基于單片機(jī)的路燈節(jié)能設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、0 / 29摘摘 要要本文介紹了一個(gè)模擬路燈控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案，用以實(shí)現(xiàn)模擬路燈的智能控制。本方案以 AT89S52 為核心，加以簡(jiǎn)單的外圍電路，實(shí)現(xiàn)了模擬路燈控制系統(tǒng)所要求的全部技術(shù)容。單片機(jī)在最近幾年應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因其抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好，性價(jià)比高，因此是低成本路燈控制解決方案的首選。該控制系統(tǒng)除了選用廉價(jià)的單片機(jī)芯片，還采用了廉價(jià)的紅外對(duì)射傳感器，大大降低了系統(tǒng)成本。整個(gè)系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊,電源驅(qū)動(dòng)僅采用變壓器與三端穩(wěn)壓器相結(jié)合，附加少許濾波電容便實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的電源輸出。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，證實(shí)該系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，完全滿足設(shè)計(jì)要求指標(biāo)。關(guān)關(guān)鍵鍵詞詞： 模擬控制； LED 照明；單片

2、機(jī)1 / 29ABSTRACTABSTRACTThis paper introduces a simulation control system application scheme street, to simulate the street lamp of intelligent control. This plan to macro crystal company AT89S52 as the core, to chip the periphery of the simple circuit, realize the simulation street lamp control syst

3、em all of the requested technology content. STC SCM in recent years more and more wide application, because of its strong anti-interference ability, good stability, high performance/price ratio, and so is the low cost street lamp control solutions of choice. The control system in addition to choose

4、cheap single-chip microcomputer chip, also adopted the cheap infrared mutual illuminate sensor, and greatly reduce the cost of system. The whole system of the circuit is simple, compact structure, power drive only used three transformer and the regulators, and the combination of a few additional fil

5、ter capacitance will realize the stable power output. After many test, and confirm that the system can work stably for a long time, fully meet the design requirements index.K Ke ey yw wo or rd ds s: : Simulate controlling; LED lighting; Single-chip microcomputer 2 / 29目錄目錄第一章緒論 51.10 概述 51.1.1 論文的題目

6、 51.1.2 研究的背景 51.1.3 研究的目的與意義 51.2.0 國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 61.3.0 研究容 6第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 92.1.0 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方案比較論證 92.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 92.1.2 方案論證與確立 9第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 132.2.0 各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì) 132.2.1 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì) 132.2.3 主控制模塊設(shè)計(jì) 142.2.4 單片機(jī) AT89S52 芯片介紹 142.2.4 顯示模塊設(shè)計(jì) 172.3.0 系統(tǒng)各模塊的最終方案 192.4.0 系統(tǒng)功能說(shuō)明書 202.4.1 路燈的工作模式 203 / 29第四章軟件設(shè)計(jì) 243.1.0 系統(tǒng)主

7、程序流程圖 243.1.1 系統(tǒng)流程圖 243.2.0 定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖 253.3.0 按鍵掃描流程圖 26總結(jié) 27致 28參考文獻(xiàn) 29附錄 304 / 29第一章緒論第一章緒論1.11.1 概述概述1.1.11.1.1 論文的題目論文的題目論文的題目 :基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究1.1.21.1.2 研究的背景研究的背景隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題己經(jīng)成為全球最為關(guān)注的問(wèn)題之一，能源危機(jī)已經(jīng)成為全人類所面臨的主要危機(jī)，特別是我國(guó)的電力能源近年來(lái)顯得十分吃緊，電力緊阻礙著我們的日常生產(chǎn)、生活，甚至嚴(yán)重影響到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)文明的進(jìn)步。在城市亮化、美化大潮的趨勢(shì)下，城

