基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(終稿)

1、（20162016 屆屆) )畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計題 目：基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計姓名： 湯燁俊專業(yè)： 電子信息工程班級: 電信 N122學(xué) 號： 201245679215指導(dǎo)教師： 許 翔導(dǎo)師職稱： 副教授嘉興學(xué)院南湖學(xué)院教學(xué)事務(wù)管理中心2016 年 月 日誠誠 信信 聲聲 明明我聲明,所呈交的設(shè)計是本人在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，設(shè)計中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含為獲得嘉興學(xué)院南湖學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。我承諾，設(shè)計中的所有內(nèi)容均真實、可信. 設(shè)計作者簽名:簽名日期：年月日授授 權(quán)

2、權(quán) 聲聲 明明學(xué)校有權(quán)保留送交設(shè)計的原件，允許設(shè)計被查閱和借閱，學(xué)?？梢怨荚O(shè)計的全部或部分內(nèi)容，可以影印、縮印或其他復(fù)制手段保存設(shè)計，學(xué)校必須嚴(yán)格按照授權(quán)對設(shè)計進(jìn)行處理，不得超越授權(quán)對設(shè)計進(jìn)行任意處置.設(shè)計作者簽名:簽名日期： 年 月 日基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計摘摘 要要 本文中的設(shè)計是基于單片機(jī) MSP430G2553 的一個用于節(jié)能路燈控制系統(tǒng)，能夠自動檢測來往行走人員,當(dāng)有人員通過時能根據(jù)環(huán)境光線自動啟動路燈，當(dāng)人員離開,延遲一段時間后路燈自動熄滅,并可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)路燈亮度。在控制系統(tǒng)中，含有人體紅外傳感器模塊、光敏電阻傳感器模塊、聲光電報警模塊，首先光敏電阻傳感器模塊

3、會對天氣亮度進(jìn)行識別,從而進(jìn)行判斷路燈是否被打開,如果遇到問題不能被打開則報警模塊會觸發(fā)蜂鳴器和 LED 燈警示;當(dāng)有人通過時,人體紅外傳感器模塊會檢測到，將信息反饋給單片機(jī)，單片機(jī)將會調(diào)節(jié) PWM 波,從而使路燈增加亮度.該系統(tǒng)基本實現(xiàn)了對路燈的節(jié)能控制，并實現(xiàn)了路燈的工作模式、調(diào)光功能和報警信息等功能,整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，具有良好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：MSP430G2553,節(jié)能路燈控制系統(tǒng)，人體紅外傳感器DESIGN OF ENERGY SAVING LAMP CONTROL SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTERABSTRACTThe

4、design is based onmsp430g2553 a for street lamp energy-saving control system， can automatically detect traffic personnel, when personnel through can according to the ambient light auto start the streetlight， when people leave， after a period of time delay lamp extinguished automatically， and can be

5、according to the need to adjust the brightness of street lamps。 In control system， containing the human body infrared sensor module， photosensitive resistance sensor module， sound photoelectric alarm module, first of all， photosensitive resistance sensor module will identify the brightness of the we

6、ather, so as to judge whether the lamp was turned on， if you encounter a problem can not be open alarm module will trigger the buzzer and led warning light； when someone passes， the human body infrared sensor module will be detected and the information feedback to the microcontroller, microcontrolle

7、r will adjust the PWM wave, thus enable the street to increase brightness. The system basically realized the energy saving control of street lamps， and realized the working mode of the street lamp, light control function and alarm information， the whole system is stable and reliable， and has good ap

8、plication prospects。Keywords:MSP430G2553， energy saving lamp control system， human body infrared sensor目錄目錄1 緒論 11。1 概述 11。2 節(jié)能路燈控制的國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展 11。2.1 路燈節(jié)電控制器的發(fā)展歷史 11。2.2 路燈節(jié)電控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.3 路燈節(jié)電控制器的相關(guān)技術(shù) 31。2。4 路燈節(jié)電控制器的發(fā)展趨勢 41。3 現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)的分析 51。3。1 現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)的缺點不足 51。3。2 擬采用的改進(jìn)方案 52 節(jié)能路燈控制方案設(shè)計 62。1 課題主要內(nèi)容

9、 62。2 節(jié)能路燈控制方案介紹 63 系統(tǒng)硬件的選擇和設(shè)計 83。1 單片機(jī)的選擇 83.1。1 單片機(jī)模塊的論證與選擇 83。1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)及周邊電路 93。2 光敏電阻模塊 103.3 紅外傳感器模塊 103。4 聲光電報警模塊 114 軟件系統(tǒng)設(shè)計 134.1 軟件編寫 134.2 系統(tǒng)流程圖 155 系統(tǒng)調(diào)試 165。1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試 165。2 光敏電阻模塊的調(diào)試 165.3 人體紅外感應(yīng)模塊的調(diào)試 165。4 蜂鳴器報警模塊的調(diào)試 175。5 軟件運行的調(diào)試 176 總結(jié)與展望 18參考文獻(xiàn) 19致謝 21附錄 22基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計01 緒論緒論

