智能路燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、目目 錄錄 第一章第一章 緒論緒論 .1 1 11 設計概述 .1 111 設計背景 .1 112 設計意義 .2 12系統(tǒng)設計目標.2 第二章第二章 總體設計總體設計 .4 4 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計 .5 5 31 AT89S52 單片機概述.5 311 AT89S52 單片機的內部組成.5 312 AT89S52 單片機的功能特性.5 32 顯示模塊設計 .8 33 物體檢測模塊設計 .13 34 環(huán)境監(jiān)測單元設計 .14 35 電源單元設計 .18 36 功率調節(jié)單元設計 .19 37 系統(tǒng)各模塊方案設定 .19 第四章第四章 軟件系統(tǒng)設計軟件系統(tǒng)設計 .2020 41

2、 系統(tǒng)軟件設計說明 .20 42 程序結構框圖 .20 第五章第五章 測試與結果分析測試與結果分析 .2121 51 測試方法與結果 .21 511 時鐘設定和定時開關路燈測試 .21 512 環(huán)境明暗檢測測試 .21 513 交通情況測試 .21 514 路燈故障檢測報警測試 .21 515 自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試 .22 516 自制單元控制器恒流驅動電源測試 .22 517 功率輸出測試 .22 52 測試結果分析 .23 總結總結 .2424 參考文獻參考文獻 .2525 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 1 第一章第一章 緒論緒論 11 設計概述設計概述 111 設計背景設計背景

3、隨著我國城市的發(fā)展、經濟的繁榮、社會的進步和人們提高生活水平及環(huán)境質量的 要求，城市道路照明和城市的夜景照明已經成為城市規(guī)劃、建設和管理中的一項重要工 作。城市道路照明是方便城市居民必備的生活條件，而城市的夜景照明是再塑和美化城 市形象、鼓舞民心、振奮精神的一項非常有意義的工作。近幾年來，全國許多大城市、 甚至一些中小城市的各級領導，都格外重視道路照明和夜景照明工作。城市亮化作為形 象工程的重要組成部分，越來越被政府所重視，大量的資金投入進行建設和改造，使得 我們的城市夜晚變得燈火輝煌，絢麗多彩，但問題也隨之而來，能耗的逐年攀升，由此 產生的某些問題亦逐漸顯露出來，如城市路燈的維護量增大，帶來

4、人員不足；維護費用 增加，社會成本過高，電費支出過多，財政承擔相對困難；光污染現象嚴重這些問 題的產生無疑給當地的路燈管理部門的各方面工作帶來很大的壓力，急切加以解決。尤 其是在當前環(huán)境條件每況愈下的形勢下，低碳、節(jié)能、環(huán)保越來越收到人們的重視。舊 式的控制系統(tǒng)存在功耗大，公共資源得不到充分應用，效率低等消極影響。伴隨著微電 子技術的發(fā)展和單片機技術在各行各業(yè)中的應用，近幾十年來,基于單片機的交通燈智能 控制系統(tǒng)對城市路燈系統(tǒng)進行全面的升級,不僅實現了智能控制，而且降低了運行成本。 因此，智能路燈控制系統(tǒng)的推廣，可以改變城建系統(tǒng)企業(yè)傳統(tǒng)的管理服務方式，提高服 務效率，并對提高城市形象起到了極大

5、的推動作用。 早在 90 年代初，發(fā)達國家就已經廣泛的使用了智能照明調控系統(tǒng)，來降低城市照明 的費用支出。國家發(fā)改委、建設部、國家質量技術監(jiān)督局已在 2000 年下發(fā)了 223 號文件 關于進一步推進中國綠色照明工程的意見的通知，提出推廣節(jié)能、高效的照明燈具 和智能照明調控系統(tǒng)，深入開展綠色照明節(jié)能工作。智能照明設備具有軟啟動、穩(wěn)壓、 節(jié)能功能，用戶可根據道路照明的現狀，科學的設定節(jié)能時間和節(jié)能比率。智能照明調 控系統(tǒng)為照明設備提供各種自動化控制功能，通過電腦控制和管理軟件實現無故障智能 化和無人值守，提高安全可靠性，實現城市照明智能化管理。更深遠意義在于，通過節(jié) 約可觀的電能消耗，就可以有效

