基于51單片機的路燈控制系統設計開(kāi)題報告

　　在經(jīng)濟發(fā)展迅速的今天，報告十分的重要，我們在寫(xiě)報告的時(shí)候要注意語(yǔ)言要準確、簡(jiǎn)潔。那么，報告到底怎么寫(xiě)才合適呢？下面是小編幫大家整理的基于51單片機的路燈控制系統設計開(kāi)題報告，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

　　一、本課題的內容及研究意義

　　1、論文研究的目的和意義

　　如今，照明電路的數量越來(lái)越多，使得城市街道、小區內的路燈的用電量占城市用電量的比重越來(lái)越大，在用電高峰期時(shí)，電網(wǎng)超負荷運行，電網(wǎng)電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當電壓高時(shí)不但影響照明設備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加，當低谷時(shí)，照明設備有不能正常工作。

　　所以，對城市的路燈的設計已經(jīng)成為了當務(wù)之急，特別是午夜之后車(chē)流量急劇減少時(shí)，應該適當的關(guān)閉路燈，節約用電。但是我國的既節能又能延長(cháng)路燈壽命的技術(shù)相比國外卻是落后了，因此智能節能路燈控制系統的設計對于城市的發(fā)展至關(guān)重要。本論文旨在設計一套對外界光線(xiàn)和電壓信號的采集來(lái)控制路燈的自動(dòng)啟停以及智能調壓的控制系統，它能對路燈進(jìn)行穩壓、調壓、自啟動(dòng)并延長(cháng)路燈壽命的作用。

　　2、論文研究?jì)热?/strong>

　　本設計可以通過(guò)對外界光線(xiàn)和電壓信號的采集來(lái)控制路燈的自動(dòng)啟停以及智能調壓從而減少城市路燈照明耗電量，又對輸入電壓進(jìn)行穩壓調節來(lái)提高用電效率。要求獨立選擇芯片、設計電路、編制程序、調試、完成整個(gè)系統功能。主要內容如下：

　　(1)根據控制技術(shù)的特點(diǎn)，進(jìn)行路燈系統設計的整體研究與設計。 (2)針對光線(xiàn)和電壓信號的采集，采用數據采集技術(shù)。

　　(3)通過(guò)按鍵可對相關(guān)的參數值進(jìn)行設置，從而實(shí)現對不同時(shí)間進(jìn)行不同的開(kāi)燈模式。

　　(4)當電壓符合額定電壓時(shí)，系統自動(dòng)進(jìn)行穩壓。 (5)在午夜之后降低電壓以調節路燈亮度，實(shí)現調壓。

　　二、本課題的研究現狀和發(fā)展趨勢

　　目前，路燈系統一般采用鈉燈、水銀燈、金鹵燈等燈具。這類(lèi)燈具有發(fā)光效率高、光色好、安裝簡(jiǎn)易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用，但同時(shí)也存在著(zhù)諸如：功率因子低、對電壓要求嚴格、耗電量大等缺點(diǎn)。

　　我國目前大部分城市都采用全夜燈的方式進(jìn)行照明，普遍存在的問(wèn)題有兩點(diǎn)：一方面因為后半夜行人稀少，采用全夜燈的方式浪費太大，因此，有的地方采取前半夜全亮，后半夜全滅的照明方式；有的地方在后半夜采用亮一隔一或亮一隔二的節能措施，此種方式雖然節約了電費支出，卻帶來(lái)了社會(huì )治安和交通安全問(wèn)題，不利于城市安全問(wèn)題。

　　另一方面，在后半夜因行人稀少，而應該降低路燈的亮度，以避免光源污染，影響居民的晚間的休息。但由于后半夜是用電低谷期，電力系統電壓升高，路燈反而比白天更亮了。這不僅造成了能源浪費，還大大影響了設備和燈具的使用壽命。目前，路燈照明廣泛采用高壓鈉燈，其設計壽命在12000小時(shí)以上，在正常情況下至少可用3年，但是由于超壓使用，現在路燈的使用壽命僅僅只有1年左右，有的甚至只有幾個(gè)月，造成維護和材料的極大浪費。較高的電壓不僅不能讓負載設備更好的工作，而且還會(huì )造成發(fā)熱及過(guò)早損壞，還會(huì )造成不必要的電費開(kāi)支。

　　而且，我國絕大多數地區的路燈關(guān)開(kāi)燈都是采用人工控制或者定時(shí)控制，這樣也有許多不利之處：若采用人工控制，則路燈開(kāi)關(guān)存在著(zhù)一定的不確定性，同時(shí)也占用了一定的人力資源；定時(shí)控制則存在著(zhù)夏冬季白黑晝時(shí)間不同的情況，使得天還沒(méi)黑路燈就開(kāi)，天還沒(méi)亮路燈就滅的情況，大大影響了人們的日常出生活。本設計通過(guò)使用AT89c51單片機對系統進(jìn)行智能控制，使系統達到自動(dòng)啟停及智能調壓。

