精品資料（2021-2022年收藏）路燈光控智能系統(tǒng)打設計與研制論文

1、路燈光控智能系統(tǒng)的設計與研制 摘要 本文介紹了通過光敏電阻CDS和單片機實現(xiàn)路燈光控智能系統(tǒng)的綜合設計，其中包括了對光電敏感器件的選擇，對光電傳感器的檢測與轉(zhuǎn)換方法的研究，利用了單片機(89S51)對光電信號的轉(zhuǎn)換處理、控制，并通過繼電器實現(xiàn)了對220V燈泡模擬路燈的亮滅控制。設計與制作了PCB板，并在實驗室進行了系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)了預期的目的，該系統(tǒng)可以根據(jù)自然光線的強弱實現(xiàn)控制路燈的亮滅功能，通過單片機的定時功能實現(xiàn)了凌晨時段路燈間隔點亮顯示，從而達到了節(jié)能作用，同時利用單片機的輸出控制可定時對亮滅的路燈進行對換，這樣可以延長燈泡的使用時間。關鍵詞 光敏電阻CDS 單片機89S51 路燈光控

2、智能與節(jié)能7目錄目錄引言1第1章 光電傳感器21.1 傳感器的基本概念21.2 傳感器的組成21.3 傳感器的分類31.4傳感器的作用與地位31.5光電式傳感器41.6光敏器件的選擇41.7光敏電阻的特性41.7.1 光敏電阻的工作原理41.7.2 基本特性和參數(shù)5第2章 光敏器件的實驗與研究82.1光敏電阻CDS特性實驗82.2光敏電阻CDS應用電路的研究8第3章 路燈光控智能系統(tǒng)的總體設計103.1總體方案設計與論證103.2系統(tǒng)功能說明103.3系統(tǒng)的硬件設計113.3.1系統(tǒng)電路原理圖113.3.2 系統(tǒng)工作原理113.3.3 各模塊的設計及參數(shù)分析、計算133.4 系統(tǒng)的軟件設計17

3、3.4.1 程序流程圖173.4.2軟件程序18第4章 系統(tǒng)的制作與調(diào)試204.1各模塊調(diào)試204.2 電路板的制作214.3系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)21第5章 系統(tǒng)的特點與擴展235.1 系統(tǒng)的特點235.2 系統(tǒng)的擴展235.2.1 抗外界干擾因素235.2.2 路燈故障自動檢測235.2.3 路燈遠程監(jiān)控23結(jié)論24致謝語25參考文獻26附錄27引言引言現(xiàn)代城市規(guī)模的不斷擴大，城市市容的改善，其路燈數(shù)量的增大，要求更低的功耗和更高的性能，因而對路燈定時器控制的要求比較精確。目前，路燈開關燈控制方法多為“鐘控”。“鐘控”不適應天氣突變與季節(jié)變化等自然情況,不能實現(xiàn)控制開關燈的合理化、科學化。從而會出現(xiàn)：天

4、還沒有黑或者天早亮了,燈卻開著;天黑了或者天還未亮,燈卻未開或者已關。前者會造成巨大的電能浪費，后者會損害城市形象、影響社會治安和交通安全，從而影響城市的投資環(huán)境。路燈管理工作需要一個以光電式傳感器為核心的自動化的管理手段來替代傳統(tǒng)的鐘控。這樣，在天黑以后，街道上的路燈就會自己亮起來，天亮的時候可以自動熄滅，不用去人工控制，既節(jié)約了人力，又可以在一定程度上降低能耗、節(jié)約能源。本設計完成了利用光敏電阻，將光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再根據(jù)電壓信號來控制51單片機輸出口的高低電平輸出，從而控制了路燈的開關亮滅的系統(tǒng)設計；同時，通過繼電器和三極管對顯示電路進行功率擴展，可對220V燈泡進行控制。為了能進一

