【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 饋的電壓 加入到單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入引腳。 ⑷ 采取實(shí)時(shí)光照控制法、時(shí)間控制法與傳感器檢測(cè)車(chē)流量的方法以及手動(dòng)控制法相結(jié)合，真正達(dá)到了智能控制的方式。設(shè)置好每天開(kāi)關(guān)路燈的時(shí)間，在此基礎(chǔ)上又加了光照控制和傳感器檢測(cè)車(chē)流量的方式。除了設(shè)置時(shí)間段以外的時(shí)間如果天氣突變使得道路的能見(jiàn)度很低的話，這時(shí)光照控制也會(huì)使得路燈再次開(kāi)啟，給予道路交通的安全和順暢。在深夜車(chē)流量低谷時(shí)道路上沒(méi)有車(chē)通過(guò)路燈是全滅 的狀態(tài)，如果有車(chē)輛或行人通過(guò)了一段路燈會(huì)亮，隨后經(jīng)過(guò)哪一段的路燈哪一段的路燈才會(huì)亮，走過(guò)去之后路燈又會(huì)隨之滅掉。手動(dòng)控制是人為的控制路燈的亮滅，可用于特殊情況。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)主要由硬和件軟件組成，是本著有實(shí)際使用的價(jià)值來(lái)設(shè)計(jì)的。將一年可以大致的分成三個(gè)季節(jié)：春季和秋季、夏季、冬季三個(gè)季節(jié)段來(lái)對(duì)路燈進(jìn)行控制。而每個(gè)時(shí)間段都有著不同的開(kāi)關(guān)燈的時(shí)間。 本設(shè)計(jì)有兩種模式：自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。其中的自動(dòng)模式按照時(shí)間、光照度綜合控制，手動(dòng)模式下路燈的亮滅則完全由人工通過(guò) 按鍵控制。 自動(dòng)模式下首先判斷當(dāng)前時(shí)間，系統(tǒng)配置的時(shí)鐘芯片 DS1302 可以保證時(shí)間的準(zhǔn)確性同時(shí)不占用單片機(jī)資源。 ⑴ 春秋季節(jié)當(dāng) 18:00—23:00 時(shí)為亮燈時(shí)間，路燈全部點(diǎn)亮；夏季 19:00—23:00 時(shí)為亮燈時(shí)間，路燈全部點(diǎn)亮；冬季 17:00—23:00 時(shí)為亮燈時(shí)間，路燈全部點(diǎn)亮。 ⑵ 四季的 23:00—3： 00 時(shí)間為交通低谷期，路燈默認(rèn)狀態(tài)是全滅，此時(shí)如果紅外光電傳感器檢測(cè)到相應(yīng)范圍內(nèi)有人或者車(chē)輛，則點(diǎn)亮該范圍內(nèi)的路燈，等物體移動(dòng)到下一個(gè)范圍則下一段的路燈會(huì)點(diǎn)亮，而之前范圍內(nèi)的路燈熄滅。 ⑶ 在以上時(shí)間段以 外的時(shí)間如果天氣發(fā)生變化使得道路能見(jiàn)度很低時(shí)，用光敏電阻檢測(cè)路面上的光照強(qiáng)度小于 15 勒克斯的時(shí)候路燈就會(huì)點(diǎn)亮，來(lái)保證道路交通的順暢。 手動(dòng)模式下可以人為分段控制路燈的亮滅，不同的路段對(duì)應(yīng)不同的按鍵。 沈陽(yáng) 工業(yè) 大學(xué) 繼續(xù)教育 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ⑴ 控制系統(tǒng) 在智能路燈的控制系統(tǒng)中，控制方式的選擇是很重要的。 方案一：采用數(shù)字式多點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制電路系統(tǒng)。 這是一種數(shù)字式多點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制電路系統(tǒng)及其控制器，該電路系統(tǒng)包括若干負(fù)載回路，電路系統(tǒng)設(shè)置有一微控制器，每個(gè)負(fù)載回路中串接若干常閉點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)、一繼電器開(kāi)關(guān)及點(diǎn)觸開(kāi)關(guān)信號(hào)采樣模塊，各采樣模 塊輸出端口與微控制器信號(hào)輸入端連接，微控制器的控制端經(jīng)電流放大電路與相應(yīng)繼電器開(kāi)關(guān)的控制端連接。同時(shí)提供了相應(yīng)電路結(jié)構(gòu)的數(shù)字式多點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制器，在外接電器負(fù)載回路及翹板開(kāi)關(guān)后即組成的多點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制電路系統(tǒng)。 方案二：采用 STC125A60S2 系列單片機(jī)控制系統(tǒng)。這是一款高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但是速度卻比 8051 快 812倍，編寫(xiě)程序方便并且 I/O 口資源充足。 本設(shè)計(jì)采用第二種方案來(lái)應(yīng)用控制，這種方案主要靠硬件設(shè)計(jì)與軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，能夠更好的完成想要達(dá)到的 目的，方便控制，簡(jiǎn)單易行。 ⑵ 顯示電路 本設(shè)計(jì)中需要有一個(gè)顯示部分來(lái)顯示當(dāng)前日期、時(shí)間與當(dāng)前使用的模式。 方案一：數(shù)碼管靜態(tài)顯示。用數(shù)碼管靜態(tài)顯示編程原理簡(jiǎn)單，顯示亮度強(qiáng)，無(wú)閃爍，占用 CPU 的時(shí)間少，有利于監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。但是占用 I/O 接口過(guò)多而繁瑣，這樣增加了硬件電路的復(fù)雜性，從而增加了成本。所以本設(shè)計(jì)不采用本方案。 方案二：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示。適用于顯示多位數(shù)的情況下，可節(jié)省 I/O 端口資源，硬件電路簡(jiǎn)單，成本低，占用 CPU 的時(shí)間少，但是顯示亮度低。，如果用動(dòng)態(tài)顯示電路就必須加驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)因?yàn)轱@示數(shù)據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)掃 描， 占 大量運(yùn)行周期。如果加上驅(qū)動(dòng)的話，硬件電路就過(guò)于復(fù)雜了，所以此方案不可行。 方案三：使用液晶顯示器 LCD1602 進(jìn)行顯示。液晶顯示器分為漢字顯示器、彩屏顯示器、字符顯示器型。本設(shè)計(jì)用的是 1602 字符型液晶，是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)的點(diǎn)陣型液晶模塊。有若干個(gè) 5X7/5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每一個(gè)點(diǎn)陣字符位都可顯示一個(gè)字符。每一個(gè)位和每一個(gè)位之間都有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，行與行之間也有間隔，起到了字符間距與行間距的作用，所以該芯片不能顯示圖形。 LCD1602 液晶顯示芯片現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容為 16X2，就是顯示兩 行，顯示字符和數(shù)字。 本設(shè)計(jì)采用 LCD1602 液晶顯示器方案三，符合本設(shè)計(jì)顯示的需求。 沈陽(yáng) 工業(yè) 大學(xué) 繼續(xù)教育 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 ⑶ 時(shí)鐘電路 方案一：實(shí)時(shí)時(shí)鐘 DS1307。低功耗，具有 56 字節(jié)非失性 RAM 的全 BCD 碼時(shí)鐘日歷實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，地址和數(shù)據(jù)通過(guò)兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒、分、小時(shí)、星期、日期、月和年等時(shí)鐘日歷數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)月的天數(shù)可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。并且有著閏年會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)母呒?jí)功能。芯片有一個(gè)內(nèi)置的電源感應(yīng)電路，具有掉電檢測(cè)和電池切換不丟失的功能。 方案二：時(shí)鐘電路 ，電路 接口簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格可以接受所以被廣泛的應(yīng)用。是一種高性能、低功耗并且?guī)AM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，可以對(duì)年、月、日、時(shí)、分、秒進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，有閏年補(bǔ)償作用。工作電壓 ~。采用的是三線接口與 CPU 進(jìn)行同步通信，可以一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào) RAM 數(shù)據(jù)。 DS1302 內(nèi)部有一個(gè) 31x8 的可用于臨時(shí)存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器，同時(shí)也增加了主電源 /后備電源雙電源的引腳，也提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。 DS1302 與 CPU 連接，在調(diào)試程序時(shí)可不加電容，只需加一個(gè) 的晶振。 方案三： 采用單片機(jī)內(nèi)部計(jì)算時(shí)間。采用單片機(jī)定時(shí)器計(jì)時(shí)，程序運(yùn)算量大，時(shí)間精確度不高，而且斷電時(shí)間即復(fù)位，無(wú)法實(shí)現(xiàn)與實(shí)時(shí)時(shí)間保持同步。 