　　近年來(lái)，隨著(zhù)科技的不斷發(fā)展，各種路燈控制器也被不斷的研究出來(lái)。其中，美國和日本主要集中在研究緊湊型熒光燈和鎮流器熒光燈兩個(gè)方面。而我國目前的市場(chǎng)上有多種路燈節能控制產(chǎn)品，能達到一定的節能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾種情況：第一種，采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。其不足是由于反應速度較慢，用電高峰時(shí)電壓降到非穩定區容易造成燈光閃滅，不能自動(dòng)調節，同時(shí)如果電壓突然升高，則會(huì )對燈具造成損壞，相對來(lái)說(shuō)穩壓效果較差；第二種是采用電子器件構成的可控硅式設備。該設備主要采取簡(jiǎn)單的相控技術(shù)，不足之處是元器件較容易發(fā)熱損壞。而為了更好的達到控制的目的，現在國內外都開(kāi)始采用智能控制方式，如光控、聲控、時(shí)控等，國外甚至開(kāi)始采用太陽(yáng)能供能光控方式來(lái)控制路燈，基本可以達到完全自給自足的效果。

　　綜上所述，未來(lái)的智能路燈控制必將向著(zhù)更安全、更環(huán)保、更節能、更高效率的方向發(fā)展。

　　三、本課題的研究方案及工作計劃

　　1、設計方案

　　本次課程設計是由傳感器通過(guò)外界光信號的強弱來(lái)產(chǎn)生電壓信號，再由單片機控制實(shí)現路燈的自動(dòng)啟停及智能穩壓。本設計通過(guò)使用AT89c51單片機芯片來(lái)設計電路，編制程序，仿真，調試，完成整個(gè)系統的功能。整個(gè)控制系統主要包括四個(gè)模塊：信號采集模塊、數據處理模塊、穩壓模塊和控制模塊。

　　2、技術(shù)路線(xiàn)

　　設計要求采集輸入電壓信號，通過(guò)A/D轉換后輸入控制器，當外界光信號的強度低于一定數值時(shí)，通過(guò)軟啟動(dòng)開(kāi)啟路燈。當光信號強度高于一定數值時(shí)，通過(guò)軟啟動(dòng)關(guān)閉路燈，并將采集輸入電壓信號，與已設定的標準電壓值進(jìn)行比較，并對輸入電壓進(jìn)行穩壓，再通過(guò)時(shí)鐘電路對路燈亮度進(jìn)行調節，在午夜之后對路燈亮度進(jìn)行降低，最后達到節電穩壓。技術(shù)方案如下圖：

　　外部光線(xiàn)強度光敏電阻AT89c51單片機A/D轉換器繼電器驅動(dòng)

　　鍵盤(pán)控制LED顯示報警電壓放大三端穩壓器路燈

　　3、關(guān)鍵問(wèn)題

　　(1)信號采集電路設計

　　該模塊需要檢測環(huán)境光的變化，根據環(huán)境光的明暗進(jìn)行路燈開(kāi)關(guān)的自動(dòng)控制�；�于此要求采用由光敏電阻組成的分壓電路進(jìn)行檢測。光敏電阻器又稱(chēng)光導管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用于檢測可見(jiàn)光。在不同的光強下，光敏電阻的電阻值會(huì )發(fā)生明顯變化，光敏電阻器是利用半導體的光電效應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，入射光通過(guò)檢測不同光強下電阻值的變化量來(lái)控制路燈的開(kāi)和關(guān)。

　　(2)穩壓模塊設計

　　通過(guò)采集三端穩壓器輸出的電壓并將該電壓與設定電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而調整輸出電壓的大小，達到穩壓的目的。本設計使用美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路LM317。

　　(3)時(shí)鐘電路設計

　　為實(shí)現路燈對電壓進(jìn)行智能補償，從而達到智能調壓，本設計采用美國DALLAS公司的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302，該芯片一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計時(shí)，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線(xiàn)接口與cPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節的時(shí)鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數據的RAM寄存器。另外該芯片有備份電源引腳，可以在斷電后仍能工作，以保證時(shí)鐘的準確性。

　　3、時(shí)間安排

　　(1) 20xx.2.20—20xx.2.29查閱相關(guān)資料，理解設計任務(wù)書(shū)。

　　(2) 20xx.3.1 —20xx.4.1搜索資料，完成開(kāi)題報告。

　　(3) 20xx.4.1 —20xx.4.20硬件調試，排除故障直至滿(mǎn)足設計要求。

　　(4) 20xx.4.20—20xx.5.10軟件調試，排除故障直至滿(mǎn)足設計要求。

　　(5) 20xx.5.10—20xx.5.30 整理資料，按要求撰寫(xiě)論文，完成初稿。

　　(6) 20xx.6.1—20xx.6.20論文整定，最終定稿，準備答辯。

　　四、主要參考文獻

　　[1]查兵，崔浩.單片機原理[J].中國高新技術(shù),20xx年1期

　　[2]李健，蔣全勝，任靈芝.智能路燈控制系統設計[J].工業(yè)控制計算機,20xx年6期[3]金仁貴.單片機應用系統的開(kāi)發(fā)方法[J].電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流,20xx年12期

