电气自动化专业毕业设计.doc
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1、毕业设计 题目名称:基于单片机的智能路灯控制器设计院系名称:电信学院专业名称: 工业自动化学生姓名: 钱剑华指导老师:李鸿征二一五年五月中图分类:TP273 密级:无UDC: 单位密码:10465基于单片机的智能路灯控制器设计Design of intelligent lighting controller based on MCU院系名称:电信学院学生姓名:钱剑华指导教师:李鸿征中原工学院中原工学院毕业设计 目录 摘 要随着城市规模的不断扩大,现有的路灯管理的方式方法已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要,必须依靠现代化的高科技管理手段。路灯管理工作需要一个以计算机为核心的、自动化的管理手段
2、来替代普通的路灯监控系统。使整个城市照明监测,决策和管理工作建立在计算机信息网络平台之上。因而单片机在路灯系统中的应用应运而生。单片机具有集成度高,处理能力强,可靠性高,系统结构简单,价格低廉的优点,因此在路灯照明工程中被广泛应用。单片机技术中的计时系统是单片机在的一个典型的应用。通过计时系统来对时间进行有效的控制。在路灯设计的定时系统中将得到更好的应用.设计通过MSC-52系列的AT89S52芯片做为核心控制系统,外加另外的光电检测电路,报警和故障显示电路,输出驱动电路,电源电路和定时电路等一起来设计一个智能路灯控制器,去应对外部的环境.而且能起到节约能源的作用,让其可持续发展。关键词: A
3、T89S52 控制器 智能路灯AbstractWith the constant expansion of the city, the existing street lighting management methods cannot meet the needs of urban street development and management, must rely on modern hightech management method。 Lamps need a computer as the core of the management, automated management
4、tools to replace ordinary Street lamp monitoring system。 The city lighting monitoring and decision-making and management work on a computer information network platform。 Thus the application of single chip microcomputer in street lighting system comes into being。SCM has high integration, processing
5、capability, high reliability, simple structure, low price advantages, so is widely used in street lighting projects。 Of singlechip microcomputer timing system is a singlechip computer in a typical application。 Time by timing systems for effective control。 Street lights will be better used in the des
6、ign of timing system。 Design by MSC52 AT89S52 chip as the core control system, plus the addition of photoelectric detection circuit, alarm and fault display circuit output driver circuit, power supply circuits and timing circuits together to design an intelligent light controller, to cope with the e
7、xternal environment. And can play a role in energy conservation, its sustainable development。Keywords : AT89S52 controller intelligent lighting目录摘 要IAbstractII目录III第一章 绪 论11.1路灯的发展史11。2设计的缘由11.3设计的目的和意义11.4智能路灯的预期目标21.4本章小结2第二章 系统方案设计及论证32.1总体的设计框图32.2中断系统42。2.1中断的定义42。2。2中断的意义42.2。3中断控制42.2.4中断处理过程