6、的減少火力發(fā)電廠(2002 年火力發(fā)電占我國年總發(fā)電量的 8183%)對大氣 CO、SO、NO 和粉塵、灰渣的排放量，減少污染，保護環(huán)境。 模擬交通燈控制系統(tǒng) 2 本系統(tǒng)正是本著節(jié)能減排，保護環(huán)境的目的，開發(fā)設計的一個模擬路燈控制系統(tǒng)。 通過軟件控制，來分別實現路定時開關路燈，路燈開關燈時間可調，跟據環(huán)境明暗狀況 自動開關燈，跟近車輛經過情況自動調節(jié)路燈亮滅，以及故障報警、功率調節(jié)等功能。 112 設計意義設計意義 路燈節(jié)能系統(tǒng)產生的直接及間接的社會經濟效益是巨大的。 1我們可以通過直觀的計算來判斷：單從電費支出上可以看出，采用智能路燈節(jié)能 控制設備后，以最低節(jié)電率計算，每年可節(jié)省大量的財政支

7、出； 2路燈控制系統(tǒng)技術的提升，又可大大降低全市路燈的維護量，縮減運行維護成本， 節(jié)約財政支出。 3倘若全國路燈管理部門都能積極采用新技術的話，除了節(jié)約大量電費和維護資金 以外，同時還可節(jié)約大批的原煤等資源，更有利于環(huán)境保護，既節(jié)約了能源又落實了國 家可持續(xù)發(fā)展的方針政策。 高科技技術節(jié)能產品的應用如果能夠在我國城市路燈行業(yè)得以全面推廣和應用，那 么它所創(chuàng)造巨大的社會效益及其產生的深遠影響都是不可估量的。 12系統(tǒng)設計目標系統(tǒng)設計目標 基于此，我們設計了基于單片機控制的智能交通路燈控制系統(tǒng)，能實現一下功能要 求： 1基本要求基本要求 （1）支路控制器有時鐘功能，能設定、顯示開關燈時間，并控制整

8、條支路按時開燈 和關燈。 （2）支路控制器應能根據環(huán)境明暗變化，自動開燈和關燈。 （3）支路控制器應能根據交通情況自動調節(jié)亮燈狀態(tài)：當可移動物體 M（在物體前 端標出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達 S 點時（見圖 12） ，燈 1 亮；當 物體 M 到達 B 點時，燈 1 滅，燈 2 亮；若物體 M 由右至左移動時，則亮燈次序與上相反。 （4）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間。 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 3 （5）當路燈出現故障時（燈不亮） ，支路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故 障路燈的地址編號。 輸入、顯示 裝置 支路控制器 單元控制器1單元控制器2

9、LED燈1LED燈2 圖 11 示意圖 LED燈1 LED燈2 40 20 40 S A B C S 40 40 40 M 定位點 圖 12 2發(fā)揮部分發(fā)揮部分 （1）自制單元控制器中的 LED 燈恒流驅動電源。 （2）單元控制器具有調光功能，路燈驅動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自 動減小，該功率應能在 20%100%范圍內設定并調節(jié)，調節(jié)誤差2%。 （3）其它（性價比等） 。 3說明說明 （1）光源采用 1 W 的 LED 燈，LED 的類型不作限定。 （2）自制的 LED 驅動電源不得使用產品模塊。 （3）自制的 LED 驅動電源輸出端需留有電流、電壓測量點。 （4）系統(tǒng)中不得采用接

