1、目 录引言 1第一章 LED节能技术概况 21.1 传统照明技术简介 21.2 LED照明发展简介 21.3 LED的发光原理 41.4 LED的优点 5第二章 系统原理 721 系统设计要点 722 系统的结构 72.3系统的节能方式 72.4系统硬件框图 8第三章 主控单元 93.1 AT89S52的主要性能： 93.2 AT89S52管脚说明 10第四章 时钟模块 134.1 PCF8563特性 134.2 PCF8563的基本原理 134.3 PCF8563功能 144.4 时钟电路图 15第五章 无线传输模块 165.1 NRF24L01功能介绍 165.2 NRF24L01电路图
2、165.3 NRF24L01无线传输模块管脚 175.4 NRF24L01工作方式 175.5 Enhanced ShockBurstTM发射流程与接收流程 18第六章 声光控制电路 206.1声控电路控制原理 206.2声控电路原理图 206.3 光敏传感器工作原理 206.4光敏传感器电路图 22第七章 人体感应模块 237.1工作原理 237.2实物图 237.3功能特点 247.4感应范围 25第八章 程序设计 268.1程序流程图 268.2程序的应用举例 26结 论 31致 谢 32参考文献 33附 录 341、系统总原理图 342元器件清单 353、程序 36引言照明工程迅猛发展
3、，其路灯数量的增大，而且功耗和性能大大提高，因而对路灯定时器控制的要求比较精确。目前，对路灯控制方法多为“人工控制”和“光控”。“人工控制”受恶劣天气的影响及其他干扰，并且巡视困难；“光控”容易受外部环境干扰，灵敏度低且可靠性较差，二者均不能实现控制开关灯的合理化、科学化，从而会出现：开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象。前者会造成巨大的电能浪费，后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全，从而影响城市的投资环境。以上难点，将直接影响城市照明管理水平。而照明管理的高低又将直接影响到城市的市容、投资环境、交通安全和社会治安等，这些都是构建良好的城市环境的重要组成部份，对城市的建设和发展有着重
4、要的意义。总之，随着城市规模的不断扩大，现有的路灯管理的方式方法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管理手段。路灯管理工作需要一个以计算机为核心的、自动化的管理手段来替代传统的路灯监控系统。使整个城市照明监测，决策和管理工作建立在计算机信息网络平台之上。因此，建设现代化的“路灯监控管理系统”已迫在眉睫。单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入/输出部件和时钟电路等。因此，它具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠地工作等特点。特别是它应用面广，控制能力强，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器
5、人、军事装置等方面得到了广泛的应用。本设计中正是运用单片机的AT89S52作为主控芯片设计的路灯控制系统。AT89S52不但功能强大，而且使用方便、价格便宜，可以最大限度的降低成本、增加计时模式和提高计时精度。该控制系统体积小，适用与校园、街道、小区等各种场所的路灯控制，可以最大限度的满足人们的生活需要。第一章 LED节能技术概况随着人类文明的进步，照明技术也在迅速发展。早期人类用的是植物油产生光，1976年白炽灯问世，它以碳棒作为灯丝，是照明技术的巨大改进，1938年发明的日光灯可以减少热的损失，节省能源的消耗，这又是一个大进步，后来紧凑型日光灯的开发使其应用更为普遍，同时高压气体放电灯如水
6、银灯、金属卤素灯及钠灯等的发明可在室外实现照明，满足了各方面的需要。目前有21%的电源用于照明，如果能在固体照明领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。1.2 LED照明发展简介（1）发光效率高。LED 经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。目前，世界各国均加紧提高 LED 光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。（2）耗电量少，LED 单管功率0.03-0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5伏，电流 15-18 毫安，反应速度快，可在高频操作。（3）使用寿命长，采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用 LED 灯体
7、积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时。（4）安全可靠性强，发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。（5）有利于环保，LED 为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。第二章 系统原理21 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，
8、以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，拟定详细的工作计划；然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计，画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软
9、件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。22 系统的结构系统的结构主要由三部分组成：（1）上位机系统；（2）下位机系统；（3）通信系统。这三部分共同完成了主控制器通过无线通信方式与分控制器进行信息交换，达到控制照明灯具的目的。2.3系统的节能方式 当室外光线较暗时，亮度传感器给单片机P1.0口一个低电平信号使路灯全部点亮。设定定时器的时间为23:00
10、，由于此时道路上的人车较少，所以定时器SCL输出高电平SDA为高电平向低电平跳变，单片机开始接收数据，传输结束后PCF8563的SCL保持高电平SDA为低电平向高电平跳变。单片机通过PWM调节LED路灯，使之亮度减半。与此同时，噪声传感器、被动红外传感器、无线网络同时工作，当这三个传感器的任何一个接收到信号都会给单片机一个低电平信号，单片机通过PWM调节LED路灯使其全部点亮，并且单片机通过无线网络向外发出广播信号使其周围的LED路灯点亮。2.4系统硬件框图系统硬件框图如图2-1所示。图2-1 系统硬件框图 第三章 主控单元单片机以其集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、价格廉、使用灵活
11、等一系列优点得到迅速的发展，渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统等，这些都离不开单片机。此次设计主要采用宏晶科技的AT89S52单片机为主控单元。1. 与MCS-51单片机产品兼容2. 8K字节在系统可编程Flash存储器3. 1000次擦写周期4. 全静态操作：0Hz33MHz5. 三级加密程序存储器6. 32个可编程I/O口线7. 三个16位定时器/计数器8. 八个中断源9. 全双工UART串行通道10. 低功