10、1。1 概述概述隨著人類文明的發(fā)展進(jìn)步，人們對于基礎(chǔ)建設(shè)的要求越來越高,路燈，作為城市基礎(chǔ)建設(shè)的必要設(shè)施，毫無疑問得成為了人類夜間活動的主要照明工具。城市的路燈控制系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)建設(shè)的一個重要組成部分，它的智能化程度也反映出了城市的現(xiàn)代化文明水平。經(jīng)研究表明，良好的道路照明可以減少大約30左右的夜間交通事故。所以，設(shè)計自動化程度高、安全性能好、運行可靠、智能控制程度高、高效節(jié)能、使用和維護(hù)方便的照明控制系統(tǒng),是城市現(xiàn)代化文明不可缺少的要求之一。近些年,隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)來推動各項公共事業(yè)的發(fā)展，取得了非常顯著的成效.通過改變現(xiàn)當(dāng)代相對落后的照明控制系統(tǒng)來節(jié)約能源，是建立節(jié)

11、約型社會所必須的。隨著國家的“節(jié)能法”頒布以及實施和我國“十一五”規(guī)劃要求，高科技技術(shù)和節(jié)約能源已經(jīng)納入社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容,利在當(dāng)代，功在千秋1.隨著城市路燈照明規(guī)模的不斷擴(kuò)大延伸,在傳統(tǒng)的技術(shù)方式下,管理部門的維護(hù)成本和人工成本不斷增長。因此，城市路燈控制系統(tǒng)所采用的計算機(jī)技術(shù)需要實現(xiàn)科學(xué)化管理和智能化管理。1.2 節(jié)能路燈控制的國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展節(jié)能路燈控制的國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展1。2.1 路燈節(jié)電控制器的發(fā)展歷史路燈節(jié)電控制器的發(fā)展歷史 人類的發(fā)展史是一部追求光明的創(chuàng)業(yè)史，火的運用是人類文明進(jìn)步的重要里程碑.遠(yuǎn)古先祖?zhèn)凕c燃的篝火就是最早的燈火。直到1843年,中國上海街頭出現(xiàn)了第一盞

12、路燈，盡管它是由煤油點燃的，但是在人們的心中,它發(fā)出的光芒比月光還要圣神.就在黃埔江的兩岸，人群為了一睹第一盞路燈的風(fēng)采蜂擁而至，再后來，上海租界的路燈又改成了由煤氣供應(yīng)的路燈。這種技術(shù)是從英國倫敦移植過來的,它的亮度比煤油燈高出了好多倍,在夜里行走的人眼中，這種光亮簡直就是夜晚的小太陽。再到1879年，上海的十六浦碼頭終于亮起了中國第一盞用電能發(fā)光的路燈，供電的是一臺只有10馬力的內(nèi)嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計1燃機(jī)發(fā)電組,也就相當(dāng)于一輛手扶拖拉機(jī)的功率而已2。1 1。2.22.2 路燈節(jié)電控制器的發(fā)展現(xiàn)狀路燈節(jié)電控制器的發(fā)展現(xiàn)狀 目前國內(nèi)的路燈控制器生產(chǎn)的品牌有：康啟路燈控制器，智能路燈

13、專用節(jié)電器；路燈專用節(jié)能控制柜；路燈天文控制器/天文鐘/天體鐘、智能路燈節(jié)能控制柜、路燈節(jié)電控制柜、路燈節(jié)電器等一系列的路燈控制器；并通過國家質(zhì)量檢測中心的檢測認(rèn)證，符合國家用電要求3.KQLD1智能型路燈控制器采用國外最先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)，運用太陽與地球的運行規(guī)律以及地球經(jīng)緯度與日出日落的關(guān)系,并根據(jù)一年四季變化規(guī)律與經(jīng)緯度算法計算日出日落時間.本產(chǎn)品有開關(guān)時間微調(diào)和半夜控制功能,從而能適應(yīng)不同地理環(huán)境的需要；是路燈、霓虹燈、廣告燈箱、監(jiān)控補(bǔ)光等設(shè)備的最佳時間控制器,能有效節(jié)約資源消耗,減少浪費;可廣泛應(yīng)用于街道、鐵路、車站、航道、工礦、學(xué)校、小區(qū)及供電部門等一切需要時間控制的場所4。路燈

14、控制器目前廣泛應(yīng)用于市政主要道路（國道、省道、縣道)、高速公路、體育廣場、橋梁、碼頭、隧道、園林、觀光景燈、游樂場所、廣告燈箱等用于公共照明的環(huán)境場所；路燈控制器所適用的燈具類型也很多，比如高壓鈉燈、低壓鈉燈、高壓汞燈、金屬鹵化物燈、熒光燈等所有氣體放電式的照明燈具5。它們的特點如下:1、采用國外先進(jìn)的微處理芯片，可靠性高、誤差小、穩(wěn)定性強(qiáng)。 2、具有斷電數(shù)據(jù)保存，時鐘不間斷工作,無需更換電池，維持時鐘運行十年以上。 3、經(jīng)緯度計算開關(guān)時間,隨季節(jié)變化合理控制，最小步長1分鐘。 4、采用液晶顯示年、月、日、時、分，并帶有背光，方便夜間觀察和操作。 5、具有路數(shù)選擇功能，可方便的設(shè)置為1路、2路