　　[4]嚴懷龍.基于單片機的數據采集系統[J].廣西輕工業(yè),20xx年6期

　　[5]王虎城，周晉軍，皮依標，葉振華.基于光傳感器和單片機的校園路燈控制系統設計[J].科技廣場(chǎng),20xx年1期

　　[6]王立紅.基于單片機的智能路燈控制系統[J]. 網(wǎng)絡(luò )財富,20xx年6期[7]王皚，佘丹妮.基于單片機的模擬路燈控制系統設計[J].儀表技術(shù),20xx年11期[8]張毅剛.單片機原理及應用[M].高等教育出版社,20xx [9]閻石.數字電子技術(shù)基礎[M].高等教育出版社,20xx

　　[10]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎[M].高等教育出版社,20xx [11]程德福，林君.智能儀器[M].機械工業(yè)出版社,20xx

　　[12]刁鳴.常用電路模塊分析與設計指導[M].清華大學(xué)出版社,20xx

　　五、wuAT89c51的介紹

　　1、描述

　　AT89c51是一個(gè)低電壓，高性能cMoS 8位單片機帶有4K字節的可反復擦寫(xiě)的程序存儲器（PEnRoM）。這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與McS-51系列的單片機兼容。片內含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89c51單片機能夠被應用到控制領(lǐng)域中。

　　2、功能特性

　　AT89c51提供以下的功能標準：4K字節閃爍存儲器，128字節隨機存取數據存儲器，32個(gè)I/o口，2個(gè)16位定時(shí)/計數器，1個(gè)5向量?jì)杉壷袛嘟Y構，1個(gè)串行通信口，片內震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89c51還可以進(jìn)行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數據存儲器、定時(shí)/計數器、串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存隨機存取數據存儲器中的內容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復位。

　　3、引腳描述

　　Vcc：電源電壓GnD：地P0口

　　P0口是一組8位漏極開(kāi)路雙向I/o口，即地址/數據總線(xiàn)復用口。作為輸出口時(shí)，每一個(gè)管腳都能夠驅動(dòng)8個(gè)TTL電路。當“1”被寫(xiě)入P0口時(shí)，每個(gè)管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪(fǎng)問(wèn)外部數據存儲器或程序存儲器時(shí)，轉換地址和數據總線(xiàn)復用，并在這時(shí)激活內部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時(shí)，P0口接收指令，在程序校驗時(shí)，輸出指令，需要接電阻。

　　4、P1口

　　P1口一個(gè)帶內部上拉電阻的8位雙向I/o口，P1的輸出緩沖級可驅動(dòng)4個(gè)TTL電路。對端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。因為內部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)輸出一個(gè)電流。閃爍編程時(shí)和程序校驗時(shí)，P1口接收低8位地址。

　　5、P2口

　　P2口是一個(gè)內部帶有上拉電阻的8位雙向I/o口，P2的輸出緩沖級可驅動(dòng)4個(gè)TTL電路。對端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內部的電阻把端口拉到高電平，此時(shí)，可作為輸入口。因為內部有電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì )輸出一個(gè)電流。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器時(shí)，P2口送出高8位地址數據。在訪(fǎng)問(wèn)8位地址的外部數據存儲器時(shí)，P2口線(xiàn)上的內容在整個(gè)運行期間不變。閃爍編程或校驗時(shí)，P2口接收高位地址和其它控制信號。

　　6、P3口

　　P3口是一組帶有內部電阻的8位雙向I/o口，P3口輸出緩沖故可驅動(dòng)4個(gè)TTL電路。對P3口寫(xiě)如“1”時(shí)，它們被內部電阻拉到高電平并可作為輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。

　　P3口除了作為一般的I/o口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：

　　端口引腳P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7第二功能RXD TXD InT0 InT1 T0 T1 WR RD P3口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。

　　7、RST

　　復位輸入。當震蕩器工作時(shí)，RET引腳出現兩個(gè)機器周期以上的高電平將使單片機復位。

　　8、ALE/PRoG

　　當訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲器或數據存儲器時(shí)，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器，ALE以時(shí)鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當訪(fǎng)問(wèn)外部數據存儲器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖時(shí)，閃爍存儲器編程時(shí)，這個(gè)引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對

