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1、学学科科分分类类号号0 08 80 06 6本科生毕业论文本科生毕业论文(设计设计)题目（中文）：题目（中文）：路灯控制器的设计与实现路灯控制器的设计与实现（英文）：（英文）：Design and Implementation StreetLamp Controller20132013 年年 5 5 月月 10 10 日日目 录摘要.关键词.Abstract.Key words.1 前言.选题背景.研究现状.研究目的和意义.2 任务分析与方案论证.任务分析.方案论证.系统主控模块方案选择.光电转换方案选择.显示模块方案选择.3 系统硬件设计.单片机最小系统.光控电路.继电器驱动电路.报警电路.
2、1602 液晶显示.4 软件设计.主程序流程图.初始化程序.定时器中断.延时程序.5 调试与分析.调试.分析.6 总结.参考文献.致谢.附录.附录 A 系统总图.附录 B PCB 图.附录 C 实物图.附录 D 部分源代码：.路灯控制器的设计与实现摘要本文介绍了一个路灯控制器的设计与实现方案，用以实现路灯的自动控制。方案以 STC89C52 为核心，通过按键选择时钟控制功能、光照强度控制功和改变开灯与关灯的时间；通过 1602 液晶能显示路灯控制模式和延时时间；利用单片机内部定时器 T0、T1 设定系统开关灯的时间和延时时间；利用光敏电阻对光线强弱时电阻值的变化原理实现了路灯控制器对光线强弱的
3、自动控制。该系统使用广泛，功能完善，成本低廉，可以在走廊、卫生间、楼道和道路两旁等公共场所的路灯上安装，这样既能方便管理，也可以节约能源。关键词路灯控制；STC89C52；单片机定时器；光敏电阻；继电器Design and Implementation of Street Lamp ControllerAbstract This paper introduces the design and implementation of a streetlamp controller,used to realize the automatic control of street lamp.Scheme
4、with STC89C52 as the core,the clock control function,thelight intensity control power and change the time to turn on thelights and turn off the lights through the button to choose;by 1602LCD can display lighting control mode and the delay time;settingsystem switch lights use MCU internal timer T0,T1
5、 time and delaytime;tochangetheresistancevalueofthelightintensity.Torealize the automatic control of street lamp controller based on theintensityoflightphotosensitiveresistor.Extensiveuseofthesystem,perfect function,low cost,can be installed in the bathroom,corridor,corridor and other public places
6、in the street on bothsides of the road,so as to facilitate the management,but also cansave the energy.Key wordsStreet lamp control；STC89C52；The microcontroller timer；Photosensitive resistance;Relay1 前言选题背景目前路灯照明耗电量约占总耗电量的15%，全国各地无不面对电力紧张带来的各种问题。城市路灯照明是人们日常生活中必不可少的公共设施，随着城市规模的不断扩大，对城市道路照明的城市亮化工程需求也更大
7、，能源的供需问题也越来越突出，所以节电节能、绿色照明的要求越来越迫切1。面对紧张的供电形势，路灯巡查对市政部门来讲是一项需要耗费大量人力物力的工作。现有的路灯管理的方式已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要，必须依靠现代化的高科技手段。而路灯控制器的自动化控制能满足这个要求，路灯控制器工作需要一个以MCU 为核心的自动化控制手段来替代普通的人工路灯控制系统。它在白天的时候（或者说是光线亮的时候）灯不会亮；在晚上（或者说是光线暗的时候）灯便会亮。路灯控制器它就是这样一个可以代替人工巡查的系统。它可以广泛地应用在走廊、卫生间、楼道、及道路两旁的路灯上等处，这样既方便了自身，又节约了电能2。由于单片
