1、學科分類號本科生畢業論文（設計）題目（中文）：路燈控制器的設計與實現（英文）：DesignandImplementationStreetLampController2013年5月10日目錄摘要關鍵詞AbstractKeywords1前言選題背景研究現狀研究目的和意義2任務分析與方案論證任務分析系統主控模塊方案選擇光電轉換方案選擇顯示模塊方案選擇3系統硬件設計單片機最小系統光控電路繼電器驅動電路報警電路1602液晶顯示4 軟件設計主程序流程圖初始化程序定時器中斷延時程序5 調試與分析調試分析6 總結參考文獻致謝附錄附錄A系統總圖附錄BPCB圖附錄C實物圖附錄D部分源代碼：路燈控制器的設計與實現摘

2、要本文介紹了一個路燈控制器的設計與實現方案，用以實現路燈的自動控制。方案以STC89C52為核心，通過按鍵選擇時鐘控制功能、光照強度控制功和改變開燈與關燈的時間；通過1602液晶能顯示路燈控制模式和延時時間；利用單片機內部定時器T0、T1設定系統開關燈的時間和延時時間；利用光敏電阻對光線強弱時電阻值的變化原理實現了路燈控制器對光線強弱的自動控制。該系統使用廣泛，功能完善，成本低廉，可以在走廊、衛生間、樓道和道路兩旁等公共場所的路燈上安裝，這樣既能方便管理，也可以節約能源。關鍵詞路燈控制；STC89C52單片機定時器；光敏電阻；繼電器DesignandImplementationofStreet

3、LampControllerAbstractThispaperintroducesthedesignandimplementationofastreetlampcontroller,usedtorealizetheautomaticcontrolofstreetlamp.SchemewithSTC89C52asthecore,theclockcontrolfunction,thelightintensitycontrolpowerandchangethetimetoturnonthelightsandturnoffthelightsthroughthebuttontochoose;by1602

4、LCDcandisplaylightingcontrolmodeandthedelaytime;settingsystemswitchlightsuseMCUinternaltimerT0,T1timeanddelaytime;tochangetheresistancevalueofthelightintensity.Torealizetheautomaticcontrolofstreetlampcontrollerbasedontheintensityoflightphotosensitiveresistor.Extensiveuseofthesystem,perfectfunction,l

5、owcost,canbeinstalledinthebathroom,corridor,corridorandotherpublicplacesinthestreetonbothsidesoftheroad,soastofacilitatethemanagement,butalsocansavetheenergy.Keywordstimer；Streetlampcontrol；STC89C52；ThemicrocontrollerPhotosensitiveresistance;Relay1 前言選題背景目前路燈照明耗電量約占總耗電量的15%，全國各地無不面對電力緊張帶來的各種問題。城市路燈照

6、明是人們日常生活中必不可少的公共設施，隨著城市規模的不斷擴大，對城市道路照明的城市亮化工程需求也更大，能源的供需問題也越來越突出，所以節電節能、綠色照明的要求越來越迫切1。面對緊張的供電形勢，路燈巡查對市政部門來講是一項需要耗費大量人力物力的工作?，F有的路燈管理的方式已遠遠不能滿足城市路燈發展與管理的需要，必須依靠現代化的高科技手段。而路燈控制器的自動化控制能滿足這個要求，路燈控制器工作需要一個以MCU為核心的自動化控制手段來替代普通的人工路燈控制系統。它在白天的時候（或者說是光線亮的時候）燈不會亮；在晚上（或者說是光線暗的時候）燈便會亮。路燈控制器它就是這樣一個可以代替人工巡查的系統。它可以

7、廣泛地應用在走廊、衛生間、樓道、及道路兩旁的路燈上等處，這樣既方便了自身，又節約了電能2。由于單片機具有集成度高，處理能力強，可靠性高，系統結構簡單，價格低廉的優點，因此在路燈照明工程中被廣泛應用。研究現狀目前，市場上普遍采用的路燈控制技術主要有以下三類：人工干預控制、時鐘控制、獨立控制技術3。人工干預控制。在道路照明設施建設之初，按照需要的照明方式施工建設以實現路燈的隔一亮一等特殊照明模式。在需要開啟/關閉路燈時派出人員操作控制開關來實現對路燈的控制。優點：具有一定的應變能力。缺點：由于路燈的數量日益增多，保障路燈的正常工作的壓力也隨之加大，管理難度大、安全系數低、工作量大、不能檢測整個線路