10、觸式傳感器。 模擬交通燈控制系統(tǒng) 4 （5）基本要求（3）需測定可移動物體 M 上定位點與過“亮燈狀態(tài)變換點” （S、B、S等點）垂線間的距離，要求該距離2cm。 第二章第二章 總體設計總體設計 本設計由主控單元、LCD 顯示模塊、物體檢測模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊、 功率調節(jié)等模塊組成，其結構框圖如圖 21 所示。 主控單元 按鍵輸入 LCD顯示 電源模塊 環(huán)境明暗 檢測模塊 交通情況 光電檢測 恒流控制 穩(wěn)壓控制 單元控制驅動模塊1單元控制驅動模塊2 LED1LED2 電壓、電 流顯示 電壓、電 流顯示 圖 21 模擬路燈控制系統(tǒng)結構框圖 方案一：支路控制器和兩個單元控制器分別采用單

11、片機來控制，并通過串行總線方 式來進行通信；采用矩陣鍵盤輸入，并通過 LED 數碼管對設定時間、故障路燈和功率調 節(jié)設定范圍進行顯示；通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗，實現自動開燈和關燈；另外通過光 敏電阻檢測路燈故障，并顯示。應用超聲波模塊對物體運動狀態(tài)進行檢測，自動控制 LED 路燈工作狀態(tài)。 方案二：支路控制器采用 AT89S52 單片機為核心，控制兩個單元電路。應用獨立式 按鍵進行功能選擇，通過 12864 液晶實時顯示設定時間、故障路燈編號和功率調節(jié)的范 圍。通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗程度實現自動開燈和關燈功能，同時還能檢測路燈故障。 應用漫反射式紅外光電開關對物體運動狀態(tài)進行檢測，當物體經過

12、設定位置時，光電開 關把檢測到的信號傳給支路控制驅動模塊，主控單元發(fā)出指令，通過單元控制驅動模塊 來調節(jié) LED 路燈工作狀態(tài)。 方案比較：方案一采用串行總線方式，矩陣鍵盤可節(jié)省單片機 IO 口資源，但電路復 雜，調試困難，成本較高。相比之下方案二能夠完全滿足本題目需求，控制結構簡單， 成本低，許多功能通過軟件實現，整個電路元器件少，系統(tǒng)完全由一個單片機控制 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 5 ，LCD 液晶 12864 顯示更直觀、清晰，系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，性價比高。因此，我們 采用方案二。 第三章第三章 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計 31 AT89S52AT89S52 單片機概述單片機概述

13、311 AT89S52 單片機的內部組成單片機的內部組成 AT89S52 內部有 8 KB ROM，基本組成如圖 3 1所示。 圖 3 1 312 AT89S52 單片機的功能特性單片機的功能特性 1主要特性主要特性 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產品指令和 引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯 片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式

14、控制 應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數據指針，三個 16 位 定 時器/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工串行口， 片內晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， 模擬交通燈控制系統(tǒng) 6 CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位 為止。 2管腳說

15、明管腳說明 P0 口：P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作 為輸出口，每位能驅動 8 個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口 寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據 存儲器時，P0 口也被作為低 8 位地址/數據復用。在這種 模式下，P0 具有內部上拉電阻。在 flash 編程時，P0 口 也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。 程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以 作為輸入口使用。作為

16、輸入使用時，被外部拉低的引腳 由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。 此外，P10 和 P12 分別作定時器/計數器 2 的外部計數輸入（P10/T2）和時器/ 計數器 2 的觸發(fā)輸入（P11/T2EX） ，具體如下表所示。在 flash 編程和校驗時，P1 口接 收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號第二功能 ： P10 T2（定時器/計數器 T2 的外部計數輸入） ，時鐘輸出 P11 T2EX（定時器/計數器 T2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） P15 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P16 MISO（在系統(tǒng)編程用） P17 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的

17、8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口 使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。在 訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時， 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 7 P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地 址（如 MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內容。在 flash 編程 和校驗時，P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些

18、控制信號。 P3 口：P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口 使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下所示： 在 flash 編程和校驗時，P3 口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能 P30 RXD(串行輸入口) P31 TXD(串行輸出口) P32 INTO(外中斷 0) P33 INT1(外中斷 1) P34 TO(定時/計數器 0) P35