8、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。研究现状目前，市场上普遍采用的路灯控制技术主要有以下三类：人工干预控制、时钟控制、独立控制技术3。人工干预控制。在道路照明设施建设之初，按照需要的照明方式施工建设以实现路灯的隔一亮一等特殊照明模式。在需要开启/关闭路灯时派出人员操作控制开关来实现对路灯的控制。优点：具有一定的应变能力。缺点：由于路灯的数量日益增多，保障路灯的正常工作的压力也随之加大，管理难度大、安全系数低、工作量大、不能检测整个线路路灯的工作状况，工作状态大多依靠工作人员夜间的巡查和群众的投诉，因此发现故障不及时。时钟控制。其原
9、理是将原人工控制开关更换为时钟控制器，由此实现一般状况下的路灯自动控制。优点：一般状况下可免除人干预工作量、降低成本。缺点：应变能力较差，如果将时钟控制器设置在每天 19：00 开启次日 08：00 关闭，则无论在任何季节以、气象条件和能见度的情况下都将死板的按照预定时间工作。独立控制技术。其原理是在每个路灯的线路上加装控制检测器，并采用无线或有线的方式与控制主机相连再采用有线或无线的方式与控制系统连接，以此来实现对路灯的开关控制或定时开关控制。并可实现预设的工作模式，以及对路灯故障精确侦测并报告。优点：高程度自动化，高应变能力提供多样的工作模式并可检测路灯故障。缺点：造价高昂，施工难度大：要
10、在每盏路灯下安装独立的控制器施工难度可想而知，由此又使得工程造价过高4。研究目的和意义2008 年 8 月开始实施的国务院办公厅关于深入开展全民节能行动的通知第五条规定：“控制路灯和景观灯的照明，在保证车辆，行人安全的前提下，合理的开启和关闭路灯”。这是国家对于道路照明给出的既节能又保障公共设施运转的策略。可见路灯控制照明在节能中起着至关重要的作用。在学校、机关、厂矿等企业单位的公共场所以及居民区的公共楼道，长明灯现象十分普遍，这造成了能源的极大浪费。另外，由于频繁开关或者人为因素，墙壁开关的损坏率很高，增大了维修量，浪费了资金。路灯控制器的设计与实现是响应国家政策实行环保节能的路灯照明环境的
11、重要方式，它解决了传统路灯实现的方法存在控制能力不足；它解决了掌握路灯设备的工作状态的不及时性；它解决了路灯调节操控能力不足的缺点；它实现了路灯的精确的节能方法；它做到了照明的节能环保和高效。同时，根据路灯控制器的组成和性能，适用范围及工作原理，广泛的使用在城市的道路、学校、机关厂矿等企业单位的公共场所等，可以使人们生活更加方便安全，并且节电的效果十分明显，大大减少了维修量，节约了资金，使用效果也非常好，有长远价值5。2 任务分析与方案论证任务分析根据题目要求，系统主要包含主控模块、键盘模块、光电转换、显示模块等。针对题目要求，初步的思路安排如下：在STC89C52 单片机的基础上，对路灯的开
12、、关控制进行自动调节，首先实现对路灯在正常情况下的开关，如，路灯每天晚上工作的时间。再实现其对特殊状况的应急控制（如长时间的阴雨天气等非常态的情况）。具体思路如下：（1）光线暗时，路灯自动点亮，直到光线强时，路灯会自动熄灭。（2）设置节能模式，路灯在夜间可进入节能状态。（3）在白天，光信号接收器的光线入口被短时间遮挡时，不会出现白天路灯被开。（4）为了保护照明电路，在路灯线路出现故障时，及时发出警报。方案论证系统主控模块方案选择方案一：采用 SPCE061A 单片机进行控制。虽然 SPCE061A 凌阳单片机具有强大的功能的 16 位微控制器，I/O 资源丰富，存储空间大，能配合 LCD 液晶
13、显示的字模数据存储。但是，它不是常用单片机，从而加大了使用和功能实现的困难，成本也较高。方案二：采用可编程逻辑器件 FPGA 作为控制器。FPGA 可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、I/O资源丰富、易于进行功能扩展、系统的处理速度快，适合作为大规模控制系统的控制核心。但本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度的要求也不是非常高。方案三：采用 STC89C52 单片机进行控制。该单片机具有 IPA 功能，支持在线下载，内部集成了 EEPROM，STC89C52 是我们比较熟悉的一种常用单片机，指令系统与 AT89C51 兼容，价格便宜，容易购买。与方案一、方案二比
14、较方案三采用STC89C52 可以满足设计要求，而且减少设计复杂程度，所以本设计采用方案三6。光电转换方案选择方案一：采用光敏二极管。采用光敏二极管的最简单的光检测电路，其输出电压随入射光量的对数呈线性变化，但容易受温度变化的影响。而且光敏二极管只在黑暗的环境中对移动的白色物体反应比较灵敏，而在白天（自然强光），电阻的变化不大。方案二：采用光敏电阻。光敏电阻的有可靠性强，体积小和高灵敏度，反应速度快的优点。但是光敏电阻响应速度不快，在 MS 到S 之间，延迟时间受光照影响。综合考虑以上两种方案，光敏电阻在光线的感应更稳定，使设计更完善，由此本设计采用方案二。显示模块方案选择方案一：采用数码管显
