智能路燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、目 錄第一章 緒論 . 11. 1設(shè)計概述 . 1 1. 1. 1設(shè)計背景 . 1 1. 1. 2設(shè)計意義 . 2 1. 2系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) . 2第二章 總體設(shè)計 . 4第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 . 53. 1AT89S52單片機(jī)概述 . 5 3. 1. 1AT89S52單片機(jī)的內(nèi)部組成 . 5 3. 1. 2AT89S52單片機(jī)的功能特性 . 5 3. 2顯示模塊設(shè)計 . 8 3. 3物體檢測模塊設(shè)計 . 13 3. 4環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計 . 14 3. 5電源單元設(shè)計 . 18 3. 6功率調(diào)節(jié)單元設(shè)計 . 19 3. 7系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定 . 19第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 . 204. 1系統(tǒng)軟件設(shè)

2、計說明 . 20 4. 2程序結(jié)構(gòu)框圖 . 20第五章 測試與結(jié)果分析 . 215. 1測試方法與結(jié)果 . 21 5. 1. 1時鐘設(shè)定和定時開關(guān)路燈測試 . 21 5. 1. 2環(huán)境明暗檢測測試 . 21 5. 1. 3交通情況測試 . 21 5. 1. 4路燈故障檢測報警測試 . 21 5. 1. 5自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試 . 22 5. 1. 6自制單元控制器恒流驅(qū)動電源測試 . 22 5. 1. 7功率輸出測試 . 22 5. 2測試結(jié)果分析 . 23總結(jié) . 24參考文獻(xiàn) . 25石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文-1 第一章 緒論1. 1 設(shè)計概述1. 1. 1 設(shè)計背景隨著我國城市的

3、發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的繁榮、社會的進(jìn)步和人們提高生活水平及環(huán)境質(zhì)量的要 求,城市道路照明和城市的夜景照明已經(jīng)成為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中的一項(xiàng)重要工作。 城市道路照明是方便城市居民必備的生活條件,而城市的夜景照明是再塑和美化城市形 象、鼓舞民心、振奮精神的一項(xiàng)非常有意義的工作。近幾年來,全國許多大城市、甚至一 些中小城市的各級領(lǐng)導(dǎo),都格外重視道路照明和夜景照明工作。城市亮化作為形象工程的 重要組成部分,越來越被政府所重視,大量的資金投入進(jìn)行建設(shè)和改造,使得我們的城市 夜晚變得燈火輝煌,絢麗多彩,但問題也隨之而來,能耗的逐年攀升,由此產(chǎn)生的某些問 題亦逐漸顯露出來,如城市路燈的維護(hù)量增大,帶來人員不足;維護(hù)

4、費(fèi)用增加,社會成本 過高,電費(fèi)支出過多,財政承擔(dān)相對困難;光污染現(xiàn)象嚴(yán)重這些問題的產(chǎn)生無疑給當(dāng) 地的路燈管理部門的各方面工作帶來很大的壓力,急切加以解決。尤其是在當(dāng)前環(huán)境條件 每況愈下的形勢下,低碳、節(jié)能、環(huán)保越來越收到人們的重視。舊式的控制系統(tǒng)存在功耗 大,公共資源得不到充分應(yīng)用,效率低等消極影響。伴隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和單片機(jī)技 術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用, 近幾十年來 , 基于單片機(jī)的交通燈智能控制系統(tǒng)對城市路燈系統(tǒng)進(jìn) 行全面的升級 , 不僅實(shí)現(xiàn)了智能控制,而且降低了運(yùn)行成本。因此,智能路燈控制系統(tǒng)的推 廣,可以改變城建系統(tǒng)企業(yè)傳統(tǒng)的管理服務(wù)方式,提高服務(wù)效率,并對提高城市形象起到 了極大的推