19、T1(定時/計數器 1) P36 WR(外部數據存儲器寫選通) P37 RD(外部數據存儲器讀選通) 此外，P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。 RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單 片機復位。 ALE/PROG當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出 脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的 脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存 儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入

20、編程脈沖（PROG） 。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引 腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 禁止位無效。 PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸 模擬交通燈控制系統(tǒng) 8 出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器

21、（地址為 0000H- FFFFH） ，EA 端必如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件 是使用 12V 編程電壓 Vpp。 32 顯示模塊設計顯示模塊設計 采用點陣式液晶顯示器（LCD）顯示。LCD 功能強大，可顯示各種字體的數字、漢 字、圖像，還可以自定義顯示內容，顯示靈活生動，同時配有 4*4 鍵盤更便于工作人員 操作。 方方案案一一：采采用用 LCD1602 LCD1602 介紹 1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，

22、多出來的 2 條線是背 光電源線 VCC(15 腳)和地線 GND(16 腳)，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣，其中： 引腳符號功能說明 1VSS一般接地 2VDD接電源（+5V） 3V0 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” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度） 。 4RSRS 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。 5R/WR/W 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。 6EE(或 EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。 7DB0底

23、4 位三態(tài)、 雙向數據總線 0 位（最低位） 8DB1底 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 1 位 9DB2底 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 2 位 10DB3底 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 3 位 11DB4高 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 4 位 12DB5高 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 5 位 13DB6高 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 6 位 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 9 14DB7高 4 位三態(tài)、 雙向數據總線 7 位（最高位） （也是 busy flag） 15BLA背光電源正極 16BLK背光 電源負極 方方案案二二 采采用用LCD12864 LCD12864 介紹 1、概述、概述 F

24、YD12864-0402B 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含 有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內 置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集利用該模塊靈活的接口方式 和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢字 也可完成圖形顯示低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液 晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要 簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 基本

25、特性: 低電源電壓（VDD:+30-+55V） 顯示分辨率:12864 點 內置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點陣漢字(簡繁體可選) 內置 128 個 168 點陣字符 2MHZ 時鐘頻 顯示方式：STN、半透、正 驅動方式：1/32DUTY，1/5BIA 視角方向：6 背光方式：側部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/51/1 通訊方式：串行、并口可選 內置 DC-DC 轉換電路，無需外加負壓 無需片選信號，簡化軟件設計 工作溫度: 0 - +55 ,存儲溫度: -20 - +60 模擬交通燈控制系統(tǒng) 10 2、方框圖、方框圖 圖 3 2 3、模塊接口說明、模塊接口說明

26、 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 11 *注釋 1：如在實際應用中僅使用串口通訊模式，可將 PSB 接固定低電平，也可以將 模塊上的 J8 和“GND”用焊錫短接。 *注釋 2：模塊內部接有上電復位電路，因此在不需要經常復位的場合可將該端懸空。 *注釋 3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的 JA、JK 用焊錫短接。 并行接口： 管腳號管腳名稱電平管腳功能描述 1VSS0V電源地 2VCC30+5V電源正 3V0-對比度（亮度）調整 4 RS(CS）H/L RS=“H”,表示 DB7DB0 為顯示數據 RS=“L”,表示 DB7DB0 為顯示指令數據 5 R/W(SID)H/L R/W=

27、“H”,E=“H”,數據被讀到 DB7DB0 R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0 的數據被 寫到 IR 或 DR 6E(SCLK)H/L使能信號 7DB0H/L三態(tài)數據線 8DB1H/L三態(tài)數據線 模擬交通燈控制系統(tǒng) 12 9DB2H/L三態(tài)數據線 10DB3H/L三態(tài)數據線 11DB4H/L三態(tài)數據線 12DB5H/L三態(tài)數據線 13DB6H/L三態(tài)數據線 14DB7H/L三態(tài)數據線 15PSBH/LH：8 位或 4 位并口方式，L：串口方式（見注釋 1） 16NC-空腳 17/RESETH/L復位端，低電平有效（見注釋 2） 18VOUT-LCD 驅動電壓輸出端 19AVDD背光

