基于单片机的路灯节能设计文档格式.docx
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片介鉛15
2.2.4显示模快设廿18
2.3.0系筑各模決的最终方案20
2.4.0系貌功能说明书21
2.4.1路灯的工作模式21
第皿章款件设廿25
3.1.0系统主程序流程图25
3.1.1系统渣程图25
3.2.0定时器謚岀中BiJtg函数流程图27
3.3.0按谜扫描流程图28
总结29
致谢30
参考文献31
附录32
第一章绪论
1.1to
1.1.1抡文的題目
论文的趣目:
基于单片机的节能路灯腔制系统设廿研究
1.1.2研究的背景
册着社会的发展,能源冋题己经成为全球最为关注的冋题之一,能源危机已经成为全人类所面临的主要危机,特别是我国的电力能源近年来显得十分吃紧,电力紧XD1H9着我『I的日常生产、生活,甚至严重影响到我国经济的发展与社会文明的进步。
在城市亮化、美化夫潮的趣矜下,城市景观照明耗电也吞噬着我们的电力资源。
而发电企业投资和建设需要一个较长的周期,快速的经济发展需要更名更充足的电力侠应和消耗,电力的哄求之间牙盾重重。
电力哄应缺口很难在姬期内得以缓解,发展与节约并重,已经成为经济建设的必然选择。
此时,灯光照明行业节电也成为了我们的必然选择!
1.1.3研究的目的及意义
⑴研究的目的
设廿模«
1路灯控制系貌主要UAT89C52单片机作为模jflBtT腔斟系统的控制核£
\,用来实现物体感应模块,时押模块,主腔翎模块,按罐控制模块,显示模挟。
(2)1究的恵义
由于单片机具有集成度高,处理能力強,可靠性高,系貌结梅简单,价招低廉的优点,因此在路灯照明工程中被广泛应用,照明管理的高低Q将貞接影哨到城市的市容、投资坏境、交通安全和社会治安等,是构建良好的城市坏境的重要组成部价,对城市的建设和发展有着重要的恿义。
1.2.0国内发展现狀与趋势
在我国,大部分城市管理部门所采用的控初方式已很难保证城市照明系貌的正常运行,特别是当控制箱或线路岀现问题时,就有可能造成大面枳灭灯,产生较坏的影喇。
同时由干缺少实时监測手段,无法实现故障的及时发现和缄修。
I®
着政府和市民照明管理要求越来越高,照明管理部门的管轄xIB也極来強大,为了及时发现故障并修夏,仍然果用检修车上IB巡灯的方法难以胜任。
釆用城市照明自动化监控系统以后,全市x围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。
同时,由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡測、选测助能,涮度人员可以在故肾发生后的数枚抑内及时了解故障的地点和状态,为及时进行修夏提侠了有力的保肾。
路灯维护及时,可以股大地减少对照明管理部门的投诉、减少路交通事故的发生,有利干城市的治安,从而进一步提高城市的形象。
1.3.0研究内容
设计一套模拥路灯控制系统。
控制系统结构如图1所示,路灯布置如图2所示。
LED灯1LED灯2
时开灯和关灯。
(2)支胳控初器应能根据坏境明略变化,自动开灯利关灯。
(3)支胳控制器应能根据交通悄况自动调节亮灯状态:
当可杨动物体M(在物体前端标出定位点,由定位自确定物体也置)由左至右到这S点时(见图2),灯1亮;
当物ItM到达B点时,灯1灭,灯2亮;
若物ItM由右至左杨动时,则亮灯次序与上相反。
(4)支胳控制器能分别迪立腔制毎只路灯的开灯和关灯时间。
(5)当胳灯岀现故障时(灯不亮),支路腔斟器应发岀声光报警信号,并显示有(ft障路灯的地址编号。
1.2发挥部分
(1)自翎单元控翎器中的LED灯恒运驱动电源。
(2)单元控制器具有调光功能,路灯驱动电源输岀功率能在规定时同按设定要求自动城小,该功率应能在20%~100%X围内设定并调节,调节淚差W2%。
(3)性价比高,工作稳定,符合电龜兼容(EMC)方面的要求,无对外干扰或干扰小。
第二章系统总体设廿方案
2.1.0系删廿思路与方案比较抡证
2.1.1系删廿思路
