智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、-. z課程設(shè)計任務(wù)書14/15學(xué)年第一 學(xué)期學(xué)院：計算機與控制工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：課程設(shè)計題目：智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計起迄日期:1月5 日 1月 16 日課程設(shè)計地點:專業(yè)教室指導(dǎo)教師:余紅英 靜學(xué)科部副主任：天野下達任務(wù)書日期: 2021 年 1月 5日-. z課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：設(shè)計一個由計算機控制的智能路燈控制器，可以對室外的光強度進展檢測，如果外界燈光過低或是聲音低到*一分貝時、智能路燈自行進展調(diào)節(jié)。通過設(shè)計，掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理、掌握計算機控制系統(tǒng)的設(shè)計原理。利用AT89C52完成控制要求。熟悉并了解單片機控制系統(tǒng)的詳細工

2、作原理。3 利用Keil uVision、proetus、protel畫出硬件原理圖、軟件仿真圖。2設(shè)計容和要求包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等：一、控制要求:要做到“隨需而控，天黑時只有路上有人或車輛通過時路燈才點亮，且可根據(jù)行人和車輛通過的聲音智能地翻開前方一定數(shù)量的路燈，同時熄滅經(jīng)過路段的路燈。二、用protel設(shè)計硬件原理圖 三、選擇控制算法，編寫控制程序。用Keil uVision設(shè)計完整的控制程序C語言或者匯編語言四、編譯、下載、運行五、用proetus給出軟件仿真結(jié)果3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1根據(jù)題目要求的指標(biāo)，通過查

3、閱有關(guān)資料，確定系統(tǒng)設(shè)計方案，并設(shè)計其硬件電路圖。2畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關(guān)系。3. 用Proteus軟件繪制硬件電路圖并仿真。4. 軟件設(shè)計包括流程圖、用匯編語言或C語言對軟件進展編譯，并能通過調(diào)試。-. z課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書4主要參考文獻：涵芳.MCS-51/96系列 單片機原理及應(yīng)用修訂版.航空航天大學(xué).1994朝青.單片機原理及接口技術(shù)第3版.航空航天大學(xué).20053.偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例基于8051+Proteus仿真第2版).電子工業(yè).20004.光飛單片機課程設(shè)計實例指導(dǎo)：航空航天大學(xué)，20055.明熒8051單片機課

4、程設(shè)計實訓(xùn)教材：清華大學(xué)，20045設(shè)計成果形式及要求：完成課程設(shè)計說明書一份，要求：1寫出主要設(shè)計思路，工作原理；2畫出硬件原理接線圖；3調(diào)試出現(xiàn)的問題及解決方法；4提交程序清單。6工作方案及進度：1月5日 1月7日 查閱資料，進展總體設(shè)計1月6日 1月12日 根據(jù)設(shè)計要求，進展軟硬件設(shè)計，并撰寫課程設(shè)計說明書。 1月12日 辯論或成績考核。學(xué)科部副主任審查意見：簽字：年月日-. z目錄1 緒論11.1 AT89C52簡介11.2 Proteus軟件介紹11.3 Keil C51軟件介紹22 總體設(shè)計32.1 設(shè)計要求32.2 設(shè)計思路32.3 聲檢測模塊32.4 光檢測模塊43 硬件接線圖

5、53.1 最小系統(tǒng)53.2 路燈設(shè)計電路63.3 行人檢測電路63.4 光控制電路73.5 手動控制電路73.6 智能路燈電路設(shè)計原理圖及說明84 流程圖94.1 主流程圖94.2 緊急情況流程圖105 軟件仿真115.1 軟件仿真截圖115.2 軟件仿真結(jié)果分析136 總結(jié)14附錄 A 程序清單15附錄 B 軟件仿真圖17參考文獻18-. z1 緒論1.1 AT89C52簡介AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)M

6、CS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元.圖1.1 AT89C52引腳圖1.2 Proteus軟件介紹： 英國Labcenter公司推出的Proteus軟件是一款極好的單片機應(yīng)用開發(fā)平臺，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好地解決了單片機及其外圍電路的設(shè)計和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機實際硬件的條件下，利用PC以虛擬仿真方式實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試。Proteus軟件涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括74系列、CMOS 4000系列集成電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、LCD顯示器、LED顯示器，還