5、動作用。早在 90年代初,發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)廣泛的使用了智能照明調(diào)控系統(tǒng),來降低城市照明 的費(fèi)用支出。國家發(fā)改委、建設(shè)部、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已在 2000年下發(fā)了 223號文件 關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn) " 中國綠色照明工程 " 的意見的通知,提出推廣節(jié)能、高效的照明燈具 和智能照明調(diào)控系統(tǒng),深入開展綠色照明節(jié)能工作。智能照明設(shè)備具有軟啟動、穩(wěn)壓、節(jié) 能功能,用戶可根據(jù)道路照明的現(xiàn)狀,科學(xué)的設(shè)定節(jié)能時間和節(jié)能比率。智能照明調(diào)控系 統(tǒng)為照明設(shè)備提供各種自動化控制功能,通過電腦控制和管理軟件實(shí)現(xiàn)無故障智能化和無 人值守,提高安全可靠性,實(shí)現(xiàn)城市照明智能化管理。更深遠(yuǎn)意義在于,通過節(jié)約可觀的

6、電能消耗,就可以有效的減少火力發(fā)電廠 (2002年火力發(fā)電占我國年總發(fā)電量的 81. 83%對大氣 CO 、 SO 、 NO 和粉塵、灰渣的排放量,減少污染,保護(hù)環(huán)境。模擬交通燈控制系統(tǒng)本系統(tǒng)正是本著節(jié)能減排,保護(hù)環(huán)境的目的,開發(fā)設(shè)計的一個模擬路燈控制系統(tǒng)。通 過軟件控制,來分別實(shí)現(xiàn)路定時開關(guān)路燈,路燈開關(guān)燈時間可調(diào),跟據(jù)環(huán)境明暗狀況自動 開關(guān)燈,跟近車輛經(jīng)過情況自動調(diào)節(jié)路燈亮滅,以及故障報警、功率調(diào)節(jié)等功能。1. 1. 2 設(shè)計意義路燈節(jié)能系統(tǒng)產(chǎn)生的直接及間接的社會經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。1. 我們可以通過直觀的計算來判斷: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)電率計算,每

7、年可節(jié)省大量的財政支出;2. 路燈控制系統(tǒng)技術(shù)的提升,又可大大降低全市路燈的維護(hù)量,縮減運(yùn)行維護(hù)成本, 節(jié)約財政支出。3. 倘若全國路燈管理部門都能積極采用新技術(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。高科技技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用如果能夠在我國城市路燈行業(yè)得以全面推廣和應(yīng)用,那么 它所創(chuàng)造巨大的社會效益及其產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響都是不可估量的。1. 2 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)基于此, 我們設(shè)計了基于單片機(jī)控制的智能交通路燈控制系統(tǒng), 能實(shí)現(xiàn)一下功能要求: 1.基本要求(1支路控制器有時鐘功能,能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間,并控

8、制整條支路按時開燈 和關(guān)燈。(2支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化,自動開燈和關(guān)燈。(3支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài):當(dāng)可移動物體 M (在物體前 端標(biāo)出定位點(diǎn),由定位點(diǎn)確定物體位置由左至右到達(dá) S 點(diǎn)時(見圖 1. 2 ,燈 1亮;當(dāng) 物體 M 到達(dá) B 點(diǎn)時,燈 1滅,燈 2亮; 若物體 M 由右至左移動時,則亮燈次序與上相反。(4支路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。(5當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(燈不亮 ,支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報警信號,并顯示有故障 路燈的地址編號。2石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 -3圖 1. 1 示意圖圖 1. 22.發(fā)揮部分(1自制單元控制器中的 LED

9、燈恒流驅(qū)動電源。(2單元控制器具有調(diào)光功能,路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自 動減小,該功率應(yīng)能在 20%100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)誤差 2%。(3其它(性價比等 。3.說明(1光源采用 1 W的 LED 燈, LED 的類型不作限定。(2自制的 LED 驅(qū)動電源不得使用產(chǎn)品模塊。(3自制的 LED 驅(qū)動電源輸出端需留有電流、電壓測量點(diǎn)。(4系統(tǒng)中不得采用接觸式傳感器。(5基本要求(3需測定可移動物體 M 上定位點(diǎn)與過“亮燈狀態(tài)變換點(diǎn)” (S 、 B 、S 等點(diǎn)垂線間的距離,要求該距離 2cm 。模擬交通燈控制系統(tǒng)第二章 總體設(shè)計本設(shè)計由主控單元、 LCD 顯示模塊、物體檢測模

