS1302的充電電路可以對后備電源充電，后備電源可以使可充電電池（3.6V）或較大電容，并選擇串入的二極管數(shù)目以調(diào)節(jié)電池充電電壓12。涓流充電電流為 (3-1)其中n=0、1、2.,Vd是二極管壓降一般是0.60.7，R由程序設(shè)定RS寄存器為2K、4K、8K。圖3.10 時鐘電路圖3.2.4 路燈開關(guān)電路
23、 路燈開關(guān)電路采用繼電器作為路燈的開關(guān)，通過三極管放大電路將單片機輸出的信號放大后輸入到繼電器，實現(xiàn)由小電控制大電。路燈開關(guān)控制電路如圖3.11所示。圖3.11 路燈開關(guān)控制電路NPN型開關(guān)電路的工作原理：三極管有三種工作區(qū)域，分別是截止區(qū)、線性區(qū)和飽和區(qū)，B極IB作為輸入，控制三極管的工作狀態(tài)。在截止區(qū)IB接近于0，CE不導(dǎo)通。在線性區(qū)IB在一定的范圍內(nèi)CE成比例放大導(dǎo)通。在飽和區(qū)，IB再增大CE導(dǎo)通但不再放大13。電阻R為470歐姆，二極管1N4148并聯(lián)線圈的作用是在三極管突然不導(dǎo)通時與繼電器線圈組成回路防止產(chǎn)生的反電勢對元器件照成損壞。3.2.5 串口通信電路通過單片機串口通信，使多個
24、路燈的控制器連接在一起，組成一主多從的模式，電路中使用MAX485芯片驅(qū)動，提高信息傳遞的距離。在RS-485電路中，MAX485的RXD是數(shù)據(jù)輸出口接單片機的RXD,MAX485的TXD為數(shù)據(jù)輸入口接單片機的TXD，/RE和DE是方向控制口接單片機的P2.7，A和B接從機的A和B。在A和B之間接一個100300歐姆的電阻，能有效提高電路對干擾的抵抗能力。RS-485電路如圖3.12所示。圖3.12 RS485電路圖第四章 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)控制程序的設(shè)計流程 基于單片機控制系統(tǒng)的自適應(yīng)路燈控制器的軟件設(shè)計采用KEIL開發(fā)環(huán)境開發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)的實現(xiàn)功能劃分成各個模塊，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計流程圖及各個
25、模塊的流程圖按順序逐個編寫程序，最后用PROTUES仿真系統(tǒng)。在程序設(shè)計中加入了對光照度求平均值的優(yōu)化設(shè)計和時間調(diào)整設(shè)計使整個系統(tǒng)運行更合理。系統(tǒng)的總流程圖如圖4.1所示。圖4.1 控制系統(tǒng)設(shè)計流程圖 系統(tǒng)控制流程：首先系統(tǒng)初始化，然后讀取時間，如果讀取的時間小于關(guān)燈設(shè)定值（假如是早上7點）這說明是在凌晨，此時系統(tǒng)處于光照控制時段，光傳感器檢測光照強度經(jīng)過處理后根據(jù)設(shè)定的關(guān)燈步驟逐步關(guān)閉路燈至路燈全部關(guān)閉。此后系統(tǒng)處于時鐘控制階段，系統(tǒng)讀取的時間如果大于開燈設(shè)定值（假如是17點）則控制路燈打開。4.2 功能模塊程序設(shè)計4.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖4.2所示
26、。圖4.2 ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖 當(dāng)ADC0832沒有轉(zhuǎn)換時CS端應(yīng)置為“1”，這個時候器件無法使用，CLK和DO/DI的電平不要求。當(dāng)要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時就要先將CS端置為“0”，直到轉(zhuǎn)換完成。芯片開始工作時，在第一個CLK下降之前DI端必須是“1”，表示開始信號。在第二、三個CLK下降沿之前DI輸入端要輸入2位數(shù)據(jù)，用于選擇轉(zhuǎn)換通道，輸入數(shù)據(jù)為“1”“0”時表示只對CH0進(jìn)行單通道模數(shù)轉(zhuǎn)換，在第三個CLK下降之后DI端失去作用，此后開始從DO端讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，第四個CLK下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，從最高位開始隨后每一個CLK下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)，直到第11個CLK