7、提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓/電流表等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設(shè)計，極提高了設(shè)計效率和設(shè)計水平。Proteus軟件已有20多年的歷史，在國外應(yīng)用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。近年來Proteus軟件被引入國，在多所高等工科院校中得到成功應(yīng)用。在單片機教學(xué)中采用Proteus軟件，使單片機的學(xué)習(xí)過程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進展編程，并實現(xiàn)源碼級的程序仿真調(diào)試，如有顯示及輸出，還能看到程序運行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來展現(xiàn)整個單片機系統(tǒng)的運行過程，很好地解決了長期以來困擾單片機教學(xué)過程中軟件和硬件無法很好結(jié)合的難題。在Proteus軟件平臺上學(xué)

8、習(xí)單片機知識，比以往單純學(xué)習(xí)書本知識更易于承受，以原理圖虛擬模型進展程序仿真調(diào)試，更易于提高單片機編程能力，還可以通過繪制和修改原理電路圖增加很多實踐經(jīng)歷。1.3 Keil C51軟件介紹：Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、構(gòu)造性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境uVision將這些局部組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WIN*P等操作系統(tǒng)。 K

9、eil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能表達高級語言的優(yōu)勢。C51工具包的整體構(gòu)造，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)立生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文

10、件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的He*文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進展源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進展調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。2 總體設(shè)計2.1 設(shè)計要求 設(shè)計一個由計算機控制的智能路燈控制器，可以對室外的光強度進展檢測，如果外界燈光過低或是聲音低到*一分貝時、智能路燈自行進展調(diào)節(jié)。要做到“隨需而控，天黑時只有路上有人或車輛通過時路燈才點亮，且可根據(jù)行人和車輛通過的聲音智能地翻開前方一定數(shù)量的路燈，同時熄滅經(jīng)過路段的路燈。2.2 設(shè)計思路本次設(shè)計的題目是智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。要現(xiàn)以路燈為控制對象，完成軟件和硬件的設(shè)

11、計,利用按鍵模擬聲敏傳感器,以手動和行人控制兩種方式實現(xiàn)路燈的亮滅功能。其中硬件電路局部主要包括以下局部：單片機最小系統(tǒng)、路燈控制電路局部、行人檢測電路局部、光檢測電路局部、聲檢測電路局部。圖2.1工作原理圖圖2.2系統(tǒng)總框圖2.3聲音檢測模塊聲音傳感器的作用相當(dāng)于一個話筒麥克風(fēng)。它用來接收聲波，顯示聲音的振動圖象。該傳感器置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒。聲波使話筒的駐極體薄膜振動，導(dǎo)致電容的變化，而產(chǎn)生與之對應(yīng)變化的微小電壓。這一電壓隨后被轉(zhuǎn)化成0-5V的電壓，輸入單片機。聲音傳感器使用的是與人類耳朵相似具有頻率反響的電麥克風(fēng)。電路把信號放大并把信號傳送給電訊接口。實際上，信號通過2條不

12、同的線送達數(shù)據(jù)采集器。一個信號通過低電壓輸入線，在2.5V左右，另一信號通過電壓輸入線，在0V左右。聲音傳感器的應(yīng)用：一般說有二種，一種是根據(jù)設(shè)定聲音信號閥值判定聲音的有無。第二種難一點的就是根據(jù)多個聲音傳感器來判定聲音的方位。本設(shè)計利用按鍵模擬聲音模塊，聲音模塊對外界環(huán)境聲音強度最為敏感，模塊在環(huán)境聲音強度達不到閾值時，輸出高電平，當(dāng)外界聲音強度超過設(shè)定閾值時，輸出低電平。2.4 光檢測模塊圖2.3光敏電阻工作原理圖光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CM

13、OS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。本設(shè)計采用光敏電阻。光敏電阻傳感器對外界光線最敏感，用來檢測外界周圍環(huán)境光線的亮度，觸發(fā)單片機，模塊在光線缺乏時輸出低電平，光線亮度超過設(shè)定值時輸出高電平。利用光敏電阻傳感器輸出信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強。本設(shè)計中利用光敏電阻與一普通電阻串聯(lián)，當(dāng)白天有光照時，電阻很小，輸出高電平，夜晚無光照時，電阻增大，輸出低電平。3 硬件接線圖3.1最小系統(tǒng)圖3.1 系統(tǒng)硬件接線圖晶振電路：單片機部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳*TAL1，其輸出端為引腳*TAL2。其中*YAL1接外部晶體的一個引腳，在單片機部，它是

