【正文】 OCCASION場合)。智能化道路照明控制系統(tǒng)，通過綜合考慮和分析與道路照明密切相關(guān)的時(shí)間、路段、環(huán)境照度和交通流量等因素的場景控制方法，在微機(jī)中按照預(yù)設(shè)的控制策略，對道路照明進(jìn)行動態(tài)智能化管理，控制路燈在不同情況下工作在不同狀態(tài)實(shí)現(xiàn)多樣化的道路照明場景，從而在提高照明質(zhì)量的同時(shí)獲得最佳的節(jié)簡單的相控技術(shù)，不足之處是元器件較容易發(fā)熱損壞。而為了更好的達(dá)到控制的目的，現(xiàn)在國內(nèi)外都開始采用智能控制方式，如光控、聲控、時(shí)控等，國外甚至開始采用太陽能供能光控能效果。隨著社會文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。社會對亮燈率、開關(guān)燈的準(zhǔn)確率、故障檢測的實(shí)時(shí)性和維修的及時(shí)性要求不斷提高，利用51系列單片機(jī)可編程控制八位邏輯I/O端口實(shí)現(xiàn)路燈的智能化，達(dá)到節(jié)能、自動控制的目的,避免了傳統(tǒng)電路對能源的浪費(fèi)，且路燈的自動控制更方便了工作人員的管理。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單?，F(xiàn)在許多生產(chǎn)廠家大功率LED的熱沉散熱殼體應(yīng)用基本采用不同的合金鋁材料，其導(dǎo)熱系數(shù)不一，一些材料的散熱速率難以滿足LED工作條件。不可忽略的鋁基板及導(dǎo)熱硅膠，硅脂材料的導(dǎo)熱環(huán)節(jié)，使用材料的實(shí)際壽命質(zhì)量，將直接影響LED的工作散熱條件。如何減少中間環(huán)節(jié)，直接與熱沉散熱近距離接觸將熱量快速達(dá)到平衡的有效散熱，是現(xiàn)今高質(zhì)量的LED燈具產(chǎn)品開發(fā)需考慮的方向。從對比上看，最好的散熱材料也并不是鋁材。銅和鋁的對比中形成了一種新型的工藝——銅鋁結(jié)合。所謂的銅鋁結(jié)合就是把銅和鋁用一定的工藝完美的結(jié)合到一塊，讓銅快速的把熱量傳給鋁，再由大面積的鋁把熱量散去，這不但增充了鋁的導(dǎo)熱不及銅，還彌補(bǔ)了銅的散熱不如鋁，有機(jī)的結(jié)合從而達(dá)到急速傳熱快速散熱的效果。多篇文章中都闡述了散熱是靠面積而不是看體積的大小，許多企業(yè)都了解了個(gè)中道理，殼體采用多層翅片散熱，但對熱沉散熱殼體的翅片忽略了防塵和積塵，日積月累將會影響殼體的散熱效果。應(yīng)從在自然條件下規(guī)避積塵的最小化，不同方向的風(fēng)和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性。保證熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環(huán)境的影響，散熱通道的暢通，做到真正的長壽命。大家共同來探討一個(gè)設(shè)計(jì)方式：散熱是靠面積的道理顯而易見，是否可以將散熱面做成柱狀或多面形錐體。作為解決辦法，導(dǎo)熱介質(zhì)就應(yīng)運(yùn)而生了，它的作用就是填充兩個(gè)接觸表面之間大大小小的空隙，增大發(fā)熱源與散熱片的接觸面積。導(dǎo)熱硅脂是我們最常見的導(dǎo)熱介質(zhì)。 導(dǎo)熱硅脂是用來填充鋁基板與散熱片之間的空隙的材料的一種，這種材料又稱之為熱界面材料。其作用是用來向散熱片傳導(dǎo)鋁基板散發(fā)出來的熱量，使鋁基板溫度保持在一個(gè)可以穩(wěn)定工作的水平，防止鋁基板因?yàn)樯岵涣级鴵p毀，并延長使用壽命。有關(guān)人士正研究在熱沉材料上進(jìn)行特殊的陶瓷化處理直接安裝線路，經(jīng)過這樣的優(yōu)化后將會根本解決散熱的導(dǎo)熱環(huán)節(jié)。 主要研究的內(nèi)容本課題主要以模擬路燈控制系統(tǒng)為背景，采用高效LED路燈光源，以AT89C51單片機(jī)作為控制中心，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊等來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)環(huán)境、交通等因素，單片機(jī)采用光敏電阻或光電開關(guān)的信號控制路燈的亮滅，具有自動檢查故障報(bào)警等功能；采用切換多種模式設(shè)定并實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光功能，實(shí)現(xiàn)了光電控制、時(shí)間控制、交通情況檢測、故障自動檢測與報(bào)警功能，節(jié)省了電力能源和人力資源。 設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件的設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)可分為傳感器模塊和光控路燈模塊，包括：調(diào)光方式設(shè)計(jì)、時(shí)鐘芯片的選擇、液晶顯示器的選擇。軟件的設(shè)計(jì)包括：畫出程序框圖、主程序設(shè)計(jì)、鍵盤和顯示軟件設(shè)計(jì)、各功能程序設(shè)計(jì)及清單注釋。 