28、源正端（+5V） （見注釋 3） 20KVSS背光源負端（見注釋 3） *注釋 1：如在實際應用中僅使用并口通訊模式，可將 PSB 接固定高電平，也可以將 模塊上的 J8 和“VCC”用焊錫短接。 *注釋 2：模塊內部接有上電復位電路，因此在不需要經常復位的場合可將該端懸空。 *注釋 3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的 JA、JK 用焊錫短接。 4模塊主要硬件構成說明模塊主要硬件構成說明 控制器接口信號說明： (1) RS，R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式： RSR/W功能說明 LLMPU 寫指令到指令暫存器（IR） LH讀出忙標志（BF）及地址記數器（AC）的狀態(tài) HL

29、MPU 寫入數據到數據暫存器（DR） HHMPU 從數據暫存器（DR）中讀出數據 (2) E 信號 E 狀態(tài)執(zhí)行動作結果 高低 I/O 緩沖 DR 配合/W 進行寫數據 或指令 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 13 高 DRI/O 緩 沖 配合 R 進行讀數據或 指令 低/低高無動作 忙標志:BF BF 標志提供內部工作情況BF=1 表示模塊在進行內部操作,此時模塊不接受外部指 令和數據BF=0 時,模塊為準備狀態(tài),隨時可接受外部指令和數據 利用 STATUS RD 指令,可以將 BF 讀到 DB7 總線,從而檢驗模塊之工作狀態(tài) 字型產生 ROM（CGROM） 字型產生 ROM（CGROM）提

30、供 8192 個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制。 DFF=1 為開顯示（DISPLAY ON),DDRAM 的內容就顯示在屏幕上，DFF=0 為關顯示 （DISPLAY OFF)。 DFF 的狀態(tài)是指令 DISPLAY ON/OFF 和 RST 信號控制的。 顯示數據 RAM（DDRAM） 模塊內部顯示數據 RAM 提供 642 個位元組的空間，最多可控制 4 行 16 字（64 個 字）的中文字型顯示，當寫入顯示數據 RAM 時，可分別顯示 CGROM 與 CGRAM 的字 型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數字型(16*8)、CGRAM 字型及 CGROM 的中 文字型，三種字

31、型的選擇，由在 DDRAM 中寫入的編碼選擇，在 0000H0006H 的編碼 中（其代碼分別是 0000、0002、0004、0006 共 4 個）將選擇 CGRAM 的自定義字型， 02H7FH 的編碼中將選擇半角英數字的字型，至于 A1 以上的編碼將自動的結合下一個 位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼 BIG5（A140D75F） ，GB（A1A0- F7FFH） 。 字型產生 RAM(CGRAM) 字型產生 RAM 提供圖象定義(造字)功能, 可以提供四組 1616 點的自定義圖象空間， 使用者可以將內部字型沒有提供的圖象字型自行定義到 CGRAM 中，便可和 CGROM

32、中 的定義一樣地通過 DDRAM 顯示在屏幕中。 地址計數器 AC 地址計數器是用來貯存 DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由設定指令暫存器來改變， 之后只要讀取或是寫入 DDRAM/CGRAM 的值時，地址計數器的值就會自動加一，當 RS 為“0”時而 R/W 為“1”時，地址計數器的值會被讀取到 DB6DB0 中。 模擬交通燈控制系統(tǒng) 14 光標/閃爍控制電路 此模塊提供硬體光標及閃爍控制電路，由地址計數器的值來指定 DDRAM 中的光標 或閃爍位置。 33 物體檢測模塊設計物體檢測模塊設計 本模塊用來檢測交通狀況。當車輛經過時，路燈自動亮滅變化，從而實現路燈根據 交通狀況自動調節(jié)其