27、時輸出最低位DATA0，記錄此字節(jié)數(shù)據(jù)，接著再記錄下一個字節(jié)數(shù)據(jù)，然后2個數(shù)據(jù)比較，相同就輸出，否則重新讀取14。4.2.2 讀取時間程序設(shè)計圖4.3 DS1302數(shù)據(jù)讀取流程圖DS1302芯片的工作原理：芯片工作時首先進(jìn)行初始化，首先將RST引腳置“1”并且把8位地址數(shù)據(jù)與命令信息寫入移位寄存器中。數(shù)據(jù)在時鐘信號SCLK的上升沿時以串行方式輸入數(shù)據(jù)，前8位是要訪問的地址，命令字寫入移位寄存器后，在以后的時鐘周期內(nèi)，輸出數(shù)據(jù)時就進(jìn)行讀操作，輸入數(shù)據(jù)時就進(jìn)行寫操作15。DS1302數(shù)據(jù)讀取流程圖如圖4.3所示。DS1302的控制字的第7位必須是“1”，如果為“0”，則寄存器進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)，第6位
28、為“0”，則表示存放或讀取的數(shù)據(jù)是日歷時鐘數(shù)據(jù)，為“1”表示存取存儲的數(shù)據(jù)，第5位至第1位是地址指示要操作的單元，第0位為“0”則表示寫操作，為“1”表示讀操作，控制字節(jié)總是從第“0”位開始輸出。DS1302的控制字如表4-1所示。表4-1 DS1302控制字4.2.3 顯示程序設(shè)計 LCD的初始化過程，顯示流程圖如圖4.4所示。圖4.4 LCD顯示流程圖LCD顯示程序流程1.定義LCD管腳，包括RS，R/W，E。2.顯示初始化，設(shè)置顯示方式，延時，清理顯示緩存，設(shè)置顯示模式。3.設(shè)置顯示地址。4.寫顯示字符的數(shù)據(jù)。4.3 系統(tǒng)控制程序設(shè)計4.3.1 控制繼電器程序設(shè)計通過單片機口控制電磁繼電
29、器工作，P1.7口為“1”時則繼電器閉合，被控電路斷開，路燈不工作，P1.7口為“0”時繼電器斷開，路燈工作。if(AD_val = 120) delayms(60000); /延時1分鐘 if(AD_val = 120) P1_7 = 1; else P1_7 = 0;delayms(250);AD_val是采集的光照強度轉(zhuǎn)換后的值，120是設(shè)定值可根據(jù)需要改變，通過和設(shè)定值比較，判斷光照強度，由此控制繼電器改變路燈的工作狀態(tài)。其中判斷過程加入了延時，通過延時一分鐘排除意外因素造成路燈閃爍，保證路燈的壽命和切換狀態(tài)的正確性16。4.3.2 關(guān)燈方式程序設(shè)計路燈在早晨的關(guān)燈方式采用光照控制，各
30、路燈通過光傳感器采集光照強度，然后將采集到的數(shù)據(jù)傳給主機，因為整個路段路燈所處的環(huán)境不同，采集到的光照強度可能差別較大，所以主機處理數(shù)據(jù)時將去掉一個最高值和最低值將剩下的求平均值，保證關(guān)燈的合理性。假設(shè)設(shè)置在光照強度為100Lx時路燈要全滅，所以根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)置3個步驟逐步關(guān)燈，即在光照強度達(dá)到30Lx時啟用步驟1關(guān)掉一部分，達(dá)到60Lx時啟用步驟2再關(guān)掉一部分，到100Lx時全部關(guān)掉。圖4.5為道路路燈分布圖。步驟1關(guān)掉的路燈：1、6、11、16、21步驟2光掉的路燈：4、7、10、13、18 圖4.5 道路路燈分布4.3.3 時間調(diào)整程序設(shè)計隨著季節(jié)的變化，白天光照時間隨之延長或縮短，所以
31、下午開路燈的時間如果固定就造成電能的大量浪費，所以合理的調(diào)節(jié)打開路燈的時間就顯得很重要。本設(shè)計假如夏季最晚開燈時間為19點，冬季最早開燈時間為15點，即時間的調(diào)整為從12月到次年6月逐月增加20分鐘，從6月到12月逐月減少20分鐘。uchar getTime;uchar PM,AM; /PM下午開燈時間，AM早上關(guān)燈時間 getTime = DateTime2 * 100 + DateTime1; if(mon0 & mon =6)AM = CLOCKmon - 1200;PM = CLOCKmon; elseAM = CLOCK12-mon - 1200; PM = CLOCK12-mon;
32、 將分鐘和小時重新組成一個四位數(shù)，小時作為高2位，分鐘作為低2位，從12月、1月到6月各個月的開燈時間點組成數(shù)組，例如12月下午5點開燈，通過芯片讀出來的數(shù)是24進(jìn)制，也就是17點，和分鐘組成的新數(shù)就是1700，通過這種方式就能得到所有時間點相對應(yīng)的數(shù)字，通過查詢法就能得到各個月的開燈時間點17。4.4 串口通信程序設(shè)計51單片機的串口能進(jìn)行全雙工通信，即能同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在單片機上接一個MAX485芯片構(gòu)成一個半雙工通信接口，從機開始處于接收狀態(tài)，只有在主機主動發(fā)送數(shù)據(jù)時從機才對接收的數(shù)據(jù)作出響應(yīng)，主機通過發(fā)送地址數(shù)據(jù)，從機接收后檢查是否與自己的地址相符，如果是自己的地址就響應(yīng)，不