本設(shè)計(jì)采用方案二， DS1302 與 DS1307 實(shí)現(xiàn)功能都差不多，可是在價(jià)格上前者卻比后者要便宜，性?xún)r(jià)比要高。 ⑷ 光照度檢測(cè)電路 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)對(duì)光線亮暗強(qiáng)度的檢測(cè)要選擇適合的轉(zhuǎn)換電路。 方案一：采用光電三極管，用后級(jí)調(diào)理電路來(lái)實(shí)現(xiàn)光的明暗變化的檢測(cè)軸線。必須在其管殼軸線與射光方向接近的一個(gè)方位，取決于透鏡的對(duì)稱(chēng)性和管芯偏離中心的程度，入射光恰好聚焦在管芯所在的區(qū)域，光電管的靈敏度才最大。 光電三極管的最佳響應(yīng)特性在紅外區(qū)，最適合用于紅外遙控等裝置。 方案二：采用光敏電阻，使用光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)光的明暗變化的檢測(cè)。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中就會(huì)有電流通過(guò)，收到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電阻會(huì)減小到無(wú)窮小，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。沒(méi)有極性，使用時(shí)可加直流電源也可以加交流電源。而且光敏電阻的特性與人眼更接近，更適合用于道路交通環(huán)境的光檢測(cè)裝置。 綜上所述，采取方案二更合適于智能路燈的光照檢測(cè)。 沈陽(yáng) 工業(yè) 大學(xué) 繼續(xù)教育 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 ⑸ 夜晚車(chē)輛或者行人檢測(cè)電路 方案一：采用紅外光電傳感器，在一定范圍內(nèi)，如果 沒(méi)有障礙物，發(fā)射出去的紅外線會(huì)因?yàn)閭鞑サ木嚯x的變遠(yuǎn)而逐漸減弱，最終消失。如果有障礙物紅外線遇到了，被反射到接收頭，檢測(cè)這個(gè)信號(hào)傳送給單片機(jī)。 方案二：采用超聲波測(cè)距，具有距離可測(cè)，通過(guò)距離的變化可以實(shí)現(xiàn)燈光的線性化調(diào)節(jié)。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)物體的任意位置的測(cè)量，但其測(cè)量距離只能在數(shù)米之內(nèi)，而且抗干擾的能力差，所以也不宜采用。 方案三：采用熱釋電紅外人體傳感器，感應(yīng)距離遠(yuǎn)，具有抗強(qiáng)光干擾，準(zhǔn)確性高等特性，當(dāng)有車(chē)通過(guò)時(shí)就能準(zhǔn)確的感應(yīng)并輸出控制信號(hào)，并且體積小，安裝方便。 綜上所述，采取方案一的傳感器是更合適在夜晚檢 測(cè)車(chē)輛和行人的一種傳感器。 本設(shè)計(jì)選用方案一，但是在實(shí)際情況中如果應(yīng)用在真正的智能路燈的控制系統(tǒng)中，就應(yīng)該選擇方案三，因?yàn)檫@是模擬的智能路燈一個(gè)演示，所以不選用方案三。 系統(tǒng)框圖 本文設(shè)計(jì)的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖如圖 所示，本系統(tǒng)由單片機(jī)、按鍵部分、顯示部分、時(shí)鐘部分、光感檢測(cè)電路、光電檢測(cè)部分與 LED 驅(qū)動(dòng)部分組成。 本設(shè)計(jì)是在正常燈亮的時(shí)間段以外的時(shí)間，采用光敏二極管檢測(cè)交通環(huán)境的明暗變化來(lái)雙重控制路燈。當(dāng)夜晚來(lái)臨時(shí)再用以光電傳感器根據(jù)交通是否有車(chē)輛行人通過(guò)，來(lái)控制路燈的亮滅。采用編 程來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，設(shè)置路燈開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，選用 LCD1602 作為顯示器件，也作出相應(yīng)顯示。 圖 智能路燈控制系統(tǒng)框圖 按鍵輸入 光感檢測(cè) 時(shí)鐘輸入 單 片 機(jī) 顯示輸出 LED 驅(qū)動(dòng) 光電檢測(cè) 沈陽(yáng) 工業(yè) 大學(xué) 繼續(xù)教育 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 3 硬件部分設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)選用了 STC12C5A60S2 單片機(jī)。下面將各個(gè)部分電路設(shè)計(jì)給予介紹。 STC12C5A60S2單片機(jī) STC12C5A60S2系列 單 片機(jī)是 70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模的集成電路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O接口和中斷系統(tǒng)構(gòu)成的芯片。 