智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PAGE21題目：智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄摘要……………………2ABSTRACT……………21引言………………32智能路燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟硬件基礎(chǔ)……4 2.1Stm32F103zet6單片機(jī)…………4 2.2光敏傳感器介紹………………4 2.2.1光敏傳感器的特點(diǎn)…………………5 2.2.2光敏傳感器的工作原理……………5 2.3KeiluVision5軟件…………7 2.4Mcuisp軟件……………………7 2.5串口調(diào)試軟件…………………83智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程……………………9 3.1設(shè)計(jì)思路以及準(zhǔn)備資料的介紹…………………9 3.1.1LED電路圖的分析……………………9 3.1.2STM32官方固件庫的簡介……………10 3.2主程序代碼……………………10 3.2.1延時(shí)函數(shù)初始化……………………11 3.2.2設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)……………………12 3.2.3設(shè)置串口的波特率…………………12 3.2.4LED的初始化………12 3.2.5光敏傳感器的初始化………………14 3.2.6RTC時(shí)鐘的初始化…………………154實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象的展示……………………164.1程序代碼與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的無縫銜接…………164.2實(shí)物展示……………………175總結(jié)…………………186參考文獻(xiàn)………………197致謝………………20智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)這個(gè)控制系統(tǒng)的目的是為了節(jié)約我國的電力資源，全國各地的路燈總數(shù)成千上百萬億，正目前，有些路燈是全夜燈也有些是后夜燈，而且有很多都是需要人工進(jìn)行操作的，要是哪一天工作人員忘記關(guān)燈，那么由此所帶來的損耗也是不小的，而且這樣還及其浪費(fèi)人工資源，所以對(duì)智能路燈控制系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行，有著很大的實(shí)際意義。從節(jié)能的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出符合當(dāng)下的智能路燈，做到“按需控制”的目的，堅(jiān)決杜絕浪費(fèi)資源，偉大領(lǐng)袖毛澤東也講過：貪污和浪費(fèi)就是最大的犯罪。關(guān)鍵詞：智能路燈；控制；節(jié)能DesignofintelligentstreetlampcontrolsystemAbstract:thepurposeofthecontrolsystemisdesignedtosavepowerresourcesinChina,thetotalnumberofstreetlightsalloverthecountrymillionsofbillions,isnow,aftersomestreetlampsareallnightlightsomenightlight,andtherearealotofisneedartificialmanipulation,ifwhichdaythestaffforgettoturnoffthelights,thenitbroughtaboutbythelossisnotsmall,anditalsoandthewasteofhumanresources,soitisimperativetotheresearchofintelligentstreetlightcontrolsystem,hasgreatpracticalsignificance.Fromtheperspectiveofenergyconservation,itisnecessarytodesignsmartstreetlampsinlinewiththecurrentsituation,achievethepurposeof"controlondemand",andresolutelyputanendtowasteofresources.ThegreatleaderMAOzedongalsosaid:corruptionandwasteisthebiggestcrime.Keywords:intelligentstreetlamp;Control;Energysaving

1引言現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的節(jié)奏是很快滴，以前自行車滿地跑，現(xiàn)在則是自動(dòng)擋汽車隨處可見；以前手機(jī)能用上老年機(jī)都覺得是奢侈，而現(xiàn)在智能機(jī)遍地都是?！爸悄堋钡母拍钜呀?jīng)逐步走進(jìn)了大家的視線，被人們所關(guān)注，也就自然而然的可以應(yīng)用于我們的路燈上面。根據(jù)道路的需要，一般情況路燈在八米以下的話，其路燈大概需要300W左右，而如果高度大于8米，那么則會(huì)采用400W的高壓鈉燈，所以說目前我國普通照明路燈的功率大概在300W-400W之間，1°=1kw/h，每小時(shí)的耗電量大概在0.3°～0.4°之間。而城市居民用電價(jià)格大概是0.6元，那么按照后半夜（零點(diǎn)～凌晨五點(diǎn)）五小時(shí)來算，每臺(tái)路燈可以節(jié)約0.9～1.2元，據(jù)查，至2016全國路燈總數(shù)為2600萬，預(yù)計(jì)到2018年全國路燈總數(shù)將達(dá)到3500萬，那么全國各地的路燈每天所浪費(fèi)的也是一筆不小的數(shù)目呢，所以此項(xiàng)研究是有積極的意義的，而且智能路燈不僅僅可以降低消耗成本，而且有助于緩解政府能源供應(yīng)和建設(shè)壓力，對(duì)減少有害廢氣的污染和保護(hù)環(huán)境也有巨現(xiàn)實(shí)的意義，我們要努力的去實(shí)現(xiàn)以人類本身為核心，全面的，協(xié)調(diào)的，能夠持續(xù)發(fā)展的中國自己的特色道路。本套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)有光線時(shí)燈自動(dòng)開啟，無光線是燈自動(dòng)熄滅，同時(shí)到達(dá)一定的時(shí)間點(diǎn)時(shí)，降低路燈的照射強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。