8、路燈的工作狀況，工作狀態大多依靠工作人員夜間的巡查和群眾的投訴，因此發現故障不及時。時鐘控制。其原理是將原人工控制開關更換為時鐘控制器，由此實現一般狀況下的路燈自動控制。優點：一般狀況下可免除人干預工作量、降低成本。缺點：應變能力較差，如果將時鐘控制器設置在每天19：00開啟次日08：00關閉，則無論在任何季節以、氣象條件和能見度的情況下都將死板的按照預定時間工作。獨立控制技術。其原理是在每個路燈的線路上加裝控制檢測器，并采用無線或有線的方式與控制主機相連再采用有線或無線的方式與控制系統連接，以此來實現對路燈的開關控制或定時開關控制。并可實現預設的工作模式，以及對路燈故障精確偵測并報告。優點：

9、高程度自動化，高應變能力提供多樣的工作模式并可檢測路燈故障。缺點：造價高昂，施工難度大：要在每盞路燈下安裝獨立的控制器施工難度可想而知，由此又使得工程造價過高4。研究目的和意義2008年8月開始實施的國務院辦公廳關于深入開展全民節能行動的通知第五條規定：“控制路燈和景觀燈的照明，在保證車輛，行人安全的前提下，合理的開啟和關閉路燈”。這是國家對于道路照明給出的既節能又保障公共設施運轉的策略?？梢娐窡艨刂普彰髟诠澞苤衅鹬陵P重要的作用。在學校、機關、廠礦等企業單位的公共場所以及居民區的公共樓道，長明燈現象十分普遍，這造成了能源的極大浪費。另外，由于頻繁開關或者人為因素，墻壁開關的損壞率很高，增大了

10、維修量，浪費了資金。路燈控制器的設計與實現是響應國家政策實行環保節能的路燈照明環境的重要方式，它解決了傳統路燈實現的方法存在控制能力不足；它解決了掌握路燈設備的工作狀態的不及時性；它解決了路燈調節操控能力不足的缺點；它實現了路燈的精確的節能方法；它做到了照明的節能環保和高效。同時，根據路燈控制器的組成和性能，適用范圍及工作原理，廣泛的使用在城市的道路、學校、機關廠礦等企業單位的公共場所等，可以使人們生活更加方便安全，并且節電的效果十分明顯，大大減少了維修量，節約了資金，使用效果也非常好，有長遠價值5。2 任務分析與方案論證任務分析根據題目要求，系統主要包含主控模塊、鍵盤模塊、光電轉換、顯示模塊

11、等。針對題目要求，初步的思路安排如下：在STC89C52單片機的基礎上，對路燈的開、關控制進行自動調節，首先實現對路燈在正常情況下的開關，如，路燈每天晚上工作的時間。再實現其對特殊狀況的應急控制（如長時間的陰雨天氣等非常態的情況）。具體思路如下：（1）光線暗時，路燈自動點亮，直到光線強時，路燈會自動熄滅。（2）設置節能模式，路燈在夜間可進入節能狀態。（3）在白天，光信號接收器的光線入口被短時間遮擋時，不會出現白天路燈被開。（4）為了保護照明電路，在路燈線路出現故障時，及時發出警報。方案論證系統主控模塊方案選擇方案一：采用SPCE061A單片機進行控制。雖然SPCE061A凌陽單片機具有強大的功

12、能的16位微控制器，I/O資源豐富，存儲空間大，能配合LCD液晶顯示的字模數據存儲。但是，它不是常用單片機，從而加大了使用和功能實現的困難，成本也較高。方案二：采用可編程邏輯器件FPGA乍為控制器。FPGA可以實現各種復雜的邏輯功能、規模大、密度高、體積小、穩定性高、I/O資源豐富、易于進行功能擴展、系統的處理速度快，適合作為大規模控制系統的控制核心。但本系統不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度的要求也不是非常高。方案三：采用STC89C52單片機進行控制。該單片機具有IPA功能，支持在線下載，內部集成了EEPRQMSTC89C52是我們比較熟悉的一種常用單片機，指令系統與AT89C51兼容