15、示。控制起来比较简单，编程也不是很难，但在实际电路当中，焊接比较烦琐，占用空间大，性价比不高，由于本系统需要显示的数据较多，要同时显示多个字符，如果采用 LED 数码管需要用动态扫描，闪烁感强，对人眼有一定的损害，还要有相应的芯片（如 74HC573N 芯片等）组合，占用资源。方案二：采用 1602LCD 液晶显示，显示内容丰富，画面稳定不闪烁，对人眼损害很弱，抗干扰性强，且功耗低，符合环保节能要求，使用寿命长等优点不需要外加蕊片组合，可以直接与单片机连接，单片机可以通过软件编程，来实现对液晶的显示的控制与设定。鉴于上述两种方案，方案二满足设计需求，使用起来十分方便，环保而且有长远的价值，而且
16、本设计采用方案二。3 系统硬件设计设计与实现路灯控制器，通过模块化的设计思想提高整个系统的设计效率、准确性。整个系统分为单片机控制模块、按键模块、环境亮度检测模块和显示模块，各个模块采用 Proteus 和 Multisim进行软件仿真模拟。在利用 Altium Designer 对硬件电路进行原理图绘制和 PCB 的制作。最后结合各个模块的研究，整合各个模块硬件进行对整个系统的调试，以完成系统的整体设计。单片机最小系统通过按键 S5（）控制路灯的工作模式为时控或者光控。当时控时，当系统时间与实际时间不同时，可通过按键调节系统时间。当光控时，根据光线的强弱调节路灯的亮灭。图 单片机最小系统（1
17、）STC89C52单片机控制模块采用 STC89C52，有以下特性：增强型 6 时钟/机器周期，12 时钟/机器周期 8051CPU。工作电压为。工作频率范围为 0-40MHz，实际工作频率可达 48MHz。片上集成 128B/512BRAM。ISP（在系统可编程/）IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器即可通过串口（）直接下载用户程序，8KB 程序 3s 即可完成下载。共 2 个 16 位定时器/计数器，其中定时器 0 还可以当作 2 个 8 位定时器使用。4 路外部中断，下降沿中断或者低电平出发中断。基于 STC89C52RC 单片机具有的这些特点，它完全能够满足本系统的开发要求，
18、路灯控制系统是有单片机为核心部件的控制电路组成。如图，控制者通过人机界面选择路灯控制模式后，单片机通过对端口的电平的检测光强度的变化，同时启动内部定时器 T0 的开始计数，当达到预定的延时时间后，单片机向发送路灯亮灭变化的开关控制命令。（2）复位电路单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，复位后单片机内部的程序自动从头开始执行。图 复位电路如图中，RESET 网络端口连接的是 STC89C52 的 9 号引脚（复位端），电容 C3 的的大小是 10uF，电阻 R3 的
19、大小是 10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的倍（单片机的电源是 5V，所以充电到倍即为），需要的时间是 10K10uF=（式3-1）在单片机启动后，电容 C3 两端的电压持续充电为 5V，这是时候 10K 电阻两端的电压接近于 0V，RESET 处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在内，从 5V 释放到变为了，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为，甚至更大，所以 RESET 引脚又接收到高电平，单片机自动复
20、位。（3）晶振电路单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。图 晶振电路STC89C52 使用的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只连接一个晶振和两个电容即可，本系统晶振电路是由一个晶振和 2 个 20p 的瓷片电容接在单片机 18,19 引脚上构成的，晶振作用只要是控制时钟的频率，瓷片电容只要是对频率起微调的作用。（4）按键电路本系统采用独立按键，低电平有效，单片机 I/O 接按键到地。当按键按下时，
21、单片机 I/O 口与地之间相当于短路，所以和 I/O 口为低电平。本系统设计按键，主要控制路灯亮灭的模式和调整系统和光控延时时间。图 按键电路：在选择模式为时控模式时，时间调整按键，按下键可以调整系统时间，通过 1602 上显示。在选择光控模式时，在以按下之后，可以调节光控延时的时间长短，延时时间系统的单位为秒钟。：不同模式下，分别可以调节系统时间和光控延时时间。：不同模式下，分别可以调节系统时间和光控延时时间。模式选择。选择路灯控制的模式。光控电路在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，当光敏电阻受到适当的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电