33、是就不響應(yīng)4。采用這種查詢的方式主機使所有的從機作出響應(yīng)?；诒鞠到y(tǒng)的功能要求，主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)，從機接收數(shù)據(jù)后將自己的狀態(tài)信息（地址、路燈正常工作標(biāo)志、光照度）發(fā)送到主機，主機收到數(shù)據(jù)后，檢查數(shù)據(jù)中的路燈正常工作標(biāo)志，如果出現(xiàn)路燈不正常工作的標(biāo)志，則將該標(biāo)志的地址顯示，同時將所有從機的光照度求平均值，以此來控制從機網(wǎng)絡(luò)上路燈的關(guān)燈方式18。 51單片機可實現(xiàn)一臺主機與多臺從機的通信。在多機通信時從機不主動發(fā)送數(shù)據(jù)，只有在從機接收到主機發(fā)送的命令后，從機才做出相應(yīng)的響應(yīng)。 多機通信的過程如下：(1)系統(tǒng)啟動后全部從機初始化SM2位均置“1”，使之只能接收地址幀。(2)主機在發(fā)送地址之前先將T
34、B8=1，然后給所有從機發(fā)送地址數(shù)據(jù)。(3)從機先判斷接收到的數(shù)據(jù)的第九位，如果是“1”則表明是地址幀，如果是“0”則是數(shù)據(jù)幀，從機接收到地址幀后，先與自己的地址號對比，如果地址相符就把SM2=0，脫離多機狀態(tài)，之后就構(gòu)成雙機通信。(4)地址不符的從機由于SM2位等于1只能響應(yīng)TB8=1的數(shù)據(jù)，對于收到TB8=0的數(shù)據(jù)，則不作響應(yīng)，這樣就實現(xiàn)了主機與從機之間的雙機通信。(5) 作出響應(yīng)的從機通信完畢后將SM2置1，恢復(fù)系統(tǒng)原有的狀態(tài)，等待再次響應(yīng)。(6) 主機發(fā)送下一個地址，相應(yīng)的從機作出響應(yīng)，直到全部從機作出響應(yīng)。第五章 仿真測試本系統(tǒng)通過PROTUES軟件仿真測試，系統(tǒng)上電初始化后，主機開
35、始發(fā)出命令收集從機的信息，從機返回的信息主要是從機地址、從機路燈的工作狀態(tài)和從機收集的光照信息。在光照控制階段（即調(diào)節(jié)光敏電阻接收的光照度使其由0逐漸增大，此時禁用系統(tǒng)的時鐘模塊）主機需要獲取各個從機收集的光照信息，通過處理后按照設(shè)定的關(guān)燈步驟逐步關(guān)燈。在時鐘控制階段時，通過調(diào)節(jié)時間值模擬時間變化，當(dāng)時間值大于17點時LED等全亮。5.1 光照控制仿真測試通過調(diào)節(jié)RG的輸入量的大小模擬光照度的變化。當(dāng)光照度小于100Lx時模擬路燈LED亮，當(dāng)大于100Lx時模擬路燈LED滅。光照控制仿真如圖5.1。圖5.1 光照控制仿真圖5.2 時鐘控制仿真測試通過軟件編寫改變輸入的時間模擬現(xiàn)場時間控制，當(dāng)輸
36、入的時間大于17點時模擬路燈LED 亮，當(dāng)輸入的時間小于17點且大于7點時路燈不亮。時鐘控制仿真如圖5.2。圖5.2 時鐘控制仿真圖5.3 系統(tǒng)總控制仿真測試主機顯示模塊在路燈全部正常工作時顯示“ALL NORMAL”和時間的字樣。下圖5.3為路燈全部正常工作時的軟件仿真電路圖。圖5.3 路燈正常時系統(tǒng)仿真電路 當(dāng)有路燈出現(xiàn)故障時，此時有2種故障情況，一種是路燈的燈具損壞，一種是路燈的控制器損壞，此時顯示模塊將顯示“break”字樣，后面是出現(xiàn)故障路燈的地址和路燈的故障標(biāo)志（用“1”表示燈具損壞，用“2”表示控制器損壞）。下圖5.4為路燈2出現(xiàn)故障時的軟件仿真電路。圖5.4 路燈2出現(xiàn)故障時的
37、軟件仿真電路第六章 結(jié)束語自適應(yīng)路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計是以單片機AT89C51為中心處理器，以光敏電阻作為光檢測元件提供光照度數(shù)據(jù)，以時鐘芯片DS1302為控制核心提供時間參考，通過主機上的液晶顯示屏顯示從機上傳的信息，通過軟件的編程設(shè)計將各個模塊的信息合理的結(jié)合，構(gòu)成路燈的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。它實現(xiàn)了分時控制和光照控制相結(jié)合的控制方式，同時在分時控制中又加入了時間調(diào)整策略，使系統(tǒng)能隨季節(jié)的變化而改變。在光照控制方式中，加入了延時策略和反饋信號，通過延時能有效的合理的避免外界環(huán)境的突變（閃電）而引起的錯誤信號輸入造成路燈的閃爍，反饋信號反饋的是路燈的亮滅情況，能有效的檢測控制系統(tǒng)打開路燈的情況下路燈是