10、塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊、 功率調(diào)節(jié)等模塊組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2. 1所示。 圖 2. 1 模擬路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖方案一:支路控制器和兩個單元控制器分別采用單片機(jī)來控制,并通過串行總線方式 來進(jìn)行通信; 采用矩陣鍵盤輸入, 并通過 LED 數(shù)碼管對設(shè)定時間、 故障路燈和功率調(diào)節(jié)設(shè) 定范圍進(jìn)行顯示;通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗,實(shí)現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈;另外通過光敏電阻 檢測路燈故障, 并顯示。 應(yīng)用超聲波模塊對物體運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測, 自動控制 LED 路燈工 作狀態(tài)。方案二:支路控制器采用 AT89S52單片機(jī)為核心,控制兩個單元電路。應(yīng)用獨(dú)立式按 鍵進(jìn)行功能選擇,通過 12864液晶實(shí)時顯示

11、設(shè)定時間、故障路燈編號和功率調(diào)節(jié)的范圍。 通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗程度實(shí)現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈功能,同時還能檢測路燈故障。應(yīng)用 漫反射式紅外光電開關(guān)對物體運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測,當(dāng)物體經(jīng)過設(shè)定位置時,光電開關(guān)把檢 測到的信號傳給支路控制驅(qū)動模塊,主控單元發(fā)出指令,通過單元控制驅(qū)動模塊來調(diào)節(jié) LED 路燈工作狀態(tài)。方案比較:方案一采用串行總線方式,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,成本較高。相比之下方案二能夠完全滿足本題目需求,控制結(jié)構(gòu)簡單,成 本低,許多功能通過軟件實(shí)現(xiàn),整個電路元器件少,系統(tǒng)完全由一個單片機(jī)控制 , LCD 液晶 12864顯示更直觀、清晰,系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性

12、,性價比高。因此,我們采用方案 二。4第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 AT89S52單片機(jī)概述AT89S52內(nèi)部有8 KB ROM,基本組成如圖3. 1所示。 圖3. 11.主要特性AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)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 和在系統(tǒng)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)

13、Flash,256字節(jié)RAM,32 位I/O 口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個16 位定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時鐘電路。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、定時器/計數(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,直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.管腳說明P0 口:P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作 為輸出口,每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時,引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時,

14、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,P0口也用來接收指令字節(jié);在程序校驗(yàn)時,輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時,需要外部上拉電阻。P1 口:P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流(IIL。引腳號第二功能:P1.0 T2(定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入,時鐘輸出P1.1 T2EX(定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制P1.5 MOSI(在系統(tǒng)編

15、程用P1.6 MISO(在系統(tǒng)編程用P1.7 SCK(在系統(tǒng)編程用P2 口:P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,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器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行MOVX DPTR時, 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)存儲器時,P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時,P2口也接收高

16、8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口:P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口,p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時,內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時,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,如下所示:在flash編程和校驗(yàn)時,P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能P3.0 RXD(串行輸入口P3.1 TXD(串行輸出口P3.2 INTO(外中斷0P3.3 INT1(外中斷1P3.4 TO(定時/計數(shù)器0P3.5 T1(定時/計數(shù)器1P3.6 WR(外

17、部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通此外,P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時,RST引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存允許輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下,ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號,因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間,該引腳還用于輸入編程脈沖(PROG。如有必要,可通過對特殊功能寄存器(SFR區(qū)中的8EH單元的D0位置位,

18、可禁止ALE操作。該位置位后,只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外,該引腳會被微弱拉高,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時,應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN程序儲存允許(PSEN輸出是外部程序存儲器的讀選通信號,當(dāng)AT89C52由外部程序存儲器取指令(或數(shù)據(jù)時,每個機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個脈沖,在此期間,當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器,將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP外部訪問允許,欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH, EA端必如EA端為高電平(接Vcc端,CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時,該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp,當(dāng)然這必

