智能路灯控制系统设计及分析

统计显示，我国在路灯照明方面每年消耗超过1000亿元的电费，其发展速度2总体设计方案2.2总体设计框架按键图2.1总体设计框架3硬件设计3.1.1STC89C52单片机的简介3.工作频率范围：0～40MHz,相当于普通8051的0～80MHz,实际工作频率可达48MHz;8.ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构),全双工串行口；3.1.2STC89C52单片机芯片引脚引脚图如图3.1所示。234567898据总线)总线)0图3.1单片机引脚单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元环境光的明暗控制路灯开关、读取和设置时钟并实时显示。晶振电路：STC89C51中有输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起输入端和接石英晶体(或陶瓷谐振器)及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定、起振的难易程度及温度稳定性。这里我们使用的是石英晶体，电容容量选用的是22pF,采用的是内部振荡方式。如图3.2所示。 (RXD)P3.0(TXD)P3.1p3.3(INT1P1P21P279图3.2单片机最小系统3.2RTC时钟电路DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V。DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线与之相连接。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。其结构图如图3.3所示。O图3.3DS1302结构单片机通过芯片的端口对DS1302读取时钟时间，并送入LCD进行显示。时钟芯片DS1302的引脚中，vCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下也能保持时钟的连续运行。DS1302为串行数据输入输出端(双向),SCLK始终是输入端。R1、R2、R3(1k欧)为上拉电阻，保持5、6、7管脚输出高电平并且具有分流作用。如图3.4所示。NRes 22pf2348765脚悬空时默认值为0。当使用AT24C02时最大可级联8个器件。在关机之后，开灯和关灯时间就会被保存，只要修改过的，下次再开机都可以被保存，不用再重新修改，8K4WPSCL65图3.5存储电路3.4液晶显示电路图3.6液晶显示器LCD1602采用标准的16脚(带背光)接口，各引脚接口说明：第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第16脚：背光源负极。如图3.7所示。P3LCD1602VOCc0图3.7液晶显示电路3.5光敏控制电路变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值(暗阻)可达1~10M欧，在强光条件(100LX)下，它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)um图3.8光敏电阻特性光敏电阻的阻值随环境光亮的变化而变化，经过TLC393电压比较器输出高低电平，设置可调电位打开和熄灭。控制图如图3.9所示。图3.9光敏控制电路机。当单片机输出低电平时路灯亮起，当单片机输出高电平时，路灯熄的作用，限制电流，保护电路，防止发光二极管烧坏。如图3.10所示。C图3.10路灯控制电路4软件设计4.1主程序流程和相关说明开始NO时间内?NONO开灯4.2显示方案的选择和子程序入口对液晶初始化延时5ms检测忙信写八地班延时5ms写入相应的数图4.2LCD1602程序流程图LCD1602的基本操作时序写数据输入：RS=H,R/W=L,D0~D7=数据，E=高脉冲输出：无初始化设置表4.1显示模式指令表指令码功能00111000设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口表4.2指令表指令码功能00111000设置16x2显示，5x7点阵，8位数据口00001DCBC=1显示光标，C=0不显示光标B=1光标闪烁，B=0光标不显示000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加一N=0当读或写一个字符后地址指针减一，且光标减一S=1当写一个字符，整屏显示左移(N=1)或右移(N=0),以得到光标不移动而屏幕移动的效果S=0当写一个字符，整屏显示不移动4.3实时时钟的选择和子程序主机启动写时序开始，如果要求单总线器件回送是低位在先。读写都是16位数据，高8位是地址，低(1)DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个，其中有7个寄存器(读时81h～8Dh,写时80h~小时寄存器(85h、84h)的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。当为高时，选择12小时模式。在12小时模式时，位5是，当为1时，表示PM。在24小时模式时，位5是第二个控制寄存器(8Fh、8Eh)的位7是写保护位(WP),其它7位均置为0。在任何的对时钟和RAM的写操(2)读写时序说明表4.3控制字765432101控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到DS1302中。位6:如果为0,则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1(A4～A0):指示操作单元的地址；位0(最低有效位):如为0,表示要进行写操作，为1表示进行读操作。 启动启动SCLK发脉冲SCLK发脉冲够8次够8次吗?SCLK发脉冲SCLK发脉冲够8次NO够8次NO吗?吗?YESYES结束结束图4.5DS1302读写流程图它是内含256×8位存储空间，具有工作电压宽(2.5～5.5V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特点。AT24C025.1整体功能测试(1)检查电路，看是否有未焊接好的元器件，有的话就焊接好。(2)检查代码中是否有错误，将代码转换成HEX文件，如图5.1所示。图5.2串口烧写程序图5.3烧写板烧写代码mmPnnmn中旦T打n月节非在口前π程理m图5.4烧写程序截图(4)通电，按下电路板开关，1602上面显示当前时间和控制路灯开关时间。整个控制系统是通过USB电源线连接电源，为+5V,开机界面如图5.5所示。图5.5开机界面(5)按下“时钟设置”按键，进入当前时间设置界面，显示“SetDS1302Time:”,如图5.6所示，图5.6当前时间设置界面图5.7开关灯时间设置界面用独立用独立按键调整当前并通过液晶屏实时显示。测试过程如下：(1)设定系统当前时刻为01时10分，经秒表测试，120秒后液晶屏显示当前时刻值为01时12分；(2)将开灯时间设置为“18:00”,当前时刻设置为8月5日17时59分00秒，经秒表测试，60秒后灯泡点亮，将关灯时间设置为“06:00”,再将当前时间设置为8月5日05时59分00秒，过60秒灯泡熄灭，液晶屏显示正确。5.3光敏功能测试图5.8光敏检测到亮光5.4手动开关测试图5.9白天手动开灯5.5调试与使用关来控制路灯，主要模块分块图如图5.10所示。图5.10主要硬件模块分块5.6结果分析[1]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，1998:98-123.[2]余锡存.单片机原理与接口技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003:35-62.[3]杜军，邱瑞学.PL2101在路灯控制系统中的应用[J].国外电子元器件.2003.9:33-34.传感器技术，1999,18(5):50-53.[5]王海伦，叶冬芬.单片机控制的照明智能控制系统[J].电气时代，2005,(1):121-122.[6]徐爱钧.KeilC51单片机高级语言应用编程与实践[M].电子工业出版社，2013,34-49.[7]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].电子工业出版社，2009,32-44.[8]明日科技.C语言从入门到精通[M].清华大学出版社，2012,18-31.[9]兰吉昌.单片机C51完全学习手册[M].化学工业出版社，2010,44-53.[10]IvorHorton