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1、本科生毕业论文(设计)题目（中文）： 模拟路灯控制系统 （英文）：Simulation street lamp control system 学生姓名：学号：系别：专业：指导教师：起止日期：年 月 日怀化学院本科毕业论文(设计)诚信声明作者郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的成果。对论文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确的方式标明。本声明的法律结果由作者承担。本科毕业论文（设计）作者签名：年 月 日目录摘要 关键词 Abstract K
2、ey words1 前言11.1 课题研究背景及意义1 1.2 本设计的任务和基本要求22 路灯控制系统的总体设计23 路灯控制系统的硬件设计33.1 方案比较论证3 3.1.1 控制器的选择3 3.1.2 时钟的选择4 3.1.3 显示方案的选择4 3.1.4 移动物体检测的选择5 3.2 主控制器电路5 3.3 时钟电路6 3.4 键盘输入和遥控输入电路7 3.5 显示电路8 3.6 亮灯控制电路9 3.7 声光报警电路 10 3.8 检测电路 10 3.8.1 红外检测电路 103.8.2 光敏电阻检测坏境电路 13 3.8.3 坏灯检测电路 144 模拟路灯控制系统的软件设计 15 4
3、.1主程序的设计154.2 主程序流程图165 系统电路与软件的调试 175.1 硬件电路的调试 175.2 软件与硬件的联调 186 结论 18参考文献 19致谢 20附录 21模拟路灯控制系统摘 要本系统以STC89C52单片机为控制核心，系统采用线路简单、体积小的专用时钟芯片DS1302，DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。使用DS1302不但使电路功耗降低，而且节省IO口资源。采用光敏电阻检测环境的明暗变化，具有自动感光模式和定时模式两种。采用红外对射检测移动物块控制灯的亮灭，达到节能的要求。当路灯电路出现故障时，单片机采集路灯电路采样点的电压后处理采集到的
4、数据，实现自动报警功能。配有键盘和遥控两种输入方式。显示由诺基亚5110液晶显示屏显示灯亮灭时间，亮灯的状态，系统工作状态等。本系统智能度高，可靠性高，系统工作稳定，且综合性价比较高，具有较大的市场应用前景。关键词单片机；红外对射；时钟芯片；诺基亚5110液晶；LM339Simulation street lamp control systemAbstractThis system to STC89C52 microcontroller as control core and system adopt easy circuit, small volume of special clock DS
5、1302, while working DS1302 chip power consumption is low, maintain data and information when power is less than 1mW clock. Use DS1302 not only make the power consumption of the circuit is reduced, and save IO mouth resources. Adopt photoconductive resistance testing environment changes, the light an
6、d shade with automatic photosensitive mode and regular pattern of two kinds. By means of infrared DuiShe detection mobile content block control kill bright lights, meet energy requirements. When street lamps circuit malfunction, SCM acquisition lamps circuit sample point voltage post-processing the
7、data collected, the realization of automatic alarm function. With a keyboard and remote two input methods. Displays page-links 5110 LCD display nokia lights out time, light status, the system working status, etc. This system of intelligent degree is high, high reliability, the system stable work, an