38、否亮的信號，方便掌握路燈的工作情況。由于本系統(tǒng)采用的是分段控制，對于時鐘控制如果加入光照控制以及將光照控制的優(yōu)先級設(shè)為高級，則系統(tǒng)的效率更好。對于LCD顯示，顯示的內(nèi)容有限，而如果主機為PC機又會增加傳輸距離，所以后期可以采用GPRS無線傳輸模塊上傳數(shù)據(jù)到PC主機，在PC主機上能夠很好的顯示所有路燈的情況。參考文獻(xiàn)1郭迎新.城市道路照明降壓節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用探討J.中國高新技術(shù)企業(yè)，2011(12）：1-12王松武.常用電路模塊分析與設(shè)計指導(dǎo)M.北京：清華大學(xué)出版社.2007.13金仁貴.單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)方法J.電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流.2006（12）：1-14王立紅.基于單片機的智能路燈控
39、制系統(tǒng)J.網(wǎng)絡(luò)財富,2010（6）：1-15趙佩華.單片機原理及接口技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社2008.3,48-496嚴(yán)懷龍.基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)J.廣西輕工業(yè).2006（6）：1-17莫浩越,韓晉棟.基于RS-485總線的液冷測控裝置設(shè)計J.中國科技縱橫,2015（10）：1-18尹俊.基于光電傳感器的智能燈控系統(tǒng)的設(shè)計J.電子技術(shù),2011(10)：1-19湯春龍.智能家居信息采集系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)D.湖南.電子科學(xué)與技術(shù).201410趙尚武.小型電磁繼電器可靠性試驗裝置的研究D.北京.機電工程系.200511王皚.佘丹妮.基于單片機的模擬路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J.儀表技術(shù).2011（11
40、）：1-112雷巍.基于DS1302的時鐘接口設(shè)計J.四川兵工學(xué)報,2011(11)：1-113童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版）M.北京：高等教育出版社20065：85-8714張亞林.基于C52控制的ADC0832應(yīng)用詳解J.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2013(13)：1-115張洪瑞.單片機應(yīng)用設(shè)計200例M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社2006.7,50-5116王靜霞.單片機應(yīng)用技術(shù)（C語言版）M.北京：電子工業(yè)出版社.2009.5,70-7217譚浩強.C程序設(shè)計(第三版)M.北京：清華人學(xué)出版社.2005.7，30-3518孔艷艷.基于STC89C52的智能照明系統(tǒng)設(shè)計J.電子世界,201
41、4(15)：1-1附錄-主機通信部分程序-#include sbit RE_DE=P27;#define COUNT 10 #define Slaver_NUM 10unsigned char bdata flag; sbit time_over_flag =flag0; unsigned char bufferCOUNT; unsigned char point; unsigned char Slave_ADSlaver_NUM; unsigned char ADD_num; unsigned char idata count_10ms; unsigned char idata send_d
42、ata7=0 x31,0 x32,0 x33,0 x34,0 x35,0 x36,0 x37; void UART_init(); void COM_send(void); unsigned char CLU_checkdata(void); void UART_init() SCON =0 x58; TMOD =0 x21; TR1 =1; ES=1; PS=1; TH1 =0 xfd; ET1 =0; void timer0_init()time_over_flag=0;count_10ms=0;ADD_num=0;TL0=0 x0F0; TH0=0 x0D8; ET0=1; void s
43、ystem_init(void)UART_init();timer0_init();EA =1; com_interrupt(void) interrupt 4 using 3 unsigned char RECEIVR_buffer; if(RI) RI=0; RECEIVR_buffer=SBUF; if(point=0) if(RECEIVR_buffer=0 xFE) bufferpoint+=RECEIVR_buffer; else point=0; else if(point0&point10) bufferpoint+=RECEIVR_buffer; else if(point=