15、或者3路控制。 工作模式0：用戶設(shè)定開關(guān)時間，開燈范圍12：00到23:55；關(guān)燈范圍00：00到11:55。 工作模式1:采用經(jīng)緯度控制開關(guān)時間，2路,3路關(guān)燈時間可在00：00到11：55設(shè)定. 工作模式2：經(jīng)緯度控制時間正負(fù)30分鐘風(fēng)采用光控。 工作模式3:光強(qiáng)度控制開關(guān)燈。 6、具有獨立檢修按鈕便于用電設(shè)備的檢修或重大慶典的需要.基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計27、 抗干擾能力強(qiáng)，能抵御從電網(wǎng)直接輸入幅值達(dá)2000伏的干擾脈沖。 8、大功率繼電器輸出，可接220伏或380伏接觸器，控制穩(wěn)定，使用壽命長。1 1。2 2。3 3 路燈節(jié)電控制器的相關(guān)技術(shù)路燈節(jié)電控制器的相關(guān)技術(shù) 路燈節(jié)

16、能控制器所實現(xiàn)的功能為：（一）電壓監(jiān)控（一）電壓監(jiān)控由于各個地區(qū)的電力供應(yīng)有所不同,有些地區(qū)的電網(wǎng)電壓相對偏高，又有些地區(qū)的電網(wǎng)電壓相對偏低，而且電網(wǎng)電壓還會隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生大小不同的波動6。這時候路燈節(jié)能控制器能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電壓進(jìn)行實時地監(jiān)控，與分時控制（下文會有詳細(xì)解釋)配合起來，就會取得良好的效果。具體的操作方法如下：在遇到交通高峰期時，路燈應(yīng)該保證足夠的亮度。在正常的情況下，路燈應(yīng)該投入使用第一檔運行.但是如果這時候電網(wǎng)電壓相對偏低(如低于208 V) ，那么路燈應(yīng)該全壓運行,如果電網(wǎng)電壓相對偏高（如高于236 V） ,那么路燈則可以直接跳過第一檔，投入使用第二檔運行.要注意的是，為了

17、防止檔位的頻繁切換，每當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到電網(wǎng)電壓低于208 V或者高于236 V 時,應(yīng)該適當(dāng)延長一段時間用來重新判斷,然后再做決定。而在交通正常的時期,需要兼顧照度和節(jié)電的效果。在正常情況下,路燈應(yīng)該投入使用第二檔運行。同樣的,如果電網(wǎng)電壓低于208V ,那么路燈則可以返回到第一檔運行，如果電網(wǎng)電壓高于了242V,那么路燈就可以直接投入使用第三檔運行了。當(dāng)然，這里也同樣需要考慮到延時的問題。最后在交通低谷的時期，需要重點考慮的就是節(jié)電效果了。在正常的情況下,路燈應(yīng)該投入使用第三檔運行，也就只有當(dāng)電網(wǎng)電壓過低的時候(如低于195V) ， 那么路燈才會返回到第二檔運行7.（二（二) )分時控制分時控制

18、路燈控制器能夠根據(jù)時間來控制開燈和關(guān)燈，并去調(diào)整路燈的供電電壓。各個地區(qū)所在的緯度是不同的，那么每天日出日落的時間也就都不同了.我們可以根據(jù)天文年歷查出每個地區(qū)一年內(nèi)日出日落的時間。在誤差允許的范圍內(nèi),我們又可以把一年大致地分為三個季節(jié)時段來對路燈進(jìn)行控制，每一個季節(jié)時段都有著不同開關(guān)燈的時間設(shè)定。而且從開燈到關(guān)燈,可以根據(jù)當(dāng)?shù)亟煌ǖ那闆r而改動,一般情況下,路燈的分時控制就可以取得相當(dāng)不錯的節(jié)電效果了.嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計3( (三）三） 旁路模式旁路模式路燈控制系統(tǒng)有兩種模式，一個是旁路模式8,另一個是省電模式，而且能夠在兩種模式下切換。當(dāng)系統(tǒng)檢測到接觸器線路遇到故障時，系統(tǒng)會自動

19、切換到旁路模式供電。在旁路模式下，交流電是不會經(jīng)過控制器和自耦變壓器的，而是直接對路燈進(jìn)行供電.（四）（四） 多種電工參數(shù)的檢測多種電工參數(shù)的檢測控制器能夠檢測多種電工參數(shù)9,其中包括各相電壓有效值，各相電流有效值,各相有功電能等，能夠?qū)崿F(xiàn)對各電工參數(shù)進(jìn)行實時記錄以及掉電保存。 （五）通訊功能（五）通訊功能系統(tǒng)采用RS2485進(jìn)行通訊10，它的通訊距離可以達(dá)到1。2公里左右。該功能能夠把電壓，電流以及有功電能都上傳到附近的中央監(jiān)控室,并且每分鐘刷新一次。1 1。2 2。4 4 路燈節(jié)電控制器的發(fā)展趨勢路燈節(jié)電控制器的發(fā)展趨勢 在未來，城市的公共照明會離不開LED,因為LED光源的節(jié)能效果是家喻

20、戶曉的。LED燈是一種基于半導(dǎo)體PN結(jié)形成的高效固態(tài)光源，它甚至只需要用非常微弱的電能就能發(fā)光11。它的原理其實也不復(fù)雜，當(dāng)在有正向的偏置電壓情況下注入電流，P區(qū)的空穴和N區(qū)的電子也就被注入，再擴(kuò)散到有源區(qū)，經(jīng)過輻射的復(fù)合產(chǎn)生光子，達(dá)到電能直接轉(zhuǎn)換成光能的效果。它的特點有耗電少,壽命長,無污染，光度強(qiáng)等，因此，在未來用在道路照明節(jié)能項目上的最佳選擇必定會是LED燈。用好的路燈只是節(jié)能的一個方面,另一個方面就是路燈控制系統(tǒng)的改革。目前國內(nèi)大部分的城市道路照明控制系統(tǒng)仍舊是沿用相對簡單的光控和鐘控等傳統(tǒng)控制方法。而這些傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)都普遍存在著不能實時反饋路燈運行狀態(tài)信息的弊端，且難以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制

