毕业设计(论文)基于单片机的智能路灯控制系统设计.doc
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1、河南科技学院河南科技学院 20142014 届本科毕业论文(设计)届本科毕业论文(设计) 设计题目设计题目: :基于单片机的智能路灯控制系统设计基于单片机的智能路灯控制系统设计 学生姓名:学生姓名: 所在院系:所在院系: 所学专业:所学专业: 导师姓名:导师姓名: 完成时间:完成时间: 2014-5-102014-5-10 基于单片机的智能路灯控制系统设计基于单片机的智能路灯控制系统设计 摘摘 要要 随着中国现代化节奏的不断加快,电子产品的大量应用也导致电力消费飞 速地增长。于此相对的另一个事实是电力资源已成为一种紧缺型资源。如何节 能降耗己成为近年来世界性研究的一个热点课题。 目前路灯已经成
2、为一个城市的照明和夜景美化不可分割更无可替代的一部 分,而在路灯的高效节能方面,自动路灯控制系统的优劣举足轻重。 由于单片机具有集成度高,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。本设计研究的基于单片机的智 能路灯控制系统正是针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而开发出 的新型节能控制系统。 本文给出了智能路灯控制系统的架构和设计方案,详细分析了其工作原理 和以 AT89S51 为主控单元的各模块软硬件设计。 关键词:关键词:智能路灯,单片机,分时调压,光线调压 DESIGN OF STREET LAMP CONTROL SYSTEM BASE
3、D ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER ABSTRACT With the accelerating pace of Chinas modernization, a large number of applications for electronic products also led to rapid growth in electricity consumption. Another fact is that this relative power resources has become a scarce resource type. How to saving
4、energy has become a hot topic in recent years, worldwide research. Currently street lighting has become part of a city and the beautification lighting and night indivisible more irreplaceable. In terms of energy-efficient lights, automatic street light control system merits of pivotal. Due to the mi
5、crocontroller with high integration, processing capacity, high reliability, simple structure, low-cost advantages, so the street lighting project has been widely used. The study design microcontroller-based intelligent street light control system in our country is on the existence of a huge city lig
6、hting energy consumption and the development of new energy-saving control system. This paper presents the architecture and design of intelligent street light control system, a detailed analysis of its working principle and to AT89S51 as the main control unit hardware and software design of each modu
7、le. Keywords: intelligent street lighting, SCM, timeshare regulator,light regulator 目目 录录 1 绪论.1 1.1 设计背景.1 1.2 设计的意义.1 1.3 国内外现状分析.1 1.4 论文的主要内容.2 2 PROTEUS仿真软件与 KEIL.2 2.1 PROTEUS仿真软件.2 2.2 KEIL.2 3 硬件设计.3 3.1 按键模块.3 3.2 计时模块.3 3.2.1 计时模块的软件设计.3 3.2.2 计时模块的硬件设计.5 3.3 光线强弱检测模块.5 3.3.1 ADC0832 综述.5
8、3.3.2 光敏电阻的介绍.7 3.3.3 光线强弱检测模块的硬件电路设计.8 3.4 路灯控制模块.9 3.4.1 继电器的概述.9 3.4.2 PNP 型三极管的概述.9 3.4.3 路灯控制模块的硬件电路设计.10 4 软件设计.11 4.1 程序模块分类及功能.11 4.2 程序流程图.11 5 软件测试.13 5.1 测试目的.13 5.2 测试方法.13 5.2.1 功能测试:.13 5.2.2 测试结果.13 6 结论.14 致 谢.15 参考文献.17 附录 1:电路原理图.18 附录 2:重要源代码模块.19 1 1 绪论绪论 本文研究的智能路灯节能控制系统是通过配套的功率变
9、换组件,可在路灯 的启停和运行中,有效的调节路灯的端电压,控制路灯的照明亮度,从而改变 了路灯在不同时段的耗电量,改善了功率因素,到了节约电能的目的。 1.11.1 设计背景设计背景 “十二五”时期,我国仍将处于工业化和城镇化快速发展阶段,面临的资 源和环境形势依然严峻。能源问题已经成为制约经济和社会发展的重要因素, 应当从战略和全局的高度,充分认识做好能源工作的重要性和紧迫性,高度重 视能源安全,实现能源的可持续发展。在北京东西部能源技术研究院的报道中 有这么一篇中提到节能是缓解能源约束,减轻环境压力,保障经济安全,实现 全面建设小康社会目标和可持续发展的必然选择,体现了科学发展观的本质要
10、求,是一项长期的战略任务,必将摆在更加突出的战略位置。城市亮化作为形 象工程的重要组成部分,越来越被政府所重视,大量的资金投入进行建设和改 造,使得我们的城市夜晚变得灯火辉煌,绚丽多彩,但问题也随之而来,能耗 的逐年攀升,由此产生的某些问题亦逐渐显露出来。这些问题的产生无疑给当 地的路灯管理部门的各方面工作带来很大的压力,急切加以解决。尤其是在当 前环境条件每况愈下的形势下,低碳、节能、环保越来越收到人们的重视。旧 式的控制系统存在功耗大,公共资源得不到充分应用,效率低等消极影响。伴 随着路灯数量的急剧增加,照明系统中所存在的问题也日益突出,耗电量大就 是其中最为突出的一个。 所以,对城市的路