44、10) if(RECEIVR_buffer=0 xEF) bufferpoint=RECEIVR_buffer; Slave_ADADD_num+=buffer2; else point=0; else point=0; if(TI) TI=0; timer0_interrupt(void) interrupt 1 using 2 count_10ms+; if(count_10ms=50) ET0=0; TR0=0; time_over_flag=1; count_10ms=0 x00; else TL0=0 x0F0; TH0=0 x0D8; void COM_send(void) RE_
45、DE=1; for(point=0;point=10,TI=1;point+) SBUF=bufferpoint; TI=0; RE_DE=0; void write_buffer(unsigned char slaver_add) unsigned char i; TB8=1; buffer0=0 xFE; buffer1=slaver_add; for(i=2;i9;i+) bufferi=send_datai-2; buffer9=0 xEF; void main(void) unsigned char i=0; system_init(); do write_buffer(i+); C
46、OM_send(); timer0_init(); while(time_over_flag&i10); -從機通信部分程序-#include sbit RE_DE=P27;#define COUNT 10 #define ADD 5unsigned char bufferCOUNT;unsigned char point; void UART_init(); void COM_send(void); unsigned char CLU_checkdata(void);void UART_init() SCON =0 x0F0; TMOD =0 x21; TH1 =0 xfd; TL1 =0
47、xfd; TR1 =1; ET1 =0; ES=1; PS=1; EA =1; SM2=1; com_interrupt(void) interrupt 4 using 3 unsigned char RECEIVR_buffer; if(RI) RI=0; RECEIVR_buffer=SBUF; if(point=0) if(RECEIVR_buffer=0 xFE) bufferpoint+=RECEIVR_buffer;else point=0; else if(point=1) if(RECEIVR_buffer=ADD) bufferpoint+=RECEIVR_buffer;el
48、se point=0; else if(point0&point10) bufferpoint+=RECEIVR_buffer; else point=0; if(TI) TI=0; void COM_send(void) RE_DE=1; for(point=0;point=10,TI=1;point+) SBUF=bufferpoint; TI=0; RE_DE=0; void main(void) UART_init(); do while(point!=10); COM_send(); SM2=0; 致謝四年大學(xué)生涯即將結(jié)束，時光真是轉(zhuǎn)瞬即逝，回想過去的一切，我滿懷感激之情。在此,我也
49、很感謝在學(xué)習(xí)幫助我的老師同學(xué)們，也感謝他們在生活中給予我的幫助。首先我要感謝董義華老師，在寫論文的過程中，老師給予我細(xì)心地指導(dǎo)和幫助，在此我表示衷心的感謝。董老師待人謙和，與人為善,給我樹立了一個好的榜樣。通過董老師的指導(dǎo)，使我跳出了以往狹窄的思維方式，思路變得更加開闊,幫助我更加深入地了解設(shè)計工作嚴(yán)謹(jǐn)性,但對于我這個初學(xué)者來說，經(jīng)驗匱乏、學(xué)識有限，使得我在做設(shè)計的時候難免有許多考慮不周的地方，還請各位老師多加諒解。 感謝前輩的指導(dǎo),他們對學(xué)術(shù)研究的嚴(yán)謹(jǐn)為我樹立了榜樣,對問題的深刻洞察讓我崇拜;感謝院長的指導(dǎo)和幫助;感謝老師們的授課讓我獲益匪淺。 感謝我的同學(xué)和朋友的的支持和幫助,使我順利完成學(xué)業(yè)。感謝舍友的支持和幫助。最后，感謝父母的養(yǎng)育之恩,感謝父母對我學(xué)習(xí)和生活的支持,對于任何問題，他們都給予我最大的理解和支持，無論我以后身在何方，他們永遠(yuǎn)是我前進(jìn)道路上的最堅實的后盾，在此對他們表示最真摯的謝意我一定更加努力地奮斗以回報養(yǎng)育之恩。31
自適應(yīng)路燈控制器設(shè)計畢業(yè)論文設(shè)計.doc