19、須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。3.2 顯示模塊設(shè)計采用點(diǎn)陣式液晶顯示器(LCD顯示。LCD功能強(qiáng)大,可顯示各種字體的數(shù)字、漢字、圖像,還可以自定義顯示內(nèi)容,顯示靈活生動,同時配有4*4鍵盤更便于工作人員操作。方案一:采用LCD1602LCD1602介紹 1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD,多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳和地線GND(16腳,其控制原理與14腳的LCD完全一樣,其中:引腳符號功能說明1 VSS 一般接地2 VDD 接電源(+5V3 V0液晶顯示器對比度調(diào)整端,接正電源時對比度最弱,接地電源時對比度最高(對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”,使用時

20、可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。4 RS RS為寄存器選擇,高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5 R/W R/W為讀寫信號線,高電平(1時進(jìn)行讀操作,低電平(0時進(jìn)行寫操作。6 E E(或EN端為使能(enable端,下降沿使能。7 DB0 底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位(最低位8 DB1 底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9 DB2 底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10 DB3 底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11 DB4 高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12 DB5 高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13 DB6 高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14 DB7 高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位(最高位

21、(也是busy flag15 BLA 背光電源正極16 BLK 背光電源負(fù)極方案二采用LCD12864LCD12864介紹1、概述基本特性:低電源電壓(VDD:+3.0-+5.5V顯示分辨率:128×64點(diǎn)內(nèi)置漢字字庫,提供8192個16×16點(diǎn)陣漢字(簡繁體可選內(nèi)置128個16×8點(diǎn)陣字符2MHZ時鐘頻顯示方式:STN、半透、正驅(qū)動方式:1/32DUTY,1/5BIA視角方向:6背光方式:側(cè)部高亮白色LED,功耗僅為普通LED的1/51/1通訊方式:串行、并口可選內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路,無需外加負(fù)壓無需片選信號,簡化軟件設(shè)計工作溫度: 0- +55,存儲溫度:

22、-20- +60模擬交通燈控制系統(tǒng) 2、方框圖 圖 3. 23、模塊接口說明 10石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 -11*注釋 1:如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式,可將 PSB 接固定低電平,也可以將 模塊上的 J8和“ GND ”用焊錫短接。*注釋 2:模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路,因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。 *注釋 3:如背光和模塊共用一個電源,可以將模塊上的 JA 、 JK 用焊錫短接。并行接口:*注釋 1:如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式,可將 PSB 接固定高電平,也可以將 模塊上的 J8和“ VCC ”用焊錫短接。*注釋 2:模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路,因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的

23、場合可將該端懸空。 *注釋 3:如背光和模塊共用一個電源,可以將模塊上的 JA 、 JK 用焊錫短接。模擬交通燈控制系統(tǒng) 124.模塊主要硬件構(gòu)成說明控制器接口信號說明:(1 . RS , R/W的配合選擇決定控制界面的 4種模式:(2 .E 信號忙標(biāo)志 :BFBF 標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況. BF=1表示模塊在進(jìn)行內(nèi)部操作 , 此時模塊不接受外部指令 和數(shù)據(jù). BF=0時 , 模塊為準(zhǔn)備狀態(tài) , 隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù).利用 STATUS RD 指令 , 可以將 BF 讀到 DB7總線 , 從而檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài). 字型產(chǎn)生 ROM (CGROM 字型產(chǎn)生 ROM (CGROM 提供 8192

24、個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。 DFF=1為開顯示(DISPLAY ON,DDRAM 的內(nèi)容就顯示在屏幕上, DFF=0為關(guān)顯示 (DISPLAY OFF。DFF 的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF和 RST 信號控制的。 顯示數(shù)據(jù) RAM (DDRAM 模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù) RAM 提供 64×2個位元組的空間,最多可控制 4行 16字(64個 字 的中文字型顯示, 當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù) RAM 時, 可分別顯示 CGROM 與 CGRAM 的字型; 此模塊可顯示三種字型,分別是半角英數(shù)字型 (16*8、 CGRAM 字型及 CGROM 的中文字 型,三種字型的選擇,由在