方案論證 傳感電路部分方案一：使用光敏電阻與電源相連，通過上拉電阻給51單片機(jī)輸入信號，并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)程序操作。方案二：使用光敏電阻和三極管聯(lián)合驅(qū)動的方式，提供給單片機(jī)輸入傳感信號。由于方案二提供的輸入信號相對來說對環(huán)境的要求較高，難以實(shí)現(xiàn)且不符合系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)用性等原則，故選取方案一。 執(zhí)行電路部分方案一：由單片機(jī)端口對相應(yīng)電路進(jìn)行操作；方案二：使用LM324芯片，含有四個(gè)運(yùn)算放大器，電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用。方案三：由單片機(jī)對后續(xù)的執(zhí)行元件進(jìn)行操作，如繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件。由于方案二使用LM324芯片等相關(guān)元件，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加接近實(shí)際應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)是由電子電路→電氣電路的控制，使用LM324等可使系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性大大增強(qiáng)。第2章 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)是采用高效LED路燈光源，以AT89C51單片機(jī)為核心，利用傳感器模塊、光控路燈模塊、恒流源模塊等來實(shí)現(xiàn)路燈智能化控制。根據(jù)日照設(shè)置光控參數(shù)、時(shí)間參數(shù)；可同時(shí)控制多路照明、單雙間隔開啟照明；系統(tǒng)要求可自動、手動、緊急三種模式操作；系統(tǒng)要求有LED檢測模塊、聲光報(bào)警模塊、時(shí)鐘模塊。 設(shè)計(jì)思路一個(gè)大型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。硬件電路部分主要包括以下幾個(gè)部分：單片機(jī)最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、光電檢測電路部分。其中最小系統(tǒng)是51單片機(jī)的最基本的組成部分，雖然51單片機(jī)的引腳只有四十，但是它有很多的擴(kuò)展功能，根據(jù)相應(yīng)的課題設(shè)計(jì)要求可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的外圍電路。根據(jù)任務(wù)書的要求，分析出需要的功能有：具備時(shí)鐘功能、時(shí)間調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)、二極管(模擬路燈)的顯示功能、定時(shí)開燈關(guān)燈的時(shí)間調(diào)整功能、按鍵控制功能，光電控制路燈功能。通過硬件電路的分析，當(dāng)開機(jī)后，經(jīng)過上電復(fù)位，時(shí)鐘顯示為17：59：50，這時(shí)可以調(diào)整時(shí)、分、秒按鈕進(jìn)行精確調(diào)整到當(dāng)前時(shí)間，進(jìn)行正常走時(shí)。開機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)部自定義開路燈時(shí)間為18：00：00，關(guān)路燈時(shí)間為6：00：00，如果不做調(diào)整的話，時(shí)間就是下午六點(diǎn)鐘開燈，早晨6點(diǎn)鐘關(guān)燈，但春、夏、秋、冬四季的晝夜并不相等，為了更好的節(jié)省資源（電力）。本設(shè)計(jì)中可以進(jìn)行手動調(diào)整，根據(jù)四季的變化來調(diào)整開路燈和關(guān)路燈的時(shí)間，更有效的節(jié)省資源。本設(shè)計(jì)中另外的一大特點(diǎn)就是在夜晚12：00的時(shí)候，路燈會熄滅一半，這種設(shè)計(jì)也是為了節(jié)省資源，因?yàn)橐股钊遂o的時(shí)候，并不需要太多的路燈照明整個(gè)路面，只需要點(diǎn)點(diǎn)燈光就行。然后到早晨六點(diǎn)鐘或自己重新設(shè)定的時(shí)間的時(shí)候在關(guān)閉其它的路燈。本次設(shè)計(jì)中共用到了五個(gè)按鈕和四個(gè)發(fā)光二極管，用來控制路燈和調(diào)整時(shí)間。按鈕上到下編號為①、②、③、④、⑤。①為進(jìn)入調(diào)整開燈、關(guān)燈的時(shí)間按鈕,還有為退出調(diào)整開燈和關(guān)燈的按鈕，只有通過它才能有效的退出定義開燈和關(guān)燈的調(diào)整狀態(tài)；②為調(diào)整加一小時(shí)的按鈕，③為調(diào)整減一小時(shí)的按鈕，④為調(diào)加一分鐘的按鈕，⑤為調(diào)整減一分鐘的按鈕。