21、，基本上也就沒有達(dá)到大的節(jié)電效果.傳統(tǒng)的路燈控制系統(tǒng)還有一個弊端是需要采用傳統(tǒng)的人工巡檢，這樣不僅使路燈管理部門任務(wù)加重,也增加了對路燈的運基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計4行維護(hù)費用。在未來,路燈控制系統(tǒng)肯定是人性化的,能夠?qū)崟r反饋道路信息的，方便維護(hù)的,能夠根據(jù)外界環(huán)境自動進(jìn)行反應(yīng)的。1.3 現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)的分析現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)的分析1 1。3.13.1 現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)的缺點不足現(xiàn)有路燈控制系統(tǒng)的缺點不足現(xiàn)有的路燈控制系統(tǒng)大多數(shù)是根據(jù)時間來控制路燈的開和關(guān)的，這樣的控制系統(tǒng)對于時令以及天氣等外界因素來說都不會對路燈的控制產(chǎn)生影響,但是這樣會帶來不少的電能浪費，就夏天來說,白晝時間會較

22、長，假如設(shè)定晚上18時將路燈開啟，到早上6時將路燈熄滅，而實際情況是在早上6時前的一個小時左右天已經(jīng)亮了,而太陽下山也是在18時之后的一個小時左右，這樣就會白白浪費兩個小時所花在路燈上的電能,城市鄉(xiāng)村的路燈基數(shù)又如此之大，電能浪費的程度可想而知。在時間控制方面的缺陷只是其一,傳統(tǒng)路燈控制的另一個弊端在于，在很多城市，道路上的路燈基本都是長夜燈，而在午夜的零點以后,路上幾乎已經(jīng)沒什么行人了12，就像是在北上廣這樣的繁華大都市,到了凌晨兩點以后,道路上也很少有行人或者車輛了。那么難道要從凌晨點到清晨6點關(guān)閉路燈？這恐怕也不太現(xiàn)實。那么在低交通流量的時間段，道路上仍舊保持較高照明度,這樣顯然也是沒有

23、必要的.據(jù)調(diào)查考證，目前國內(nèi)絕大部分的城市道路基本都采用了路燈隔盞關(guān)閉的節(jié)點方式，那么問題來了，這樣不僅導(dǎo)致了路面照明度分布不均，也給道路治安以及道路交通安全帶來了隱患。更得不償失的是，這樣不僅不能節(jié)省少用電能的費用,而是會由于后半夜電網(wǎng)電壓的升高導(dǎo)致設(shè)備過度發(fā)熱（注：因為在后半夜供電電壓會因為用電負(fù)荷減少而提升15左右），這樣既縮短了燈源的壽命，又增加了維護(hù)路燈的費用,得不償失.1 1。3 3。2 2 擬采用的改進(jìn)方案擬采用的改進(jìn)方案改進(jìn)方案一：將路燈控制的參照量由時間變?yōu)橛晒饷綦娮铏z測到外界環(huán)境光的強(qiáng)度參數(shù),從而使路燈能夠根據(jù)外界光強(qiáng)的變化來決定路燈的亮與滅。改進(jìn)方案二:讓路燈在人流小的時

24、候自動降低亮度，而在檢測到有人經(jīng)過路燈下方指定范圍時才增加光強(qiáng)，從而節(jié)約一大部分電能。嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計52 2 節(jié)能路燈控制方案設(shè)計節(jié)能路燈控制方案設(shè)計2 2。1 1 課題主要內(nèi)容課題主要內(nèi)容本設(shè)計主要研究的目標(biāo)為裝置能夠自動檢測來往行走人員，當(dāng)有人員通過時能根據(jù)環(huán)境光線自動啟動路燈，當(dāng)人員離開，延遲一段時間后路燈自動熄滅，并可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)路燈亮度。2。2 節(jié)能路燈控制節(jié)能路燈控制方案介紹方案介紹本方案是采用MSP430G2553單片機(jī)作為主控芯片，來控制兩個光敏電阻的檢測，一個人體感應(yīng)模塊的檢測，一個蜂鳴警報器的控制，以及若干個LED的亮滅。通過根據(jù)在不同環(huán)境下各個感應(yīng)模

25、塊所收集到的不同數(shù)據(jù)參數(shù)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理,并給出指令使LED燈能夠做出不同的亮滅以及亮度改變的狀態(tài).模擬節(jié)能路燈控制系統(tǒng)方案如下：單片機(jī)最小系統(tǒng)版會通過P2。3作為一個輸入端口連接一個光敏電阻，這個光敏電阻是用來檢測外界環(huán)境的光強(qiáng)度的，也就是用來判定天是否變暗或者變亮,如果這個光敏電阻檢測到的是白天，也就是光強(qiáng)比較強(qiáng)的時候,它會一直等待，一直等到黑夜來臨，外界光強(qiáng)比較低的時候，單片機(jī)才會發(fā)出信息開始下一步的指令。當(dāng)檢測到天黑了，也就是外界環(huán)境的光強(qiáng)比較低的時候，單片機(jī)會進(jìn)行一次簡易的再次判斷,就是延時5秒鐘,這個5秒鐘是為了判斷是不是由于干擾導(dǎo)致的信號出錯，比如垃圾飛過擋住了傳感器導(dǎo)致