8、市景觀照明耗電也吞噬著我們的電力資源。而發(fā)電企業(yè)投資和建設(shè)需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期，快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要更多更充足的電力供應(yīng)和消耗，電力的供求之間矛盾重重。電力供應(yīng)缺口很難在短期得以緩解，發(fā)展與節(jié)約并重，已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的必然選擇。此時(shí)，燈光照明行業(yè)節(jié)電也成為了我們的必然選擇 !1.1.31.1.3 研究的目的與意研究的目的與意義義(1)研究的目的設(shè)計(jì)模擬路燈控制系統(tǒng)主要以AT89C52 單片機(jī)作為模擬路燈控制系統(tǒng)的控制核心，用來(lái)實(shí)現(xiàn)物體感應(yīng)模塊，時(shí)鐘模塊，主控制模塊，按鍵控制模塊，顯示模塊。（2）研究的意義由于單片機(jī)具有集成度高，處理能力強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此在路燈照明工程

9、中被廣泛應(yīng)用，照明管理的高低又將直接影響5 / 29到城市的市容、投資環(huán)境、交通安全和社會(huì)治安等，是構(gòu)建良好的城市環(huán)境的重要組成部份，對(duì)城市的建設(shè)和發(fā)展有著重要的意義。1.21.2.0.0 國(guó)發(fā)展國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)現(xiàn)狀與趨勢(shì)在我國(guó),大部分城市管理部門所采用的控制方式已很難保證城市照明系統(tǒng)的正常運(yùn)行，特別是當(dāng)控制箱或線路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，就有可能造成大面積滅燈，產(chǎn)生較壞的影響。同時(shí)由于缺少實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障的與時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修。隨著政府和市民照明管理要求越來(lái)越高，照明管理部門的管轄圍也越來(lái)越大，為了與時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并修復(fù)，仍然采用檢修車上街巡燈的方法難以勝任。采用城市照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)以后，全市圍的全夜

10、燈、半夜燈和景觀燈的開(kāi)/關(guān)均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。同時(shí)，由于照明自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有自動(dòng)報(bào)警和巡測(cè)、選測(cè)功能，調(diào)度人員可以在故障發(fā)生后的數(shù)秒鐘與時(shí)了解故障的地點(diǎn)和狀態(tài)，為與時(shí)進(jìn)行修復(fù)提供了有力的保障。路燈維護(hù)與時(shí)，可以極減少對(duì)照明管理部門的投訴、減少路交通事故的發(fā)生，有利于城市的治安，從而進(jìn)一步提高城市的形象。1.31.3.0.0 研究容研究容設(shè)計(jì)一套模擬路燈控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，路燈布置如圖2 所示。6 / 29輸入、顯示裝置支路控制器單元控制器1單元控制器2LED燈1LED燈2圖 1 路燈控制系統(tǒng)示意圖LED燈1LED燈2402040SABCS404040M定位點(diǎn)圖 2 路燈布置示意

11、圖（單位： cm）（1）支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開(kāi)關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開(kāi)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(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈。（3）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)可移動(dòng)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(shí)（見(jiàn)圖2） ，燈 1 亮；當(dāng)物體 M 到達(dá) B 點(diǎn)時(shí)，燈 1 滅，燈 2 亮；若物體 M 由右至左移動(dòng)時(shí)，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(kāi)燈和關(guān)燈時(shí)間。（5）當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。 7 / 291.2 發(fā)揮部分（1）自制單

12、元控制器中的 LED 燈恒流驅(qū)動(dòng)電源。（2）單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在 20%100%圍設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差2%。（3）性價(jià)比高，工作穩(wěn)定，符合電磁兼容（EMC）方面的要求，無(wú)對(duì)外干擾或干擾小。8 / 29第二章第二章 系統(tǒng)總體系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案2.1.02.1.0 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方案比較論證系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方案比較論證2.1.12.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路本模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案要實(shí)現(xiàn)的主要功能主要分解為以下五個(gè)方面：（1）是時(shí)鐘功能與定時(shí)開(kāi)關(guān)燈。（2）是根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈。（3）是根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)