發(fā)光二極管從上至下的標(biāo)號是①、②、③、④。①、③為路燈的左邊一排。②、④為路燈的右邊一排。 系統(tǒng)框圖 圖21 系統(tǒng)框圖 第3章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)概述 單片機(jī)的簡介單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母縮寫MCU表示單片機(jī)。它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)是采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出電路（I/O口）等電路集成到單片芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。有時(shí)還包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行通信口、顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路）、脈寬調(diào)制電路（PWM）、模擬多路轉(zhuǎn)換器以及A/D轉(zhuǎn)換器等電路，并具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)。這些電路能在軟件控制之下，準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。它能夠單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)所要求的智能化控制功能。單片機(jī)的功能很多：比較器；模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器；PWM；多種多樣的接口；LCD驅(qū)動；存儲器等等。同時(shí)它也是計(jì)算機(jī)—單片微型計(jì)算機(jī)。部分單片機(jī)的計(jì)算能力已經(jīng)比早期PC的CPU強(qiáng)大，速度也越來越快。甚至也有類似雙核CPU的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。因?yàn)槟軌蜻\(yùn)行程序，所以可以做很多的事情。幾乎您上網(wǎng)用的計(jì)算機(jī)能做的事情，它都同樣能做。只是能力沒那么強(qiáng)大。比如：可以讀寫硬盤、可以接受按鍵輸入、可以顯示輸出、可以驅(qū)動打印、您甚至可以給它接個(gè)鼠標(biāo)。當(dāng)然這可能涉及一些接口的問題，但是CPU也不是直接做這些事情的。它的輸入輸出，如前面所說，也是多種多樣的?？梢允悄M量，也可以是數(shù)字量，標(biāo)準(zhǔn)的USB接口也已經(jīng)集成在了單片機(jī)內(nèi)部。此外，單片機(jī)的體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用面寬、有著其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)控制系統(tǒng)已基本取代了以前復(fù)雜的電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，用軟件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化。現(xiàn)在，單片機(jī)的控制范疇無所不在，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)理念，向著嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展和在各行各業(yè)的深入應(yīng)用，人們的電子設(shè)備的小型化、智能化的要求也越來越高。在航空航天、機(jī)械加工、工程控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，單片機(jī)都正在發(fā)生著非常重要的作用。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)業(yè)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分重要的高新技術(shù)之一，是電子工程技術(shù)人員必備的知識技能，它能使你設(shè)計(jì)出更具智能化和方便的產(chǎn)品。 單片機(jī)的特點(diǎn)單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)之所以能發(fā)揮著如此重要的作用，歸納起來原因如下：① 單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低、使用靈活等特點(diǎn)，具有明顯的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。② 單片機(jī)具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計(jì)思想充分表達(dá)出來，使產(chǎn)品智能化。