8、d the overall price is higher, has large application prospect in the market.Keywords89c52; Infrared DuiShe; Clock chips; Nokia LCD 5110;LM 339211 前言1.1 课题研究的背景及意义城市路灯管理工作是城市市政工程管理的重要任务之一，飞速发展的现代化城市需要具有自动化程度高，运行可靠，使用维护方便的照明控制系统。特别是在能源急剧消耗的今天，节能已经成为不可逃避的问题。据调查，我国小型城市在夜晚9点后，大中城市在午夜12点后，道路上几乎空无一人，即便是北京、
9、上海、广州这样的繁华都市，凌晨2点以后，道路上也已罕见行人、车辆。从这一时段直至清晨6点路灯熄灭，在低交通流量的道路上仍然保持较高照度显然没有必要。城市公共照明在我国照明耗电中占30的比例，约439亿kWh，以平均电价0.65元kWh计算，一年开支285亿元。目前，国内的大多数城市的路灯供电是由人工完成或定时器自动完成，任务因素很大，自动化程度相当低，而且不易于维护。由于在没有物体通过时也长时间供电亮灯，每年市政要支付大量的电费开支，而且在能源消耗飞快的现代，这时极为不科学的。路灯分别在城市的每条街道，深入到城市的各个角落，自然损坏和人为损坏的情况时常发生。因为其分布光，损坏率高的特点，给城市
10、路灯系统的管理和维护工作带来的巨大的麻烦。目前，城市路灯的管理部门多采用上路巡查的办法来发现故障，排除故障，不仅反映迟缓，而且需要投入大量的人力和物力。此套模拟系统具有较多的实际意义：一是省电节能，灯泡大部分实际不工作，而且节电效率很高，达80%左右；二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制；另外，维护方便快捷，接线简单，安装方便，是公共场所照明开关的理想选择。因此这一课题的研究很是必要。1.2 本设计的任务和基本要求（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮
11、灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。（5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。2路灯控制系统的总设计本系统是采用单片机89c52做为主控制器，进行主要的信息处理，包括路灯控制模块，显示模块和，检测模块，时钟模块及键盘和遥控模块。本系统的总体框架图如图1所示。主控制器键盘遥控检测时钟路灯控制显示图13路灯控制系统的硬件设计3.1 方案比较论证3
12、.1.1 控制器的选择【方案一】： 采用数字电路实现。数字电路结构简单，响应速度快。但处理能力有限，题目要求支路控制器需实现的功能很多，数字电路不易实现。【方案二】：采用STC89C52作为主控制单片机。该芯片功能强大，具有足够快的速度；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的物理尺寸，具有看门狗功能和稳定的电源，本系统图形显示程序要求较高，因此我们采用了52系列的STC89C52它的程序存储器达到32KB），可以很方便的实现我们所需功能，利用其强大的功能不仅可以简化硬件电路而且还可以大幅度提高系统运行速度，最终通过液晶来显示结果。【方案三】：应用ARM，ARM是一种功耗
13、很低的高性能处理器，技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。方便、安全、高效。但ARM编程较复杂，我们专科学生很难掌握，且开发板价格较高。综合题目要求和性价比我们选择方案二为本系统的最终方案，我们用STC89C52自己动手制作的最小系统板，结构紧凑，工作稳定，性价比很高。3.1.2时钟的选择【方案一】： 采用软件编程实现时钟。利用单片机定时器中断，产生1秒信号，实现时钟。此方案不需硬件，但占用太多程序存储器、中断源等单片机资源。【方案二】：利用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（其引脚图如图2所示）RES（复位）、I/O （数据线）、SCLK（串行时钟）
14、。SCLK/RAM 的读/写数据以一个字节或多达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。DS1302芯片体积小、占用空间小，引脚也很少，操作起来非常方便，因此我们采用此方案。3.1.3显示方案的选择【方案一】：采用LED数码管显示。该方案控制简单，且LED数码管亮度高，醒目，但是数码管只能显示有限的数字和符号，占用资源较多且信息量较少，为了方便观察，因此我们不采用此方案。【方案二】：采用诺基亚5110 LCD显示。完成参数与状态显示要求有较大的显示容量，因此选用诺基亚5110 LCD显示模块，它可显示汉字及图形，方便好用。3.1.4移动物体检
