智能路燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  目 錄</b></p><p><b>  第一章 緒論1</b></p><p>  1.1 設(shè)計概述1</p><p>  1.1.1 設(shè)計背景1</p><p>  1.1.2 設(shè)計意義2</p><p>  1.2系統(tǒng)設(shè)

2、計目標(biāo)2</p><p>  第二章 總體設(shè)計4</p><p>  第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計5</p><p>  3.1 AT89S52單片機概述5</p><p>  3.1.1 AT89S52單片機的內(nèi)部組成5</p><p>  3.1.2 AT89S52單片機的功能特性5</p>

3、;<p>  3.2 顯示模塊設(shè)計8</p><p>  3.3 物體檢測模塊設(shè)計13</p><p>  3.4 環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計14</p><p>  3.5 電源單元設(shè)計18</p><p>  3.6 功率調(diào)節(jié)單元設(shè)計19</p><p>  3.7 系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定1

4、9</p><p>  第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計20</p><p>  4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明20</p><p>  4.2 程序結(jié)構(gòu)框圖20</p><p>  第五章 測試與結(jié)果分析21</p><p>  5.1 測試方法與結(jié)果21</p><p>  5.1.1

5、時鐘設(shè)定和定時開關(guān)路燈測試21</p><p>  5.1.2 環(huán)境明暗檢測測試21</p><p>  5.1.3 交通情況測試21</p><p>  5.1.4 路燈故障檢測報警測試21</p><p>  5.1.5 自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試22</p><p>  5.1.6 自制單元控

6、制器恒流驅(qū)動電源測試22</p><p>  5.1.7 功率輸出測試22</p><p>  5.2 測試結(jié)果分析23</p><p><b>  總結(jié)24</b></p><p><b>  參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>  第一章

7、 緒論</b></p><p><b>  1.1 設(shè)計概述</b></p><p>  1.1.1 設(shè)計背景</p><p>  隨著我國城市的發(fā)展、經(jīng)濟的繁榮、社會的進(jìn)步和人們提高生活水平及環(huán)境質(zhì)量的要求,城市道路照明和城市的夜景照明已經(jīng)成為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中的一項重要工作。城市道路照明是方便城市居民必備的生活條件,而

8、城市的夜景照明是再塑和美化城市形象、鼓舞民心、振奮精神的一項非常有意義的工作。近幾年來,全國許多大城市、甚至一些中小城市的各級領(lǐng)導(dǎo),都格外重視道路照明和夜景照明工作。城市亮化作為形象工程的重要組成部分,越來越被政府所重視,大量的資金投入進(jìn)行建設(shè)和改造,使得我們的城市夜晚變得燈火輝煌,絢麗多彩,但問題也隨之而來,能耗的逐年攀升,由此產(chǎn)生的某些問題亦逐漸顯露出來,如城市路燈的維護(hù)量增大,帶來人員不足;維護(hù)費用增加,社會成本過高,電費支出過多

9、,財政承擔(dān)相對困難;光污染現(xiàn)象嚴(yán)重……這些問題的產(chǎn)生無疑給當(dāng)?shù)氐穆窡艄芾聿块T的各方面工作帶來很大的壓力,急切加以解決。尤其是在當(dāng)前環(huán)境條件每況愈下的形勢下,低碳、節(jié)能、環(huán)保越來越收到人們的重視。舊式的控制系統(tǒng)存在功耗大,公共資源得不到充分應(yīng)用,效率低等消極影響。伴隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和單片機技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用,近幾十年來,基于單片機的交通燈智能控制系統(tǒng)對城市</p><p>  早在90年代初,發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)

10、廣泛的使用了智能照明調(diào)控系統(tǒng),來降低城市照明的費用支出。國家發(fā)改委、建設(shè)部、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已在2000年下發(fā)了223號文件《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)"中國綠色照明工程"的意見》的通知,提出推廣節(jié)能、高效的照明燈具和智能照明調(diào)控系統(tǒng),深入開展綠色照明節(jié)能工作。智能照明設(shè)備具有軟啟動、穩(wěn)壓、節(jié)能功能,用戶可根據(jù)道路照明的現(xiàn)狀,科學(xué)的設(shè)定節(jié)能時間和節(jié)能比率。智能照明調(diào)控系統(tǒng)為照明設(shè)備提供各種自動化控制功能,通過電腦控制和管理軟件