③ 系統(tǒng)配置以滿足控制對象的要求出發(fā)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。④ 應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)（外）ROM中，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用方便。⑤ 單片機(jī)本身并不具備開發(fā)能力，一般情況下，需要借助專用的開發(fā)工具在相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境下，進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試，但最終形成的產(chǎn)品簡單實(shí)用，成本低，效益高。⑥ 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所使用的存儲芯片可選用EPROM、EEPROM、OTP芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量生產(chǎn)和應(yīng)用。大多數(shù)單片機(jī)如51系列，開發(fā)芯片和擴(kuò)展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本。⑦ 由于系統(tǒng)小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)、體積小，便于嵌入被控設(shè)備內(nèi)，大大推動了產(chǎn)品的智能化。隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，目前各個(gè)公司研制出了能夠適用于各種領(lǐng)域的單片機(jī)。高性能的單片機(jī)芯片市場也異?；钴S，采用新技術(shù)，使單片機(jī)的種類、性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大。單片機(jī)的改進(jìn)和發(fā)展歸納起來有以下幾個(gè)方面：① CPU得到改進(jìn)：現(xiàn)在CPU開始采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高了芯片的處理能力。② 存儲器的發(fā)展：增大了片內(nèi)存儲器容量；片內(nèi)采用EEPROM和Flash可在線編程，讀/寫更加方便；采用了編程加密技術(shù)。③ 內(nèi)部資源增多：片內(nèi)的資源越豐富，產(chǎn)品的體積就越小，可靠性就越高。④ I/O接口形式增多：性能提高了。⑤ 引腳的多功能化：單片機(jī)現(xiàn)在普遍都采用管腳復(fù)用的設(shè)計(jì)方案。⑥ 低電壓和低功耗：單片機(jī)制造時(shí)普遍采用CMOS工藝制作。 單片機(jī)的選型 單片機(jī)的種類很多，最常用的就是8051系列，其常見的型號有AT89C5AT89C5AT89S5AT89S52等。有相當(dāng)一部分廠家的單片機(jī)與8051單片機(jī)是基于該系列單片機(jī)，從而可以方便地替換該系列單片機(jī)，如STC公司、PHILIPS公司等等。一般情況下，52型號的可以直接替換51型號單片機(jī)，如果程序不大（code區(qū)小于4096）的話51型號也可以替換52型號。如果程序較大，還可以采用89C589C58等資源更多的單片機(jī)。本系統(tǒng)采用的是最常用的AT89C51。 AT89C51的簡介MCS51系列單片機(jī)是由美國的Intel公司開發(fā)研制，并于1980年推出的產(chǎn)品。與MCS48系列單片機(jī)相比，其以典型的體系結(jié)構(gòu)和完善的專用寄存器集中管理方式，方便的邏輯位操作功能及豐富的指令系統(tǒng)[5]，堪稱一代“名機(jī)”，為之后的其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此，MCS51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數(shù)達(dá)111條。其中的代表作便是AT89C5x系列單片機(jī)，而本文所采用的就是AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶有2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 圖31 單片機(jī)外形圖及引腳圖 AT89C51特性概述AT89C51 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器；128字節(jié)內(nèi)部RAM；32 個(gè)I／O 口線；兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器；一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)；一個(gè)全雙工串行通信口；片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，其中有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。 引腳說明 AT89C51的引腳如圖所示： 圖32 A