華僑大修廈門工修浣"乂程祓材導(dǎo)倫”總豬推告設(shè)計課題：光線自動檢測路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)老師： 專業(yè)班級： 姓名學(xué)號： 2013年12月16日摘要：本文是關(guān)于光線自動檢測路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計整個設(shè)計中采取CDIO工程模式，即：光線自動檢測系統(tǒng)的構(gòu)思、軟件和硬件電路的設(shè)計、光檢測功能與實品的制作實現(xiàn)，實際過程的檢驗運作。系統(tǒng)以AT89C52單片機為主要控制芯片，采用DS1302時鐘芯片和MI3-P光敏傳感器。系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計主要包括時鐘模塊、光檢測模塊、電源模塊、電池電量監(jiān)控模塊、LED模塊。系統(tǒng)通過己設(shè)定好主程序的AT89C52單片機跟電池監(jiān)控器和時鐘設(shè)置器間進(jìn)行信號傳遞，并控制LED燈控制電路、電源控制電路實現(xiàn)整個系統(tǒng)核心部分的運行。關(guān)鍵詞：LED燈，時鐘芯片，光敏傳感器，單片機TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章緒論 1\o"CurrentDocument"1.1課題背景及研究意義 1\o"CurrentDocument"1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 1\o"CurrentDocument"1.3課題的設(shè)計目的 2\o"CurrentDocument"1.4課題設(shè)計的任務(wù)與要求 2\o"CurrentDocument"第2章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 2\o"CurrentDocument"1系統(tǒng)設(shè)計思路 3\o"CurrentDocument"2系統(tǒng)框圖設(shè)計 3\o"CurrentDocument"3各模塊的比較與選擇 3\o"CurrentDocument"3.1單片機的選擇 3\o"CurrentDocument"2.3.2LED燈的選擇 4\o"CurrentDocument"2.3.3時鐘芯片的選擇 4\o"CurrentDocument"2.3.4光敏傳感器的選擇 4\o"CurrentDocument"2.3.5太陽能電池板的選擇 4\o"CurrentDocument"第3章硬件電路設(shè)計 5\o"CurrentDocument"1單片機接口設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2電池監(jiān)控器設(shè)計 5\o"CurrentDocument"3光敏傳感器MI3-P電路設(shè)計 6\o"CurrentDocument"4電源電路設(shè)計 6\o"CurrentDocument"3.5LED電路設(shè)計 7\o"CurrentDocument"結(jié)論與展望 8\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 8\o"CurrentDocument"附錄 9\o"CurrentDocument"致謝詞 10第1章緒論1.1課題背景及研究意義當(dāng)人們有了夜晚出行的需求時，便出現(xiàn)了道路照明。近代道路照明始于白熾燈的出現(xiàn)。道路照明是隨著時代的發(fā)展、科技的進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高而發(fā)展的。從人們僅要求照明路面察覺道路的情況，到幫助人們識別道路是行人還是障礙物，再到幫助機動車和非機動車駕駛者辨別行人的特征等。道路照明的根本目的是在于為駕駛員和行人提供良好的視覺條件，指引他們行進(jìn)，以便提高交通效率，降低夜間的交通事故和犯罪，同時幫助行人看清周圍環(huán)境，辨別方向。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們在夜間到戶外休閑、購物、觀光等活動越來越多，良好的道路照明也起到豐富生活、繁榮經(jīng)濟(jì)和提升城市形象的作用。