22、阻器件，使用时即可加直流电压也可加交流电压7。图 光电转换电路如图所示，当光线强时光敏电阻 r8 阻值很小,通过电桥判断可以得出，U3 的反相端的电压低于同相端，比较器 U3 的输出端此时输出高电平，使三极管 Q2 基极处电压正偏，三极管处于导通状态，电流可流过 R51，通过 Q2 到地，此时三极管 Q2 的集电极电压为左右，从而单片机口接收到得就是 Q3 集电极的低电平，在单片机内部软件程序判断做出相应的判断为光照照度为强。反之，当光线弱时光敏电阻 r8 阻值很大,光线越暗 r8 的阻值也就越小，则 U3 的反相端的电压高于同相端，比较器 U3 的输出端此时输出低电平，即此时使三极管 Q2
23、基极处电压反偏，基极电压在以下，三极管处于截止状态，Q2 此时相当于断路，所以电流只能从 VCC 流经 R51 在通过 R5到单片机 I/O 口，从而单片机口接收到得就是 VCC 的高电平，在单片机内部软件程序判断做出相应的判断为光照照度为弱。继电器驱动电路继电器为当输入量（如电压，电流，温度等）达到规定值时，使控制的输出电路导通或断开的电器。在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静
24、触点吸合8。这样的吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。图 继电器驱动电路如图，在由单片机口发出高电平使三极管Q1 导通，电流可从VCC 经过继电器 JD1 和三极管 Q1 到地，继电器 JD1 当有电流通过是3 脚和 4 脚之间导通，即 220V 的交流电与灯泡串联导通，从而灯泡亮。反之，低电平时三极管 Q1 截止，则没有电流通过继电器，所以相当于路灯的开关没有打开，路灯灭。报警电路当 24 小时内单片机未接到光线强弱变化；白天光线强的时候路灯自动开启；晚上光线暗的条件下路灯未亮等情况单片机都会发出信号使蜂鸣器报警。图 蜂鸣器报警如图所示，当单片机 I/O 口口传送的是高电平是电
25、流流经 R9 在三极管 Q3 处形成一个大于的电压，所以三极管 Q3 导通，电流可以直接从 VCC 流经蜂鸣器在经三极管到 GND。此时蜂鸣器发出声音。相反如果单片机传送的是电平，则三极管不导通，蜂鸣器则不响。1602 液晶显示本系统设计采用 1602 液晶做显示器。1602 采用标准的 16 脚接口，其中引脚功能分别如下：第 1 脚：VSS 为电源地。第 2 脚：VDD 接 5V 电源正极。第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时通过一个 10K 的电位器调整对比度）。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平
26、1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器。第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平 1 时进行读操作，低电平 0时进行写操作。第 6 脚：EN 端为使能(Enable)端。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端。第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极。电路模块如下图：图 1602 显示电路本系统只要用于显示路灯的控制模式、系统的时间、预定亮灯的时间和光控的延时时间。4 软件设计软件基于 Keil 采用 C 语言编写，把系统的软硬件结合起来，通过对单片机的编程，主要是突出用编程软件达到控制硬件的目的。利用它的内部定时器和计数器功能完成路灯的时控功能，
27、实现软件对路灯的亮、灭和亮的时间控制等，利用单片机对 I/O 口对高低电平的检测，再输出信号控制路灯亮灭。主程序流程图路灯控制器的设计与实现主要功能是要实现路灯的自动控制。本系统开始进入初始化后，可选择路灯的控制模式，分别为光控模式和时控模式。系统主程序流程图如下：图 系统主程序流程图初始化程序系统的初始化主要包括蜂鸣器的关闭、液晶初始化、定时器初始化。液晶初始化可以使操作者能通过液晶的显示看到系统的工作模式从而更好的操作。定时器初始化的目的是系统时钟的校准和更新。具体代码如下：void init()feng=0;福宽.一种新型的节能路灯控制器J，大众科技 2009 年第六期：145162.2
28、.任为民主编.电子技术基础毕业设计:北京：中央广播电视大学出版社，1997：5975.3.谢克明主编.电工电子技术简明教程.北京：高等教育出版社，2003：8295.4.何勇.王先泽.光电传感器及应用M.北京：化学工业出版社，2004 第一版:3059.5.刘福太.电子电路 495 例 M.科学出版社，2007:142170.6.高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程-2009 年全国大学生电子设计竞赛试题剖析.电子工业出版社，2009：177190.7.高吉祥.模拟电子技术（第二版）.电子工业出版社，2007：50-81.8.华永平.电子线路毕业设计M.东南大学出版社，2001:3036