12、耗空闲和掉电模式11. 掉电后中断可唤醒12. 看门狗定时器13. 双数据指针14. 掉电标识符AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器7。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据
13、指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2 AT89S52管脚说明图3-1 AT89S52引脚图VCC : 电源GND: 地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0
14、口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地
15、址字节。引脚号第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8
16、位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3 INT0（外部中断0）P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（
17、定时器1外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器写选通）RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在
18、每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令
19、，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。第四章 时钟模块PCF8563 是PHILIPS 公司推出的一款工业级内含I2C 总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/日历芯片PCF8563 的多种报警功能定时器功能时钟输出功能以及中断输出功能能完成各种复杂的定时服务甚至可为单片机提供看门狗功能内部时钟电路内部振荡电路内部低电压检测电路1.0V 以及两线制I2C 总线通讯方式不但使外围电路及其简洁而且也增加了芯片的可靠性同时每次读写数据后
20、内嵌的字地址寄存器会自动产生增量当然作为时钟芯片PCF8563 亦解决了2000 年问题因而PCF8563 是一款性价比极高的时钟芯片它已被广泛用于电表水表气表电话传真机便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域4.1 PCF8563特性1、宽电压范围1.0 5.5V 复位电压标准值Vlow=0.9V2、超低功耗典型值为0.25 A VDD=3.0V,Tamb=253、可编程时钟输出频率为32.768KHz 1024Hz 32Hz 1Hz4、四种报警功能和定时器功能5、内含复位电路振荡器电容和掉电检测电路6、开漏中断输出7、400kHz I2C 总线（VDD=1.8 5.5V） 其从地址读0A
21、3H;写0A2H4.2 PCF8563的基本原理PCF8563 有16 个位寄存器；一个可自动增量的地址寄存器，一个内置32.768KHz 的振荡器（带有一个内部集成的电容），一个分频器（用于给实时时钟RTC 提供源时钟），一个可编程时钟输出，一个定时器，一个报警器，一个掉电检测器和一个400KHz I2C 总线接口。所有 16 个寄存器设计成可寻址的8 位并行寄存器，但不是所有位都有用。前两个寄存器（内存地址00H，01H） 用于控制寄存器和状态寄存器，内存地址02H 08H 用于时钟计数器（秒年计数器）地址09H 0CH 用于报警寄存器（定义报警条件），地址0DH 控制CLKOUT 管脚的
22、输出频率，地址0EH 和0FH分别用于定时器控制寄存器和定时器寄存器。秒、分钟、小时、日、月、年、分钟报警、小时报警、日报警寄存器，编码格式为BCD， 星期和星期报警寄存器不以BCD 格式编码。当一个 RTC 寄存器被读时，所有计数器的内容被锁存，因此，在传送条件下，可以禁止对时钟/日历芯片的错读。4.3 PCF8563功能4.3.1 报警功能模式一个或多个报警寄存器MSB（AE=Alarm Enable报警使能位）清0时，相应的报警条件有效，这样一个报警将在每分钟至每星期范围内产生一次。设置报警标志位AF（控制/状态寄存器2的位3）用于产生中断，AF 只可以用软件清除。4.3.2 定时器8位
23、的倒计数器（地址0FH）由定时器控制寄存器（地址0EH）控制，定时器控制寄存器用于设定定时器的频率（4096， 64 ，1 或1/60Hz）， 以及设定定时器有效或无效。定时器从软件设置的8 位二进制数倒计数，每次倒计数结束，定时器设置标志位TF，定时器标志位TF 只可以用软件清除，TF 用于产生一个中断（/INT），每个倒计数周期产生一个脉冲作为中断信号。TI/TP控制中断产生的条件。当读定时器时，返回当前倒计数的数值。4.3.3 CLKOUT 输出管脚 CLKOUT 可以输出可编程的方波。CLKOUT 频率寄存器（地址0DH）决定方波的频率，CLKOUT 可以输出32.768KHz（缺省值
24、）1024 ，32， 1Hz 的方波。CLKOUT 为开漏输出管脚，上电时输出有效，无效时输出为高阻抗。4.3.4 复位PCF8563 包含一个片内复位电路，当振荡器停止工作时，复位电路开始工作。在复位状态下I2C，总线初始化，寄存器TF、 VL、 TD1、 TD0、 TESTC 、AE 被置逻辑1，其它的寄存器和地址指针被清0。4.3.5 掉电检测器和时钟监控PCF8563 内嵌掉电检测器，当 VDD 低于Vlow 时，位 VL（Voltage Low，秒寄存器的位7）被置1，用于指明可能产生不准确的时钟/日历信息，VL 标志位只可以用软件清除，当VDD 慢速降低（例如以电池供电）达到Vlo
25、w 时，标志位VL 被设置,这时可能会产生中断。4.3.6 PCF8563 内部寄存器PCF8563 共有16 个寄存器，其中00H 01H 为控制方式寄存器、09H 0CH 为报警功能寄存器、0DH为时钟输出寄存器、0EH 和0FH 为定时器功能寄存器、02H 08H为秒年时间寄存器。4.3.7 石英晶片频率调整方法（1）：定值OSCI 电容计算所需的电容平均值，用此值的定值电容，通电后在CLKOUT 管脚上测出的频率应为32.768kHz，测出的频率值偏差取决于石英晶片，电容偏差和器件之间的偏差（平均为5* 10-6）。平均偏差可达5 分钟/年。方法（2）： OSCI 微调电容可通过调整OSCI 管脚的微调电容使振荡器频率达到精确值，这时可测出通电时管脚CLKOUT 上的32.768kHz 信号。方法（3）： OSCI 输出直接测量管脚OSCI 的输出。4.4 时钟电路图时钟电路图如图4-1所示。图4-1 时钟电路图第五章 无线传输模块5.1 NRF24L01功能介绍1、2.4Ghz 全球开放ISM 频段免许可证使用2、最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合3、126 频道