　　特殊寄存器區中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個(gè)位置后只有一條MoVX和MoVc指令ALE才會(huì )被應用。此外，這個(gè)引腳會(huì )微弱拉高，單片機執行外部程序時(shí)，應設置ALE無(wú)效。

　　9、PSEn

　　程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89c51由外部程序存儲器讀取指令時(shí)，每個(gè)機器周期兩次PSEn有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當訪(fǎng)問(wèn)外部數據存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEn信號不出現。

　　10、EA/VPP

　　外部訪(fǎng)問(wèn)允許。欲使中央處理器僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時(shí)內部會(huì )鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，cPU則執行內部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。 XTAL1：震蕩器反相放大器及內部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。

　　11、時(shí)鐘震蕩器

　　AT89c51中有一個(gè)用于構成內部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自然震蕩器。外接石英晶體及電容c1，c2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容c1，c2雖然沒(méi)有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會(huì )輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩定性、起振的難易程序及溫度穩定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇40PF±10PF。用戶(hù)也可以采用外部時(shí)鐘。采用外部時(shí)鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。由于外部時(shí)鐘信號是通過(guò)一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內部時(shí)鐘信號的，所以對外部時(shí)鐘信號的占空比沒(méi)有特殊要求，但最小高電平持續時(shí)間和最大的低電平持續時(shí)間應符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。

　　12、內部振蕩電路、外部振蕩電路、閑散節電模式

　　AT89c51有兩種可用軟件編程的省電模式，它們是閑散模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專(zhuān)用寄存器Pcon中的PD和IDL位來(lái)實(shí)現的。PD是掉電模式，當PD=1時(shí)，激活掉電工作模式，單片機進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。IDL是閑散等待方式，當IDL=1，激活閑散工作狀態(tài)，單片機進(jìn)入睡眠狀態(tài)。如需要同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即PD和IDL同時(shí)為1，則先激活掉電模式。在閑散工作模式狀態(tài)，中央處理器cPU保持睡眠狀態(tài)，

　　而所有片內的外設仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內隨機存取數據存儲器和所有特殊功能寄存器的內容保持不變。閑散模式可由任何允許的中斷請求或硬件復位終止。終止閑散工作模式的方法有兩種，一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL被硬件清除，即刻終止閑散工作模式。程序會(huì )首先影響中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，執行完中斷服務(wù)程序，并緊隨RETI指令后，下一條要執行的指令就是使單片機進(jìn)入閑散工作模式，那條指令后面的一條指令。二是通過(guò)硬件復位也可將閑散工作模式終止。需要注意的是：當由硬件復位來(lái)終止閑散工作模式時(shí)，中央處理器cPU通常是從激活空閑模式那條指令的下一條開(kāi)始繼續執行程序的，要完成內部復位操作，硬件復位脈沖要保持兩個(gè)機器周期有效，在這種情況下，內部禁止中央處理器cPU訪(fǎng)問(wèn)片內RAM，而允許訪(fǎng)問(wèn)其他端口，為了避免可能對端口產(chǎn)生的意外寫(xiě)入：激活閑散模式的那條指令后面的一條指令不應是一條對端口或外部存儲器的寫(xiě)入指令。

　　13、掉電模式

　　在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執行的指令，片內RAM和特殊功能寄存器的內容在中指掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬件復位，復位后將從新定義全部特殊功能寄存器但不改變RAM中的內容，在Vcc恢復到正常工作電平前，復位應無(wú)效切必須保持一定時(shí)間以使振蕩器從新啟動(dòng)并穩定工作。

　　14、閑散和掉電模式外部引腳狀態(tài)。

　　模式閑散模式閑散模式掉電模式掉電模式程序存儲器內部?jì)炔客獠客獠緼LE 1 1 0 0 PSEn P0 P1 P2 P3 1 1 0 0數據程序存儲器的加密AT89c51可使用對芯片上的三個(gè)加密位LB1，LB2，LB3進(jìn)行編程（P）或不編程（U）得到如下表所示的功能：

　　程序加密位1 2 3 4 U P P P U U P P U U U P沒(méi)有程序保護功能禁止從外部程序存儲器中執行MoVc指令讀取內部程序存儲器的內容除上表功能外，還禁止程序校驗除以上功能外，同時(shí)禁止外部執行保護類(lèi)型當LB1被編程時(shí)，在復位期間，EA端的電平被鎖存，如果單片機上電后一直沒(méi)有復位，鎖存起來(lái)的初始值是一個(gè)不確定數，這個(gè)不確定數會(huì )一直保存到真正復位位置。為了使單片機正常工作，被鎖存的EA電平與這個(gè)引腳當前輯電平一致。機密位只能通過(guò)整片擦除的方法清除。

　　指導教師意見(jiàn)：

　　簽名：月日

　　教研室意見(jiàn)

　　教研室主任（簽章）：月日

　　評審小組意見(jiàn)

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