5、步的節(jié)約能源，本次設計將在路燈開啟6個小時后，進行4個小時的路燈間隔亮狀態(tài)。在間隔在4個小時的路燈間隔亮狀態(tài)結(jié)束后，路燈又恢復全亮狀態(tài)，直到天已經(jīng)全亮了，自動對該路燈進行關閉處理。因為一般情況下，我們都是6點左右天就暗了，個別季節(jié)會有些許的差別，在路燈開始亮了6個小時候，那個時候已經(jīng)是凌晨了，路上行人車輛已經(jīng)變稀少了，這個時候如果路燈還全亮著，會造成電力資源的浪費，實行間隔半亮狀態(tài)，可以有效的解約能源，等到凌晨4，5點時，這個時候天還未亮到一定的程度?？紤]到給予起早工作的路上行人車輛足夠的照明，這個時候該路燈系統(tǒng)將會把全部的路燈點亮，待天夠亮時再將路燈自動關閉。同時，為了考慮到燈泡的使用時間，

6、將4個小時間隔亮狀態(tài)分為兩個階段，每過2個小時將燈泡的亮滅狀對換，這樣就不會產(chǎn)生某些燈泡經(jīng)常亮著，某些燈泡卻經(jīng)常沒使用的問題，也延長了燈泡的使用壽命。本設計雖然是可以實現(xiàn)基本的由光線的強弱來控制路燈的開啟與否，但是還沒有真正的應用到實際的路燈控制上，實際的路燈控制將受到一系列的外界干擾因素，夜晚的閃電、煙火、下雨的閃電等都可能使路燈關閉。因此，整個系統(tǒng)還有待改進，才能真正應用到實際電路控制中去。第4章 系統(tǒng)的制作與調(diào)試第1章 光電傳感器1.1 傳感器的基本概念傳感器1是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中敏感元件指傳感器中能直

7、接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能將敏感元件輸出量轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。1.2 傳感器的組成1.5光電式傳感器光電式傳感器是以光電元件作為轉(zhuǎn)化元件，可以將被測的非電量通過光量的變化再轉(zhuǎn)化成電量的傳感器。光電式傳感器一般由光源、光學元件和光電元件三部分組成2，如圖1-2所示。圖1-2 光電傳感器的組成1.6光敏器件的選擇本系統(tǒng)的光敏器件必需能感知光線強弱，控制三極管實現(xiàn)開關狀態(tài)。因此可選用光敏二極管、光敏三極管或光敏電阻。1.7光敏電阻的特性在自動控制中它常用做開關式光電傳感器。圖1-4 光敏電阻的光電特性第2章 光敏器件的實驗與研究2.1光敏電阻CDS特性實驗1、利用可調(diào)亮度

8、的臺燈和照度計LX-9621，按照表2-1的照度值，用示波萬用表測量光敏電阻CDS在不同光照度下的電阻值，并記錄于表2-1。表2-1 CDS測量電阻值2、利用表2-1繪出光敏電阻CDS的電阻光照度特性曲線。圖2-1 光敏電阻CDS電阻光照度特性曲線2.2光敏電阻CDS應用電路的研究實驗室為我們提供了KL-6205計算機傳感實驗設備，KL-620傳感實驗系統(tǒng)的傳感器符合工業(yè)標(010V,420mA)，它通過RS-232接口把數(shù)據(jù)傳送到電腦上進行處理，主機及模組采用開放式設計，具有延展擴充性；該裝置采用閉回路控制方式，具有最佳的性能與穩(wěn)定性，可做各類感測特性實驗。通過實驗室提供的KL-64009模

9、板，可對光敏電阻CDS的應用電路進行研究，其電路如圖2-2所示。圖2-1 光敏電阻傳感器電路第3章 路燈光控智能系統(tǒng)的總體設計3.1總體方案設計與論證1.系統(tǒng)總體框圖設計圖3-1 系統(tǒng)總體框圖2.選好光敏元件和單片機， 各部分功能模塊：（1）光控電路部分： （2）單片機信號處理電路（3）路燈顯示部分電路：使用220V燈泡，更接近實際路燈。用三極管和繼電器構(gòu)成燈泡的驅(qū)動電路，利用三極管的導通與截止狀態(tài)來控制繼電器的開光狀態(tài)，從而控制燈泡的亮滅變化。3.2系統(tǒng)功能說明系統(tǒng)流程方框圖： 圖3-2 路燈光控系統(tǒng)框圖3.3系統(tǒng)的硬件設計3.3.1系統(tǒng)電路原理圖3.3.2 系統(tǒng)工作原理第4章 系統(tǒng)的制作與