14、一個反向放大器的輸入端。假設(shè)采用外部振蕩器，該引腳接收振蕩器的信號，即八次信號直接接到部時鐘發(fā)生器的輸入端；*TAL2節(jié)外部晶體的另一端，在單片機部接到反向放大器的輸入端，當(dāng)采用外接晶體振蕩器時，此引腳可以不接。復(fù)位電路：復(fù)位操作有兩種根本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位具有上電復(fù)位功能外，假設(shè)要復(fù)位，只要按圖中的RESET鍵，電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個復(fù)位高電平。上電復(fù)位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復(fù)位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足

15、夠的時間2個機器周期，單片機就可以進展復(fù)位操作。3.2路燈電路設(shè)計圖3.2路燈控制電路接線圖此局部由單片機、LED顯示燈、電阻470組成。連接LED顯示燈時，注意其極性及連接方式，連接方式包括共陽極連接和共陰極連接兩種方法，而在本電路中要采用共陽極連接的方法。連接單片機時，要注意將LED顯示燈與P2口的連接方式，即按照順序依次從P2.0P2.7一一對應(yīng)連接。在進展路燈控制程序設(shè)計的時候，主要考慮傳感器的獲取信號，在設(shè)計初期，采用高電平控制LED燈，結(jié)果，燈的亮度很低，發(fā)現(xiàn)，單片機高電平帶負載能力很弱，于是，采用低電平控制LED路燈。3.3行人檢測電路圖3.3 行人檢測電路硬件接線圖此局部由單片

16、機、按鍵、電阻2K組成。在設(shè)計的時候，主要是用高電平來模擬聲音傳感器的檢測信號，當(dāng)有人通過為低電平，無人通過為高電平。在開場時單片機就初始狀態(tài)P1口即為高電平，模擬情況下接了8個單刀開關(guān)。在實際的電路中根本沒有電源給傳感器供電，為了提高電源給傳感器，此處提供了上拉電源。3.4光線控制電路圖3.4光線控制原理圖光敏電阻傳感器對外界光線最敏感，用來檢測外界周圍環(huán)境光線的亮度，觸發(fā)單片機，模塊在光線缺乏時輸出低電平，光線亮度超過設(shè)定值時輸出高電平。利用光敏電阻傳感器輸出信號干凈，波形好，驅(qū)動能力強。本設(shè)計中利用光敏電阻與一普通電阻串聯(lián)，當(dāng)白天有光照時，電阻很小，輸出高電平，夜晚無光照時，電阻增大，輸

17、出低電平。3.5 手動控制圖3.5 手動控制局部白天如果有突發(fā)黑暗的時候，或者有需要路燈全部亮的緊急情況，通過手動局部可以處理緊急情況，按下SWON讓所有燈全亮，按下SWOFF可以熄滅所有路燈。將緊急開關(guān)接在P32，P33口，以實現(xiàn)緊急情況中斷。只有當(dāng)SWON與SWOFF都處于斷開狀態(tài)，即輸入高電平時，系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。3.6智能路燈電路設(shè)計原理圖及說明 圖3.6智能路燈電路功能的實現(xiàn)：-. z當(dāng)程序啟動后，單片機處于設(shè)置的原始狀態(tài)；所以燈全關(guān)，所以翻開手動控制開關(guān)處于關(guān)燈狀態(tài) 。此時系統(tǒng)開場正常工作。如果有行人進入智能路燈面前，聲音傳感器檢測到信號，并以電壓的形式把信號送給單片機，單片機根據(jù)

18、傳感器送來的信號傳感器的布置，點亮相應(yīng)的傳感器所處的位置LED路燈，當(dāng)行人通過這個路燈后，到達下一個路燈時，上一個路燈熄滅。所處位置處和所處位置下一個燈亮。從而實現(xiàn)自動控制，到達節(jié)能的效果。當(dāng)人通過最后一個路燈后，最后一個燈熄滅。在緊急的情況下，所有的路燈都要翻開，此時通過手動開關(guān)翻開路燈，緊急情況過后，關(guān)閉所有路燈。系統(tǒng)恢復(fù)正常。-. z4 流程圖4.1主流程圖圖4.1 主流程圖功能的實現(xiàn)：當(dāng)程序啟動后，給單片機設(shè)置初值，使所有燈全關(guān)。然后檢測手動開關(guān)是否按下，假設(shè)按下，則進入相應(yīng)程序全部翻開或全部熄滅所有路燈。假設(shè)翻開手動控制開關(guān)，此時系統(tǒng)開場正常工作。再檢測是否有行人進入智能路燈面前，聲