11、實現(xiàn)無故障智能化和無人值守,提高安全可靠性,實現(xiàn)城市照明智能化管理。更深遠(yuǎn)意義在于,通過節(jié)約可觀的電能消耗,就可以有效的減少火力發(fā)電廠(2002年火力發(fā)電占我國年總發(fā)電量的81.83%)對大氣CO、SO、NO和粉塵、灰渣的排放量,減少污染,保護(hù)環(huán)境。</p><p>  本系統(tǒng)正是本著節(jié)能減排,保護(hù)環(huán)境的目的,開發(fā)設(shè)計的一個模擬路燈控制系統(tǒng)。通過軟件控制,來分別實現(xiàn)路定時開關(guān)路燈,路燈開關(guān)燈時間可調(diào),跟據(jù)環(huán)境明暗

12、狀況自動開關(guān)燈,跟近車輛經(jīng)過情況自動調(diào)節(jié)路燈亮滅,以及故障報警、功率調(diào)節(jié)等功能。</p><p>  1.1.2 設(shè)計意義</p><p>  路燈節(jié)能系統(tǒng)產(chǎn)生的直接及間接的社會經(jīng)濟效益是巨大的。</p><p>  1.我們可以通過直觀的計算來判斷:單從電費支出上可以看出,采用智能路燈節(jié)能控制設(shè)備后,以最低節(jié)電率計算,每年可節(jié)省大量的財政支出;</p>

13、;<p>  2.路燈控制系統(tǒng)技術(shù)的提升,又可大大降低全市路燈的維護(hù)量,縮減運行維護(hù)成本,節(jié)約財政支出。 </p><p>  3.倘若全國路燈管理部門都能積極采用新技術(shù)的話,除了節(jié)約大量電費和維護(hù)資金以外,同時還可節(jié)約大批的原煤等資源,更有利于環(huán)境保護(hù),既節(jié)約了能源又落實了國家可持續(xù)發(fā)展的方針政策。 </p><p>  高科技技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用如果能夠在我國城市路燈行業(yè)

14、得以全面推廣和應(yīng)用,那么它所創(chuàng)造巨大的社會效益及其產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響都是不可估量的。</p><p><b>  系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)</b></p><p>  基于此,我們設(shè)計了基于單片機控制的智能交通路燈控制系統(tǒng),能實現(xiàn)一下功能要求:</p><p><b>  1.基本要求</b></p><p>  

15、(1)支路控制器有時鐘功能,能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間,并控制整條支路按時開燈和關(guān)燈。</p><p> ?。?)支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化,自動開燈和關(guān)燈。</p><p>  (3)支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài):當(dāng)可移動物體M(在物體前端標(biāo)出定位點,由定位點確定物體位置)由左至右到達(dá)S點時(見圖1.2),燈1亮;當(dāng)物體M到達(dá)B點時,燈1滅,燈2亮;若物體M由右至左移動時,

16、則亮燈次序與上相反。</p><p> ?。?)支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。</p><p> ?。?)當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(燈不亮),支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報警信號,并顯示有故障路燈的地址編號。</p><p><b>  圖1.1 示意圖</b></p><p><b>  圖1.2<

17、;/b></p><p><b>  2.發(fā)揮部分</b></p><p> ?。?)自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動電源。</p><p> ?。?)單元控制器具有調(diào)光功能,路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小,該功率應(yīng)能在20%~100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)誤差≤2%。</p><p> ?。?/p>

18、3)其它(性價比等)。</p><p><b>  3.說明</b></p><p> ?。?)光源采用1 W的LED燈,LED的類型不作限定。</p><p> ?。?)自制的LED驅(qū)動電源不得使用產(chǎn)品模塊。</p><p>  (3)自制的LED驅(qū)動電源輸出端需留有電流、電壓測量點。</p><p

19、> ?。?)系統(tǒng)中不得采用接觸式傳感器。</p><p> ?。?)基本要求(3)需測定可移動物體M上定位點與過“亮燈狀態(tài)變換點”(S、B、S’等點)垂線間的距離,要求該距離≤2cm。</p><p><b>  第二章 總體設(shè)計</b></p><p>  本設(shè)計由主控單元、LCD顯示模塊、物體檢測模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊、功