13、節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)汽車靠近路燈時(shí)，路燈能自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)汽車遠(yuǎn)離時(shí)，路燈自動(dòng)熄滅。（4）聲光報(bào)警功能，當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)而不亮?xí)r，控制器發(fā)出信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。（5）是根據(jù)綠色節(jié)能照明要求，采用恒流源驅(qū)動(dòng)LED 路燈發(fā)亮且能調(diào)光，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在 20%100%圍設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差 2%。以上功能的實(shí)現(xiàn)，都是以單片機(jī)為核心，在單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的輸入輸出和顯示功能的基礎(chǔ)上，由單片機(jī)的置邏輯和運(yùn)算功能，加上一定的外圍電路得以實(shí)現(xiàn)。針對(duì)以上的五個(gè)功能，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，以下分別敘述之。2.1.22.1.2 方案論證與確立方案論證與確立（1）時(shí)鐘功能與定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)方案一采用專用時(shí)鐘芯片現(xiàn)

14、在流行的串行時(shí)鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485 等。其優(yōu)勢(shì)是可以單獨(dú)使用，直接連接到單片機(jī)外圍，有自己獨(dú)立的時(shí)鐘晶振，精度較高。單片機(jī)通過(guò)串行接口讀取和寫入當(dāng)前的時(shí)鐘值，時(shí)鐘芯片的運(yùn)行受單片機(jī)死機(jī)的影響少。其缺點(diǎn)一是消耗了單片機(jī)IO 口資源。二是在編程時(shí)需要增加9 / 29讀寫串行口的容，消耗了單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。三是增加了成本。增加了時(shí)鐘芯片與其外圍電路的開(kāi)支。方案二采用單片機(jī)置時(shí)鐘本方案直接利用單片機(jī)的置定時(shí)器，通過(guò)定時(shí)器的中斷和簡(jiǎn)單運(yùn)算實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能。例如： 單片機(jī)，在 4M 時(shí)鐘時(shí)，單個(gè)指令的運(yùn)行時(shí)間是1 微秒，設(shè)置定時(shí)器 1每 125 個(gè)指令周期產(chǎn)生一個(gè)中斷，即

15、125 微秒，8 個(gè)中斷后，時(shí)間平臺(tái)是 1毫秒，設(shè)置以下時(shí)間計(jì)數(shù)變量分別為：uchar To1mS = 0 x00; /當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí) ,表示經(jīng)過(guò)了 1 毫秒uchar To2mS = 0 x00; /當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí) ,表示經(jīng)過(guò)了 2 毫秒uchar Is2mS = 0; /到達(dá) 2 毫秒時(shí)刻uchar To20mS = 0 x00; /當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí) ,表示經(jīng)過(guò)了 20 毫秒uchar Is20mS = 0; /到達(dá) 20 毫秒時(shí)刻uchar To1S = 0 x00; /當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí) ,表示經(jīng)過(guò)了 1 秒uchar Is1S = 0; /到達(dá) 1

16、秒時(shí)刻在秒時(shí)間平臺(tái)，用 ToMIN 變量，計(jì)數(shù) 60 秒后進(jìn)入分鐘平臺(tái)，計(jì)數(shù) 60 分鐘后，進(jìn)入小時(shí)平臺(tái)。方案二沒(méi)有增加外置電路，充分利用了單片機(jī)的定時(shí)器功能，實(shí)施簡(jiǎn)潔方便，主要的缺點(diǎn)是當(dāng)控制系統(tǒng)斷電或死機(jī)以后，需要人工重新定時(shí)。本系統(tǒng)的時(shí)鐘功能實(shí)現(xiàn)采用方案二。（2）根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開(kāi)燈和關(guān)燈功能。方案一采用比較器的解決方案。光敏電阻與固定電阻串聯(lián)，加一級(jí)電壓跟隨器后輸入比較器，與比較器負(fù)輸入端的電壓值進(jìn)行比較，得到一個(gè)高電平或低電平輸出，進(jìn)入單片機(jī)的IO 口。優(yōu)點(diǎn)是電路比較直觀，操作比較方便，可直接通過(guò)電位器調(diào)節(jié)路燈的開(kāi)啟亮度。對(duì)維護(hù)人員的要求不高。10 / 29缺點(diǎn)是不方便進(jìn)行數(shù)碼控