13、，價格便宜，容易購買。與方案一、方案二比較方案三采用STC89C52可以滿足設計要求，而且減少設計復雜程度，所以本設計采用方案三6。光電轉換方案選擇方案一：采用光敏二極管。采用光敏二極管的最簡單的光檢測電路，其輸出電壓隨入射光量的對數呈線性變化，但容易受溫度變化的影響。而且光敏二極管只在黑暗的環境中對移動的白色物體反應比較靈敏，而在白天（自然強光），電阻的變化不大。方案二：采用光敏電阻。光敏電阻的有可靠性強，體積小和高靈敏度，反應速度快的優點。但是光敏電阻響應速度不快，在MS到S之間，延遲時間受光照影響。綜合考慮以上兩種方案，光敏電阻在光線的感應更穩定，使設計更完善，由此本設計采用方案二。顯示

14、模塊方案選擇方案一：采用數碼管顯示。控制起來比較簡單，編程也不是很難，但在實際電路當中，焊接比較煩瑣，占用空間大，性價比不高，由于本系統需要顯示的數據較多，要同時顯示多個字符，如果采用LED數碼管需要用動態掃描，閃爍感強，對人眼有一定的損害，還要有相應的芯片(如74HC573r芯片等)組合，占用資源。方案二：采用1602LCD液晶顯示，顯示內容豐富，畫面穩定不閃爍，對人眼損害很弱，抗干擾性強，且功耗低，符合環保節能要求，使用壽命長等優點不需要外加蕊片組合，可以直接與單片機連接，單片機可以通過軟件編程，來實現對液晶的顯示的控制與設定。鑒于上述兩種方案，方案二滿足設計需求，使用起來十分方便，環保而

15、且有長遠的價值，而且本設計采用方案二。3 系統硬件設計設計與實現路燈控制器，通過模塊化的設計思想提高整個系統的設計效率、準確性。整個系統分為單片機控制模塊、按鍵模塊、環境亮度檢測模塊和顯示模塊，各個模塊采用Proteus和Multisim進行軟件仿真模擬。在利用AltiumDesigner對硬件電路進行原理圖繪制和PCB的制作。最后結合各個模塊的研究，整合各個模塊硬件進行對整個系統的調試，以完成系統的整體設計。單片機最小系統通過按鍵S5()控制路燈的工作模式為時控或者光控。當時控時，當系統時間與實際時間不同時，可通過按鍵調節系統時間。當光控時，根據光線的強弱調節路燈的亮滅。圖單片機最小系統1)

16、STC89C52單片機控制模塊采用STC89C5，2有以下特性：增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU。工作電壓為。 工作頻率范圍為0-40MHZ實際工作頻率可達48MHz 片上集成128B/512BRAM。 ISP（在系統可編程/）IAP（在應用可編程），無需專用編程器/仿真器即可通過串口（）直接下載用戶程序，8KB程序3s即可完成下載。 共2個16位定時器/計數器，其中定時器0還可以當作2個8位定時器使用。 4路外部中斷，下降沿中斷或者低電平出發中斷。基于STC89C52R單片機具有的這些特點，它完全能夠滿足本系統的開發要求，路燈控制系統是有單片機為核心部件的控制電路組成

17、。如圖，控制者通過人機界面選擇路燈控制模式后，單片機通過對端口的電平的檢測光強度的變化，同時啟動內部定時器T0的開始計數，當達到預定的延時時間后，單片機向發送路燈亮滅變化的開關控制命令。（2）復位電路單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現死機，按下重啟按鈕電腦內部的程序從頭開始執行。單片機也一樣，當單片機系統在運行中，受到環境干擾出現程序跑飛的時候，復位后單片機內部的程序自動從頭開始執行。圖復位電路如圖中，RESET網絡端口連接的是STC89C52勺9號引腳（復位端），電容C3的的大小是10uF,電阻R3的大小是10k。所以根據公式，可以算出電容充電到電源電壓的倍（單片機的電源

18、是5V,所以充電到倍即為），需要的時間是10K10uF=（式3-1）在單片機啟動后，電容C3兩端的電壓持續充電為5V,這是時候10K電阻兩端的電壓接近于OV,RESET處于低電平所以系統正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩端形成了一個回路,電容被短路,所以在按鍵按下的這個過程中,電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓在內，從5V釋放到變為了,甚至更小。根據串聯電路電壓為各處之和,這個時候1OK電阻兩端的電壓為，甚至更大，所以RESET引腳又接收到高電平，單片機自動復位。（3）晶振電路單片機系統里都有晶振,在單片機系統里晶振作用非常大,他結合單片機內部電路產生單片機