25、 DDRAM 中寫入的編碼選擇,在 0000H 0006H 的編碼中(其 代碼分別是 0000、 0002、 0004、 0006共 4個將選擇 CGRAM 的自定義字型, 02H 7FH石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文-13的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型,至于 A1以上的編碼將自動的結(jié)合下一個位元組,組 成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼 BIG5(A140 D75F , GB (A1A0-F7FFH 。字型產(chǎn)生 RAM(CGRAM字型產(chǎn)生 RAM 提供圖象定義 (造字 功能 , 可以提供四組 16×16點(diǎn)的自定義圖象空間, 使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到 CGRAM

26、 中, 便可和 CGROM 中的 定義一樣地通過 DDRAM 顯示在屏幕中。地址計數(shù)器 AC地址計數(shù)器是用來貯存 DDRAM/CGRAM之一的地址 , 它可由設(shè)定指令暫存器來改變, 之后只要讀取或是寫入 DDRAM/CGRAM的值時,地址計數(shù)器的值就會自動加一,當(dāng) RS 為“ 0”時而 R/W為“ 1”時,地址計數(shù)器的值會被讀取到 DB6 DB0中。光標(biāo) /閃爍控制電路此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路, 由地址計數(shù)器的值來指定 DDRAM 中的光標(biāo)或 閃爍位置。3. 3 物體檢測模塊設(shè)計本模塊用來檢測交通狀況。當(dāng)車輛經(jīng)過時,路燈自動亮滅變化,從而實(shí)現(xiàn)路燈根據(jù)交 通狀況自動調(diào)節(jié)其亮滅狀態(tài)功能。方

27、案一:采用超聲波對物體行進(jìn)狀態(tài)檢測。超聲波能夠?qū)崟r檢測物體所在位置,并返 回信號。但是超聲波受環(huán)境影響較大,電路復(fù)雜,任何有形狀的物體對超聲波的反射都會 影響系統(tǒng)對物體的檢測和判斷。因此我們放棄此方案。方案二:采用漫反射式光電開關(guān)檢測物體運(yùn)動狀態(tài)。當(dāng)物體經(jīng)過某一指定地點(diǎn)時,傳 感器感應(yīng)到物體,并把信號傳給控制單元,再由控制單元發(fā)出指令控制路燈亮滅,從而有 效實(shí)現(xiàn)路況檢測功能。該方案具有有效、直觀,電路和程序控制更簡單明了,穩(wěn)定性也相 對較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此我們選用了方案二。模擬交通燈控制系統(tǒng) 14光電開關(guān)工作原理:光電開關(guān)(光電傳感器是光電接近開關(guān)的簡稱,它是利用被檢 測物對光束的遮擋或反射, 由

28、同步回路選通電路, 從而檢測物體有無的。 物體不限于金屬, 所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出, 接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無對目標(biāo)物體進(jìn)行探測。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波 長接近可見光的紅外線光波型。漫反射式光電開關(guān):它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器,當(dāng)有被檢測物體經(jīng) 過時,物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器,于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了 開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時,漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢 測模式。圖 3. 33. 4 環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計本單元采用光敏電阻檢測環(huán)境明暗變化,電阻感應(yīng)到光線變化時, 理, 再由

29、控制單元控制路燈的亮滅。 如圖 3. 4共有四路檢測單元,備用 1路。圖 3. 4環(huán)境監(jiān)測單元8k8敏光敏電阻又稱光導(dǎo)管,常用的制作材料為硫化鎘,另外還有硒、硫 化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下,其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動,電子奔向電源的正極,空穴奔向電源的負(fù)極,從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器;入射光強(qiáng),電阻減小,入射光弱,電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。常用的光敏電阻器硫化