26、誤認(rèn)為是黑夜。在延時檢測之后如果光敏電阻的參數(shù)仍舊是說明天黑的，那么單片機(jī)就會做出指令使LED燈亮起,亮起的程度是需要依據(jù)有沒有人經(jīng)過來確定的.單片機(jī)的P1。4作為輸入端口連接的是一個YS-18 HCSR501人體感應(yīng)模塊，該模塊在當(dāng)有人進(jìn)入傳感器觸發(fā)范圍時，便可以觸發(fā),而且在此范圍內(nèi)能夠重復(fù)觸發(fā)。在檢基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計6測到有人在觸發(fā)范圍內(nèi)活動時，單片機(jī)會調(diào)整在P1。5端口的PWM輸出，將占空比調(diào)整至90,也就是將LED燈的亮度調(diào)整到90%；當(dāng)人離開傳感器觸發(fā)范圍或者是在平常亮燈情況下沒有人被檢測到的時候,占空比則是調(diào)整為20%，也就是LED燈的亮度調(diào)整到20.而p2.4端口

27、會連接另一個光敏電阻，這個光敏電阻是用來判斷當(dāng)路燈已經(jīng)開啟變亮指令之后，路燈是否真的開啟變亮的，如果檢測路燈的光敏電阻輸出高電平，那么說明路燈還沒亮,系統(tǒng)會進(jìn)一步激發(fā)蜂鳴器報警,而這個檢測光敏電阻正常情況下是不會輸出高電平的,因為白天外界環(huán)境是亮的，在晚上，路燈開著也是亮著的.整體電路的原理圖如下圖2-1所示：圖 2-Error! Bookmark not defined. 系統(tǒng)整體電路原理圖嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計73 3 系統(tǒng)硬件的選擇和設(shè)計系統(tǒng)硬件的選擇和設(shè)計3。1 單片機(jī)的選擇單片機(jī)的選擇3.1.13.1.1 單片機(jī)模塊的論證與選擇單片機(jī)模塊的論證與選擇方案一:采用傳統(tǒng)MCS-5

28、1單片機(jī)作為主控芯片。51單片機(jī)具有8位代碼指令、8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、6個中斷源、4KB RAM、尋址范圍16位地址寬度、不能預(yù)取指、1種工作模式、不支持協(xié)處理器、不支持JTAG調(diào)試，是一款具有價格低廉、使用簡單、應(yīng)用廣泛較好的芯片.但是由于本設(shè)計需要連接紅外傳感器，光敏傳感器,聲光警報器等多個模塊,如果使用MCS51單片機(jī)可能會影響其運行速度,這無疑增加了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)以及風(fēng)險，且內(nèi)部資源比較少，功能相對不豐富，實現(xiàn)過程比較繁瑣。方案二:采用MC9S12XS128飛思卡爾單片機(jī)，為十六位單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理快,內(nèi)部資源豐富,適于本智能小車，但其功耗較大，價格昂貴，單片機(jī)初始化過程繁瑣。方案

29、三:采用MSP430g2553作為主控芯片。MSP430g2553CPU具有一種16位RISC架構(gòu),功耗小，速度快，所有的操作（程序流指令除外）均作為寄存器操作與用于源操作數(shù)的7種尋址模式和用于目的操作數(shù)的4種尋址模式一起執(zhí)行。綜合上述三種方案,我們選擇方案三.MSP430g2553更加符合我們的需求，同時也能高要求的完成路燈節(jié)能控制的功能，同時大大降低了復(fù)雜度，整個系統(tǒng)的性價比也很高.基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計83 3。1 1。2 2 單片機(jī)最小系統(tǒng)及周邊電路單片機(jī)最小系統(tǒng)及周邊電路 MSP430G2553 單片機(jī)的最小系統(tǒng)引腳控制模塊如下圖 31 所示：圖 3Error! Book

30、mark not defined. MSP430G2553 引腳控制模塊MSP430G2553 單片機(jī)周邊電路圖如下圖 32 所示:圖 3Error! Bookmark not defined. MSP430G2553 單片機(jī)內(nèi)部電路嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計93.2 光敏電阻模塊光敏電阻模塊本設(shè)計采用靈敏型光敏電阻傳感器(如下圖 3-2所示）13，通過比較器（使用寬電壓LM393比較器）輸出，具有信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強(qiáng)的特點，超過15mA，而且配可調(diào)電位器可以調(diào)節(jié)檢測光線的亮度.它的工作電壓是3。3V-5V，輸出的形式為DO數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1)和AO模擬電壓輸出。光敏電阻模塊對

31、環(huán)境光線最敏感,一般用來檢測周圍環(huán)境的光線的亮度，觸發(fā)單片機(jī);模塊在環(huán)境光線亮度達(dá)不到設(shè)定閾值時，DO端輸出高電平,當(dāng)外界環(huán)境光線亮度超過設(shè)定閾值時,DO端輸出低電平；DO輸出端可以與單片機(jī)直接相連，通過單片機(jī)來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的光線亮度改變；小板模擬量輸出AO可以和AD模塊相連，通過AD轉(zhuǎn)換，可以獲得環(huán)境光強(qiáng)更精準(zhǔn)的數(shù)值。圖 31 光敏電阻傳感器3。3 紅外傳感器模塊紅外傳感器模塊YS18 HCSR501人體紅外感應(yīng)模塊（如下圖3-4所示)0是基于紅外線技術(shù)的具有自動控制功能的產(chǎn)品14。它具有超低功耗、靈敏度高、可靠性強(qiáng)，超低電壓工作模式的特點。它廣泛應(yīng)用于各類需要用到自動感應(yīng)功