19、所需的時鐘頻率,單片機晶振提供的時鐘頻率越高,那么單片機運行速度就越快,單片接的一切指令的執行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。圖晶振電路STC89C52使用的晶體振蕩器作為振蕩源，由于單片機內部帶有振蕩電路,所以外部只連接一個晶振和兩個電容即可,本系統晶振電路是由一個晶振和2個2Op的瓷片電容接在單片機18,19引腳上構成的,晶振作用只要是控制時鐘的頻率,瓷片電容只要是對頻率起微調的作用。（4）按鍵電路本系統采用獨立按鍵,低電平有效,單片機I/O接按鍵到地。當按鍵按下時,單片機I/O口與地之間相當于短路,所以和I/O口為低電平。本系統設計按鍵,主要控制路燈亮滅的模式和調整系統和光控延時時間

20、。圖按鍵電路：在選擇模式為時控模式時，時間調整按鍵，按下鍵可以調整系統時間，通過1602上顯示。在選擇光控模式時，在以按下之后，可以調節光控延時的時間長短，延時時間系統的單位為秒鐘。：不同模式下，分別可以調節系統時間和光控延時時間。：不同模式下，分別可以調節系統時間和光控延時時間。模式選擇。選擇路燈控制的模式。光控電路在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，當光敏電阻受到適當的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時即可加直流電壓也可加交流電壓7。圖光電轉換電路如圖所示，當光線強時光敏電阻r8阻值很小,通過電橋判斷可以得出，U3的反相

21、端的電壓低于同相端，比較器U3的輸出端此時輸出高電平，使三極管Q2基極處電壓正偏，三極管處于導通狀態，電流可流過R51,通過Q2到地，此時三極管Q2的集電極電壓為左右，從而單片機口接收到得就是Q3集電極的低電平，在單片機內部軟件程序判斷做出相應的判斷為光照照度為強。反之，當光線弱時光敏電阻r8阻值很大，光線越暗r8的阻值也就越小，則U3的反相端的電壓高于同相端，比較器U3的輸出端此時輸出低電平，即此時使三極管Q2基極處電壓反偏，基極電壓在以下，三極管處于截止狀態，Q2此時相當于斷路，所以電流只能從VCC流經R51在通過R5到單片機I/O口，從而單片機口接收到得就是VCC的高電平，在單片機內部軟

22、件程序判斷做出相應的判斷為光照照度為弱。繼電器驅動電路繼電器為當輸入量（如電壓，電流，溫度等）達到規定值時，使控制的輸出電路導通或斷開的電器。在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點吸合8。這樣的吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。圖繼電器驅動電路如圖，在由單片機口發出高電平使三極管Q1導通，電流可從VCC經過繼電器JD1和三極管Q1到地，繼電器JD1當有電流通過是

23、3腳和4腳之間導通，即220V的交流電與燈泡串聯導通，從而燈泡亮。反之，低電平時三極管Q1截止，則沒有電流通過繼電器，所以相當于路燈的開關沒有打開，路燈滅。報警電路當24小時內單片機未接到光線強弱變化；白天光線強的時候路燈自動開啟；晚上光線暗的條件下路燈未亮等情況單片機都會發出信號使蜂鳴器報警。圖蜂鳴器報警如圖所示，當單片機I/O口口傳送的是高電平是電流流經R9在三極管Q3處形成一個大于的電壓，所以三極管Q3導通，電流可以直接從VCC流經蜂鳴器在經三極管到GND此時蜂鳴器發出聲音。相反如果單片機傳送的是電平，則三極管不導通，蜂鳴器則不響。1602液晶顯示本系統設計采用1602液晶做顯示器。16

24、02采用標準的16腳接口，其中引腳功能分別如下：第1腳：VSS為電源地。第2腳：VD接5V電源正極。第3腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產生“鬼影”，使用時通過一個10K的電位器調整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數據寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平1時進行讀操作，低電平0時進行寫操作。第6腳：EN端為使能（Enable）端。第714腳：D0-D7為8位雙向數據端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負極。電路模塊如下圖：圖1602顯示電路本系統只要用于顯示路燈的