本模IflSfff控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面:
(1)是时押功能及定时开关灯。
(2)是根摇坏境明略变化,自动开灯和关灯。
(3)是根赭交通悄况自动调节亮灯状态:
当汽车靠近路灯时,路灯能自动点亮;
当汽车远离时,胳灯自动熄灭。
(4)声光报警功能,当路灯出现故障时而不亮时,腔斟器发岀信号,并显示有故障胳灯的地址编号。
(5)是根据绿色节能照明要求,采用恒流温驱动LED路灯发亮且能调光,路灯驱动电源输出功率能在20%~100%X围内设定并训节,调节娱差W2%。
以上功能的实现,都是以单片机为核心,在单片机系统实现的输人输岀和显示功能的基础上,由单片机的内置逻辑和运算功能,加上一定的外围电路得以实现。
针对a上的五个功能,采用模块化的设it思想,以下分别叙述之。
2.1.2方案堆证与确立
(1)时鉀功能及定时开关机
【方案一】采用专用时卽芯片
现在流行的串行时钟电路很多,如DS1302.DS1307.PCF8485等。
其优
势是可以单奴使用,直接连接到单片机外I8,有自己独立的时卽晶振,精度较高。
单片机通过串行接口读取和写入当前的时鉀值,时鉀茜片的运行受单片机5E机的影哨少。
其缺自一是消耗了单片机I0口资源。
二是在编程时需要增JM读写串行口的内容,消耗了单片机的运it时间。
三是增nn了成本。
增加了w»
芯片及其外围电胳的开支。
【方案二】采用单片机内置时鉀
本方案直接利用单片机的内置定时器,通过定时器的中Bi和简单运算实现时押功能。
側如:
单片机,在4M时外时,单个指令的运行时间是1微枚,设置定时器1
毎125个指令周期产生-
■个中断,即125(3^,8个中Bi后,时间平台是1毫
枚,设置以下时间廿数变量分别为:
ucharTolmS=0x00;
〃当该变量增加到某个数值时,表示经ilT11杪
ucharTo2mS=0x00;
〃当该变量增加到某个数值时,表示经ill2S杪
ucharls2mS=0;
〃到迭2毫秒时刻
ucharTo20mS=0x00;
〃当该变量增加到某个数值时,表示经ii了20毫秒
ucharls20mS=0;
ucharTo1S=0x00;
〃到达20毫秒时刻
〃当该变量增加到某个数值时,表示经过了1杪
ucharls1S=0;
〃到达1秒H刻
在枚时同平台,用ToMIN变量,计数60枚后进人分外平台,its60分抑后,进人小时平台。
方案二段有增加外置电路,充分利用了单片机的定时器功能,实施简活方便,壬要的缺点是当腔制系统斷电或死机以后,需要人工重新定时。
本系统的时鉀功能实现采用方案二。
(2)根摇坏境明暗变化,自动开灯和关灯功能。
【方案一】采用比较器的解决方案。
光敏电皿与固定电阳串朕,加一级电压跟I®
器后输人比较器,与比较器负输人端的电压值进行比较,得到一个高电平或低电平输岀,进入单片机的10口。
优点是电路比较直观,操作比较方便,可直接通il电位器调节路灯的开启亮度。
对绒护人员的要求不高。
缺点是不方便进行数码控制O
【方案二】采用AD变换。
光敏电皿与固定电阳串朕,由单片机内置的AD变换接口读入当前的电压值,然后根据渎取的电压值判Bi当前的坏境亮度。
路灯的开启电平由内部的变量控o方案二的优点在干可以方便以实现对胳灯开启电平的数阳控制和远程控翎O
本系统采用方案二。
(3)根据交通悄况自动调节亮灯状态。
当汽车靠近胳灯时,路灯能自动点亮;
当汽车远离时,路灯自动熄灭。
【方案一】采用工业级的光电传感器。
这种光电传感器普遍运用于电檢、生产线等工业场所。
优贞是使用方便,里号很多,输岀量是开关量,不需调理电路。
缺点是价松较贵。
【方案二】果用廉价的红外对射传感器。
红外对射的特点是传输距离较远,能量集中。
当没有物ItiSK时,纟I外光直射到红外探头上,红外接收管连续输岀低电平到单片机,当有物体经il时,红外光被逆住,此时红外探头输岀高电平到单片机。
由干红外光的发射有一定的偏ffl,本设it利用了黑色套管逆琶红外发射灯头,以减少红外光的散失。
(4)故障报警功能
果用光敏电皿检测路灯的亮度,同时排除坏境光的干扰。