32、能的電器設(shè)備，特別是需要用干電池來供電的自動控制產(chǎn)品。在本設(shè)計中相對于通過紅外對管來識別人體，YS18 HCSR501人體紅外感應(yīng)模塊就占有了絕對的優(yōu)勢,紅外對管只能是在一條直線上感性觸發(fā)，而YS18 HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊是在一個立體空間內(nèi)感應(yīng)觸發(fā),根據(jù)本設(shè)計實際應(yīng)用出發(fā)，當(dāng)有人進(jìn)入傳感器觸發(fā)范圍，便可以觸發(fā)，而且在此范圍內(nèi)能夠重復(fù)觸發(fā)。它的工作電壓為直流電壓，一般控制在4。8v至20v之間,靜態(tài)電流一般都小于50uA，輸基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計10出的高電平為3.3v，低電平為0v.該紅外傳感器有兩種觸發(fā)方式，可以選擇是否重復(fù)觸發(fā)，不過一般都是默認(rèn)重復(fù)觸發(fā)的。YS18

33、HCSR501人體紅外感應(yīng)模塊的延時時間是可以根據(jù)需求需求來進(jìn)行調(diào)整的，一般制作的范圍可以從零點幾秒到幾十分鐘,同樣的它的封鎖時間制作范圍也可以由零秒到幾十秒,只是一般會被默認(rèn)為2。5秒。該模塊的外形并不怎么大，電路板的外形尺寸也就只有近7平方厘米，感應(yīng)透鏡的尺寸也只有23毫米，但是小巧帶來的一個弊端就是它的感應(yīng)角度也隨之減小了，正常情況下感應(yīng)角是小于100度的。由于熱釋電紅外傳感器的原理問題，它的工作環(huán)境溫度范圍在零下15度到70度之間。圖 3Error! Bookmark not defined. ys18 hc-sr501人體紅外感應(yīng)模塊3。4 聲光電報警模塊聲光電報警模塊本設(shè)計中的聲光

34、電報警模塊是由一個蜂鳴器和單片機(jī)上一個LED小燈組成的，當(dāng)電路故障時便會觸發(fā)警報。蜂鳴器是一種具有一體化結(jié)構(gòu)的能夠發(fā)出聲音訊號的電子器件15。它采用的是直流電壓供電,被廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、定時器等等電子產(chǎn)品中用作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要被分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器。組成壓電式蜂鳴器的主要部分為壓電蜂鳴片、多諧振蕩器、阻抗匹配器、共鳴箱、外殼以及發(fā)光二極管等.組成電磁式蜂鳴器的主要部分為振蕩器、振動膜片、磁鐵、電磁線圈以嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計11及外殼等.蜂鳴器也可以分為無源蜂鳴器和有源蜂鳴器16。無源蜂鳴器意思是需要加音頻驅(qū)動信號才能使其發(fā)出聲音，與有源

35、蜂鳴器相對應(yīng)。有源蜂鳴器（實物于圖3-5所示,原理于圖36所示)只需要通上直流電即會發(fā)出蜂鳴聲，有源蜂鳴器內(nèi)部自帶振蕩器。圖 35 有源蜂鳴器模塊 圖 36 有源蜂鳴器電路圖基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計124 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計軟件系統(tǒng)設(shè)計4。1 軟件編寫軟件編寫在編寫主程序之前，程序前面先寫了子程序用于后面引用，其中包括IO的初始化程序,定時器初始化程序,延時設(shè)置程序。在程序前端的說明里還有IO初始化程序中有對單片機(jī)的幾個端口進(jìn)行說明，例如設(shè)置P1。5為PWM的輸出口，設(shè)置 P1。4為人體感應(yīng)傳感器的輸入口，設(shè)置P2。3和P2。4為兩個光敏電阻傳感器模塊的輸入口,設(shè)置P2。5為有源蜂鳴器

36、模塊的輸出口。在主程序中首先要注意的是必須在開始任何指令前關(guān)閉看門狗，也就是“WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD這條語句.接下來才是對IO初始化程序，定時器初始化程序的調(diào)用，并且將占空比設(shè)置為0，因為在之后需要用到改變占空比來調(diào)整LED燈的光亮度。一個大的直到函數(shù)依據(jù)第一個光敏電阻傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)來判斷天是否已經(jīng)暗了，如果是白天,此時應(yīng)該一直等著。在直到函數(shù)里面嵌著選擇函數(shù)用來根據(jù)不同情況做出不同的效果.下面是部分主要函數(shù)： while(1） while（(P2INBIT3）=0)； /說明很亮，是,直到黑夜到來 delay(5）； /延時5秒鐘，判斷是不是干擾導(dǎo)致的信號出

