智能路灯控制器

1、青岛理工大学毕 业 论 文题目： 智能路灯控制器设计 学生名字： XXXXXX 学生学号： 院系名称： 机电工程系 专业班级： 机械设计制造及其自动化091班 指导老师： XXXXXXXX 2013 年 6月 15日毕业论文任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 091 姓名 下发日期 2013-3-01 题目智能路灯控制器设计专题自动控制主要内容及要求主要内容： 1、利用51单片机作为主控制器设计一个路灯控制系统。 2、该系统具有按时开灯与关灯的功能。 3、该系统还能根据自然光线的明暗自动开灯或关灯。主要要求： 1.设计一个路灯自动照明的控制电路，当日照光亮到一定程度时使灯自动熄 灭，而日

2、照光按到一定程度时又能自动点亮，可用一白炽灯作为光源 2.涉及计时电路，用数码管显示路灯当前一次的连续开启时间 3.设计计数显示电路，统计路灯的开启次数。主要技术参数 1、工作电源：交流220V+-20% 2、整机功耗：在开灯状态下2W,其余状态1W. 3、计时精度：误差+-0.5s/d（室温23。C +- 3C） 6、工作温度：-10-+55c 7、存温度：-40c -80 c. 进度及完成日期4月1日-4月19日，查阅国内外文献,上交开题报告4月22日-5月10日，系统方案选择与论证,软硬件设计。5月13日-5月24日，主要参数计算及元器件的选择,上交中期审核表。5月27日-6月5日，完成

3、毕业设计论文书的撰写,上交初稿。6月6日-6月15日，根据老师意见进行修改完善。6月16日-6月20日，论文打印,完成答辩PPT,准备答辩。系主任签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期指 导 教 师 评 语指导教师: 年 月 日青岛理工大学毕业论文评阅意见表论文题目智能路灯控制器设计评价项目评价标准(A级)满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规范、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计(论文)；能综合运用所学知识发现和解

4、决实际问题；研究结果客观真实。20192017181516131412论文质量设计(论文)结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、图、表规范；有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计(论文)有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计(论文)提交答辩：是( ) 否( )具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日注：1.请按照A级标准，评出设计(论文)各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.

5、计算出总分。若总分60分，“设计(论文)质量”=2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，后面有详细说明。SCLK始终是输入端。图311 DS1302读写时序数据的传输如图3.11所示：1、数据输入经过8个时钟周期的控制字节的输入，一个字节的输入将在下个时钟周期的上升沿完成，数据传输从字最低位开始。2、数据输出经过8个时钟周期的控制读指令的输入，控制指令串行输入后，一个字节的数据将在下个时钟周期的下降沿被输出，注意第一位输出是在最后一位控制指令所在脉冲的下降沿被输出，要求RS保持高电平。同理8个时钟周期的控制读指令

6、如果指定的是突发模式，将会在脉冲的上升沿读入数据，下降沿读出数据，突发模式一次可进行多字节数据的一次性读写，只要控制好脉冲就行了。突发模式：上面己经提到过的突发模式可以指定为任何时钟/日历或RAM的寄存器，与以前一样，位6指定时钟或RAM,位0指定读或写。读取或写入的突发模式开始在位0地址0。时钟/口历：时钟/日历包含在7个寄存器中。数据在时钟/日历寄存器是二进制编码的十进制格式BCD4码。时钟停止标志：秒寄存器的bit7是时钟停止标志位，如果这位是1，时钟晶振停止起振，DS1302进入低功耗待命模式，耗用电流小于100 nanoamps，如果这位是0晶振开始起振。AM-PM/12-24模式选

7、择：小时寄存器的bit7是AM-PM/12-24模式选择选择位，这一位为1时，选择了12小时制，为0时，选择了24小时制，在12小时制下，bit5为1选择了PM，在24小时制下，bit5选择了2023小时段。写保护位：控制字节的bit7是写保护位(前面己经提到)，低7位(bit0bit6)，被置0，在任何写操作前，bit7都应该置0。3.5.2 实时时钟模块的硬件电路设计具体电路如下图3.16所示。BT1为电压值3V的纽扣电池，作为DS1302的备用电源，以保证即使突发性的掉电的情况下也能正常计时。Y7为一个32.768 KHz的晶振。DS1302的5、6、7端分别同单片机的P2.1、P2.2

8、、P2.3相连，同时在还为它们配置了阻值为10K的上拉电阻，能最大程度的保证操作与通讯的准确和稳定。同为实时时钟芯片，DS12C887功能更为强大，能同单片机实现并行通讯、串行通讯。虽说在使用时单片机的端口占用率并没有较DS1302有所增加，但是DS12887相较DS1302要昂贵的多。同时在备用电源方面，DS12C887采用的是锂电池(集成在芯片内部)同DS1302采用的纽扣电池相比更换较难，而我们采用元器件的原则是“随需而购，节约为先”，通过比较所以选择DS1302较宜。图3.12 实时时钟模块电路3.6 环境明暗检测模块单元的设计3.6.1 光敏电阻的概述1、光敏电阻介绍光敏电阻是采用半

9、导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子一空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光

10、照愈强阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。2、基本特性及其土要参数a.暗电阻、亮电阻光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好

11、，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的.灵敏度就高。b.伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。由下图3.13可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压从不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。图3.13 光敏电阻的伏安特性 图3.14 光敏电阻的光电特性 图3.15 光敏电阻的光谱特性c.光电特性光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。如上图3.14所示，光敏电阻的光电特性呈非线性。d.光谱特性对于不同波长的入射光，光敏电阻的相对灵敏