33、亮滅狀態(tài)功能。 方案一：采用超聲波對物體行進狀態(tài)檢測。超聲波能夠實時檢測物體所在位置，并 返回信號。但是超聲波受環(huán)境影響較大，電路復雜，任何有形狀的物體對超聲波的反射 都會影響系統(tǒng)對物體的檢測和判斷。因此我們放棄此方案。 方案二：采用漫反射式光電開關檢測物體運動狀態(tài)。當物體經過某一指定地點時， 傳感器感應到物體，并把信號傳給控制單元，再由控制單元發(fā)出指令控制路燈亮滅，從 而有效實現路況檢測功能。該方案具有有效、直觀，電路和程序控制更簡單明了，穩(wěn)定 性也相對較強等優(yōu)點。因此我們選用了方案二。 光電開關工作原理：光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被 檢測物對光束的遮擋或反射，由同

34、步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于 金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信 號射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。多數光電開關 選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。 漫反射式光電開關：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體 經過時，物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產 生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首 選的檢測模式。 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 15 圖 3 3 34 環(huán)境監(jiān)測單元設計環(huán)境監(jiān)測單元設計 本單元采用光敏電阻檢

35、測環(huán)境明暗變化，當光 敏電阻感應到光線變化時，將信號傳給控制單元進 行處理，再由控制單元控制路燈的亮滅。 如圖 34 所示。共有四路檢測單元，備用 1 路。 圖 34 環(huán)境監(jiān)測單元 光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、 硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光 照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產生的載流子都參與 導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴 奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。 光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光 的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏

36、電阻器一般 用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化） 。常用的光敏電阻器 R 28 10k R 27 10k 2 3 1 411 U 7A 10k R 37 50k R 38 。 圖 3.5 模擬交通燈控制系統(tǒng) 16 硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光） 的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達 110M 歐,在強光條件 （100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜 特性）與人眼對可見光（04076）m 的響應很接近，只要人眼可感受的光，都會引 起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白

37、熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光 源，使設計大為簡化。 1結構結構 通常，光敏電阻器都制成薄片結構，以便吸收更多的 光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激 發(fā)出電子空穴對，參與導電，使電路中電流增強。為了 獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是 在一定的掩膜下向光電導薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結構如右圖 所示。 光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器 在電路中用字母“R”或“RL”、 “RG”表示。 圖 3.6 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 17 2工作原理工作原理 光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導體

38、光敏材料兩端裝上電極引線，將 其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。 用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂 敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線， 封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值 很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收 一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產 生的電子空穴對了半導體材料中載流子的數目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻 阻值下降。光照愈強，阻值

39、愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子空穴對將復 合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電 流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，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，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體 的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。 3分類分類 根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器： 紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測 紫外線。 紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用 于導彈制導、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、

40、紅外光譜，紅外通信等國防、科 學研究和工農業(yè)生產中。 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅 光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關門戶，航標燈、路燈和其 他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測 器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數器，煙霧報警器，光電跟 蹤系統(tǒng)等方面。 模擬交通燈控制系統(tǒng) 18 4光敏電阻的主要參數：光敏電阻的主要參數： （1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電 流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。

41、（2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過 的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。 （3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時 的電阻值（亮電阻）的相對變化值。 （4）光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射 下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。 （5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏 電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。 若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小

42、，然后逐漸趨向平緩。在大多數情況下，該 特性為非線性。 （6）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關系， 對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。 （7）溫度系數。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光 電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。 （8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當溫度 升高時，其消耗的功率就降低。 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 19 35 電源單元設計電源單元設計 （1）電壓源：該電壓源將工頻交流電經過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，向系統(tǒng)提供 +5V 電源，其工作原理如圖 37 所示。 圖 3

43、7 穩(wěn)壓電源原理圖 （2）恒流源：該電流源將工頻交流電經過變壓、整流、濾波、電阻的分流、分壓及 三極管的穩(wěn)流、放大，最后向 1W LED 燈提供恒定 300mA 的電流，其工作原理如圖 38 所示。 圖 38 恒流源電路原理圖 圖 38 中發(fā)光二極管 LED 的壓降取 2V, 二極管的壓降取 07V,三極管的壓降取 07V，由此可得： mA RR UUU I beDZ D 330 15/10 7 . 07 . 02 / 21 2 模擬交通燈控制系統(tǒng) 20 36 功率調節(jié)單元設計功率調節(jié)單元設計 本單元利用單片機控制 PWM 信號，再經過三極管、固態(tài)繼電器進行功率放大，實現 對功率的有效調節(jié)，使