37、錯比如垃圾飛過擋住了傳感器導(dǎo)致誤認(rèn)為黑夜 if（(P2IN&BIT3）!=0) /說明天確實暗了，此時必須亮路燈,程度依據(jù)有沒有人才能確定 if(（P1IN&BIT4）!=0) /說明有人過來了，此時路燈亮到80%的程度 TA0CCR1=450; /90%占空比 450/500 elseTA0CCR1=100； /20占空比 100/500，此時無人，只要亮20程度就行嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計13 if（P2INBIT4）!=0） P2OUT=BIT5; /如果檢測路燈的光敏電阻輸出高電平說明路燈沒亮,蜂鳴器報警。 /這個檢測光敏電阻正常情況下不會輸出高電平，因為白天是亮

38、的，晚上路燈開著也是亮著的 elseP2OUT=BIT5； else TA0CCR1=0； /說明剛才是信號誤判，所以PWO輸出0，路燈不亮 基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計144。2 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖開始關(guān)閉看門狗光敏電阻天還亮著天暗了是否有人亮燈沒亮燈延時 5 秒鐘燈光亮度 90%燈光亮度 20%蜂鳴器警報有人沒人光敏電阻IO、定時器初始化占空比設(shè)置為 0結(jié)束注：IO 初始化包括設(shè)置P1。5 為 PWM 的輸出口，設(shè)置 P1。4 為人體感應(yīng)傳感器的輸入口，設(shè)置 P2.3 和 P2.4 為兩個光敏電阻傳感器模塊的輸入口,設(shè)置 P2.5 為有源蜂鳴器模塊的輸出口。注：這里延時 5 秒鐘是

39、為了防止偶然事件發(fā)生.注：第二個光敏電阻模塊是作為報警檢測功能的，在白天的時候有光不會觸發(fā),當(dāng)晚上燈亮起了也不會觸發(fā),只有當(dāng)天黑時不開燈才會觸發(fā)警報。嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計155 5 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試5。1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試系統(tǒng)的硬件調(diào)試首先調(diào)試最小系統(tǒng)電路，只要最小系統(tǒng)能正常工作，便可以確保整個系統(tǒng)的供電正常,本次設(shè)計主要采用5V供電,人體紅外感應(yīng)模塊以及光敏電阻模塊等采用MSP430電源接口3。3V供電.這樣對系統(tǒng)的單片機(jī)模塊和外圍模塊以及各外圍單元提供正常工作電壓.RST復(fù)位電路實現(xiàn)對單片機(jī)的初始化。在最小系統(tǒng)正常工作情況下,其他模塊也都正常無誤,之后硬件

40、的其他部分結(jié)合軟件進(jìn)行調(diào)試。5.2 光敏電阻模塊的調(diào)試光敏電阻模塊的調(diào)試本設(shè)計中光敏電阻模塊的重要性是不言而喻的，對于光敏電阻的調(diào)試也是不容有失的.光敏電阻是基于光導(dǎo)效應(yīng)的一種光電元器件，在沒有光照的時候，光敏電阻的電阻值非常大，在電路中的電流非常小。當(dāng)光敏電阻受到光照射時，半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率會增加,電阻也隨之減小，也就是其阻值隨著光照的增強(qiáng)而減小.在調(diào)試過程中，光敏電阻會把不同的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為不同的電阻值，再將光敏電阻串聯(lián)在直流電路中即可把不同的電阻值轉(zhuǎn)換為不同的電壓值，從而對其進(jìn)行檢測調(diào)試17.5。3 人體紅外感應(yīng)模塊的調(diào)試人體紅外感應(yīng)模塊的調(diào)試熱釋電紅外傳感器是一種能夠檢測到人類或者動物

41、體內(nèi)發(fā)射出來的紅外線而輸出電信號的傳感器18。熱釋電效應(yīng)與壓電效應(yīng)是相類似的，也就是指由于溫度的變化而引起晶體表面產(chǎn)生荷電的現(xiàn)象。簡單地說,熱釋電傳感器就是對溫度非常敏感的一種傳感器。當(dāng)在傳感器所檢測的范圍內(nèi)，溫度變化了T的時候，熱釋電效應(yīng)就會在兩個電極上相應(yīng)產(chǎn)生電荷Q，也就間接會在兩個電極之間產(chǎn)生一個比較微弱的電壓V。由于熱釋電傳感器的輸出阻抗非常高，在其內(nèi)部會有一個場效應(yīng)管用來進(jìn)行阻抗變換?？諝庵械碾x子會將熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q結(jié)合，進(jìn)而慢慢消失。換種說法就是一旦到了環(huán)境溫度穩(wěn)定不變的時候，T就會變成零，那么傳感器就沒有輸出了。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)的時候，由于人體的溫度相對于環(huán)境溫度是有差別

42、的,就會產(chǎn)生T，那么就會有T輸出;要是人體進(jìn)入檢測區(qū)之后不動，那么溫度沒有變化，傳感器也就沒有輸出了，所以這種傳感器是用來專門檢測人體或者動物的活動傳感的.所以，我在調(diào)試時盡量遠(yuǎn)離感應(yīng)區(qū),有時雖然人體不在模塊的正前方，但是基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計16人體離模塊太近時模塊也能感應(yīng)到并造成一直有輸出,還有調(diào)試時，人體不能觸摸電路部分，因為這樣也會影響模塊工作，無故產(chǎn)生誤差。還有，在調(diào)試的時候直流工作電壓必須是符合要求的數(shù)值，過高和過低的電壓都會影響模塊的性能。在調(diào)試時，人體紅外感應(yīng)模塊只能在光照強(qiáng)度較低，沒有陽光或者強(qiáng)光直射的室內(nèi)進(jìn)行工作。當(dāng)然，如果工作環(huán)境有較強(qiáng)的外界干擾,可以進(jìn)行屏蔽