8、52。3系统核心部件单片机的选择62.4光检测元器件的选择62.5时钟芯片显示器的选择62。6定时模块的选择62.7驱动模块的选择72.7本章小结7第三章 硬件的设计73。1 硬件设计原则73.2单片机的最小系统83.2。1时钟电路93。2。2复位电路103。3光信号检测电路设计103。4故障检测报警电路设计113。5定时和显示电路设计123。6按键电路设计133。7电源电路设计143。8看门狗电路的设计153.9电流源驱动电路15图39电流源驱动电路163.10模拟路灯设计163.11本章小结16第四章 软件的设计174.1主流程的设计如下所示:174.2中断程序流程图184.3主程序194
9、.4中断程序194.5 DS1302驱动程序设计194.6 X5045驱动程序设计194.7本章小结19第五章 硬件与软件的调试205。1硬件的调试205.2软件的调试20总 结21致 谢22参考文献23附录I:总体硬件设计电路图24附录:主程序加各个模块的软件设计251主程序设计:252。光检测程序263 DS1302驱动程序设计274 X5045驱动程序设计305 故障显示程序326 中断程序33III中原工学院毕业设计附录:主程序加各个模块的软件设计第一章 绪 论1.1路灯的发展史人类的发展史是一部追求光明的创业史,火的运用是人类文明进步的重要里程碑。远古先民点燃的篝火就是最早的灯火.1
10、843年,中国上海街头出现了第一盏路灯,尽管它是煤油点燃的,可在人们的心目中,比月光还要圣神。黄埔江边摩肩接踵的人群专门前往一睹风采。后来,上海租界的路灯又改为煤气灯.是从伦敦移植过来的,亮度比煤油灯提高了数倍,在夜间行人的眼中,简直就是夜晚的“太阳”。直到1879年,上海十六浦码头终于亮起了中国第一盏电灯,配备的是一台10马力的内燃机发电组,相当于一辆手扶拖拉机的功率.初时的马路电灯在每根电线杆上装闸刀开关,仍需工人每天开启关闭.3年后,改用若干路灯合用一个开关,这种形式的路灯在全国各城市中一直沿用到20世纪50年代。英国:正人类尝试在城市街道上进行人工照明始于15世纪初。1417年,为了让
11、伦敦冬日漆黑的夜晚明亮起来,伦敦市长亨利巴顿发布命令,要求在室外悬挂灯具照明.后来,他的倡议又得到了法国人的支持。16世纪初的时候,巴黎居民住宅临街的窗户外必须安装照明灯具。路易十四时,巴黎的街道上出现了许多路灯。1667年,被称为”太阳王的路易十四还正式颁布了城市道路照明法令.传说,正是因为这部法令的颁布,路易十四的统治才被称为法国历史上的”光明时代。1.2设计的缘由由于路灯的发展史是一部曲折的历史,并且由于以前技术的原因,路灯没有多大的发展,以前的路灯由于消耗电量太多,不能起到节约能源的作用,现在都被一些智能路灯所替代,智能路灯是由单片机控制的,由于单片机目前使用范围很广,所以在智能路灯里
12、面也起到了决定应作用。单片机具有优异的性能价格比,集成度高,体积小,质量轻,可靠性高,控制能力强,低电压,低功耗等优异的特点,所以这样的设计才是最科学的。1.3设计的目的和意义随着社会的发展,电能已经成为了人们所关注的焦点,但是在我国电力资源日益紧张的情况下,由于电能是关系到国家发展,人们生产生活的一个重要问题。电能现在已经成为生活中不可或缺的一种资源。但是对于现在目前由于各大城市的路灯利用率不高的问题,特别是过了12点以后,走路的少了,而路灯一直处于工作,这对能源来说是不小的浪费的。智能路灯意义就在于以下几个方面。1)可以节约用电,减少财政支出2)实现比较人性化的控制,在的限度的发挥路灯的作
13、用3)有益于发现路灯的障碍,方便维修4)提高路灯的质量和使用寿命。5)进行再进一步的研究,可以应用到更加复杂的场合。1.4智能路灯的预期目标所谓的智能路灯,肯定要比一般的路灯要好得多,我所要实现的功能是:1)在白天的时候因为亮度大,清晰,路灯不工作.2)等到夜晚无光的时候,这就要打开路灯了,等到了12点以后,因为马路上的人流量比较小,不能让路灯一直工作,所以我设计是12点以后,关闭一部分路灯.3)等到早上到时间了全部关闭路灯。4)能自动报警显示路灯出现的编号。1.4本章小结本章主要介绍了路灯的发展历史,设计的缘由、预期达到的目的,在理论和研究方面的目的和意。2第二章 系统方案设计及论证2。1总
14、体的设计框图总体的设计思路是,单片机是整个系统的核心,起到控制其他模块的作用。光检测模块是当检测模块检测到有光或者无光及比较暗的情况下,系统会自动给出低电平或者是高电平,来指示单片机以及各部件工作从而达到智能控制。显示模块和定时模块是相互作用,通过显示模块显示所需的的时间,定时器达到定时的效果。二者工作时受单片机控制,当达到时间时,单片机系统确定给驱动系统电平来控制路灯的亮与灭。故障报警电路,当显示时间出错,会出现报警。各模块相互作用,共同构成一个控制器.总体设计如图21所示电源模块AT89S52单片机定时器模块显示模块光检测模块驱动模块故障报警模块路灯图21总体设计框图Figure 21 o