利用单片机的AD口,读人光啟电址上检測到的胳灯亮度值。
(5)恒流温驱动LEDK20%到100%X围内可调亮度。
【方案一】采用恒流源驱动茜片,目前市场上成品的恒流源驱动芯片比较多,一般采用使用取样电皿凋节输岀电流的方武。
这些茜片使用方便,性能较好,但价格较贵。
【方案二】釆用PWM方式驱动功率三极管输出驱动电流,用电流取样电叽串ALED(ft电回路,用AD口读取当前的电渣值,实现冈坏控制。
方案二利用了单片机的AD变换资源,同时釆用PWM方武,可以使LEDI作在BiBi续续的状态,可以延长LED的使用寿金。
本系统釆用方案二。
3、显示模块
方案一:
数码管显示,由于本题要XX时显示系貌时间、状态、和故强LED灯编号等,而数码管不能显示字符。
方案二:
LED*显示,LED自阵显示虽然能显示字符和数字,但显示效果不好,目不易编程。
方案三:
LCD液晶显示,LCD液晶不但能显示字符和数字,而且显示效果较好,容易编程实现。
因此采用方案三。
5、按建控制模块
方案:
沟釆用轻触按耀。
第三章系铳硬件按廿
2.2.0各个模块的硬件电路按廿
2.2.1时鉀模ftSit
时押模块主要功能是时间设置,主要由DS1302K片实现,它通il$|j方武与单片机进行数据传送,能做向单片机提侠色括杪、分、时、日、月、年等在内的实时时同信息,并可对月未日期、国年天数自动进行圳整;
它还拥有用于主电源和备价电源的双电源引脚,在主电源关闭的悄况下,也能保持时鉀的连续运行。
另外,它还能提供31字节的用于高速数据暂存的RAMO鉴于上述特&
DS1302已在许名单片机系统中得到应用,为系统提哄所需的实时时鉀信息。
1.DS1302芯片撕述
DS1302慢速充电时外芯片色祐实时时外/日历和31字节的静态RAM,它经il一个简单的串行接口与撤处理器通信,实时时抑/日历提供枚、分、时、日、周、月和年等信息,对于小干31天的月,月末的日期自动进行调整,还StiTH年校正的功能。
时鉀的运行可以采用24小时或带AM(上午)/PM(下
午)的12小时怡式。
使用同步串行通信,简化了DS1302与撤处理器的通信。
与时抑/RAM通信仅需三根线:
(1)丽(夏位)、
(2)1/0(数据线)、和(3)SCLK(串行时扑)。
数据可以以毎次一个字节或名这31字节的名字节形式传送至时鉀/RAM或从其中送出。
DS1302设if成为能在非常低的TI作,消耗小于1fill的功率便能保存数据和时鉀信息。
DS1302是DS1202的升级产品,除了DS1202基本的慢速充电功能外,DS1302具有的其它特点包括:
用于壬电源和备卅电源的双电源的双电源引脚,可编程的VCC1慢速充电器WK7个附加字节的高速暂存存fS器。
2.DS1302工作原理
串行时扑芯片的主要组成甜分:
務位寄存器、控翎週辑、振蒲器、实时时押以及RAM0为了初始化任何的数据传送,把丽置为高电平目把提供地址和命令的8位装人到杨位寄存器,数据在SCLK的上升沿串行输人,无论是读周期还是写周期发生,也无论传送方武是单字节传送还是多字节传送,开始8位指定40个字节中的哪个将被诉间。
在开始8个时扑周期把命令字装人務位寄存器之后,另外的时押在读操作时输岀数据,在写操作时输人数据。
时鉀脉冲的个数在单字节方式下为8M8,在名字节方贰下为8加最大可达248的数。
如图2-2,引関排列:
VCC2
XI
X2
GND
时302
图2-2DS1302引牌排列
引脚说明:
X1.X2:
32,768kHz晶振引脚;
GND:
接地;
雨:
复E;
I/0数据输人输岀;
SCLK:
串行时外;
VCC1.VCC2:
电源引脚。
2.2.3主控制模块按廿
2.2.4单片机AT89S52茜片介绍
AT89S52为ATMEL所生产的一种低助耗,高性能CMOS8Effl控制器,具有8K在系筑可编程Flsah存储器。
AT89S52主要功能列举如下:
1.捌有灵Pi的8位CPU和在系鋭可编程Flash;
2.芯片内册具时押振蒲器(传统最高工作頫率可至12MHz);
3•内册程序存储器(ROM)为8KB;