20、率調(diào)節(jié)等模塊組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。</p><p>  圖2.1 模擬路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>  方案一:支路控制器和兩個單元控制器分別采用單片機來控制,并通過串行總線方式來進(jìn)行通信;采用矩陣鍵盤輸入,并通過LED數(shù)碼管對設(shè)定時間、故障路燈和功率調(diào)節(jié)設(shè)定范圍進(jìn)行顯示;通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗,實現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈;另外通過光敏電阻檢測路燈故障,并顯示。應(yīng)用超聲波模塊對

21、物體運動狀態(tài)進(jìn)行檢測,自動控制LED路燈工作狀態(tài)。</p><p>  方案二:支路控制器采用AT89S52單片機為核心,控制兩個單元電路。應(yīng)用獨立式按鍵進(jìn)行功能選擇,通過12864液晶實時顯示設(shè)定時間、故障路燈編號和功率調(diào)節(jié)的范圍。通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗程度實現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈功能,同時還能檢測路燈故障。應(yīng)用漫反射式紅外光電開關(guān)對物體運動狀態(tài)進(jìn)行檢測,當(dāng)物體經(jīng)過設(shè)定位置時,光電開關(guān)把檢測到的信號傳給支路控制驅(qū)動

22、模塊,主控單元發(fā)出指令,通過單元控制驅(qū)動模塊來調(diào)節(jié)LED路燈工作狀態(tài)。</p><p>  方案比較:方案一采用串行總線方式,矩陣鍵盤可節(jié)省單片機IO口資源,但電路復(fù)雜,調(diào)試?yán)щy,成本較高。相比之下方案二能夠完全滿足本題目需求,控制結(jié)構(gòu)簡單,成本低,許多功能通過軟件實現(xiàn),整個電路元器件少,系統(tǒng)完全由一個單片機控制 ,LCD液晶12864顯示更直觀、清晰,系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性,性價比高。因此,我們采用方案二。<

23、;/p><p>  第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>  3.1 AT89S52單片機概述</p><p>  3.1.1 AT89S52單片機的內(nèi)部組成</p><p>  AT89S52內(nèi)部有8 KB ROM,基本組成如圖3. 1所示。</p><p><b>  圖3. 1</b>&l

24、t;/p><p>  3.1.2 AT89S52單片機的功能特性</p><p><b>  1.主要特性</b></p><p>  AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上Flash允

25、許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng) 可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM, 32 位I/O 口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個16 位 定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口, 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外,AT89S52 可降至0Hz 靜

26、態(tài)邏 輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU 停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié), 單片機一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p><b>  2.管腳說明</b></p><p>  P0 口:P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口,每位能驅(qū)動8個

27、TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時,引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時,P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下,P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時,P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗時,輸出指令字節(jié)。程序校驗時,需要外部上拉電阻。 </p><p>  P1 口:P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1

28、”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流(IIL)。 </p><p>  此外,P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入(P1.0/T2)和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入(P1.1/T2EX),具體如下表所示。在flash編程和校驗時,P1口接收低8位地址字節(jié)。 </p><p><b>  引

29、腳號第二功能 :</b></p><p>  P1.0 T2(定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入),時鐘輸出 </p><p>  P1.1 T2EX(定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制) </p><p>  P1.5 MOSI(在系統(tǒng)編程用) </p><p>  P1.6 MISO(在系統(tǒng)編程用) </p&

30、gt;<p>  P1.7 SCK(在系統(tǒng)編程用) </p><p>  P2 口:P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX

31、@DPTR)時,P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中,P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址(如MOVX @RI)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時,P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。</p><p>  P3 口:P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口

32、拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流(IIL)。 </p><p>  P3口亦作為AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下所示:</p><p>  在flash編程和校驗時,P3口也接收一些控制信號。 </p><p>  端口引腳 第二功能 </p><p>  P3.0 RX

33、D(串行輸入口) </p><p>  P3.1 TXD(串行輸出口) </p><p>  P3.2 INTO(外中斷0) </p><p>  P3.3 INT1(外中斷1) </p><p>  P3.4 TO(定時/計數(shù)器0) </p><p>  P3.5 T1(定時/計數(shù)器1) </p>&l