44、驅動功率在規(guī)定時間內自動減小，其調節(jié)范圍可在 20%100%內設 定。如圖 39 所示。本電路可加穩(wěn)壓電源或恒流電源，可通過電路硬件進行設置。同時 負載電流和電壓通過單元控制器的電壓表和電流表進行監(jiān)視，由此可得： 圖 39 功率調節(jié)單元圖 37 系統(tǒng)各模塊方案設定系統(tǒng)各模塊方案設定 （1）主控芯片：采用 Atmel 公司的 AT89S52 作為控制核心； （2）顯示模塊：采用 12864 液晶顯示； （3）物體檢測模塊：選用漫反射型光電開關檢測物體運動狀態(tài)； （4）環(huán)境檢測模塊：使用光敏電阻來實現對環(huán)境明暗狀況的檢測； （5）驅動模塊：自制+5V 穩(wěn)壓源和 300mA 恒流源； （6）功率調節(jié)

45、模塊：單片機控制 PWM 信號調制。 總硬件電路圖見附圖 1 所示。 200100 9 . 1 2 I V R CC R44 1k R45 220 R46 6 V CC U 12 O PT O ISO 1 D S3 L AM P 1 2 J7 CON 2 。 1 2 CON 2 Q ? PNP 。 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 21 第四章第四章 軟件系統(tǒng)設計軟件系統(tǒng)設計 4 41 1 系統(tǒng)軟件設計說明系統(tǒng)軟件設計說明 在進行微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個 生產對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。 在單片機控制系統(tǒng)中，

46、大體上可分為數據處理、過程控制兩個基本類型。數據處理 包括：數據的采集、數字濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方 法進行計算，然后再輸出，以便控制生產。為了完成上述任務，在進行軟件設計時，通 常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊” ，實質上就是所完 成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。模塊程序設計 法的主要優(yōu)點是： 單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調試； 模塊可以共存，一個模塊可以被多個任務在不同條件下調用； 模塊程序允許設計者分割任務和利用已有程序，為設計者提供方便。 42 程序結構框圖程序結構框圖 根據設計方案，系統(tǒng)結

47、構框圖如圖 41 所示： 圖 41 系統(tǒng)結構框圖 根據結構框圖設計的主程序流程圖見附圖 2。 模擬交通燈控制系統(tǒng) 22 第五章第五章 測試與結果分析測試與結果分析 51 測試方法與結果測試方法與結果 511 時鐘設定和定時開關路燈測試時鐘設定和定時開關路燈測試 采用獨立按鍵調整并設定系統(tǒng)及開關燈時間，并通過液晶屏實時顯示。測試過程如 下：（1）設定系統(tǒng)當前時刻為 01 時 10 分，經秒表測試，120 秒后液晶屏顯示當前時刻 值為 01 時 12 分；（2）系統(tǒng)當前時刻為 00 時 05 分，設定 LED1 燈 00 時 06 分點亮，00 時 07 分熄滅，經秒表測試，60 秒后 LED1

48、燈點亮，再過 60 秒熄滅，液晶屏顯示正確； 支路控制器能夠獨立控制每只路燈的開燈和關燈時間。 512 環(huán)境明暗檢測測試環(huán)境明暗檢測測試 在定時功能穩(wěn)定的前提下，將連接主控制器的光敏電阻置于正常光照（阻值約為零 點幾千歐） ，LED 燈不亮，當遮擋此光敏電阻（阻值約為十幾千歐以上） ，使其所在環(huán)境 光線變暗時 LED 點亮，去掉遮擋時 LED 熄滅。用手遮住光敏電阻時，LED 燈再次點亮， 移開手時 LED 燈熄滅，此部分工作正常。 513 交通情況測試交通情況測試 （1）物體從左向右運動，當到達 S 點時 LED1 正常點亮，當物體運動到 B 點時 LED1 熄滅、LED2 點亮，當物體移動