4.ft册数据存储器(RAM)为256字节;
5.32个可编程I/O口线;
6.5个中断向量源;
7.两个16位定时器/廿数器;
8.三级加密程序存储器;
9.全双工uART$fi通道;
AT89S52各引牌功能介钳:
VCC:
AT89S52电源正端输人,接+5V;
VSS:
电源地端;
XTAL1:
单茜片系统时押的反相故大器输入端;
XTAL2:
系统时鉀的反相故大器输出端,一般在设廿上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蒲晶体系统就可以动作了,此外可以在两引脚与地之同加人一20PF的小电容,可以使系统更稳定,避免蝶声干扰而死机。
RESET:
AT89S52的重置引脚,高电平动作,当要对芯片重置时,只要对此弓I脚电平提升至高电平并IS持两个机器周期以上的时同,AT89S52便能完成系统重置的各项动作,使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态,并且至地址0000H处开始读入程序代码而执打程序。
EA/Vpp:
EA(ExternalAccessEnable)为该引脚的第一ft能,即外部程序存惆器诉冋允许控制端。
当EA接高电平时,在PC|g不超出0阡FH时,单片机读片内程序存慵器中的程序;
当PCffi超岀0阡FH时,当自动转向读取片外60KB程序存慵器空间中的程序。
当EA接低电平时只读取外部程序存齢器中的内容,片内程序存储器不起作用。
Vpp为该引脚的第二助能,即在对片ftFlash1It编程时,接人编程电压。
ALE/PROG:
ALE是英文rAddressLatchEnable"
的缩写,表示地址锁存器启用信号。
AT89S52可以利用这支引脚来酸发外部的8位锁存器(如74LS373),将端口0的地址总线(A0~A7)锁进锁存器中,因为AT89S52是以多工的方式送出地址及数据。
平时在程序执行时ALE引牌的输出顒率约是系鋭工作顒率的1/6,因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。
此外在烧录8751程序代驯,此引脚会被当成程序规则的特殊功能来使用。
当诉冋外册存fS器时,地址烦存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE常以不变的頫率周期输出正脉冲信号,此频率为振蒲器顺率的1/6。
因此它可用作对外部输岀的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执ffMOVX,MOVCIB令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略倣拉高。
如果撤处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
PSEN:
litft-ProgramStoreEnabled缩写,其意为程序储存启用,当AT89S52设成为读取外部程序代码工作模式K(EA=0),会送出此信号以便取需程序代码,通常这支脚是接到EPROM的OENoAT89S52可以利用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM,使得数据存fS器与程序存Bl器可以合并在一起而共用64K的定址Xfflo在由外部程序存储器取指期同,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在诉冋外部数据存储器时,逹两次有效的/PSEN信号将不出现。
PORTO(P0.0~P0.7):
端口0是一个8位宽的开路浪股(OpenDrain)双向输出人端口,共有8个位,P0.0表示也0,P0.1表示也1,依此类推。
其他三个I/O端口(P1、P2、P3)則不具有此电路组态,而是内册有一提升电路,P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。