34、t;p>  P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) </p><p>  P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) </p><p>  此外,P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。 </p><p>  RST——復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時,RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 </p><p>  

35、ALE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下,ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號,因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。 </p><p>  對FLASH存儲器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG)。 </p><p>  如有必要,

36、可通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作。該位置位后,只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外,該引腳會被微弱拉高,單片機執(zhí)行外部程序時,應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。 </p><p>  PSEN——程序儲存允許(PSEN)輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù))時,每個機器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個脈沖,在此期間,當(dāng)

37、訪問外部數(shù)據(jù)存儲器,將跳過兩次PSEN信號。 </p><p>  EA/VPP——外部訪問允許,欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH),EA端必如EA端為高電平(接Vcc端),CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 </p><p>  FLASH存儲器編程時,該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。</p>

38、<p>  3.2 顯示模塊設(shè)計</p><p>  采用點陣式液晶顯示器(LCD)顯示。LCD功能強大,可顯示各種字體的數(shù)字、漢字、圖像,還可以自定義顯示內(nèi)容,顯示靈活生動,同時配有4*4鍵盤更便于工作人員操作。</p><p>  方案一:采用LCD1602</p><p><b>  LCD1602介紹</b></p&

39、gt;<p>  1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳),其控制原理與14腳的LCD完全一樣,其中:</p><p>  方案二 采用LCD12864</p><p>  LCD12864介紹</p><p><b>  1、概述</b><

40、;/p><p>  FYD12864-0402B是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式,內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊;其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192個16*16點漢字,和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令,可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面??梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字. 也可完成圖形

41、顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比,不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多,且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。</p><p><b>  基本特性:</b></p><p>  低電源電壓(VDD:+3.0--+5.5V)</p><p>  顯示分辨率:128

42、5;64點</p><p>  內(nèi)置漢字字庫,提供8192個16×16點陣漢字(簡繁體可選)</p><p>  內(nèi)置 128個16×8點陣字符</p><p><b>  2MHZ時鐘頻</b></p><p>  顯示方式:STN、半透、正</p><p>  驅(qū)動方式:1

43、/32DUTY,1/5BIA</p><p><b>  視角方向:6</b></p><p>  背光方式:側(cè)部高亮白色LED,功耗僅為普通LED的1/5—1/1</p><p>  通訊方式:串行、并口可選</p><p>  內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路,無需外加負(fù)壓</p><p>  無需片選

44、信號,簡化軟件設(shè)計</p><p>  工作溫度: 0℃ - +55℃ ,存儲溫度: -20℃ - +60℃ </p><p><b>  2、方框圖</b></p><p><b>  圖3. 2</b></p><p><b>  3、模塊接口說明</b></p&g

45、t;<p>  *注釋1:如在實際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式,可將PSB接固定低電平,也可以將模塊上的J8和“GND”用焊錫短接。</p><p>  *注釋2:模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路,因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。 </p><p>  *注釋3:如背光和模塊共用一個電源,可以將模塊上的JA、JK用焊錫短接。</p><p><

46、b>  并行接口:</b></p><p>  *注釋1:如在實際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式,可將PSB接固定高電平,也可以將模塊上的J8和“VCC”用焊錫短接。</p><p>  *注釋2:模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路,因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。 </p><p>  *注釋3:如背光和模塊共用一個電源,可以將模塊上的JA、JK用

47、焊錫短接。</p><p>  4.模塊主要硬件構(gòu)成說明</p><p>  控制器接口信號說明:</p><p>  (1) .RS,R/W的配合選擇決定控制界面的4種模式:</p><p><b>  (2) .E信號</b></p><p><b>  忙標(biāo)志:BF</b&g

48、t;</p><p>  BF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況.BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作,此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù).BF=0時,模塊為準(zhǔn)備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù).</p><p>  利用STATUS RD 指令,可以將BF讀到DB7總線,從而檢驗?zāi)K之工作狀態(tài).</p><p>  字型產(chǎn)生ROM(CGROM)</p><p>  字