15、测的选择 【方案一】：采用普通发光二极管发射和光敏二极管接收的方案。该方案在实际使用时，容易受到外界光源的干扰，有时甚至检测不到，不利于检测。因此我们不采用此方案。【方案二】：用红外光对射进行检查，是利用物体对红外光束的遮光，有同步回路选通而检测物体的有无，对所有物体均能检测。当红外光线被物体遮挡时，输出低电平，当能接收到红外光时，输出高电平。数据处理简单，便于与单片机接口，能够达到较理想的效果。【方案三】：利用超声波检测。每个LED灯上放置一个超声波模组（边缘的LED灯需要两个），在物体M通过S，B，S时，系统探测到，把信息传递给支路控制器。但超声波散射较大，不能准确检测物体位置。且外围电路
16、复杂，不易实现。经过比较，我们采用方案二。3.2 主控制器电路本设计的主控制器是选用的STC单片机89C52，主要是对检测到信息进行必要的处理，然后控制路灯的亮灭以及控制显示器的显示和声光报警。图2对于单片机的各个管脚资源的分配如图2所示。3.3时钟电路本系统的时钟电路是由时钟芯片DS1302来实现的，电路图如图3所示。图3DS1302是美国DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗的实时 时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI 三线接口与CPU 进行 同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM 数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与 31天时可以
17、自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5 5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电 方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。正是因为DS1302的这些种种优点，所以选用了它为本系统提供时钟功能，而且还用它做了定时的功能，为系统提供了一种定时开关路灯的功能。3.4键盘输入和遥控输入电路本系统提供了键盘和遥控双重输入的功能，为用户的输入提供了方便。键盘是用的44的矩阵键盘，提供了0-9的数字键以及背光、模式、定时、确定、返回以及时钟设置等按键。电路如图4。而本系统的遥控是采用常用的红外遥控，电路简单、稳定，非常适合本系统。图5就是本系统的红外遥控接收端的电路图
18、。图4图53.5 显示电路图6本系统的显示模块则是用的诺基亚5110液晶显示器，价格低廉，显示分辨率高。是一块低功耗的CMOS LCD 控制驱动器，设计为驱动 48 行 84 列的图形显示。所有必须的显示功能集成在一块芯片上，包括LCD电压及偏置电压发生器，只须很少外部元件且功耗小。与微控制器的接口使用串行总线，接口很少。接口电路如图6所示。3.6 亮灯控制电路本系统的亮灯控制电路则是由微处理器直接控制继电器来实现的，每一个灯都配备了一个继电器作为控制。微处理器可以分别控制每一个灯的亮灭，方便好用，线路简单，操作控制方便。电路如图7所示。单片机通过对PNP型三极管B极和E极间的电压的控制来三极
19、管是否导通，从而控制了继电器。图73.7 声光报警电路本系统的声光报警只用了一个IO口，同时控制声音和LED灯。如图8所示。将LED的负极直接接在了单片机的IO口上，通过IO口电压的控制来控制LED的亮灭。同时在这个管脚上还接了一个PNP型三极管的基极，在控制LED亮灭的时候也控制了这个三极管的导通与否，从而控制接在三极管集电极上的蜂鸣器是否发声。当系统检测到有坏灯的时候，LED就会不停地闪，同时蜂鸣器也会发出“滴滴”的声音。图83.8 检测电路3.8.1 红外检测电路本系统的采用红外对射的方式来实现对移动物体的定位。在街道的两边装上红外对射装置，没有物体通过时，对面的接收端时刻能接收的到发射
20、端发来的信号，一旦有物体通过遮挡了红外对射，接收端不能接收到发射端的信号，系统就能检测的到物体的位置，然后控制路灯给通过的物体照明。图9就是发射端的电路，而图10则为接收端的电路图。红外对射用的编码芯片是SC2262，解码芯片是SC2272。SC2262/2272是一对带地址、数据编码功能的红外遥控发射/接收芯片，它们具有很强的抗干扰性能。其中发射芯片SC2262-IR将载波振荡器、编码器和发射单元集成于一身，使发射电路变得非常简洁。接收芯片SC2272的数据输出位根据其后缀不同而不同，数据输出具有“暂存”和“锁存”两种方式，方便用户使用。后缀为“M”为“暂存型”，后缀为“L”为“锁存型”，其
21、数据输出又分为0、2、4、6不同的输出，例如：SC2272-M4则表示数据输出为4位的暂存型红外遥控接收芯片。本系统就是用的暂存型的,能够时刻检测是否有物体通过，检测是通过检测SC2272的17脚来实现的。17脚为解码有效确认输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)。一旦有物体通过时，接收端接收不到信息，解码就会失败，17脚输出一个低电平传到单片机，从而确定移动物体。图9图103.8.2 光敏电阻检测坏境电路本系统对坏境光线的检测电路如图11。通过一个光敏电阻与一个电阻分压来控制NPN型三极管是否导通。当有光时，光敏电阻R的阻值很小，变阻器分到一部分电压，从而使三极管B极和E极间的电压大于0.