如果当EA引脚为低电平时(即取用外册程序代码或数据存BI器),P0就以多工方式提哄地址总线(A0~A7)及数据总筑(D0~D7)。
设廿者必须外加一锁存器將端口0送出的地址栓锁住成为A0~A7,再配合端口2所送出的A8-A15合成一完整的16位地址总线,而定址到64K的外册存储器空间。
PORT1(P1.0~P1.7):
竭口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口,其输岀缓冲器可以推动4FLSTTL负我,同样地若将端口1的输出设为高电平,便是由此端口来输入数稠。
如果是便用8052或是8032的话,P1.02当做定时器2的外部脉冲输入脚,而P1.1可以有T2EXIJ]能,可以做外部中Bi输人的触发脚位。
PORT2(P2.0~P2.7):
端口2是具有内册提升电路的双向I/O端口,每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载,若将常口2的输岀设为高电平时,此端口便能当成输人端口来便用。
P2除了当做一般I/O端口使用外,若是在AT89S52扩充外接程序存慵器或数据存fS器时,也提侠地址总线的高字节A8~A15,逆个时候P2便不能当做I/O来使用了。
P0RT3(P3.0~P3.7):
端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口,其输出缓冲器可以推动4个TTL负我,同时U多工具有其他的額外特殊功能,包折串行通信、外部中断控制、itHit数控制及外册数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
其引脚分EMT:
P3.0:
RXD,串行通信输入。
P3.1:
TXD,串行通信输出。
P3.2:
INTO,外部中斷0输Ao
P3.3:
INT1,外部中K1人。
P3.4:
TO,计时计数器0输人。
P3.5:
T1,廿时计数器1输人。
P3.6:
WR:
外部数摇存齢器的写人信号。
P3.7:
RD,外部数锯存储器的读取信号。
2.2.4显示模块按廿
1.1602液晶概述
液晶是一种高分子林料,因为其特姝的物理、化学、光学特性,被广泛应
用于轻薄显示器上。
本系筑显示模块采用了LCD1602液晶显示器毎行能晞显
示16个字符,可以显示两行。
主要实现系统时间设定,灯的开关时间的功能,系貌状态显示。
2.1602各引脚简介:
1062采用标准的16i接口,其中:
第1脚:
VSS为电源地
第2i:
VCC接5V电源正股
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接地正电源时对比度最弱,接地电源是对比度最高(对比ISil高时会产生“鬼影”,使用时可以通il一个10K的电位器调整对比度)。
第4jlhRS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时
选择指令寄存器。
第5i:
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:
E(或EN)端为使能(enable)端。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据端。
第15~16脚:
空脚或背灯®
o15背光正极,16脚背光负股
3.1602LCD的特性
3V或5VI作电压,对比度可调
内含夏位电路
提哄各种控制金令,如:
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功
有80字节显示数据存忸器DDRAM内建有192f5X7自阵的字塑的字符发生器CGROM.8f可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAMO
4.1602LCD特征
ISlOs体枳小、显示内容丰富、起
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