49、型產(chǎn)生ROM(CGROM)提供8192個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示(DISPLAY ON),DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上,DFF=0為關(guān)顯示(DISPLAY OFF)。</p><p>  DFF 的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的。</p><p>  顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)</p><p>  模

50、塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù)RAM提供64×2個位元組的空間,最多可控制4行16字(64個字)的中文字型顯示,當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM時,可分別顯示CGROM與CGRAM的字型;此模塊可顯示三種字型,分別是半角英數(shù)字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型,三種字型的選擇,由在DDRAM中寫入的編碼選擇,在0000H—0006H的編碼中(其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個)將選擇CGRAM的自定義字型,02H—

51、7FH的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型,至于A1以上的編碼將自動的結(jié)合下一個位元組,組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼BIG5(A140—D75F),GB(A1A0-F7FFH)。 </p><p>  字型產(chǎn)生RAM(CGRAM)</p><p>  字型產(chǎn)生RAM提供圖象定義(造字)功能, 可以提供四組16×16點的自定義圖象空間,使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型

52、自行定義到CGRAM中,便可和CGROM中的定義一樣地通過DDRAM顯示在屏幕中。</p><p><b>  地址計數(shù)器AC</b></p><p>  地址計數(shù)器是用來貯存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由設(shè)定指令暫存器來改變,之后只要讀取或是寫入DDRAM/CGRAM的值時,地址計數(shù)器的值就會自動加一,當(dāng)RS為“0”時而R/W為“1”時,地址計數(shù)器的值會被

53、讀取到DB6——DB0中。</p><p><b>  光標(biāo)/閃爍控制電路</b></p><p>  此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路,由地址計數(shù)器的值來指定DDRAM中的光標(biāo)或閃爍位置。</p><p>  3.3 物體檢測模塊設(shè)計</p><p>  本模塊用來檢測交通狀況。當(dāng)車輛經(jīng)過時,路燈自動亮滅變化,從而實

54、現(xiàn)路燈根據(jù)交通狀況自動調(diào)節(jié)其亮滅狀態(tài)功能。</p><p>  方案一:采用超聲波對物體行進(jìn)狀態(tài)檢測。超聲波能夠?qū)崟r檢測物體所在位置,并返回信號。但是超聲波受環(huán)境影響較大,電路復(fù)雜,任何有形狀的物體對超聲波的反射都會影響系統(tǒng)對物體的檢測和判斷。因此我們放棄此方案。</p><p>  方案二:采用漫反射式光電開關(guān)檢測物體運動狀態(tài)。當(dāng)物體經(jīng)過某一指定地點時,傳感器感應(yīng)到物體,并把信號傳給控制

55、單元,再由控制單元發(fā)出指令控制路燈亮滅,從而有效實現(xiàn)路況檢測功能。該方案具有有效、直觀,電路和程序控制更簡單明了,穩(wěn)定性也相對較強等優(yōu)點。因此我們選用了方案二。</p><p>  光電開關(guān)工作原理:光電開關(guān)(光電傳感器)是光電接近開關(guān)的簡稱,它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射,由同步回路選通電路,從而檢測物體有無的。物體不限于金屬,所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出,接

56、收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。</p><p>  漫反射式光電開關(guān):它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器,當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時,物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器,于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時,漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。</p><p><b

57、>  圖3. 3</b></p><p>  3.4 環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計</p><p>  本單元采用光敏電阻檢測環(huán)境明暗變化,當(dāng)光敏電阻感應(yīng)到光線變化時,將信號傳給控制單元進(jìn)行處理,再由控制單元控制路燈的亮滅。 如圖3.4所示。共有四路檢測單元,備用1路。</p><p>  圖3.4環(huán)境監(jiān)測單元

58、 </p><p>  光敏電阻又稱光導(dǎo)管,常用的制作材料為硫化鎘,另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場的作用下作漂移運動,電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負(fù)極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。</p>

59、;<p>  光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器;入射光強,電阻減小,入射光弱,電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器,它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見光)的強弱變化而變化,在黑暗條件下,它的阻值(暗阻)可達(dá)1~10M歐,在強光條件(100LX)下,它阻值(亮阻)僅有幾百至數(shù)千歐