17、制。方案二采用 AD 變換。光敏電阻與固定電阻串聯(lián)，由單片機(jī)置的AD 變換接口讀入當(dāng)前的電壓值，然后根據(jù)讀取的電壓值判斷當(dāng)前的環(huán)境亮度。路燈的開(kāi)啟電平由部的變量控制。方案二的優(yōu)點(diǎn)在于可以方便以實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈開(kāi)啟電平的數(shù)碼控制和遠(yuǎn)程控制。本系統(tǒng)采用方案二。（3）根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)。當(dāng)汽車靠近路燈時(shí)，路燈能自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)汽車遠(yuǎn)離時(shí)，路燈自動(dòng)熄滅。方案一采用工業(yè)級(jí)的光電傳感器。這種光電傳感器普遍運(yùn)用于電梯、生產(chǎn)線等工業(yè)場(chǎng)所。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，型號(hào)很多，輸出量是開(kāi)關(guān)量，不需調(diào)理電路。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。方案二采用廉價(jià)的紅外對(duì)射傳感器。紅外對(duì)射的特點(diǎn)是傳輸距離較遠(yuǎn)，能量集中。當(dāng)沒(méi)有物體遮擋時(shí)，紅外光直射到

18、紅外探頭上，紅外接收管連續(xù)輸出低電平到單片機(jī)，當(dāng)有物體經(jīng)過(guò)時(shí)，紅外光被遮住，此時(shí)紅外探頭輸出高電平到單片機(jī)。由于紅外光的發(fā)射有一定的偏角，本設(shè)計(jì)利用了黑色套管遮擋紅外發(fā)射燈頭，以減少紅外光的散失。本系統(tǒng)采用方案二。（4）故障報(bào)警功能采用光敏電阻檢測(cè)路燈的亮度，同時(shí)排除環(huán)境光的干擾。利用單片機(jī)的 AD 口，讀入光敏電阻上檢測(cè)到的路燈亮度值。（5） 恒流源驅(qū)動(dòng) LED 與 20到 100圍可調(diào)亮度。方案一采用恒流源驅(qū)動(dòng)芯片，目前市場(chǎng)上成品的恒流源驅(qū)動(dòng)芯片比較多，一般采用使用取樣電阻調(diào)節(jié)輸出電流的方式。這些芯片使用方便，性能較好，但價(jià)格較貴。方案二采用 PWM 方式驅(qū)動(dòng)功率三極管輸出驅(qū)動(dòng)電流，用電流

19、取樣電阻串入LED 供電回路，用 AD 口讀取當(dāng)前的電流值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。方案二利用了單片機(jī)的 AD 變換資源，同時(shí)采用 PWM 方式，可以使 LED 工作在斷斷續(xù)續(xù)的狀態(tài)，11 / 29可以延長(zhǎng) LED 的使用壽命。本系統(tǒng)采用方案二。3、顯示模塊方案一：數(shù)碼管顯示，由于本題要時(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間、狀態(tài)、和故障LED 燈編號(hào)等，而數(shù)碼管不能顯示字符。方案二： LED 點(diǎn)陣顯示， LED 點(diǎn)陣顯示雖然能顯示字符和數(shù)字，但顯示效果不好，且不易編程。方案三： LCD 液晶顯示， LCD 液晶不但能顯示字符和數(shù)字，而且顯示效果較好，容易編程實(shí)現(xiàn)。因此采用方案三。 5、按鍵控制模塊方案：均采用輕觸按鍵。12

20、/ 29第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.2.02.2.0 各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)2.2.12.2.1 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)時(shí)鐘模塊主要功能是時(shí)間設(shè)置，主要由DS1302 芯片實(shí)現(xiàn)， 它通過(guò)串行方式與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，能夠向單片機(jī)提供包括秒、分、時(shí)、日、月、年等在的實(shí)時(shí)時(shí)間信息，并可對(duì)月末日期、閏年天數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；它還擁有用于主電源和備份電源的雙電源引腳，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。另外，它還能提供31 字節(jié)的用于高速數(shù)據(jù)暫存的RAM。鑒于上述特點(diǎn)，DS1302 已在許多單片機(jī)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，為系統(tǒng)提供所需的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息。 1. DS13