80年代以來(lái)，單片機(jī)發(fā)展迅速，各類(lèi)新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了很多高性能新型產(chǎn) 品，已經(jīng)逐漸成為工業(yè)自動(dòng)化和各類(lèi)控制領(lǐng)域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 8051單片機(jī)內(nèi)部包含了作為微型計(jì)算機(jī)所必需的基本功能部件，各功能部件相互獨(dú)立的集成在同一塊芯片上 [8]。 單片機(jī)又稱(chēng)為單片微型計(jì)算機(jī)或微控制器，是指在一塊芯片上集成了中央處理器（ CPU），數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (SRAM)、程序儲(chǔ)存器（ Flash）、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行 I/O接口、高速 A/D轉(zhuǎn)換器、 SPI接口、中斷控制器和串行接口等構(gòu)成的一個(gè)片上系統(tǒng)。單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、超強(qiáng)的抗干擾能力、低功耗、對(duì)環(huán)境要求不高、價(jià)格低廉、可靠性很高、靈活性好、開(kāi)發(fā)也較為 容易。目前單片機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在智能儀表、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、家用電器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、工業(yè)過(guò)程控制等 [9]。 STC12C5A60S2 是香港宏晶公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)。片內(nèi)含60Kbytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 1024bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用宏晶公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC12C5A60S2單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域，同時(shí)該單片機(jī)具 有 A/D 轉(zhuǎn)換功能，使用方便簡(jiǎn)單 [9]。 STC12C5A60S2 單片機(jī)中的芯片均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，如圖 所示 是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用。 各引腳功能如下： 沈陽(yáng) 工業(yè) 大學(xué) 繼續(xù)教育 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 圖 STC12C5A60S2 管腳圖 VCC（ 40 引腳） ： +5V 電源電壓。 GND（ 20 引腳） ：接地端。 P0口（ ）： P0口可作為一個(gè)漏級(jí)開(kāi)路的 8位準(zhǔn)雙向 I/O口。連接外部?jī)?chǔ)存器或 者擴(kuò)充外設(shè)時(shí)，作為低 8位地址線和 8位數(shù)據(jù)線， P0口可作為一個(gè)數(shù)據(jù)的輸入、輸出口。 P1口 ()： P1口是一個(gè)帶內(nèi)部可提供上拉電阻的 8位準(zhǔn)雙向 I/O接口，在編程和校驗(yàn)時(shí)接收低 8位地址，每一位可以獨(dú)立的輸入 /輸出。 P2口（ ）： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口，連接外部?jī)?chǔ)存器或者擴(kuò)充外設(shè)時(shí)，作為高 8位地址線，在編程和校驗(yàn)時(shí)接收高位地址和控制信號(hào)。在 CPU訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，可輸出 高 8位地址。 P3口（ ）： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向 I/O端 口，另外還兼有中斷、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信 等控制功能。 P3口除作為一般 I/O口外，每個(gè)引腳都有第二功能。 P3口也可作為一些特殊功能口 RXD（ 串行數(shù)據(jù)接收口 ） TXD（ 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 ） （外部中斷 0） （外部中斷 1） T0（計(jì) 數(shù)器 0計(jì)數(shù)脈沖輸入口） T1（計(jì)數(shù)器 1計(jì)數(shù)脈沖輸入口） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通信號(hào)輸出口） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出口） RST（ 9引腳） ：復(fù)位信號(hào)輸入端。高電平有效。單片機(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 10/ T1P 11/ T2P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11