【文章內(nèi)容簡介】 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) 指導(dǎo)教師 胡賽純 副教授 2020 年 06 月 01 日 ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2020 屆學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì)材料 （四） I 湖南城市學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行，設(shè)計(jì)成果和制作的產(chǎn)品實(shí)物不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議。對本設(shè)計(jì)的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 II 目 錄 摘要 ................................................................................................................................1 關(guān)鍵詞 ............................................................................................................................1 引言 ................................................................................................................................2 1 總體設(shè)計(jì) ..................................................................................................................... 2 功能要求及技術(shù)指標(biāo) ..................................................................................... 2 總體設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................. 3 2 硬件設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 4 硬件電路總原理圖 ......................................................................................... 4 主要硬件模塊原理圖及相關(guān)說明 ................................................................. 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 和 DS1302 模塊電路 ............................................... 5 光敏 /聲敏控制開關(guān)以及 LED 電路 ................................................... 7 串口通信電路和電源模塊電路 .......................................................... 8 硬件電路 PCB 圖 ........................................................................................... 9 3 軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 10 主程序流程及相關(guān)說明 ............................................................................... 10 各硬件模塊驅(qū)動(dòng)程序流程及相關(guān)說明 ....................................................... 12 初始模式驅(qū)動(dòng)程序 ............................................................................ 12 白天系統(tǒng)工作模式驅(qū)動(dòng)程序 ............................................................13 上半夜系統(tǒng)工作模式驅(qū)動(dòng)程序 ........................................................ 13 下半夜系統(tǒng)工作模式驅(qū)動(dòng)程序 ........................................................ 14 4 測試結(jié)果及分析 ...................................................................................................... 14 5 調(diào)試與使用說明 ..................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 21 致謝 .............................................................................................................................. 21 附錄 .............................................................................................................................. 22 1 城市智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本文研究的 城市智能路燈控制系統(tǒng)， 是針對我國在城市照明上所存在的巨大的能源消耗 ， 而開發(fā)的基于單片機(jī)的新型節(jié)能控制系統(tǒng) 。 集光敏控制、聲敏控制、節(jié)能控制、報(bào)警控制于一體。智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)利用 STC89C52為核心 芯片 ，通過對時(shí)間的定時(shí)控制來控制路燈，通過光敏 和聲敏開關(guān)來控制突發(fā)情況，以及 與 下半夜進(jìn)入節(jié)能模式 相結(jié)合，利用 LED作為模擬路燈，并且配合報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)智能路燈控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： STC89C52； LED 路燈；光敏開關(guān)；聲敏開關(guān) 2 引言 近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)改革的深入發(fā)展和信息化時(shí)代的深入，路燈的發(fā)展給城市帶來了明亮和方便。路燈是城市形象的代表，也是城市交通安全的保障，給人民的生活帶來特別大的便利。但隨著路燈的發(fā)展城市路燈的維護(hù)量增大，帶來維護(hù)人員不足的問題，使得路燈故障時(shí)不能得到及時(shí)的修復(fù)以致造成人民生活的不便。維護(hù)費(fèi)用也隨之增加，社會(huì) 成本過高，電費(fèi)支出過多，財(cái)政承擔(dān)相對困難，增加了政府的處理能力，滯后經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。因此迫切需要解決此問題，故針對這種情況本人設(shè)計(jì)并制作了這一節(jié)能智能型的模擬路燈控制系統(tǒng)，其主要價(jià)值在于能更好的節(jié)能與監(jiān)測，在很多方面給人們帶來了方便，給維護(hù)人員帶來便利，希望此系統(tǒng)能在現(xiàn)實(shí)中發(fā)揮其潛在的價(jià)值。 