21、02 芯片概述DS1302 慢速充電時(shí)鐘芯片包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)的靜態(tài) RAM，它經(jīng)過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信，實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒、分、時(shí)、日、周、月和年等信息，對(duì)于小于31 天的月，月末的日期自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，還包括了閏年校正的功能。時(shí)鐘的運(yùn)行可以采用24 小時(shí)或帶 AM（上午）/PM（下午）的 12 小時(shí)格式。使用同步串行通信，簡(jiǎn)化了DS1302 與微處理器的通信。與時(shí)鐘 /RAM 通信僅需三根線：（ 1）(復(fù)位)、 （2）I/O（數(shù)據(jù)線）RST、和（3）SCLK（串行時(shí)鐘） 。數(shù)據(jù)可以以每次一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31 字節(jié)的多字節(jié)形式傳送至?xí)r鐘 /RAM 或從其中送出。 DS

22、1302 設(shè)計(jì)成為能在非常低的功耗下工作，消耗小于 1 微瓦的功率便能保存數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信息。 DS1302 是 DS1202 的升級(jí)產(chǎn)品，除了 DS1202 基本的慢速充電功能外，DS1302 具有的其它特點(diǎn)包括：用于主電源和備份電源的雙電源的雙電源引腳，可編程的 VCC1 慢速充電器以與 7 個(gè)附加字節(jié)的高速暫存存儲(chǔ)器。13 / 292. DS1302 工作原理串行時(shí)鐘芯片的主要組成部分：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘以與 RAM。為了初始化任何的數(shù)據(jù)傳送，把置為高電平且把提供地址和命RST令的 8 位裝入到移位寄存器，數(shù)據(jù)在SCLK 的上升沿串行輸入，無(wú)論是讀周期還是寫周期發(fā)生，也無(wú)

23、論傳送方式是單字節(jié)傳送還是多字節(jié)傳送，開(kāi)始8 位指定 40 個(gè)字節(jié)中的哪個(gè)將被訪問(wèn)。在開(kāi)始8 個(gè)時(shí)鐘周期把命令字裝入移位寄存器之后，另外的時(shí)鐘在讀操作時(shí)輸出數(shù)據(jù)，在寫操作時(shí)輸入數(shù)據(jù)。時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)在單字節(jié)方式下為 8 加 8，在多字節(jié)方式下為 8 加最大可達(dá) 248 的數(shù)。如圖 2-2，引腳排列：圖 2-2 DS1302 引腳排列引腳說(shuō)明：X1,X2：32，768kHz 晶振引腳； GND:接地；：復(fù)位； I/O 數(shù)據(jù)輸入輸RST出；SCLK:串行時(shí)鐘； VCC1,VCC2:電源引腳。2.2.32.2.3 主控制模塊設(shè)計(jì)主控制模塊設(shè)計(jì)2.2.4 單片機(jī) AT89S52 芯片介紹AT89S52

24、為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗，高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flsah 存儲(chǔ)器。 AT89S52 主要功能列舉如下：1擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash；2芯片部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） ；3部程序存儲(chǔ)器（ROM）為 8KB；4部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 256 字節(jié)；532 個(gè)可編程 I/O 口線；65 個(gè)中斷向量源；7兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；14 / 298三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；9全雙工 UART 串行通道；AT89S52 各引腳功能介紹：VCC：AT89S52 電源正端輸入，接+5V；VSS：電源地端；XTA

25、L1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端；XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RESET：AT89S52 的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)芯片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S52 便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得部特殊功能寄存器之容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp：EA（External Access Enable）為該引腳

26、的第一功能，即外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。當(dāng) EA 接高電平時(shí)，在 PC 值不超出 0FFFH 時(shí)，單片機(jī)讀片程序存儲(chǔ)器中的程序；當(dāng) PC 值超出 0FFFH 時(shí)，當(dāng)自動(dòng)轉(zhuǎn)向讀取片外 60KB 程序存儲(chǔ)器空間中的程序。當(dāng) EA 接低電平時(shí)只讀取外部程序存儲(chǔ)器中的容，片程序存儲(chǔ)器不起作用。Vpp 為該引腳的第二功能，即在對(duì)片 Flash 進(jìn)行編程時(shí)，接入編程電壓。ALE/PROG：ALE 是英文Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。AT89S52 可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的 8 位鎖存器（如 74LS373） ，將端口0 的地址總線（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，