2智能路燈控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟硬件基礎(chǔ)2.1Stm32F103zet6單片機(jī)的簡單介紹本次論文的設(shè)計(jì)主要靠此款單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，其中用單片機(jī)上面的LED2和LED3進(jìn)行路燈的模擬，外接光敏傳感器對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。下面附上此款單片機(jī)的圖片。圖2-SEQ圖2-\*ARABIC1STM32開發(fā)板USB轉(zhuǎn)TTL:此處使用這個(gè)接口的原因是電腦的通信接口和單片機(jī)的通信接口是不一樣的，我們需要轉(zhuǎn)換才能確保電腦和單片機(jī)正常通信，從而保證能夠順利的將程序燒錄進(jìn)我們的單片機(jī)。LED1:電源指示燈，上電即常亮。LED2&&LED3：此處用來模擬路燈。IO口：將用來連接外設(shè)（光敏傳感器）。RTC時(shí)鐘電池："RTC"是RealTimeClock的簡稱，意為實(shí)時(shí)時(shí)鐘。RTC模塊之所以具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，是因?yàn)樗鼉?nèi)部維持了一個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器，通過配置，可以讓它準(zhǔn)確地每秒鐘中斷一次。但實(shí)際上，RTC就只是一個(gè)定時(shí)器而已，掉電之后所有信息都會(huì)丟失，因此我們需要找一個(gè)地方來存儲(chǔ)這些信息，于是就找到了備份寄存器。其在掉電后仍然可以通過紐扣電池供電，所以能時(shí)刻保存這些數(shù)據(jù)。后面的設(shè)計(jì)中我們將利用RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)來獲取時(shí)間，從而對(duì)單片機(jī)做下一步的處理。2.2光敏傳感器的介紹圖2-SEQ圖2-\*ARABIC2光敏傳感器2.2.1光敏傳感器的特點(diǎn)如圖2-2所示，光敏電阻模塊是用來檢測(cè)周圍環(huán)境的光照強(qiáng)度的，靈敏度就是調(diào)節(jié)光敏電阻靈敏度的，DO端與單片機(jī)直接相連，通過單片機(jī)來檢測(cè)高低電平，由此來檢測(cè)環(huán)境的光線亮度的改變。光敏電阻的阻值隨著光照強(qiáng)度的增加不斷地減小，當(dāng)模塊在環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定闕值的時(shí)候，那么其電阻兩端的電壓也會(huì)較低，此時(shí)DO端輸出高電平，當(dāng)外接環(huán)境光線達(dá)到設(shè)定闕值的時(shí)候，電壓較高，DO端輸出低電平。2.2.2光敏傳感器的工作原理光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的電阻器,其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。隨著光照強(qiáng)度的升高,電阻值迅速降低,由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電,在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng),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。其在無光照時(shí),幾乎呈高阻狀態(tài),暗電阻很大。下面是工作原理圖：圖2-SEQ圖2-\*ARABIC3光敏電阻工作原理圖LM393是集電極開路輸出的比較器,當(dāng)‘+’級(jí)電壓大于‘-’電壓時(shí)輸出高電平，單片機(jī)讀入數(shù)據(jù)是邏輯1；反之，輸出低電平，單片機(jī)讀入數(shù)據(jù)是邏輯0。VR1是滑動(dòng)變阻器，可設(shè)定闕值電壓，用于比較。電路分析：圖中①電路和②電路是并聯(lián)狀態(tài)，光敏電阻隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)會(huì)不斷地減小，那么②路的電壓也會(huì)不斷地減小，從而導(dǎo)致LM393‘+’級(jí)的電壓會(huì)比較低，而‘-’級(jí)電壓是固定的，那么顯然LM393會(huì)輸出低電平，單片機(jī)讀入邏輯0。當(dāng)光照強(qiáng)度很低的時(shí)候，光敏電阻的阻值非常大，因此‘+’的電壓很高，所以LM393會(huì)輸出高電平，單片機(jī)讀入邏輯1。