在社會(huì)不斷發(fā)展的今天，保證道路照明設(shè)備的有效性與安全性，得到了越來越多的重視。國際社會(huì)也對此做出了很多改進(jìn)，對照明燈以及智能恒壓控制方面做出了重大貢獻(xiàn)。目前包括就近的中科恒源公司做的集太陽能和風(fēng)能于一體的新能 源節(jié)能路燈，江蘇新思維光電有限公司，做專業(yè)的 LED戶外照明，高桿燈和交通燈燈。這足以說明這片領(lǐng)域是有很大的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)前景。城市亮化工程是城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要內(nèi)容，為營造優(yōu)美舒適的投資環(huán)境，提升城市形象，提高路燈系統(tǒng)的管理水平，在滿足城市道路照明要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能化的節(jié)能照明，在客觀上有迫切要求，也是解決城市美化與能源緊張最佳選擇。 課題設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容是針對目前路燈照明中存在的問題，結(jié)合國內(nèi)外各種路燈節(jié)能的研究成果，設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的節(jié)能路燈系統(tǒng)。通過單片機(jī)的功能多樣性實(shí)現(xiàn)本課題的基本 要求。 1 總體設(shè)計(jì) 功能要求及技術(shù)指標(biāo) 當(dāng)有工作人員人為控制路燈的開關(guān)時(shí)，路燈隨即被打開和關(guān)閉。通過LCD1602 顯示屏顯示當(dāng)前時(shí)鐘時(shí)間。通過設(shè)置，可以設(shè)定定時(shí)開路燈時(shí)間，和定時(shí)關(guān)路燈時(shí)間。當(dāng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定的開路燈時(shí)，則路燈自動(dòng)開啟。當(dāng)時(shí)間達(dá)到路燈的關(guān)閉時(shí)間時(shí)，路燈則自動(dòng)關(guān)閉。先通過光照計(jì)檢測 15LUX 的光照， 15LUX是一般規(guī)定的路燈最低開啟光照強(qiáng)度，來設(shè)定的規(guī)定的開燈光照，當(dāng)白天的光照 3 低于 15LUX 的光照強(qiáng)度時(shí)，可以通過光敏控制開關(guān)感應(yīng)到光線強(qiáng)度的變化，自動(dòng)開啟路燈，更好的實(shí)現(xiàn)對路燈的控制 。當(dāng)午夜 12:00 時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟節(jié)能模式，采用路燈的間隔亮滅。不會(huì)給交通照明帶來干擾，也可以節(jié)約一半的能源。當(dāng)有車輛和行人經(jīng)過的時(shí)候，通過聲敏控制開關(guān)檢測到聲音。通過電壓的變化來將節(jié)能模式下滅掉的燈重新點(diǎn)亮。可以方便車輛和行人通行。該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題所用的電源電壓為 +5V，利用 USB 作為電源，通過 LM7805 將電流轉(zhuǎn)換成 +5V 電壓作為電壓源。不管是在前半夜的正常開燈的模式下，還是在后半夜的節(jié)能模式下，當(dāng)有燈泡壞了的時(shí)候。系統(tǒng)通過蜂鳴器會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并在 LCD1602 上面顯“Lamp Bad ”。便于提醒工作人員 及時(shí)維修，以免因耽誤時(shí)間而造成不必要的損失。實(shí)現(xiàn)節(jié)能，高效相結(jié)合的現(xiàn)代城市智能路燈控制系統(tǒng)。 總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)主要由 STC89C52 單片機(jī)控制電路、時(shí)鐘電路、按鍵輸入電路、光控開關(guān)電路、聲控開關(guān)電路、二極管模擬路燈顯示電路、報(bào)警電路，液晶顯示，串口輸入電路、線性電源電路等組成。單片機(jī)控制電路主要負(fù)責(zé)對時(shí)鐘的設(shè)定和控制、路燈的亮滅、光控開關(guān)和聲控開關(guān)的開啟和下半夜路燈的控制信息進(jìn)行的處理。通過 DS1302 時(shí)間模塊輸出整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序，是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的前提。 LCD顯示的主要是根據(jù)季節(jié)的變化設(shè)定的 開時(shí)間和關(guān)時(shí)間，以及報(bào)警的提示 “Lamp Bad”。按鍵電路主要包括人工開啟和關(guān)閉路燈，當(dāng)前時(shí)鐘的設(shè)置，還有就是開燈時(shí)間的設(shè)置和關(guān)燈時(shí)間的設(shè)置。光控開關(guān)主要負(fù)責(zé)的是在白天光照強(qiáng)度低于15LUX 時(shí)的情況下來開啟路燈，用于實(shí)現(xiàn)無人控制的的突發(fā)事件。進(jìn)入下半夜，系統(tǒng)通過對定時(shí)器時(shí)間做出判斷，通過對 I/O 口的設(shè)定來開啟節(jié)能模式。此時(shí)的聲控開關(guān)才有作用，主要負(fù)責(zé)的是當(dāng)有行人或者車輛經(jīng)過的時(shí)候開啟節(jié)能模式下滅掉的路燈。串口輸入電路負(fù)責(zé)的是把源程序加載到單片機(jī)中，通過連接計(jì)算機(jī)和串口來用于加載程序和進(jìn)行修改再加載。電源電 路是用 USB 作為電源輸出口，連接到所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，為系統(tǒng)的運(yùn)行供電。報(bào)警器主要負(fù)責(zé)的是報(bào)警，提醒維護(hù)人員相關(guān)燈出現(xiàn)了故障，請及時(shí)維修，這樣可以在第一時(shí)間減少維修，減少交通隱患。系統(tǒng)整體框圖如圖 所示。 系統(tǒng)運(yùn)行后， LCD 上面會(huì)顯示相關(guān)的初始開關(guān)燈設(shè)置時(shí)間。通過對按鍵的輸入，設(shè)置開啟路燈時(shí)間和關(guān)閉路燈時(shí)間，再通過確認(rèn)按鍵確認(rèn)好輸入的值。系 4 統(tǒng)進(jìn)行時(shí)序運(yùn)行。白天如果沒有突發(fā)黑暗的時(shí)候，就會(huì)通過這個(gè)定時(shí)設(shè)置在傍晚的時(shí)候開啟路燈。在時(shí)鐘運(yùn)行到了十二點(diǎn)的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)開啟節(jié)能模式照明。此時(shí)因?yàn)槿肆髁亢蛙嚵髁渴?很少的時(shí)候，全部開啟路燈就造成了不必要的浪費(fèi)了，采用間隔亮滅燈，也可以達(dá)到照明的效果。當(dāng)有行人或者車輛經(jīng)過的時(shí)候，系統(tǒng)通過聲敏控制開關(guān)，來開啟節(jié)能模式下滅掉的燈，這樣可以避免因?yàn)楣饩€暗而造成的交通事故，而且被點(diǎn)亮的燈可以延時(shí) 5 秒，當(dāng)五秒過后沒有車輛了，燈又會(huì)重新恢復(fù)節(jié)能模式，當(dāng)仍有行人和車輛的時(shí)候，燈會(huì)繼續(xù)亮的。繼而這樣運(yùn)行下去，到了第二天早上，通過開始設(shè)定的關(guān)燈時(shí)間來關(guān)閉路燈，此時(shí)又恢復(fù)了普通狀態(tài)，聲控開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。直至下一個(gè)傍晚再開啟路燈，實(shí)現(xiàn)這樣的循環(huán)。通過按鍵的輸入，隨著四季的關(guān)照程度不同，可以 設(shè)定不同的開關(guān)燈時(shí)間，而不是固定式的時(shí)間，減少一些能源浪費(fèi)。 單 片 機(jī)按 鍵 開 關(guān) 電 路光 控 開 關(guān) 電 路聲 控 開 關(guān) 電 路最 小 系 統(tǒng) 電 路