27、因?yàn)?AT89S52 是以多工的方式送出地址與數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí) ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。

28、此時(shí)， 15 / 29ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)AT89S52 設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0） ，會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE 腳。AT89S52 可以利用 PSEN 與 RD 引腳分別啟用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K 的定址圍。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN

29、有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。PORT0（P0.0P0.7）：端口 0 是一個(gè) 8 位寬的開(kāi)路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8 個(gè)位，P0.0 表示位 0，P0.1 表示位 1，依此類推。其他三個(gè)I/O 端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是部有一提升電路，P0 在當(dāng)做I/O 用時(shí)可以推動(dòng) 8 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器） ，P0 就以多工方式提供地址總線（A0A7）與數(shù)據(jù)總線（D0D7） 。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖住成為 A0A7，再配合

30、端口 2 所送出的 A8A15 合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲(chǔ)器空間。PORT1（P1.0P1.7）：端口 1 也是具有部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1 的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話，P1.0 又當(dāng)做定時(shí)器 2 的外部脈沖輸入腳，而 P1.1 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。PORT2（P2.0P2.7）：端口 2 是具有部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4 個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的

31、輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S52 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8A15，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)做 I/O 來(lái)使用了。PORT3（P3.0P3.7）：端口 3 也具有部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4 個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?6 / 29其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷 0 輸入

32、。P3.3：INT1，外部中斷 1 輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1 輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。2.2.42.2.4 顯示模塊設(shè)計(jì)顯示模塊設(shè)計(jì)11602 液晶概述液晶是一種高分子材料，因?yàn)槠涮厥獾奈锢怼⒒瘜W(xué)、光學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于輕薄顯示器上。本系統(tǒng)顯示模塊采用了LCD1602 液晶顯示器每行能夠顯示16 個(gè)字符，可以顯示兩行。主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定，燈的開(kāi)關(guān)時(shí)間的功能，系統(tǒng)狀態(tài)顯示。2.1602 各引腳簡(jiǎn)介：1062 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：第 1 腳：VSS 為電源地第 2 腳：

33、VCC 接 5V 電源正極第 3 腳：V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接地正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源是對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生 “鬼影” ，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0 時(shí)17 / 29選擇指令寄存器。第 5 腳：RW 為讀寫信號(hào)線，高電平（ 1）時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平（ 0）時(shí)進(jìn)行寫操作。第 6 腳：E（或 EN）端為使能（ enable）端。第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。第 1516 腳：空 腳或 背燈源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極3.1602LCD 的特性3V 或

34、 5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào) 含復(fù)位電路 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能 有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM 建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM. 8 個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。4.1602LCD 特征微功耗、體積小、顯示容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。5.與單片機(jī)連接見(jiàn)圖 2-5 所示：18 / 29圖 2-5 2.3.02.3.0 系統(tǒng)各模塊的最終方案系統(tǒng)各模塊的最終方案19 / 29鍵盤單片機(jī)時(shí)間顯示明暗環(huán)境交通環(huán)境節(jié)能控制LED 燈報(bào)警2.4.02.4.0 系統(tǒng)功能說(shuō)

35、明書系統(tǒng)功能說(shuō)明書2.4.12.4.1 路燈的工作模式路燈的工作模式本模擬路燈控制系統(tǒng)具備 5 種工作模式，分別是自動(dòng)群控模式、自動(dòng)分控模式、根據(jù)照度自動(dòng)控制模式、根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式、手動(dòng)控制模式，下面對(duì)每種工作模式簡(jiǎn)單介紹如下：（1）自動(dòng)群控模式在該模式下，支路控制器根據(jù)設(shè)定好的定時(shí)信息，自動(dòng)地同時(shí)打開(kāi)或者關(guān)閉兩盞路燈。系統(tǒng)啟動(dòng)后默認(rèn)進(jìn)入該模式。（2）自動(dòng)分控模式在該模式下，支路控制器根據(jù)設(shè)定好的定時(shí)信息，分別控制兩盞路燈的開(kāi)關(guān)，例如，當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間和路燈1 開(kāi)燈的時(shí)間相等時(shí)，開(kāi)啟路燈1；當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間和路燈 2 關(guān)燈的時(shí)間相等時(shí)開(kāi)啟路燈2。（3）根據(jù)照度自動(dòng)控制模式在該模式下，當(dāng)環(huán)境照度