2.3KeiluVision5軟件首先我們編寫單片機(jī)程序后，可以用這款用來編譯，生成HEX代碼文件，才能燒錄到單片機(jī)里，單片機(jī)才能工作。其次，我們編寫好單片機(jī)程序，可不用燒錄，可以先仿真運(yùn)行和調(diào)試。在不燒錄的情況下，就可以仿真出程序的功能，很方便，避免浪費(fèi)時(shí)間，提高效率。2.4Mcuisp軟件上面介紹了怎么樣去將我們寫的代碼編譯生成HEX文件，而這款軟件是將我們剛剛生成的HEX文件燒錄到單片機(jī)中，并且可以隨時(shí)擦除燒錄進(jìn)單片機(jī)里面的代碼，很方便。下面我給大家展示一下這款軟件的內(nèi)部架構(gòu)：圖2-4Mcuisp工作界面圖2-4Mcuisp工作界面如圖2-6所示，打開這款軟件過后，首先去搜索空閑狀態(tài)下的串口，然后去設(shè)置串口的波特率，我的電腦的波特率是115200，在軟件的下方還有一個(gè)下拉選項(xiàng)，選擇DTR低電平復(fù)位，RTS高電平進(jìn)BootLoader，才能夠下載程序，最后直接將Keil編譯生成的HEX代碼放到這個(gè)里面，然后這個(gè)軟件就會(huì)幫我們把程序燒寫到單片機(jī)里面去。2.5串口調(diào)試軟件這款軟件的作用其實(shí)很簡單，因?yàn)槲覀冊(cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試的過程中肯定是要知道光敏傳感器檢測(cè)的光照強(qiáng)度的變化的，而這款軟件就可以幫助我們將光敏傳感器讀取到的值實(shí)時(shí)的在這款軟件上面顯示，便于我們判斷。下面給大家展示一下軟件內(nèi)部:圖2-5串口調(diào)試軟件工作界面圖2-5串口調(diào)試軟件工作界面這款軟件的使用很簡單，打開軟件后設(shè)置好端口號(hào)，然后打開串口就可以使用，然后在圖2-8中光標(biāo)停留的位置就會(huì)打印出我們想要的數(shù)據(jù)。如下圖所示：圖2-6串口調(diào)試軟件顯示內(nèi)容展示

圖2-6串口調(diào)試軟件顯示內(nèi)容展示3智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程3.1設(shè)計(jì)思路以及準(zhǔn)備資料的的介紹根據(jù)系統(tǒng)的要求以及總體的思路，設(shè)計(jì)出如下總體框圖：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC1設(shè)計(jì)流程圖3.1.1LED電路圖分析HYPERLINKmain函數(shù)LED關(guān)燈跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC2LED引腳電路圖如上圖3-2所示LED2對(duì)應(yīng)的GPIO是PE5,LED3對(duì)應(yīng)的GPIO是PB5,同時(shí)從上圖我們也可以知道，想要LED燈亮只需要給GPIO口一個(gè)低電平即可，使得LED的陽極和陰極形成一個(gè)電壓差，LED就會(huì)被點(diǎn)亮。3.1.2STM32固件庫的介紹首先所謂的固件庫說白了就是一堆函數(shù)的集合，這些固件庫函數(shù)向下呢負(fù)責(zé)與寄存器直接打交道，向上呢提供用戶函數(shù)調(diào)用的接口（api）。STM32固件庫將這些寄存器（Register）在底層操作給它封裝成一個(gè)個(gè)的函數(shù)，然后提供一整套接口（API）供開發(fā)人員調(diào)用，在大多數(shù)的情況下，我們不需要知道操作的是哪個(gè)寄存器（Register），只需要知道相應(yīng)的函數(shù)即可，然后去調(diào)用這個(gè)函數(shù)。3.2主程序代碼intmain(void){ u8adcx; delay_init(); //延時(shí)函數(shù)初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí) uart_init(9600); //設(shè)置串口的波特率 LED_Init(); //LED的初始化 Lsens_Init(); //初始化光敏傳感器 RTC_Init(); //RTC的初始化 while(1) { adcx=Lsens_Get_Val(); printf("光照強(qiáng)度：%d\n",adcx); if(adcx>50){ printf("檢測(cè)為白天，LED燈全部關(guān)閉.\n"); LED2=1;//PE5置為高電平LED燈電路圖 LED3=1; //PB5置為高電平 }else{ printf("檢測(cè)為黑夜，雙燈全部打開\n"); LED2=0; LED3=0; printf("即將判斷是否進(jìn)入節(jié)能模式\n");//5秒后進(jìn)行判斷 delay_ms(1500);//1s=1000ms if(calendar.hour>00 &&calendar.hour<04){ LED2=1;LED3=0;printf("滿足條件，路燈進(jìn)入節(jié)能模式，開啟\n");delay_ms(1500);//本應(yīng)該延時(shí)四個(gè)小時(shí)，但是定時(shí)器會(huì)溢出，所以延時(shí)1.5秒 } } delay_ms(1500); }3.2.1延時(shí)函數(shù)初始化延時(shí)函數(shù)在Stm32官方網(wǎng)站上是和固件庫一起封裝好的，具體函數(shù)如下，我們只需要調(diào)用即可。延時(shí)函數(shù)跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC3延時(shí)函數(shù)初始化3.2.2設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)HYPERLINK設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)跳回中斷優(yōu)先級(jí)分組，相關(guān)內(nèi)容在STM32固件庫的misc.h文件中有詳細(xì)定義，我們只是調(diào)用，在這里我們就不深究了。3.2.3設(shè)置串口的波特率串口通訊，主從雙方波特率必須一致才能有效傳遞數(shù)據(jù)。如圖3-4是我的電腦端口的波特率。HYPERLINK設(shè)置串口的波特率跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC4PC端波特率3.2.4LED的初始化初始化PB5和PE5為輸出口.并使能這兩個(gè)口的時(shí)鐘。LED的初始化跳回如下圖3-5是我的初始化函數(shù)：圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC5LED初始化函數(shù)