60、姆。光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性)與人眼對可見光(0.4~0.76)μm的響應(yīng)很接近,只要人眼可感受的光,都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時,都用白熾燈泡(小電珠)光線或自然光線作控制光源,使設(shè)計大為簡化。</p><p><b>  1.結(jié)構(gòu)</b></p><p>  通常,光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu),以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時,半導(dǎo)體片(光敏層

61、)內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對,參與導(dǎo)電,使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度,光敏電阻的電極常采用梳狀圖案,它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)如右圖所示。

62、 </p><p>  光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片(或樹脂防潮膜)和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。</p><p><b>  2.工作原理</b></p><p>  光敏電阻的工作

63、原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線,將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻,為了增加靈敏度,兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極,接出引線,封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi),以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里,它的電阻值很高,當(dāng)受到光照時,只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,則價帶中的電子吸收

64、一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶,并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴,這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目,使其電阻率變小,從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強,阻值愈低。入射光消失后,由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將復(fù)合,光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓,其中便有電流通過,受到波長的光線照射時,電流就會隨光強的而變大,從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也加

65、交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。</p><p><b>  3.分類</b></p><p>  根據(jù)光敏電阻的光譜特性,可分為三種光敏電阻器: </p><p>  紫外光敏電阻器:對紫外線較靈敏,包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等,用于探測紫外線。 </p><p>  紅外光敏電阻器:主

66、要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器,廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜,紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。 </p><p>  可見光光敏電阻器:包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng),如光電自動開關(guān)門戶,航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅,自動給水和自動停水裝置,機械上的自動保護(hù)裝置和“位置檢測器”,極薄零件

67、的厚度檢測器,照相機自動曝光裝置,光電計數(shù)器,煙霧報警器,光電跟蹤系統(tǒng)等方面。</p><p>  4.光敏電阻的主要參數(shù): </p><p>  (1)光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下,當(dāng)有光照射時,流過的電流稱為光電流,外加電壓與光電流之比稱為亮電阻,常用“100LX”表示。 </p><p> ?。?)暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下,當(dāng)

68、沒有光照射的時候,流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻,常用“0LX”表示。 </p><p> ?。?)靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值(暗電阻)與受光照射時的電阻值(亮電阻)的相對變化值。 </p><p>  (4)光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度,是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線,就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。

69、</p><p> ?。?)光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出,隨著的光照強度的增加,光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強度,則電阻值變化減小,然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下,該特性為非線性。 </p><p> ?。?)伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系,對于光敏器件來說,其光電流隨外

70、加電壓的增大而增大。 </p><p> ?。?)溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大,部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高,而在高溫下的靈敏度則較低。 </p><p>  (8)額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率,當(dāng)溫度升高時,其消耗的功率就降低。</p><p>  3.5 電源單元設(shè)計</p><p>

71、  (1)電壓源:該電壓源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓,向系統(tǒng)提供+5V電源,其工作原理如圖3.7所示。</p><p>  圖3.7 穩(wěn)壓電源原理圖</p><p> ?。?)恒流源:該電流源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、電阻的分流、分壓及三極管的穩(wěn)流、放大,最后向1W LED燈提供恒定300mA的電流,其工作原理如圖3.8所示。</p><p> 

72、 圖3.8 恒流源電路原理圖</p><p>  圖3.8中發(fā)光二極管LED的壓降取2V, 二極管的壓降取0.7V,三極管的壓降取0.7V,由此可得:</p><p>  3.6 功率調(diào)節(jié)單元設(shè)計</p><p>  本單元利用單片機控制PWM信號,再經(jīng)過三極管、固態(tài)繼電器進(jìn)行功率放大,實現(xiàn)對功率的有效調(diào)節(jié),使驅(qū)動功率在規(guī)定時間內(nèi)自動減小,其調(diào)節(jié)范圍可在20%~1

73、00%內(nèi)設(shè)定。如圖3.9所示。本電路可加穩(wěn)壓電源或恒流電源,可通過電路硬件進(jìn)行設(shè)置。同時負(fù)載電流和電壓通過單元控制器的電壓表和電流表進(jìn)行監(jiān)視,由此可得:</p><p>  圖3.9 功率調(diào)節(jié)單元圖</p><p>  3.7 系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定</p><p> ?。?)主控芯片:采用Atmel 公司的AT89S52作為控制核心;</p><