30、鎘光敏電阻器,它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見光的強(qiáng)弱變化而變化,在黑暗條件下,它的阻值(暗阻可達(dá)110M 歐,在強(qiáng)光條件(100LX 下,它阻值(亮阻僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性與人眼對可見光(0.40.76m 的響應(yīng)很接近,只要人眼可感受的光,都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時,都用白熾燈泡(小電珠光線或自然光線作控制光源,使設(shè)計大為簡化。1.結(jié)構(gòu)通常,光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu),以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時,半導(dǎo)體片(光敏層內(nèi)就激發(fā)出 電子空穴對,參與導(dǎo)電,使電路中電流增強(qiáng)。為了獲得高的靈敏度,光敏電阻的電極常采用梳狀圖案,它是

31、在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)如右圖所示。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片(或樹脂防潮膜和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。圖3.5圖3.62.工作原理光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線,將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻,為了增加靈敏度,兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極,接出引線,封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi),以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里,它的電

32、阻值很高,當(dāng)受到光照時,只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度,則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶,并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴,這種由光照產(chǎn)生的電子空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目,使其電阻率變小,從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng),阻值愈低。入射光消失后,由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對將復(fù)合,光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓,其中便有電流通過,受到波長的光線照射時,電流就會隨光強(qiáng)的而變大,從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性,純粹是一個電阻器件,使用時既可加直流電壓,也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。3.分類根據(jù)光敏電阻的

33、光譜特性,可分為三種光敏電阻器:紫外光敏電阻器:對紫外線較靈敏,包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等,用于探測紫外線。紅外光敏電阻器:主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器,廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜,紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中?？梢姽夤饷綦娮杵?包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng),如光電自動開關(guān)門戶,航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅,自動給水和自動停水裝置,機(jī)械上的自動保護(hù)裝置和“位置檢測器”,極薄零件的厚度檢測器,照相機(jī)自動曝光裝置,光電計數(shù)器,煙霧報警器,光電跟蹤系統(tǒng)等方面。

34、4.光敏電阻的主要參數(shù):(1光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下,當(dāng)有光照射時,流過的電流稱為光電流,外加電壓與光電流之比稱為亮電阻,常用“100LX”表示。(2暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下,當(dāng)沒有光照射的時候,流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻,常用“0LX”表示。(3靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值(暗電阻與受光照射時的電阻值(亮電阻的相對變化值。(4光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度,是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線,就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。(5光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照

35、度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出,隨著的光照強(qiáng)度的增加,光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度,則電阻值變化減小,然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下,該特性為非線性。(6伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系,對于光敏器件來說,其光電流隨外加電壓的增大而增大。(7溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大,部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高,而在高溫下的靈敏度則較低。(8額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率,當(dāng)溫度升高時,其消耗的功率就降低。3.5 電源單元設(shè)計(1電壓源:該電壓源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓

36、,向系統(tǒng)提供+5V 電源,其工作原理如圖3.7所示。 圖3.7 穩(wěn)壓電源原理圖(2恒流源:該電流源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、電阻的分流、分壓及三極管的穩(wěn)流、放大,最后向1W LED 燈提供恒定300mA 的電流,其工作原理如圖3.8所示。 圖3.8 恒流源電路原理圖圖3.8中發(fā)光二極管LED 的壓降取2V , 二極管的壓降取0.7V ,三極管的壓降取0.7V ,由此可得:3.6 功率調(diào)節(jié)單元設(shè)計本單元利用單片機(jī)控制PWM 信號,再經(jīng)過三極管、固態(tài)繼電器進(jìn)行功率放大,實(shí)現(xiàn)對功率的有效調(diào)節(jié),使驅(qū)動功率在規(guī)定時間內(nèi)自動減小,其調(diào)節(jié)范圍可在20%100%內(nèi)設(shè)定。如圖3.9所示。本電路可加穩(wěn)壓電