隨著時代的發(fā)展，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐不斷加快，對路燈是城市照明工程的主要組成部分，在夜晚，路燈的照明起到非常重要的作用。但是路燈在起著重要作用的同時，也在消耗著大量的能源。本課題的研究目的在于設(shè)計出一種路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，能夠有效地解決現(xiàn)階段路燈照明存在的兒點不足，其意義在于：第一，為城市路燈交通提供一種科學(xué)有效的方案，保證路燈照明的有效性與安全性;第二，有效利用電力資源，盡量避免電力資源的浪費；第三，提高了城市基礎(chǔ)設(shè)施管理水平，在改善城市道路照明質(zhì)量的同時，節(jié)省人力物力財力.1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀近年來，各種各樣的節(jié)能路燈正面向國內(nèi)外市場開展而來，其性能也在不斷的提高。國內(nèi)節(jié)能路燈的發(fā)展己經(jīng)比較成熟，我國己經(jīng)完全掌握了這方面的技術(shù),擁有自主的研發(fā)能力。節(jié)能路燈己不再是高耗電、易損壞的傳統(tǒng)路燈，它已經(jīng)向著多功能化和智能化的方向發(fā)展。如現(xiàn)在一些城市用的太陽能路燈，利用太陽能電池板在白天吸收光能，然后存儲在蓄電池里面，等夜晚的時候再將白天存儲的電能供給LED燈發(fā)光來實現(xiàn)節(jié)能這一效果，一些智能節(jié)能路燈還可以自動檢測線路故障出處，另外還有利用光敏電阻來實現(xiàn)白天跟夜晚的自動關(guān)閉和接通路燈等一些向著節(jié)能方面發(fā)展的新功能。也許現(xiàn)在的一些節(jié)能路燈應(yīng)用的還不是很廣泛，考慮到研發(fā)和制造的成本問題，不能短期內(nèi)實現(xiàn)國內(nèi)完全普遍，但隨著節(jié)能減排這一理念逐漸受到人們的強烈關(guān)注。節(jié)能路燈產(chǎn)業(yè)必將迅猛發(fā)展，在不久的將來將能夠?qū)崿F(xiàn)普遍化，對日益短缺的能源起了進(jìn)一步的緩解的重要作用。1.3課題的設(shè)計目的學(xué)習(xí)學(xué)科專業(yè)的核心基礎(chǔ)知識，熟悉了解本學(xué)科專業(yè)的內(nèi)涵。引進(jìn)學(xué)習(xí)CDIO國際先進(jìn)教育理念與工程教育模式并用于本課程實踐。學(xué)習(xí)掌握電氣電子工程設(shè)計的主要方法（模塊化設(shè)計）。熟悉掌握典型電氣/電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖以及各個模塊的基本原理與功能作用。以一個具體系統(tǒng)設(shè)計為載體，以自學(xué)小組研討為主開展工程設(shè)計，重點學(xué)習(xí)工程設(shè)計方法，體驗工程設(shè)計系過程，明確作為未來工程師應(yīng)具備的基本“知識、能力、素質(zhì)”。1.4課題的任務(wù)與要求利用安裝在路燈上的光敏電阻對光照的敏感程度來實現(xiàn)白天或光線較亮的情況下，自動關(guān)閉，在晚上或光線較暗時，自動開啟路燈的控制。另外光線較亮的情況下，自動關(guān)閉，在晚上或光線較暗時，自動開啟路燈的控，利用太陽能電池板在白天的時候?qū)π铍姵剡M(jìn)行充電，晚上的時候?qū)冒惭b在路燈上的光敏電阻對光照的敏感程度來實現(xiàn)白天或LED燈進(jìn)行供電。了解一些光控路燈的方法，以及它們的優(yōu)缺點，通過相互對比，確定設(shè)計方案，并對所用傳感器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇，同時加以電路的設(shè)i十與分析，完成設(shè)計任務(wù)。第2章系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