3.2.5光敏傳感器的初始化如下圖3-6所示：HYPERLINK初始化光敏傳感器跳回圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC6光敏傳感器初始化

圖3-SEQ圖_3-\*ARABIC6光敏傳感器初始化3.2.6RTC時(shí)鐘的初始化RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘已經(jīng)被官方封裝好放進(jìn)函數(shù)庫，我們?nèi)绻枰獣r(shí)間的話可以直接調(diào)用，涉及到一個(gè)時(shí)間的結(jié)構(gòu)體，我放在下面了。HYPERLINKRTC的初始化跳回圖3-7RTC時(shí)鐘初始化

圖3-7RTC時(shí)鐘初始化4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展示4.1程序代碼與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的無縫銜接為了方便展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，測(cè)試所用的代碼可能會(huì)與上面所展示的代碼有點(diǎn)區(qū)別，但是現(xiàn)象會(huì)更加的明顯，總體程序是沒有什么影響的。以上便是我的測(cè)試代碼，圖片中的①②③是相對(duì)于上面的程序代碼的變更點(diǎn)。：打印當(dāng)前的時(shí)間，方便觀察和判斷是否進(jìn)入節(jié)能模式。：為了測(cè)試方便，我將時(shí)間改成（9:00～12:00），方便觀察節(jié)能模式。：由于ST官方提供的延時(shí)函數(shù)最大延時(shí)時(shí)間只能達(dá)到1.864s，所以我不得不將延時(shí)時(shí)間調(diào)成1.5s，否則定時(shí)器會(huì)溢出，造成定時(shí)器失效。上面的時(shí)間只是模擬，實(shí)現(xiàn)功能即可。程序?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)象

4.2實(shí)物展示

以上便是實(shí)物的展示，經(jīng)測(cè)試和指導(dǎo)老師的幫助，沒有發(fā)現(xiàn)不可行的問題，智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上可以確定，謝謝。

5總結(jié)整個(gè)畢設(shè)的過程對(duì)于我來說其實(shí)挺漫長的，我從開始選材，到完成這個(gè)設(shè)計(jì)花費(fèi)了我很長的一段時(shí)間。有些東西雖然學(xué)習(xí)過，但是往往是淺入淺出，點(diǎn)到即止，沒有真正的將老師講的知識(shí)點(diǎn)全部掌握，所以給我的畢設(shè)進(jìn)度造成了一定程度上的影響。雖然整個(gè)過程很艱難，但是我真的是感覺有所得，能夠?qū)⒁郧皩W(xué)習(xí)過的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中去我感覺真的死特別特別的爽，有一種莫名其妙的成就感，而且也可以學(xué)習(xí)到很多的新鮮知識(shí)，讓我知道我不懂的東西還有很多，世界很大，我需要經(jīng)常出去走走，多學(xué)習(xí)一點(diǎn)東西，希望以后可以成為一名合格的嵌入式軟件工程師。 雖然我是一名工科生，但是由于我的水平有限，設(shè)計(jì)出來的東西可能有有些瑕疵與不足，可能存在各種各樣的問題，希望諸位老師能夠多多指正，幫助我成長，謝謝老師們。

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