37、源或恒流電源,可通過電路硬件進(jìn)行設(shè)置。同時負(fù)載電流和電壓通過單元控制器的電壓表和電流表進(jìn)行監(jiān)視,由此可得:圖3.9 功率調(diào)節(jié)單元圖3.7 系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定(1主控芯片:采用Atmel 公司的AT89S52作為控制核心;(2顯示模塊:采用12864液晶顯示;(3物體檢測模塊:選用漫反射型光電開關(guān)檢測物體運(yùn)動狀態(tài);(4環(huán)境檢測模塊:使用光敏電阻來實(shí)現(xiàn)對環(huán)境明暗狀況的檢測;(5驅(qū)動模塊:自制+5V 穩(wěn)壓源和300mA 恒流源;(6功率調(diào)節(jié)模塊:單片機(jī)控制PWM 信號調(diào)制?？傆布娐穲D見附圖1所示。=-=2001009.12I V R CC R441kR45220R466VCC U12OPTOISO

38、1DS3LAM P12J7CON2接恒流源或穩(wěn)壓電源12CON2Q?PNP 單片機(jī)接口第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計說明在進(jìn)行微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計時,除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外,大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此,軟件設(shè)計在微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中,大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括:數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機(jī)按一定的方法進(jìn)行計算,然后再輸出,以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務(wù),在進(jìn)行軟件設(shè)計時,通常把整個過程分成若干個部分,每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”,實(shí)質(zhì)上就是所完成一定功能,相對獨(dú)立

39、的程序段,這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點(diǎn)是:單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試;模塊可以共存,一個模塊可以被多個任務(wù)在不同條件下調(diào)用;模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序,為設(shè)計者提供方便。4.2 程序結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)設(shè)計方案,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4.1所示: 圖4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計的主程序流程圖見附圖2。第五章測試與結(jié)果分析5.1 測試方法與結(jié)果采用獨(dú)立按鍵調(diào)整并設(shè)定系統(tǒng)及開關(guān)燈時間,并通過液晶屏實(shí)時顯示。測試過程如下: (1設(shè)定系統(tǒng)當(dāng)前時刻為01時10分,經(jīng)秒表測試,120秒后液晶屏顯示當(dāng)前時刻值為01時12分;(2系統(tǒng)當(dāng)前時刻為00時05分,設(shè)

40、定LED1燈00時06分點(diǎn)亮,00時07分熄滅,經(jīng)秒表測試,60秒后LED1燈點(diǎn)亮,再過60秒熄滅,液晶屏顯示正確;支路控制器能夠獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。在定時功能穩(wěn)定的前提下,將連接主控制器的光敏電阻置于正常光照(阻值約為零點(diǎn)幾千歐,LED燈不亮,當(dāng)遮擋此光敏電阻(阻值約為十幾千歐以上,使其所在環(huán)境光線變暗時LED點(diǎn)亮,去掉遮擋時LED熄滅。用手遮住光敏電阻時,LED燈再次點(diǎn)亮,移開手時LED燈熄滅,此部分工作正常。(1物體從左向右運(yùn)動,當(dāng)?shù)竭_(dá)S點(diǎn)時LED1正常點(diǎn)亮,當(dāng)物體運(yùn)動到B點(diǎn)時LED1熄滅、LED2點(diǎn)亮,當(dāng)物體移動到S'時,LED2熄滅;(2物體從右向左移動,當(dāng)?shù)竭_(dá)

41、S'點(diǎn)時LED2點(diǎn)亮,當(dāng)物體運(yùn)動到B點(diǎn)時LED2熄滅、LED1點(diǎn)亮,當(dāng)物體運(yùn)動到S時LED1熄滅。此部分系統(tǒng)工作正常。在其它一切外部條件正常的情況下,當(dāng)某一路燈在接收到信號后不能正常點(diǎn)亮或熄滅,則判定為故障,故障檢測通過光敏電阻接受到光照情況來判斷。當(dāng)故障發(fā)生時,發(fā)出聲光報警,同時液晶顯示故障所在位置。在本次測試中,在一切外部條件正常的情況下,兩個燈同時發(fā)光,當(dāng)用物體擋住任一個光敏電阻光線,即假定某個路燈故障時,電路能正常發(fā)出聲光報警,并能正常顯示故障所在位置。此故障檢測系統(tǒng)正常。穩(wěn)壓電源輸出部分選用85系列30V電壓指示表頭對輸出電壓進(jìn)行指示。指示電壓為5.1V。選用UT51數(shù)字萬用