2.1系統(tǒng)設(shè)計思路針對這個設(shè)計可將系統(tǒng)分為以下凡個基本模塊：發(fā)光模塊、光線檢測模塊,計時模塊，電池電量監(jiān)控模塊。利用AT89C52單片機對光敏電阻收到的光信號進(jìn)行處理，檢測是否有光，無光時作為路燈的LED燈點亮，有光時LED燈熄滅。計時模塊中的時鐘設(shè)置器可以讓路燈在設(shè)定的時間內(nèi)自動開啟和熄滅。通過電池電量監(jiān)控，可實現(xiàn)在蓄電池電量不足的情況下，自動開啟外部電源對系統(tǒng)進(jìn)行及時供電。2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計設(shè)計使用AT89C52單片機為主控芯片，并由單片機來控制各個電路模塊，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行。太陽能電池］

板電路電源控制

電路光控傳感器

電路JU單片機信號電路LED燈太陽能電池］

板電路電源控制

電路光控傳感器

電路JU單片機信號電路LED燈城市主電源應(yīng)急LED燈控制電路(備用),圖2.2系統(tǒng)框圖2.3各模塊的比較與選擇2.3.1單片機的選擇采用AT89C52,是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。3.2LED燈的選擇采用單顆大功率LED(30W-100W)作為光源，運用獨特的多顆芯片集成式單模組光源設(shè)計，選用進(jìn)口高亮度半導(dǎo)體晶片；首創(chuàng)散熱器與燈殼一體化設(shè)計，LED直接與外殼緊密相接，通過外殼散熱翼與空氣對流散熱，充分保證了LED路燈50000小時的使用壽命。按照每天工作12個小時計算，其壽命也在10年以上,維護(hù)費用極低。2.3.3時鐘芯片的選擇選擇DS12C887oDS12C887實時時鐘芯片功能豐富，可以用來直接代替IBMPC上的時鐘日歷芯片DS12887,同時，它的管腳也和MC146818B、DS12887相兼容。由于DS12C887能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息，其內(nèi)部乂增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路解決了“千年”問題。2.3.4光敏傳感器的選擇選擇MI3-P光敏傳感器。因為此光敏傳感器具有代替光敏電阻的特性，可以隨光照度變化線性輸出。并且低暗電流，低工作照度，有一定的溫度穩(wěn)定性。符合RoHS指令(無鉛/無鎘)。2.3.5太陽能電池板的選擇采用非晶硅薄膜太陽能電池板。首先考慮到它的造價成本比其他的太陽能電池板要低得多；能夠發(fā)出更多的電力：在陽光充足的月份，也就是說在較高的環(huán)境溫度下，非晶硅太陽電池組件能表現(xiàn)出更優(yōu)異的發(fā)電性能；具有更好的弱光響應(yīng)特性；擁有優(yōu)異的高溫性能，不容易受外界溫度的影響。光線自動檢測路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計第3章硬件電路設(shè)計3.1單片機接口設(shè)計本次設(shè)計是以AT89C52單片機為控制核心，我們需要使用單片機上的P0端口進(jìn)行光敏編碼，所以在光檢測電路上使用單片機上的P3.3I/O口。74HC138譯碼器使用單片機P1口進(jìn)行控制，另外3個三極管使用單片機的P2.0-P2.1進(jìn)行控制。時鐘芯片DS1302需要3個I/O口，使用單片機的P3.4-P3.6進(jìn)行控制。光敏傳感器LXD3526需要1個I/O口，使用單片機的P2.3對其進(jìn)行控制。LED燈與電源開關(guān)電路接通與否需要4個I/O口，使用單片機的P2.4-P2.7進(jìn)行控制。5432—D

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印aaaaaaaa7ZZ/Z/Z7aftz/z/zz/zQI23456.了uzTTTe-543210U ZE^ cn-0000002222222nnnnnnnnnnnnnnnunnnnO123^5&T89O12345GT80T-11111111112匚口匚匚」匚匚匚口匚匚□匚匚匚□匚匚□匚O12345&TTO123^5&T21S E LLs11111111S33333333AAVFPFFEFT-FJEFFFFT-FMTT4Kzz/z/z/zxx2X。