36、低于一定的值時(shí)開(kāi)啟兩盞路燈，當(dāng)環(huán)境照度高于一定的值時(shí)關(guān)閉兩盞路燈。（4）根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式在該模式下，當(dāng)可移動(dòng)物體M 由左到右到達(dá) S 點(diǎn)時(shí)（見(jiàn)圖 ） ，燈 1 亮；當(dāng)物體 M 到達(dá) B 點(diǎn)時(shí)，燈 1 滅，燈 2 亮；若物體 M 由右到左移動(dòng)時(shí)，則亮燈的次序與上相反。（5）手動(dòng)控制模式在手動(dòng)模式時(shí)，兩盞路燈只能由支路控制器用增加和減少鍵手動(dòng)的調(diào)整亮度，路燈的亮度可以在 0100自由的上下調(diào)整，步進(jìn)為10。20 / 29（1）（4）等四種工作模式是互斥的，即在某一時(shí)刻只能具有其中的一種功能，不過(guò)各種模式可以手動(dòng)的切換，手動(dòng)調(diào)整路燈亮度的功能在這四種模式中都是有效的。另外，該路燈控制系統(tǒng)還具

37、備故障檢測(cè)功能，當(dāng)路燈出現(xiàn)無(wú)常工作的狀況時(shí)，該控制系統(tǒng)能夠判定是哪一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，并將故障通過(guò)聲音警報(bào)與數(shù)碼管顯示告知用戶。2.5 按鍵操作說(shuō)明支路控制器具備 5 個(gè)按鍵，分別為時(shí)間調(diào)整鍵、模式選擇鍵、增加鍵、減少鍵、確認(rèn)鍵。（1）時(shí)間調(diào)整鍵：按時(shí)間調(diào)整鍵時(shí)，可以循環(huán)地選擇系統(tǒng)時(shí)間、路燈1 和 2共同的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間、路燈 1 的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間和路燈 2 的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。（2）模式選擇鍵：按模式選擇鍵可以進(jìn)行系統(tǒng)工作模式的切換，順序?yàn)樽詣?dòng)群控模式；自動(dòng)分控模式；根據(jù)照度自動(dòng)控制模式；根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式；手動(dòng)控制模式。（3）增加、減少鍵：按這兩個(gè)鍵可以對(duì)時(shí)間或者亮度進(jìn)行增減，長(zhǎng)按時(shí)時(shí)間或者亮度可以連

38、續(xù)變換。（4）確認(rèn)鍵：確認(rèn)鍵只在時(shí)間調(diào)整時(shí)有效，分別確認(rèn)小時(shí)、分鐘、秒的輸入。2.6 輸入模塊按鍵輸出采用 AD 變換，節(jié)省了 IO 口資源。通過(guò)不同大小的電阻進(jìn)行分壓，按下不同的按鍵就會(huì)向單片機(jī)發(fā)送不同的電壓值。如：按下s1 是 0V；按下s2，電壓=2K/（2K+10K）*5V=0.83V。經(jīng)過(guò)單片機(jī) AD 變換之后，就可以判斷是哪個(gè)按鍵按下去，從而執(zhí)行相應(yīng)的功能。按鍵輸入如圖下所示2.3。21 / 292.7 電流驅(qū)動(dòng)源電流源驅(qū)動(dòng)電路，是為驅(qū)動(dòng)1W 大功率 LED 燈而設(shè)計(jì)的。 LED 燈屬于電流源驅(qū)動(dòng)，根據(jù)計(jì)算，每個(gè) 1W 的 LED 燈至少需要 200mA 的驅(qū)動(dòng)電流才能點(diǎn)亮，而單片