49、到 S時，LED2 熄滅； （2）物體從右向左移動，當到達 S點時 LED2 點亮，當物體運動到 B 點時 LED2 熄滅、LED1 點亮，當物體運動到 S 時 LED1 熄滅。此部分系統(tǒng)工作正常。 514 路燈故障檢測報警測試路燈故障檢測報警測試 在其它一切外部條件正常的情況下，當某一路燈在接收到信號后不能正常點亮或熄 滅，則判定為故障，故障檢測通過光敏電阻接受到光照情況來判斷。當故障發(fā)生時，發(fā) 出聲光報警，同時液晶顯示故障所在位置。 在本次測試中，在一切外部條件正常的情況下，兩個燈同時發(fā)光，當用物體擋住任 一個光敏電阻光線，即假定某個路燈故障時，電路能正常發(fā)出聲光報警，并能正常顯示 故障所

50、在位置。此故障檢測系統(tǒng)正常。 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 23 515 自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試 穩(wěn)壓電源輸出部分選用 85 系列 30V 電壓指示表頭對輸出電壓進行指示。指示電壓為 51V。 選用 UT51 數字萬用表測得的輸出電壓值為 5V。與理論輸出電壓值 5V 有一定 誤差，誤差值為 01V。 516 自制單元控制器恒流驅動電源測試自制單元控制器恒流驅動電源測試 恒流源驅動部分選用 85 系列 30V 電壓指示表頭和一個同系列 1A 的電流指示表頭分 別對它的輸出電流進行顯示。我們用 UTI51 數字萬用表測得的電流為 300mA，與理論輸 出值 330

51、mA 有一定誤差。 本測試采用 50，15A 滑動變阻器作負載，測試結果如表 1 所示： 恒流源電流測試結果恒流源電流測試結果 負載電阻（負載電阻（）5 50 011119 920206 631310 037378 847472 2 測試值測試值(mA)(mA)303303301301301301300300300300299299 誤差分析 （1）R1 和 R2 的阻值存在偏差； （2）二極管、發(fā)光管、三極管的壓降取值有偏差； （3）測試用儀器儀表和數值的讀取都存在誤差。 517 功率輸出測試功率輸出測試 通過單片機的 PWM 方式，實現了輸出功率的可調。電壓電流值通過單元電路面 板監(jiān)控。當

52、脈寬在 20%-100%調整時，輸出電流明顯減小。從亮到暗電流從 300mA 減到 50mA。 模擬交通燈控制系統(tǒng) 24 52 測試結果分析測試結果分析 1本設計實現了題目所有的基本要求； 2本設計實現了題目所有的發(fā)揮部分； 3本設計采用的控制器資源有限，如果采用高級的控制芯片，我們會實現更多的控 制功能，使系統(tǒng)更完善。 4考慮到作品的性價比，外觀設計尚有不足之處，應該進一步改進，使其更合理美 觀。 5除此之外，本設計增加的創(chuàng)新部分功能如下： （1）單元控制器的驅動部分能夠分別采用穩(wěn)壓驅動和恒流驅動，兩種電源供電方式。 選擇方便，控制穩(wěn)定。 （2）利用 51 系列單片機與液晶屏實現主菜單和多級

53、子菜單功能選擇、參數設定、 運行與實時監(jiān)控等功能，實現對路燈模擬控制系統(tǒng)的綜合控制。 （3）增加了輸出電壓和電流表頭指示，使輸出結果和測試更直觀，簡便。 （4）本設計采用便宜的硬件，硬件功能通過軟件實現，元件數少，可靠性高，成本 低廉，性價比高，功能滿足設計要求。 石家莊職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 - 25 總結總結 隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于 完成了。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。 通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以 前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我 才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提 高自己知識和綜合素質。 在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不 懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫 助我的同學。 在此要感謝郭增欣老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我 通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了 不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也 培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信