29、.9.郭天祥.51 单片机 C 语言教程M.电子工业出版社，69.10.高吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程模拟电子线路设计.北京：电子工业出版社，：6779.11.谭浩强.C 程序设计(第二版)M.清华大学出版社，1999：95102致谢附录附录 A 系统总图附录 B PCB 图附录 C 实物图附录 D 部分源代码：/*作品：路灯控制器作者：徐佳单片机：STC89C52RC晶振：编译环境：Keil uVision4*/#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit rs=P10;/液晶写s
30、bit rw=P11;sbit lcden=P12;sbit key1=P20;sbit key2=P21;sbit key3=P22;sbit key4=P23;sbit key5=P24;uchar kk=0;void write_com(uchar com);void write_date(uchar date);void init_lcd1602();void delay(uint x);void display_init();void init_inter();sbit lamp=P27;sbit jc=P25;sbit feng=P13;/检测光线强弱/蜂鸣器/液晶写操作/液晶读操
31、作/按键选择模式/液晶读/使能/按键一/液晶初始化/延时程序/初始化页面/初始化定时器uint time1=20,time2=0,time3=0,time4=2,time5=0;uint shi=17,fen=59,miao=30,c=0,qq=0;uchar table1=S:19h6h ;uchar table2=X:14:30:00 ;uchar table4=SG;void write_sfm2(uchar add,uchar dat)/写地址 写命令uchar shi,ge;shi=dat/10;ge=dat%10;write_com(0 x80+0 x40+add);write_d
32、ate(0 x30+shi);write_date(0 x30+ge);void keyscan()/按键扫描模式扫描 if(key5=0)delay(10);if(key5=0);while(!key5);kk+;if(kk=2)kk=0;void keyscan2()/按键扫描 if(key1=0)delay(5);if(key1=0)shi+;if(shi23)shi=0;if(key2=0)delay(5);if(key2=0)fen+;if(fen59)fen=0;调节时间 if(key3=0)delay(5);if(key3=0)miao+;if(miao59)miao=0;if(
33、shi18|shi9)time2=0;/按键扫描调节光控延时 if(key2=0)delay(5);if(key2=0)time3+;if(time39)time3=0;if(key3=0)delay(5);if(key3=0)time4+;if(time49)time4=0;if(key4=0)delay(5);if(key4=0)time5+;if(time59)time5=0;qq=time2*1000+time3*100+time4*10+time5;if(jc=1)TR0=1;if(qq=time1)else TR0=0;/关定时器 0 TR0=0;/关定时器 0 lamp=1;/开
34、灯 /开定时器 0 lamp=0;/关灯 time1=0;/时间清零 void main(void)uint i=0;feng=0;rw=0;/关蜂鸣器/禁止读/初始化 1602/初始化定时器 init_lcd1602();init_inter();TR1=1;/开定时器 1/循环 while(1)keyscan();if(kk=0)/扫描模式keyscan1();/光控扫描write_com(0 x80+10);write_date(table41);if(kk=1)TR0=0;/关定时器 0write_com(0 x80+10);write_date(table40);keyscan2()
35、;/时控模式扫描 display_init();/显示初始化 write_com(0 xC0+12);write_date(table3(time1)/1000);/写第一位 write_date(table3(time1)%1000/100);/写第二位 write_date(table3(time1)%1000%100/10);/写第三位 write_date(table3(time1)%10);/写第四位 write_com(0 x80+12);/写地址 write_date(table3time2);write_date(table3time3);write_date(table3time4);write_date(table3time5);write_sfm2(2,shi);/在第三个位置写入小时数据 write_date(:);write_sfm2(5,fen);write_date(:);write_sfm2(8,miao);/在第五个位置写入分钟数据/在第八个位置写入秒钟数据