15、verall design diagram2.2中断系统2。2。1中断的定义在程序执行的过程中,由于外部或内部的原因,必须终止当前执行的程序,而去执行相应的处理程序,等处理结束后,再回来继续执行被终止的程序,这个过程就叫中断。2.2。2中断的意义中断可以解决快速的CPU与慢速的外设之间的矛盾,使CPU和外设同时工作。CPU在启动外设工作后继续执行主程序,同时外设也在工作。每当外设做完一件事就发出中断申请,请求CPU中断它正在执行的程序,转去执行中断服务程序(一般情况是处理输入/输出中断处理完之后,CPU恢复执行主程序,外设也继续工作。这样,CPU可启动多个外设同时工作,大大地提高了CPU的效率
16、。2.2。3中断控制1)中断屏蔽在中断源与CPU之间有一级控制,类似开关,其中第一级为一个总开关,第二级为五个分开关,由IE控制。EA - 总控制位ES 串口控制位 ET1- T1中断控制位 EX1 /INT1控制位ET0 T0中断控制位 EX0 /INT0控制位若为“1,允许(开关接通)若为“0”,不允许(开关断开)例如,SETB EACLR IE。72)中断优先级为什么要有中断优先级?CPU同一时间只能响应一个中断请求。若同时来了两个或两个以上中断请求,就必须有先有后.为此将5个中断源分成高级、低级两个级别,高级优先,由IP控制。以上各位与IE的低五位相对应,为“1时为高级.初始化编程时,
17、由软件确定.例如,SETB PT0 或SETB IP1 CLR PX0等。同一级中的5个中断源的优先顺序是:外部中断0,定时器T0中断,外部中断1,定时器T1中断,串行口中断。 2.2.4中断处理过程 中断处理过程大致可分为四步:中断请求、中断响应、中断服务、中断返回1)中断请求 中断源发出中断请求信号,相应的中断请求标志位(在中断允许控制寄存器IE中)置“1”。2)中断响应 CPU查询(检测)到某中断标志为“1”,在满足中断响应条件下,响应中断。 中断响应条件: 该中断已经“开中”; CPU此时没有响应同级或更高级的中断; 当前正处于所执行指令的最后一个机器周期; 正在执行的指令不是RETI
18、或者是访向IE、IP的指令,否则必须再另外执行一条指令后才能响应。3)中断响应操作 CPU响应中断后,进行下列操作: 保护断点地址; 撤除该中断源的中断请求标志; 关闭同级中断; 将相应中断的入口地址送入PC;80C51五个中断入口地址:INT0:0003H;T0:000BH;INT1:0013HT1:001BH;串行口:0023H2.3系统核心部件单片机的选择本设计采用的是Atmel公司的AT89S52单片机, AT89S52 单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器,具有8K 在系统可编程存储器.使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全
19、兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。也可以支持外部扩展,数据指针有两个。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,有5个中断源,和3个定时计数器。使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案,执行程序速度和功耗可以满足一般系统的要求,是实现阶段比较常用的微处理器。2.4光检测元器件的选择由于提供的输入信号相对来说对环境的要求较高,而且要符合系统在现实生活中的实用性等原则,所以使用光敏电阻与电源相连,通过上拉电阻给51单片机输入信号,并进行相应的后续程序操作。2.5时钟芯片显示器的选择液晶显示器,其偏振光能在液晶里
20、旋转;如果加有电场,则扭曲结构失效,光就不能通过 。扭曲向列液晶不但响应慢(0.1秒),而且门限的斜率小,因此限制矩阵选址的行数,多用于单字符显示。液晶显示器件还有液晶光阀和用液晶和薄膜晶体管制做的显示板。液晶显示器件由于其功耗低,平板显示等优点,是未来显示技术的重要发展方向之一。2.6定时模块的选择现在流行的串行时钟电路很多,如DS1302、 DS1307、PCF8485等.其优势是可以单独使用,直接连接到单片机外围,有自己独立的时钟晶振,精度较高。单片机通过串行接口读取和写入当前的时钟值,时钟芯片的运行受单片机死机的影响少.2.7驱动模块的选择采用恒流源驱动芯片,目前市场上成品的恒流源驱动
21、芯片比较多,一般采用使用取样电阻调节输出电流的方式。这些芯片使用方便,性能较好,但价格较贵.2。7本章小结通过这一章的设计,选择了最合适的模块器件,为系统的硬件设计打下了坚实的基础。第三章 硬件的设计3.1 硬件设计原则1、尽可能选择典型电路,为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求.3、硬件结构应结合程序设计方案一并考虑。考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实现,以简化硬件结构。4、系统中的相关元器件要尽可能做到性能匹配。5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分.6、尽量减少外围。系统器件越多,器件之间相互干扰也越强
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