42、表測得的輸出電壓值為5V。與理論輸出電壓值5V有一定誤差,誤差值為0.1V。恒流源驅(qū)動部分選用85系列30V電壓指示表頭和一個同系列1A的電流指示表頭分別對它的輸出電流進(jìn)行顯示。我們用UTI51數(shù)字萬用表測得的電流為300mA,與理論輸出值330mA有一定誤差。本測試采用50,1.5A滑動變阻器作負(fù)載,測試結(jié)果如表1所示:恒流源電流測試結(jié)果負(fù)載電阻(5.0 11.9 20.6 31.0 37.8 47.2 測試值(mA 303 301 301 300 300 299誤差分析(1R1和R2的阻值存在偏差;(2二極管、發(fā)光管、三極管的壓降取值有偏差;(3測試用儀器儀表和數(shù)值的讀取都存在誤差。通過單

43、片機(jī)的PWM方式,實(shí)現(xiàn)了輸出功率的可調(diào)。電壓電流值通過單元電路面板監(jiān)控。當(dāng)脈寬在20%-100%調(diào)整時,輸出電流明顯減小。從亮到暗電流從300mA減到50mA。5.2 測試結(jié)果分析1.本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了題目所有的基本要求;2.本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了題目所有的發(fā)揮部分;3.本設(shè)計采用的控制器資源有限,如果采用高級的控制芯片,我們會實(shí)現(xiàn)更多的控制功能,使系統(tǒng)更完善。4.考慮到作品的性價比,外觀設(shè)計尚有不足之處,應(yīng)該進(jìn)一步改進(jìn),使其更合理美觀。5.除此之外,本設(shè)計增加的創(chuàng)新部分功能如下:(1單元控制器的驅(qū)動部分能夠分別采用穩(wěn)壓驅(qū)動和恒流驅(qū)動,兩種電源供電方式。選擇方便,控制穩(wěn)定。(2利用51系列單片機(jī)與液晶屏實(shí)現(xiàn)主

44、菜單和多級子菜單功能選擇、參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行與實(shí)時監(jiān)控等功能,實(shí)現(xiàn)對路燈模擬控制系統(tǒng)的綜合控制。(3增加了輸出電壓和電流表頭指示,使輸出結(jié)果和測試更直觀,簡便。(4本設(shè)計采用便宜的硬件,硬件功能通過軟件實(shí)現(xiàn),元件數(shù)少,可靠性高,成本低廉,性價比高,功能滿足設(shè)計要求?？偨Y(jié)隨著畢業(yè)日子的到來,畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗(yàn),而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多,以前老是覺得自己什么東西都會,什么東西都懂,有點(diǎn)眼高手低。通過這次畢業(yè)設(shè)計,我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程,

45、在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí),努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了,同學(xué)之間互相幫助,有什么不懂的大家在一起商量,聽聽不同的看法對我們更好的理解知識,所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在此要感謝郭增欣老師對我悉心的指導(dǎo),感謝老師給我的幫助。在設(shè)計過程中,我通過查閱大量有關(guān)資料,與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué),并向老師請教等方式,使自己學(xué)到了不少知識,也經(jīng)歷了不少艱辛,但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力,使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中

46、探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好,但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富,使我終身受益。石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 參考文獻(xiàn) 1王靜霞單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（C 語言版） 北京：電子工業(yè)出版社 20095 2陳梓城實(shí)用電子電路設(shè)計與調(diào)試北京：中國電力出版社 20066 3趙負(fù)圖傳感器集成電路手冊第一版：化學(xué)工業(yè)出版社 2004 4唐浩強(qiáng)C 程序設(shè)計教程ISBN 978-7-302-15157-9:清華大學(xué)出版社 2007 5趙佩華 單片機(jī)原理及接口技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20083 6張洪瑞 單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計 200 例 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 20067 7王濟(jì)浩模擬電子技術(shù)M濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社 2002 8馬忠梅等單片機(jī)的 C 語言應(yīng)用程序 北京：北京航空航天出版社 2007 25 - 模擬交通燈控制