lREHETt圖3.1單片機接口3.2電池監(jiān)控器設(shè)計電池監(jiān)控器的原理：如圖3.2所示，當(dāng)蓄電池電壓降至10.5V以下，LED不亮。當(dāng)TL431的1端電壓大于2.5V時，TL431的3-2端導(dǎo)通，R3的電壓大于LED的導(dǎo)通電壓，LED導(dǎo)通發(fā)亮。圖3.2電池監(jiān)控器3.3光敏傳感器MI3-P電路設(shè)計如圖3.3所示為光敏傳感器電路，采用MI3-P光敏傳感器為檢測元件。其中的光敏檢測主要檢測光線的強度是否要開關(guān)路燈。光敏檢測電路主要利用光敏電阻的感光特性進(jìn)行工作。當(dāng)白天光照射到光敏電阻時，光敏電阻的阻值降低，輸入端電壓隨之降低，通過光電轉(zhuǎn)換電路將信號傳給單片機，即提供給單片機一高電平，控制LED燈關(guān)閉。當(dāng)弱光或無光照時（晚上），由于光敏電阻的暗電阻很大,輸入端電壓較高，使得光電轉(zhuǎn)換電路輸出為低電平，單片機控制LED燈的自動開啟。光電浚^光電浚^VoutRss圖3.3光敏傳感器電路3.4電源電路設(shè)計本系統(tǒng)中采用常用的穩(wěn)壓器78L05來實現(xiàn)+5v穩(wěn)壓電源。利用變壓器將輸入端的220V電壓轉(zhuǎn)換為8V的電壓，然后供給LED控制電路使用。其電路圖如圖4所示。圖3.4電源電路3.5LED電路設(shè)計本系統(tǒng)LED電路設(shè)計如圖3.5所示，利用電容C4和C5來保持電壓輸出回路的穩(wěn)定，通過三極管IRF3205對輸出電壓和電流進(jìn)行放大，然后流入D3所在回路，使LED燈發(fā)光。vssoD21N5822?PPWMJNQ/Q2￡IRF3205:nvssoD21N5822?PPWMJNQ/Q2￡IRF3205:n272C5272HI3.5LED電路圖結(jié)論與展望我們在整個設(shè)計制作過程中，始終關(guān)注系統(tǒng)的性能指標(biāo)和運行的穩(wěn)定性，本著穩(wěn)定性和精確性并重的原則，我們采取了諸多的有效措施，基本完成了設(shè)計題目所規(guī)定的指標(biāo)和要求，而且對于有些指標(biāo)進(jìn)行了擴(kuò)展設(shè)計，功能提高。同時考慮到性價比和人機互動，簡化電路，改善顯示界面，優(yōu)化整機構(gòu)造，提出更人性化的設(shè)計。自動檢測路燈照明控制系統(tǒng)是我們小組成員互相合作、共同努力完成的一個項目，雖然在設(shè)計制作過程中遇到很多的麻煩和困難，例如，采用蓄電池仍存在諸多弊端，首先因充電次數(shù)限制其壽命的長短；其次，化學(xué)結(jié)構(gòu)影響充電電流的限制，繼而限制了充電時間，使得充電效率受限；最后，不屬于環(huán)保能源。因受內(nèi)部工作的溫度效應(yīng)和外界溫度變化的不穩(wěn)定性，控制器的溫度調(diào)節(jié)仍然不夠精確。在電路的結(jié)構(gòu)上仍需要進(jìn)一步的簡化明了，模塊之間的銜接不夠融洽。這些問題有待繼續(xù)查閱了資料，對課題的進(jìn)一步深入研究，不斷地比較和論證，原有的方案不斷改變和完善。通過這次設(shè)計，體會到學(xué)以致用的道理以及事必躬親的做事態(tài)度，在這次設(shè)計當(dāng)中能將以前所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識進(jìn)一步消化，并且努力吸取新知識，擴(kuò)增了知識面。我們相信通過這次工程導(dǎo)論設(shè)計所經(jīng)歷的，給予我們更多的是一種成長向上的經(jīng)驗。與此同時，也展現(xiàn)了我們良好的團(tuán)隊合作精神。我們希望在未來的努力中可以更加團(tuán)結(jié)，達(dá)到更加完美的地步。太陽能路燈的發(fā)展前景毋庸置疑，這將對國家的環(huán)保產(chǎn)業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)前太陽能路燈雖然還只是在一些鄉(xiāng)村道路等照明要求不高的地區(qū)進(jìn)行推廣，但隨著光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率的提高，成本的持續(xù)下降，以及國家對綠色可再生能源利用的重視程度越來越高，太陽能燈具利用和發(fā)展的前景一定會更好，再通過光線自動檢測系統(tǒng)的結(jié)合，將更好的達(dá)到節(jié)能的效果。