【文章內(nèi)容簡介】 摒棄了“全夜開、半夜全滅或半滅燈”的傳統(tǒng)控制模式， 采用光線和時(shí)間的雙重模式控制，在 很大程度上做到了“隨需而控”，不僅僅達(dá)到了節(jié)約電能節(jié)約維護(hù)費(fèi)用的要求，而且在節(jié)能的基本要求上達(dá)到了設(shè)備使用壽命更長 、控制方式靈活多樣和照明質(zhì)量更加柔和的效果。在此設(shè)計(jì)中控制模式同傳統(tǒng)的“全夜燈”造成的電能浪費(fèi)及路燈使用壽命的減短和“半夜全滅或半滅燈”由于無光照和光照質(zhì)量較差而帶來交通安全問題的控制模式相比，它在很大程度上克服了傳統(tǒng)路燈的照明和管理存在浪費(fèi)大，路燈使用壽命短，人 員 工作業(yè)量大，照明效果不如意，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用大等難題，同時(shí)符合了當(dāng)今社會(huì)所倡導(dǎo)的節(jié)約型、可持續(xù)性發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，因而擁有良好的可行性和具有很大的實(shí)用價(jià)值。 其產(chǎn)生的直接或間接的巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具體體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面： 單從電費(fèi)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(jì)算，每年可節(jié)省大量的財(cái)政支出 ； 路燈控制系統(tǒng)技術(shù)的提升，可大大 提升路燈設(shè)備的使用壽命， 降低 城市 路燈的維護(hù)量， 減少維護(hù)所需的人力資源的消耗， 縮減運(yùn)行維護(hù)成本，節(jié)約財(cái)政支出 ； 倘若積極 推廣 采用新技術(shù)的話，除了節(jié)約大量電費(fèi)和維護(hù)資金以外，同時(shí)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(shí)了國家可持續(xù)發(fā)展的方針政策。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 3 of 63 第 二 章 總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)由主控單元、 LCD 顯示模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊、 鍵盤模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、路燈控制模塊 等模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 圖 路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 方案一：采用單片機(jī)來 作為主 控制 器 ，采用矩陣鍵盤輸入，并通過 LED 數(shù)碼管對(duì)設(shè)定時(shí)間和功率調(diào)節(jié)設(shè)定范圍進(jìn)行顯示； 通過 使用光敏電阻 和三極管聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的方式 提供給單片機(jī)輸入 傳感 信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)程 序操作來檢測環(huán)境明暗， 由單片機(jī)端 口 對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行 直接 操作 ，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開燈和關(guān)燈。 路燈的開關(guān)模式為：23 點(diǎn)至次日 6 點(diǎn)為節(jié)能時(shí)間段，路燈 在額定功率下 半開半關(guān)； 19 點(diǎn)至 23 點(diǎn)為額定功率運(yùn)行時(shí)間段，路燈在額定功率下全開 ；其它時(shí)間段則按環(huán)境明暗程度來控制路燈全開或全關(guān)。 方案二：采用 AT89S52 單片機(jī) 作 為 控制器核心， 應(yīng)用獨(dú)立式按鍵進(jìn)行功能選擇和參數(shù)的設(shè)定 ，通過 1602 液晶實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、 控制模式 和功率 輸出 的范圍。通過 使用光敏電阻和 模數(shù)轉(zhuǎn)換 的方式，提供給單片機(jī) 光線的數(shù)字 傳感信號(hào) 來 測環(huán)境明暗程 度 。由 單片機(jī)對(duì) 采集到的時(shí)間和環(huán)境明暗程度信號(hào) 進(jìn)行 判斷并處理 ， 然后通過 繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件 來實(shí)現(xiàn)以怎樣的功率自動(dòng)開燈關(guān)燈 。 路燈的開關(guān)模式為： 23 點(diǎn)至次日 6 點(diǎn)為節(jié)能時(shí)間段，路燈在半額定電壓下全開； 19 點(diǎn)至 23 點(diǎn)為額定功率運(yùn)行環(huán) 境 明 暗檢 測 模 塊L C D 顯 示模 塊實(shí) 時(shí) 時(shí) 鐘模 塊電 源 模 塊鍵 盤 模 塊主 控 單 元路 燈 控 制模 塊路 燈控 制 接 口模 塊南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 4 of 63 時(shí)間段，路燈在額定功率下全開；其它時(shí)間段則 根據(jù) 環(huán)境明暗程度來控制路燈額定功率下全開全開、半額定電壓下全開或全關(guān)。 系統(tǒng)整體方案論證 方案比較： 方案一采用 矩陣鍵盤可節(jié)省單片機(jī) IO 口資源，但電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy；通過 使用光敏電阻 和三極管聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的方式 提供給單片機(jī)輸入 傳感 信號(hào)，提供的輸入信號(hào)相 對(duì) 來說對(duì)環(huán)境的要求較 低 ， 但精度卻難以掌控。 相對(duì)于方案二 難以 達(dá)到高精度、高效率的效果 。 相比之下 由于方案二使用繼電器等和關(guān)的執(zhí)行元件，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)是由電子電路到電氣電路的控制，使用繼電器等可 使系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性大大增強(qiáng) ；使用 LCD 液晶 1602 顯示更直觀、清晰，系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性， 能夠完全滿足本 課題 需求，控制結(jié)構(gòu)簡單，成本低，許多功能通過軟件實(shí)現(xiàn)，整個(gè)電路元器件少，系統(tǒng)完全由一個(gè)單片機(jī)控制 ，性價(jià)比高。 此外方案二在滿足節(jié)能的要求下，在節(jié)能時(shí)間段，路燈在半額定電壓下全開；在 6 點(diǎn)至 19 點(diǎn)時(shí)間段根據(jù)環(huán)境明暗程度來控制路燈額定功率下全開全開、 半額定電壓下全開或全關(guān)。同方案一相比不僅控制方式更加靈活 ，而且在節(jié)能的同時(shí)采取半額定功率運(yùn)行的方式可以達(dá)到延長路燈設(shè)備使用壽命 和照明質(zhì)量更加柔和 的效果。因此，我們采用方案二。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 5 of 63 第 三 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主控單元的設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)概述 AT89S52 單片機(jī)的內(nèi)部組成 AT89S52 內(nèi)部有 8KB 的程序 ROM，基本組成如圖 所示。 圖 單片機(jī)基本組成結(jié)構(gòu) AT89S52 單片機(jī)的功能特性 一、主要特性 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng) 內(nèi) 可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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 允許程序存儲(chǔ)器系統(tǒng) 內(nèi) 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和系統(tǒng) 內(nèi) 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(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(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(shí)器 /計(jì)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(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 6 of 63 二、管腳說明 圖 AT89S52管腳示意圖 如圖 所示，各管腳功能如下： VCC： 電源 GND： 地 P0 口 ： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P0 端口寫 ‘ 1’ 時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 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(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié) 。在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)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(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫 ‘ 1’ 內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部 拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如 下 表 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 7 of 63 表 P1端口的第二功能 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2： P2 口是一個(gè)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(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P2 端口寫 ‘ 1’ 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，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(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)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(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)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(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫 ‘ 1’ 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如 下 表 所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 表 P3端口的第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 8 of 63 RST： 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？?門狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。