10、調(diào)試4.1各模塊調(diào)試在系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)之前，先是在萬用板上進行電路的搭建與調(diào)試。本系統(tǒng)主要由三部分組成，因此分三次對歌部分進行調(diào)試。1、 光控電路(傳感器部分)的調(diào)試2、 單片機信號處理部分的調(diào)試3、 路燈顯示電路部分的調(diào)試在萬用板上調(diào)試成功后，開始制作PCB板。4.2 電路板的制作1、采用ProtelDXP13進行原理圖和PCB圖的繪制。在繪制過程中，有些器件和封裝在軟件自帶庫中，并未能找到，因此必須自己畫。同時還要注意布線的粗細以及焊盤大小的設置。最后，將繪制好的PCB圖用轉(zhuǎn)印紙按實際大小打印。4.3系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)有了萬用板的調(diào)試基礎，這次系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)的時候比較順利，只是調(diào)整了一下電位器的阻值，該系統(tǒng)便能實

11、現(xiàn)預期的功能，且相對比較穩(wěn)定，同時修改程序改變定時時間，以便于實驗觀察，最終完成了改系統(tǒng)的綜合調(diào)試。調(diào)試中測得系統(tǒng)性能如表4-1表4-1 電路測量電壓值狀態(tài)光控部分9013基極電壓光控部分9012基極電壓顯示部分9012基極電壓燈泡狀態(tài)CDS受光2.65V4.22V4.89V滅CDS未受光0.05V4.78V0.79V亮第5章 系統(tǒng)的特點與擴展第5章 系統(tǒng)的特點與擴展5.1 系統(tǒng)的特點本系統(tǒng)能夠通過光敏電阻對自然光線的強度感應而對電路做出及時的反應，通過單片機接收電路高低電平的變化來控制發(fā)光二極管的亮暗，在天黑的時候自動將燈泡點亮。前6個小時內(nèi)，燈光將全部亮起，6小時后(凌晨時段)燈光將開始間

12、隔半亮狀態(tài)，具有節(jié)能作用。在間隔半亮期間，每過一段時間對燈泡的狀態(tài)取反，具有保護燈泡的作用。在天快亮的時候，由于路上行人車輛的增多，路燈在維持間隔半亮狀態(tài)4個小時后，將重新全部亮起，給路上足夠的照明，該系統(tǒng)體現(xiàn)了節(jié)能的特點。5.2 系統(tǒng)的擴展5.2.1 抗外界干擾因素實際的路燈控制將受到一系列的外界干擾因素，夜晚的閃電、煙火、下雨的閃電等都可能使路燈熄滅14。因此，整個系統(tǒng)還有待改進，才能真正應用到實際電路控制中去。5.2.2 路燈故障自動檢測路燈的故障不能及時的維修是一個令人頭疼的問題，同事也給行人的安全埋下了隱患。社會治安和交通安全以及城鄉(xiāng)環(huán)境的美化。5.2.3 路燈遠程監(jiān)控采用先進的技術(shù)

13、進行路燈遠程監(jiān)控，對路燈進行實時管理15。針對照明設備被盜取的狀況，各種電纜防盜報警系統(tǒng)應運而生。 附錄結(jié)論本次設計在自己的努力和導師的細心指導下圓滿完成了預定的任務，通過理論設計和程序的編寫、調(diào)試，基本達到了任務書的設計要求。并對顯示部分的功率進行擴展，使該系統(tǒng)能夠控制實際220V的燈泡。具體完成了以下工作：1、 設計電路原理，并進行參數(shù)分析和計算。2、 制作PCB板和搭建硬件電路。3、 編寫相應匯編程序，實現(xiàn)燈泡狀態(tài)的控制。4、 搭建系統(tǒng)，并進行系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)，達到設計要求。致謝語本論文是在我的指導老師的親切關懷和悉心指導下完成的。在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度

14、過畢業(yè)論文小組的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在這里請接受我誠摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們！    參考文獻 1 陳杰 黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)M.北京：高等教育出版社，2002：1-9.2 吳桂秀.傳感器應用制作入門M.浙江：浙江科學技術(shù)出版社，2004：67-119.3 I.SAGNES,Y.CAMPIDELLI,and P.A.BADOZ. The Ir/Si/ErSi 2 Tunable Infrared Photoemission SensorJ. Journal of Electronic Materials,1994,23(6):497-501 6 劉征宇電子設計實戰(zhàn)攻略M.福州：福建科學技術(shù)出版社，2006:300-330.7 胡斌.圖表細說電子工程師速成