參考文獻(xiàn)衛(wèi)曉娟.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.北京:機械工業(yè)出版社，2012.8.吳宇平.綠色電源材料.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.5.侯宏錄.光電子材料與器件.北京：國防工業(yè)出版社，2012.2.吳哈平.光電系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ).北京:科學(xué)出版社，2010.4.董原.高級電工實用技術(shù).呼和浩特：內(nèi)蒙古人民出版社，2008.10.劉太福.綠版電子電路.北京:科學(xué)出版社，2007.林明星，范文利.電氣控制及可編程序控制器.北京:機械工業(yè)出版社，2010.1何曉帆.實用照明電路圖集.北京：中國電力出版社，2009.馮建勤，馮主玲.電氣工程基礎(chǔ).北京：中國電力出版社，2010.1.俞麗華.電器照明.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011.6.[ll」http://www?/p-325239326,html附錄“工程設(shè)計導(dǎo)論〃設(shè)計任務(wù)書指導(dǎo)教師：解源瓦斯/煙霧氣體自動監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計；一、 設(shè)計題目光線自動檢測路燈照明控制系統(tǒng)設(shè)計；電梯升降電氣自動控制系統(tǒng)設(shè)計；溫度/濕度自動檢測控制系統(tǒng)設(shè)計。二、 設(shè)計目的學(xué)習(xí)學(xué)科專業(yè)的核心基礎(chǔ)知識，熟悉了解本學(xué)科專業(yè)的內(nèi)涵。引進(jìn)學(xué)習(xí)CDIO國際先進(jìn)教育理念與工程教育模式并用于本課程實踐。學(xué)習(xí)掌握電氣電子工程設(shè)計的主要方法（模塊化設(shè)計）。熟悉掌握典型電氣/電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖以及各個模塊的基本原理與功能作用。以一個具體系統(tǒng)設(shè)計為載體，以自學(xué)小組研討為主開展工程設(shè)計，重點學(xué)習(xí)工程設(shè)計方法，體驗工程設(shè)計系過程，明確作為未來工程師應(yīng)具備的基本“知識、能力、素質(zhì)二三、 設(shè)計任務(wù)明確設(shè)計目的意義，進(jìn)行相關(guān)信息檢索與市場調(diào)研，了解課題的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。自主學(xué)習(xí)物理學(xué)、電路電子學(xué)、計算機學(xué)等相關(guān)基礎(chǔ)知識。構(gòu)思課題的總體方案，進(jìn)行與課題相關(guān)方案的調(diào)研、比較與論證，論述本方案的先進(jìn)性、系統(tǒng)性與可行性。設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，論述系統(tǒng)的工作原理，分析研討組成系統(tǒng)的各個模塊（各單元）的功能作用及工作原理。,選做拓展項目：計算機繪圖/計算機仿真/電路實驗/系統(tǒng)實現(xiàn)/系統(tǒng)運作等。四、 設(shè)計要求課堂教學(xué)環(huán)節(jié)認(rèn)真聽講做筆記（無教材），課外自主學(xué)習(xí)閱讀與課題相關(guān)的書籍文獻(xiàn)資料（10本/篇以上），并做讀書筆記，每人須提交課堂筆記與讀書筆記。以小組為單位開展分工協(xié)作，選擇課題，進(jìn)行資料檢索、學(xué)習(xí)討論與比較分析，構(gòu)思課題總體方案。小組須提交開題報告。小組進(jìn)行本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計，分析討論組成系統(tǒng)的各個模塊/方框（包括檢測對象）的功能作用