22、7V而导通，GM检测点是低电平；当无光时，光敏电阻的阻值变的很大，比变阻器的阻值大很多倍，变阻器上分到的几乎可以忽略，三极管B极和E极间的电压小于0.7V而截至。此时检测点GM的电压为高电平。变阻器调节阻值的大小从而可以调节感光的灵敏度。图113.8.3 坏灯检测电路本系统坏灯的检测是采用的运放LM339做电压比较器来实现的。电路如图12所示。反向输入端的电压由1k电阻和变阻器串联分压得到同向输入端是由灯泡和电阻分压得到的，当灯泡工作正常时，电压为3V，当灯泡不亮时，电压为5V。将反向输入端的电压调到3.5V。5/3.5=（1+R14）/1R14=0.43K当灯泡工作正常时，同向输入端3V小于
23、反向输入端电压，输出低电平；当灯泡不亮时，同向输入端5V大于反向输入端，输出高电平。图124 模拟路灯控制系统的软件设计4.1主程序的设计本系统要完成设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯等设计。且对软件的实时控制提出了较高的要求。对此，我采用C语言进行模块化设计。整个软件系统简洁明了，具有良好的扩展性。通过对单片机的编程，利用红外对射的接收模块返回信息控制外部电路的正常工作，用软件完成对路灯的控制，以及路灯故障的检测，以保证路灯的正常工作。4.2 主程序主流程图开始是否为感光模式系统初始化，进入主界面坏境是否黑暗Y是否我开灯时间检测左右检测点左边检测到物体NYN是否为关灯时间开所
24、有灯YN关所有灯Y右边检测到物体YNN开左灯中间检测到物体开右灯，关左灯Y右边检测到物体关右灯开右灯中间检测到物体开左灯，关右灯YN左边检测到物体关左灯Y右边检测到物体开右灯YN左右检测到物体关左右灯NYYNNNYN5 系统电路与软件的调试方案：先对各模块环境检测模块，精确定位模块、时钟显示模块，LCD模块进行调试，然后再对整机进行调试，以提高调试效率。5.1 硬件电路的调试环境检测模块的调试：搭接电路前先对光敏电阻进行检测，根据测出的数据来确定光敏传感器的灵敏度。测完灵敏度后，将其调整为灵敏度最高的一段范围内，使其能够根据环境的变化能够精确的发挥出其作用。精确定位模块：先分别测试各对红外检测
25、模块是否能各自检测得到，然后根据道路的实际情况将发射模块和接收模块一一对应好（用万用表检测SC2272的第17脚，在供电时，17脚为高电平则两模块就对应好了），固定在道路的两边。 时钟和显示模块调试：检查硬件接线正确无误后，软件测试。坏灯检测模块的调试：先测量灯泡在正常工作和不正常工作时检测点的电压是否与理论值相同（正常时为3V，不正常时为5V），然后再测量电压比较器LM339输出端的电压（正常时低电平，不正常时高电平）。5.2 软件与硬件的联调各模块电路检测达标后，将各模块电路连接到一起进行调试。检查电路连线是否正确。然后下载各模块的程序对各个模块进行软件调试，直到各个模块都能实现自己的功能
26、。然后将整个程序下载，将软件和硬件一起调试，软硬件都调试完后将程序烧录到芯片中实际演练观察工作过程，对系统软硬件反复调试。6 结论我整个设计的制作过程中，充分利用了51单片机的强大功能，力求一最方便灵活的软件编程简化复杂难调的硬件电路，满足系统设计要求。始终关注系统的性能指标和运行的稳定性，本着稳定性和精确性并重的原则，采取了诸多的有效措施，基本完成了设计题目所规定的指标和要求，而且对于有些指标进行了扩展设计，功能提高。坚持“人性化”理念，在具体设计中，使用键盘和遥控双重输入、LCD显示形成较为友好的人机交互界面，简化电路，优化整机构造。通过不断的硬件试验和程序调试，模拟路灯控制系统总算可以较
27、好的完成题目的要求，无论在环境明暗感知，还是交通情况判断，路灯智能效果都很明显。而且实现了多车双向的路灯控制；本着建设性节约型社会的思路，所有模块都是自己焊接制作，大大提高系统的性价比。参考文献1 高吉祥 . 全国大学生电子设计竞赛系列教程 . 电子工业出版社.20072 高吉祥 . 模拟电子技术（第二版） . 电子工业出版社 . 20093 高吉祥 . 数字电子技术（第二版） . 电子工业出版社 . 20094高吉祥 . 高频电子线路（第二版） . 电子工业出版社 . 20095 郭天祥 . 新概念51单片机C语言汇编教程 . 电子工业出版社 . 20086 张志良 . 模拟电子技术 . 机械工业出版社 . 20067 何小艇 . 电子系统设计 . 浙江大学出版社 . 20048 唐竞新 . 数字电路基础.清华大学出版社 . 20039 胡斌 . 元器件及实用电路解说 . 电子工业出版社 . 200710 刁鸣 . 常用电路模块分析与设计指导 . 清华大学出版社 . 2008致谢附录：整体电路图