74、p> ?。?)顯示模塊:采用12864液晶顯示; </p><p> ?。?)物體檢測模塊:選用漫反射型光電開關(guān)檢測物體運動狀態(tài);</p><p>  (4)環(huán)境檢測模塊:使用光敏電阻來實現(xiàn)對環(huán)境明暗狀況的檢測;</p><p>  (5)驅(qū)動模塊:自制+5V穩(wěn)壓源和300mA恒流

75、源;</p><p>  (6)功率調(diào)節(jié)模塊:單片機控制PWM信號調(diào)制。</p><p>  總硬件電路圖見附圖1所示。</p><p>  第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計</p><p>  4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明</p><p>  在進(jìn)行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時,除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外,大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際

76、需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此,軟件設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。</p><p>  在單片機控制系統(tǒng)中,大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括:數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進(jìn)行計算,然后再輸出,以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務(wù),在進(jìn)行軟件設(shè)計時,通常把整個過程分成若干個部分,每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”,實質(zhì)上就是所完成一定功能,相對獨立的程序段

77、,這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是:</p><p>  單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試;</p><p>  模塊可以共存,一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用;</p><p>  模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序,為設(shè)計者提供方便。</p><p>  4.2 程序結(jié)構(gòu)框圖</p&g

78、t;<p>  根據(jù)設(shè)計方案,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示:</p><p>  圖4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>  根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計的主程序流程圖見附圖2。</p><p>  第五章 測試與結(jié)果分析</p><p>  5.1 測試方法與結(jié)果</p><p>  5.1.1 時鐘設(shè)定和定時

79、開關(guān)路燈測試</p><p>  采用獨立按鍵調(diào)整并設(shè)定系統(tǒng)及開關(guān)燈時間,并通過液晶屏實時顯示。測試過程如下:(1)設(shè)定系統(tǒng)當(dāng)前時刻為01時10分,經(jīng)秒表測試,120秒后液晶屏顯示當(dāng)前時刻值為01時12分;(2)系統(tǒng)當(dāng)前時刻為00時05分,設(shè)定LED1燈00時06分點亮,00時07分熄滅,經(jīng)秒表測試,60秒后LED1燈點亮,再過60秒熄滅,液晶屏顯示正確;支路控制器能夠獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。</

80、p><p>  5.1.2 環(huán)境明暗檢測測試</p><p>  在定時功能穩(wěn)定的前提下,將連接主控制器的光敏電阻置于正常光照(阻值約為零點幾千歐),LED燈不亮,當(dāng)遮擋此光敏電阻(阻值約為十幾千歐以上),使其所在環(huán)境光線變暗時LED點亮,去掉遮擋時LED熄滅。用手遮住光敏電阻時,LED燈再次點亮,移開手時LED燈熄滅,此部分工作正常。</p><p>  5.1.3

81、 交通情況測試</p><p>  (1)物體從左向右運動,當(dāng)?shù)竭_(dá)S點時LED1正常點亮,當(dāng)物體運動到B點時LED1熄滅、LED2點亮,當(dāng)物體移動到S'時,LED2熄滅;</p><p> ?。?)物體從右向左移動,當(dāng)?shù)竭_(dá)S'點時LED2點亮,當(dāng)物體運動到B點時LED2熄滅、LED1點亮,當(dāng)物體運動到S時LED1熄滅。此部分系統(tǒng)工作正常。</p><p>  5.

82、1.4 路燈故障檢測報警測試</p><p>  在其它一切外部條件正常的情況下,當(dāng)某一路燈在接收到信號后不能正常點亮或熄滅,則判定為故障,故障檢測通過光敏電阻接受到光照情況來判斷。當(dāng)故障發(fā)生時,發(fā)出聲光報警,同時液晶顯示故障所在位置。</p><p>  在本次測試中,在一切外部條件正常的情況下,兩個燈同時發(fā)光,當(dāng)用物體擋住任一個光敏電阻光線,即假定某個路燈故障時,電路能正常發(fā)出聲光報

83、警,并能正常顯示故障所在位置。此故障檢測系統(tǒng)正常。</p><p>  5.1.5 自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試</p><p>  穩(wěn)壓電源輸出部分選用 85系列30V電壓指示表頭對輸出電壓進(jìn)行指示。指示電壓為5.1V。 選用UT51數(shù)字萬用表測得的輸出電壓值為5V。與理論輸出電壓值5V有一定誤差,誤差值為0.1V。</p><p>  5.1.6 自制單元控制