12、度是不相同的。各种材料的光谱特性如上图3.15所示。从图中看出，硫化隔的峰值在可见光区域，而硫化铅的峰值在红外区域，因此在选用光敏电阻时应当把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。e.频率特性图3.16 光敏电阻的频率特性 图3.17 硫化铅的光谱温度特性当光敏电阻受到脉冲光照时，光电流要经过一段时间才能达到稳态值，光照突然消失时，光电流也不立刻为零。这说明光敏电阻有时延特性。由于不同材料的光敏电阻时延特性不同，所以它们的频率特性也不相同。图3.16给出相对灵敏度Kr，与光强变化频率f之间的关系曲线，可以看出硫化铅的使用频率比硫化铅高的多。但多数光敏电阻的时延都较大，因此不能用在要

13、求快速响应的场合，这是光敏电阻的一个缺陷。f.温度特性光敏电阻和其他半导体器件一样，受温度影响较大，当价温度升高时，它的暗电阻会下降。温度的变化对光谱特性也有很大影响。图3.17是硫化铅光敏电阻的光谱温度特性曲线。从图中可以看出，它的峰值随着温度上升向波长短的方向移动。因此，有时为了提高灵敏度，或为了能接受远红外光而采取降温措施。3.6.2 ADC0832概述ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。芯片引脚分布如图3.18所示：图3.18 ADC0832引脚分布图ADC

14、0832有以下特点：1、8位分辨率；2、双通道A/D转换；3、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；4、5V电源供电时输入电压在05V之间；5、工作频率为250KHz，转换时间为32S；6、一般功耗仅为15mW；7、8P、14PDIP（双列直插）、PICC多种封装；8、商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C。芯片接口说明：1、CS片选使能，低电平芯片使能；2、CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用；3、CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；4、GND芯片参考0电位（地）；5、DI数据信号输入，选择通道控制；6、DO数据信号输出，转换数据输出；7、

15、CLK芯片时钟输入；8、VCC/REF电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对ADC0832的控制原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与

16、单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表3.2。表3.2 通道功能选择MUX AddressChannel #SGL/DIFODD/

17、SIGN0110+11+00+-01-+如表3.2所示，当此两位数据为1、0时，只对CH0进行单通道转换。当两位数据为1、1时，只对CH1进行单通道转换。当两位数据为0、0时，将CH0作为正输入端 IN+，CH1作为负输入端 IN-进行输入。当两位数据为0、1时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出

18、完成。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。更详细的时序说明请见下图3.19。图3.19 ADC0832操作时序图作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时电压精度为19.53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为00H。3.6.3 环境明暗检测模块的硬件电路设计在此设计中我们使用光敏电阻同ADC08

19、32模数转换器相结合的方式来实现对环境明暗程度的检测。所选光敏电阻GMR1的亮电阻阻值在2K至10K之间变化，所以选择阻值为10K的电阻R8同光敏电阻串联连接形成分压电路。环境明暗程度的检测的原理如下：当照射在光敏电阻上的光线亮度发生变化时，光敏电阻的阻值也随之相应的发生变化，其变化趋势为光线变强阻值减小，反之也成立，而ADC0832的通道0得到的电压值随光线的变强而减小，ADC0832将得到的电压信号转换成数字信号，并通过特定的操作送给单片机进行处理。如此便实现环境明暗程度信号的向模拟信号转换，最终向数字信号的转换，也就使系统能对环境明暗程度信号间接的进行相应的分析并处理。具体电路如图3.2

20、0所示。图3.20 环境明暗检测模块电路3.7 LCD显示模块单元的设计3.7.1 LCD1602的概述1602液晶也叫1602字符型液晶 它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块 它有若干个57或者511等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔 每行之间也有也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以他不能显示图形。1602LCD是指显示的内容为162,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便

21、地应用于市面上大部分的字符型液晶。表3.3 LCD1602 DDRAM地址与屏幕对应关系显示位置123456740DDRAM地址第一行00 H01 H02 H03 H04 H05 H06 H27H第二行40 H41 H42 H43 H44 H45 H46 H67HHD44780内置了DDRAM（显示数据存储RAM）、CGROM（字符存储ROM）和CGRAM（用户自定义RAM）。DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如上表3.6所示。也就是说想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个A字,就要向DDRAM的00H地址写入A的代码就行了。但

22、具体的写入是要按LCD模块的指令格式来进行的。一行DDRAM地址与显示位置的对应关系有40个地址，在1602中我们就用前16个就行了。第二行也一样用前16个地址。对DDRAM的内容和地址的操作，HD44780的指令集及其设置说明如下，共有11条指令：基本操作时序： 读状态输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字 写指令输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无 读数据输入：RS=H，RW=H，E=H输出：DB0DB7=数据 写数据输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无1.清屏指令指令功能指令编码执行时间/nSRS

23、R/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清屏00000000011.64功能： 清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入“空白”的字符码20H; 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; 将地址计数器(AC)的值设为0。2.光标归位指令指令功能指令编码执行时/nSRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0光标归位000000001X1.64功能： 把光标撤回到显示器的左上方; 把地址计数器(AC)的值设置为0; 保持DDRAM的内容不变3、输入模式设置指令指令功能指令编码执行时间/uSRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0进入模式设置00000001I/DS40功能：设定每次写入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。参数设定的情况如下所示： 位名 设置 I/D 0=写入新数据后光标左