11、灯的设计已经成为了当务之急。 1.21.2 设计的意义设计的意义 路灯是我国经济发展和国家建设中必需的用电设备,它在我国的整体用电 量中所占比例巨大,如果通过节能装置对其进行有效控制,就能够降低电力损 耗,达到节约能源,降低生产安装成本,有助于我国经济的快速发展。 1.31.3 国内外现状分析国内外现状分析 目前,路灯照明广泛采用高压钠灯,其设计寿命在12000小时以上,在正常 情况下至少可用3年,但是由于超压使用,现在路灯的使用寿命仅仅只有1年左 右,有的甚至只有几个月,造成维护和材料的极大浪费。较高的电压不仅不能 让负载设备更好的工作,而且还会造成发热及过早损坏,还会造成不必要的电 费开支
12、。 而且,我国绝大多数地区的路灯关开灯都是采用人工控制或者定时 控制,这样也有许多不利之处:若采用人工控制,则路灯开关存在着一定的不 确定性,同时也占用了一定的人力资源。定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间 不同的情况,使得天还没黑路灯就开,天还没亮路灯就灭的情况,大大影响了 人们的日常出生活。本设计通过使用AT89C51单片机对系统进行智能控制,使系 统达到自动启停及智能调压。近年来,随着科技的不断发展,各种路灯控制器 也被不断的研究出来。 1.1.4 4 论文的主要内容论文的主要内容 本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智 能调压从而减少城市路灯照明耗电量,又对输入
13、电压进行稳压调节来提高用电 效率。 主要内容如下: (1) 利用单片机,对整个路灯系统进行研究与设计。 (2) 针对光线和电压信号的采集,采用数据采集技术。 (3) 通过按键可对相关的参数值进行设置,从而实现对不同时间进行不同 的开灯模式。 (4) 当电压符合额定电压时,系统自动进行稳压。 (5) 在午夜之后降低电压以调节路灯亮度,实现调压。 2 2 ProteusProteus 仿真软件与仿真软件与 KeilKeil 2.12.1 ProteusProteus仿真软件仿真软件 Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件 (该软件中国
14、总代理为广州风标电子技术有限公司) 。它不仅具有其它 EDA 工具 软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机 及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事 单片机教学的教师以及致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真都能方便 的实现,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真 软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支 持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和
15、MSP430 等,2010 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列处理器,并持续增加其他系列处理器 模型。在编译方面,它也支持 IAR、Keil 和 MATLAB 等多种编译器。 2.22.2 KeilKeil Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软 件开发系统,与汇编相比,C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有 明显的优势,因而易学易用。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库 管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发 环境(uVision)将这些部分组合在一起。运行 Keil 软
16、件需要 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系统。 3 3 硬件设计硬件设计 3.13.1 按键模块按键模块 键盘模块的硬件电路设计如图 3-1 所示。K1、K2、K3、K4 分别同 P3.0、P3.1、P3.2、P3.3 相连,当 S2、S3、S4、S5 任意一个键按下时,同它 相连的端口电压则被拉低。在此设计中,若在时间调整模式下 S2 设置为“加 1”功能键,S3 设置为“减 1”功能键;若在手动操作模式下 S2 设置为“开” 功能键,S3 设置为“关”功能键。S4 为功能切换键,实现运行模式、时间调整 模式和退出模式的切换。S5 为运行模式下实现“自动” 、 “手动”的
17、切换。 图图 3-13-1 键盘电路键盘电路 3.23.2 计时模块计时模块 3.2.1 计时模块的软件设计 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日 历和 31 字节静态 RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历 电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可 自动调整,时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用 24 或 12 小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:RES 复位 、I/O 数据线和 SCLK 串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多
18、达 31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低,保持数据和时钟信 息时功率小于 1mW,其外部管脚如图 3-2 所示。 图图 3-23-2 DS1302DS1302 外部管脚外部管脚 DS1302 是由 DS1202 改进而来增加了以下的特性:双电源管脚用于主电源 和备份电源,供应 Vcc1 为可编程涓流充电电源;附加七个字节存储器,它广泛 应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域;实时时 钟具有能计算 2100 年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力,还 有闰年调整的能力。DS1302 内部结构为移位寄存器,控制逻辑,晶振,时钟和 RAM。 具体
19、控制字介绍: 控制字的最高有效位(位 7)必须是逻辑 1,如果它为 0,则不能把数 据写入到 DS1302 中; 位 6:如果为 0,则表示存取日历时钟数据,为 1 表示存取 RAM 数据; 位 5 至位 1(A4A0):指示操作单元的地址; 位 0(最低有效位):如为 0,表示要进行写操作,为 1 表示进行读操 作。 控制字总是从最低位开始输出,在控制字指令输入后的下一个 SCLK 时钟的 上升沿时,数据被写入 DS1302,数据输入从最低位(0 位)开始。同样,在紧 跟 8 位的控制字指令后的下一个 SCLK 脉冲的下降沿,读出 DS1302 的数据,读 出的数据也是从最低位到最高位。 具
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