84、器恒流驅(qū)動電源測試</p><p>  恒流源驅(qū)動部分選用85系列30V電壓指示表頭和一個同系列1A的電流指示表頭分別對它的輸出電流進(jìn)行顯示。我們用UTI51數(shù)字萬用表測得的電流為300mA,與理論輸出值330mA有一定誤差。</p><p>  本測試采用50Ω,1.5A滑動變阻器作負(fù)載,測試結(jié)果如表1所示:</p><p><b>  恒流源電流測試結(jié)

85、果</b></p><p><b>  誤差分析</b></p><p> ?。?)R1和R2的阻值存在偏差;</p><p> ?。?)二極管、發(fā)光管、三極管的壓降取值有偏差;</p><p> ?。?)測試用儀器儀表和數(shù)值的讀取都存在誤差。</p><p>  5.1.7 功率輸

86、出測試</p><p>  通過單片機的PWM方式,實現(xiàn)了輸出功率的可調(diào)。電壓電流值通過單元電路面板監(jiān)控。當(dāng)脈寬在20%-100%調(diào)整時,輸出電流明顯減小。從亮到暗電流從300mA減到50mA。</p><p>  5.2 測試結(jié)果分析</p><p>  1.本設(shè)計實現(xiàn)了題目所有的基本要求;</p><p>  2.本設(shè)計實現(xiàn)了題目所有的

87、發(fā)揮部分;</p><p>  3.本設(shè)計采用的控制器資源有限,如果采用高級的控制芯片,我們會實現(xiàn)更多的控制功能,使系統(tǒng)更完善。</p><p>  4.考慮到作品的性價比,外觀設(shè)計尚有不足之處,應(yīng)該進(jìn)一步改進(jìn),使其更合理美觀。</p><p>  5.除此之外,本設(shè)計增加的創(chuàng)新部分功能如下:</p><p> ?。?)單元控制器的驅(qū)動部分能

88、夠分別采用穩(wěn)壓驅(qū)動和恒流驅(qū)動,兩種電源供電方式。選擇方便,控制穩(wěn)定。</p><p>  (2)利用51系列單片機與液晶屏實現(xiàn)主菜單和多級子菜單功能選擇、參數(shù)設(shè)定、運行與實時監(jiān)控等功能,實現(xiàn)對路燈模擬控制系統(tǒng)的綜合控制。</p><p> ?。?)增加了輸出電壓和電流表頭指示,使輸出結(jié)果和測試更直觀,簡便。</p><p> ?。?)本設(shè)計采用便宜的硬件,硬件功能通

89、過軟件實現(xiàn),元件數(shù)少,可靠性高,成本低廉,性價比高,功能滿足設(shè)計要求。</p><p><b>  總結(jié)</b></p><p>  隨著畢業(yè)日子的到來,畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗,而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多,以前老是覺得

90、自己什么東西都會,什么東西都懂,有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計,我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程,在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí),努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。</p><p>  在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了,同學(xué)之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識,所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。</p><p>  在此要感謝**老師對我悉

91、心的指導(dǎo),感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中,我通過查閱大量有關(guān)資料,與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué),并向老師請教等方式,使自己學(xué)到了不少知識,也經(jīng)歷了不少艱辛,但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了我獨立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好,但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)

92、計的最大收獲和財富,使我終身受益。</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1]王靜霞.單片機應(yīng)用技術(shù)(C語言版).北京:電子工業(yè)出版社2009.5</p><p>  [2]陳梓城.實用電子電路設(shè)計與調(diào)試.北京:中國電力出版社2006.6</p><p>  [3]趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊

93、.第一版:化學(xué)工業(yè)出版社2004</p><p>  [4]唐浩強.C程序設(shè)計教程.ISBN 978-7-302-15157-9:清華大學(xué)出版社2007</p><p>  [5]趙佩華. 單片機原理及接口技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社2008.3</p><p>  [6]張洪瑞. 單片機應(yīng)用設(shè)計200例. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社2006.7 </p>

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