43、措施，比如說當(dāng)遇到強(qiáng)烈的氣流干擾時，我們可以關(guān)閉門窗盡量阻止對流產(chǎn)生。傳感器的感應(yīng)區(qū)應(yīng)該盡量避免正對著發(fā)熱的電器和物體或者是容易被風(fēng)吹動的雜物。在調(diào)試的前后,人體感應(yīng)模塊都應(yīng)該安放在密封的盒子里，否則可能會導(dǎo)致一直有輸出信號19。5.4 蜂鳴器報警模塊的調(diào)試蜂鳴器報警模塊的調(diào)試蜂鳴器模塊的調(diào)試相對來講比較簡單，就是在模塊接入電源之后,從高電平調(diào)制低電平后，模塊響應(yīng)，蜂鳴器報警.單獨對其調(diào)試無誤后,我還在最后接入單片機(jī)的時候又調(diào)試了一遍，同樣也是沒有出現(xiàn)問題.5.5 軟件運行的調(diào)試軟件運行的調(diào)試本次設(shè)計的軟件編輯是通過CCS軟件完成的，剛開始程序編輯得較為復(fù)雜,因為思路比較混亂，所有各個模塊都是

44、單獨拿出來寫的，后來通過不斷地修改，成功將兩個光敏電阻以及人體紅外感應(yīng)模塊的數(shù)據(jù)參數(shù)判斷作為主線，使程序一下子精簡了不少,在調(diào)試的過程中也相對比較順利。嘉興學(xué)院南湖學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計176 6 總結(jié)與展望總結(jié)與展望本設(shè)計主要研究的目標(biāo)為裝置能夠自動檢測來往行走人員,當(dāng)有人員通過時能根據(jù)環(huán)境光線自動啟動路燈，當(dāng)人員離開,延遲一段時間后路燈自動熄滅,并可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)路燈亮度。難點首先在于，要對節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的原理有一定的認(rèn)識,尤其是對光控模塊和紅外模塊的認(rèn)識，控制路燈亮暗的前提是要針對光控模塊和紅外模塊所采集到的信息進(jìn)行處理，并做出判斷。其次是硬件電路的設(shè)計，從單片機(jī)的選擇到外圍電路的設(shè)計

45、,從電路的繪制，到最終實體電路板的調(diào)試，都需要大量的時間和精力。必須對整個硬件電路設(shè)計過程都要保持準(zhǔn)確無誤,否者最終的電路將無法工作.因此,要熟悉開發(fā)流程，并具有一定的熟練度.節(jié)能路燈控制系統(tǒng)采用智能化設(shè)計，能夠可靠地對城市路燈進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集，自動判斷，自動報警。同時它作為智能路燈系統(tǒng)的一部分,通過電力線載波通信技術(shù)與上位機(jī)方便地聯(lián)系，便捷地接收系統(tǒng)命令并且利用自有的PWM功能對LED光源進(jìn)行調(diào)光操作,達(dá)到節(jié)能要求，具有體積小，工作可靠,控制便捷的優(yōu)點。節(jié)能路燈控制系統(tǒng)如能推廣使用,會使城市路燈管理工作提高到一個新的水平,不但節(jié)約能源,同時也可減少照明燈具的損耗，因此具有廣泛的推廣前景。參

46、考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 黃鳳鑫,鄭心武, 基于單片機(jī)的燈光自動控制器的設(shè)計J,科技信息 ，20132 范道章,淺談智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設(shè)計J,民營科技 ，20113 京藤伸弘，街路,照明學(xué)會誌 / Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan ， 20074 丁丁,田寧,基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J，科技信息 ,2010 5 COM MISSION REGULATION （ EC. ） No 244P2009 of 18March 2009 implementing Directive 2005P32PEC of th

47、eEuropean Parliament and of the Council with regard toecodesign requirements for non2directional household lamps6 紀(jì)宗南，單片機(jī)外圍器件實用手冊M，北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1998。 7 呂運朋,李宏超，籍曉曄,張為民,LV Yun-peng，LI Hongchao，JI 基于單片機(jī)的節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計18Xiaoye,ZHANG Wei-min， 基于 STC 單片機(jī)的智能 LED 路燈控制器設(shè)計J，電源技術(shù) ，2010，34（5）8 矢吹信喜,福田知弘,吉田善博，夜

48、間住宅地街路領(lǐng)域性？監(jiān)視性強(qiáng)化照明手法開発，日本建築學(xué)會環(huán)境系論文集，20109 DIRECTIVE 2000P55PEC OF THE EUROPEAN PARLIAMENTAND OFTHE COUNCIL of 18 September 2000。 on energyefficiency requirements ballasts for fluorescent lighting10 鄧宏貴，梅衛(wèi)平，曹文暉,敖邦乾，Deng Honggui,Mei Weiping，Cao Wenhui,Ao Bangqian，基于 PWM 的 LED 顯示屏像素亮度控制方法J，光電子技術(shù) ,2010，3011 李加升,夏建清， 基于光敏器件的光控電路分析J,中國科技信息 200512 何立民， 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M,北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ，200713 胡健， 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M，北京:機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.14 黃賢武，傳感器實際應(yīng)用電路設(shè)計M，成都：電子科技大學(xué)出版社 ，2005.15 胡瑞雯，智能檢測與控制系統(tǒng)M，西安：西安交通大學(xué)出版社