25、控制模式、系統的時間、預定亮燈的時間和光控的延時時間。4軟件設計軟件基于Keil采用C語言編寫，把系統的軟硬件結合起來，通過對單片機的編程，主要是突出用編程軟件達到控制硬件的目的。利用它的內部定時器和計數器功能完成路燈的時控功能，實現軟件對路燈的亮、滅和亮的時間控制等，利用單片機對I/O口對高低電平的檢測，再輸出信號控制路燈亮滅。主程序流程圖路燈控制器的設計與實現主要功能是要實現路燈的自動控制本系統開始進入初始化后，可選擇路燈的控制模式，分別為光控模式和時控模式。系統主程序流程圖如下：圖系統主程序流程圖初始化程序系統的初始化主要包括蜂鳴器的關閉、液晶初始化、定時器初始化。液晶初始化可以使操作者

26、能通過液晶的顯示看到系統的工作模式從而更好的操作。定時器初始化的目的是系統時鐘的校準和更新。具體代碼如下：voidinit()feng=0;福寬.一種新型的節能路燈控制器J，大眾科技2009年第六期：145162.2 .任為民主編.電子技術基礎畢業設計：北京：中央廣播電視大學出版社，1997:5975.3 .謝克明主編.電工電子技術簡明教程北京：高等教育出版社，2003:8295.4 .何勇.王先澤.光電傳感器及應用M.北京：化學工業出版社，2004第一版:3059.劉福太.電子電路495例M.科學出版社，2007:142170.6 .高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程-2009年全國

27、大學生電子設計競賽試題剖析.電子工業出版社，2009：177190.7 .高吉祥.模擬電子技術（第二版）.電子工業出版社，2007:50-81.8 .華永平.電子線路畢業設計M.東南大學出版社，2001:3036.9 .郭天祥.51單片機C語言教程M.電子工業出版社，69.10 .高吉祥.全國大學生電子設計競賽培訓系列教程模擬電子線路設計.北京：電子工業出版社，：6779.11 .譚浩強.C程序設計（第二版）M.清華大學出版社，1999：95102致謝附錄附錄A系統總圖附錄BPCB圖附錄C實物圖附錄D部分源代碼：/*作品：路燈控制器作者：徐佳單片機：STC89C52RC晶振：編譯環境：Keil

28、uVision4*/#include<>#include<>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P1A0;/液晶寫sbitrw=P1Al；sbitlcden=P1A2;sbitkey1=P2A0;sbitkey2=P2A1;sbitkey3=P2A2;sbitkey4=P2A3;sbitkey5=P2A4;ucharkk=0;voidwrite_com(ucharcom);voidwrite_date(uchardate);voidinit_lcd1602();voiddelay(uintx);voi

29、ddisplay_init();voidinit_inter();sbitlamp=P2A7;sbitjc=P2A5;sbitfeng=P1A3;/液晶讀/使能/按鍵一/按鍵選擇模式/液晶寫操作/液晶讀操作/液晶初始化/延時程序/初始化頁面/初始化定時器/檢測光線強弱/蜂鳴器uinttime1=20,time2=0,time3=0,time4=2,time5=0;uintshi=17,fen=59,miao=30,c=0,qq=0;uchartable1="S:19h6h"uchartable2="X:14:30:00"uchartable4="

30、;SG"voidwrite_sfm2(ucharadd,uchardat)/寫地址寫命令ucharshi,ge;shi=dat/10;ge=dat%10;write_com(0x80+0x40+add);write_date(0x30+shi);write_date(0x30+ge);/按鍵掃描模式掃描調節時間voidkeyscan()if(key5=0)delay(10);if(key5=0);while(!key5);kk+;if(kk=2)kk=0;voidkeyscan2()/按鍵掃描if(key1=0)delay(5);if(key1=0)shi+;if(shi>23)shi=0;if(key2=0)delay(5);if(key2=0)fen+;if(fen>59)fen=0;if(key3=0)delay(5);if(key3=0)miao+;if(miao>59)miao=0;if(shi>18|shi<6)lamp=1;elselamp=0;調節光控延時voidkeyscan1()/按鍵掃描if(key1=0)delay(5);if(key1=0)time2+;if(time2>9)time2=