39、機(jī)的 IO 輸出電流實(shí)際只有 20mA 到 30mA，所以必須經(jīng)過(guò)電流放大才能使其工作。因此在該電路中采用了一個(gè)9013 對(duì)電流進(jìn)行放大。電流驅(qū)動(dòng)源電路如圖 2.722 / 29第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)3.13.1.0.0 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖3.1.13.1.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖開(kāi)始單片機(jī)存儲(chǔ)器及變量初始化顯示初始化對(duì)幾路模擬信號(hào)輪流進(jìn)行采樣，每2毫秒采樣一個(gè)信號(hào)按鍵掃描及處理檢測(cè)環(huán)境的明暗度并決定是否自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈路燈的故障檢測(cè)檢測(cè)交通情況，并根據(jù)交通情況對(duì)路燈的開(kāi)關(guān)進(jìn)行管理定時(shí)管理圖 3.1 系統(tǒng)流程圖23 / 293.2.03.2.0 定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖定時(shí)

40、器溢出中斷處理函數(shù)流程圖開(kāi)始1毫秒變量遞增到達(dá)1毫秒時(shí)刻清零1毫秒變量，設(shè)置激光傳感器掃描標(biāo)志，2毫秒變量遞增到達(dá)2毫秒時(shí)刻清零2毫秒變量，設(shè)置2毫秒標(biāo)志，20毫秒變量遞增到達(dá)20毫秒時(shí)刻清零20毫秒變量，設(shè)置20毫秒標(biāo)志，1秒變量遞增，管理蜂鳴器響的時(shí)間到達(dá)1秒時(shí)刻清零1秒變量，設(shè)置1秒標(biāo)志，管理報(bào)警燈，如果需要響蜂鳴器，則驅(qū)動(dòng)蜂鳴器清中斷標(biāo)志是是是是否否否否退出圖 3.2 定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖24 / 293.3.03.3.0 按鍵掃描流程圖按鍵掃描流程圖開(kāi)始對(duì)按鍵的掃描線進(jìn)行AD采樣判斷AD值是否大于245按鍵消抖并根據(jù)AD值確定鍵值按鍵處理退出否復(fù)位按鍵掃描的相關(guān)變量是圖 3.

41、3 按鍵掃描流程圖25 / 29總結(jié)總結(jié)該系統(tǒng)調(diào)試最終結(jié)果，符合本次設(shè)計(jì)的全部要求。經(jīng)過(guò)功率擴(kuò)大、電網(wǎng)通訊等方面的改良，就能用于實(shí)際路燈控制。以其超低成本，高可靠性的特點(diǎn)，與其他現(xiàn)有成品相比，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。該控制系統(tǒng)在調(diào)試過(guò)程中，遇到過(guò)一些與理論相差很大的實(shí)際問(wèn)題。比如紅外對(duì)射傳感器的對(duì)焦問(wèn)題，因?yàn)榧t外線是不可見(jiàn)光，對(duì)焦比較麻煩，但是借用其他輔助工具就會(huì)簡(jiǎn)單很多。最簡(jiǎn)便的方法是利用帶攝像頭的手機(jī)來(lái)獲取紅外光，從而能順利完成對(duì)紅外對(duì)射傳感器的對(duì)焦。紅外對(duì)射的接收部分，因受頻率限制，只能接收頻率在 38KHz 的紅外信號(hào)，所以在調(diào)試過(guò)程中有一定的難度。經(jīng)方案論證，采用 PWM 脈寬調(diào)制輸出，是切實(shí)可行的最有效方案26 / 29致致本文的研究工作是在老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的設(shè)計(jì)題目的選擇、實(shí)物的調(diào)試 和論文的研究工作中無(wú)不傾注著指導(dǎo)老師辛勤的汗水和心血。同時(shí)也要感幫助過(guò)我們的同學(xué)，給我們提供了寶貴的建議。指導(dǎo)老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的指導(dǎo)老師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理，在此我要向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感和深深的敬意。在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助，在此，向所有關(guān)心和幫助過(guò)