19、音傳感器檢測到信號，并以電壓的形式把信號送給單片機，單片機根據(jù)傳感器送來的信號傳感器的布置，點亮相應(yīng)的傳感器所處的位置LED路燈，假設(shè)沒有行人則返回上一步繼續(xù)檢測。4.2 緊急情況流程圖圖4.2 緊急情況流程圖 功能的實現(xiàn)：白天如果有突發(fā)黑暗的時候，或者有需要路燈全部亮的緊急情況，通過手動局部可以處理緊急情況，在緊急的情況下，所有的路燈都要翻開，此時通過手動開關(guān)翻開路燈，緊急情況過后，關(guān)閉所有路燈。按下SWON讓所有燈全亮，按下SWOFF可以熄滅所有路燈。當(dāng)二者皆斷開即接入高電平時，系統(tǒng)恢復(fù)正常。5 軟件仿真5.1 軟件仿真截圖圖5.1行人出現(xiàn)，到達D1路燈下圖5.2行人到達D2路燈下圖5.3

20、行人到達D3路燈下圖5.4緊急情況下手動全關(guān)圖5.5緊急情況下手動全開5.2 軟件仿真結(jié)果分析通過PROREUS仿真測試，本系統(tǒng)具有“隨需隨控，天黑時只有路上有行人或者車輛通過時路燈才點亮，且可根據(jù)行人和車輛通過的聲音智能地翻開前方一盞燈，同時熄滅經(jīng)過路段的路燈。同時具有緊急模式，可手動全開所有路燈和全部關(guān)閉所有路燈，根本符合本次設(shè)計要求。6 總結(jié)本課程設(shè)計是基于傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)上建立起來的，到達了節(jié)能、高效的方式。但是此設(shè)計需要每個路燈上安裝一個光傳感器與聲音傳感器，所需器件多，不經(jīng)濟，需進一步改善。通過此次的課程設(shè)計，我明白了紙上學(xué)來終覺淺，絕知此事要躬行，通過對程序的不斷探索，對AT89C

21、51系列單片機已經(jīng)了然于心，對每個管腳的功能有了進一步認識，從一開場對PROTEUS和KEIL這兩個軟件的一無所知，到后來的熟練運用，最后終于完成了本次的課程設(shè)計。 通過這次計算機控制技術(shù)課程設(shè)計，我不僅加深了對理論的理解，將理論很好地應(yīng)用到實際當(dāng)中去，而且我還學(xué)會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的根底上進展改良，使之功能不斷完善，成為真己的東西。 設(shè)計結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次實習(xí)要求，我們不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的，是這個過程。這個過程中，我們花費了大量的時間和精力，更重要的是，我們在學(xué)會創(chuàng)新的根底上，同時還懂得合作精神的重要性，學(xué)會了與他

22、人合作。雖然課程設(shè)計到此完畢了，但我前進的腳步不會因此而停頓，我會繼續(xù)學(xué)習(xí)51及其他系列單片機。附錄 A 程序清單：*include*defineucharunsignedchar*defineuintunsignedintsbitSWN=P00;sbitSWOFF=P32;sbitSWON=P33;sbitp1_0=P10;sbitp1_1=P11;sbitp1_2=P12;sbitp1_3=P13;sbitp1_4=P14;sbitp1_5=P15;sbitp1_6=P16;sbitp1_7=P17;sbitp2_0=P20;sbitp2_1=P21;sbitp2_2=P22;sbitp2

23、_3=P23;sbitp2_4=P24;sbitp2_5=P25;sbitp2_6=P26;sbitp2_7=P27;intmain()if(SWOFF=0) /手動全部關(guān)閉路燈P2=0*ff; /路燈全關(guān)if(SWON=0) /手動全部翻開路燈P2=0; /路燈全開if(SWOFF=1&SWON=1&SWN=1)/夜間時段if(p1_0=0)p2_0=0;if(p1_0=1)p2_0=1;if(p1_1=0)p2_1=0;if(p1_1=1)p2_1=1;if(p1_2=0)p2_2=0;if(p1_2=1)p2_2=1;if(p1_3=0)p2_3=0;if(p1_3=1)p2_3=1;if(p1_4=0)p2_4=0;if(p1_4=1)p2_4=1;if(p1_5=0)p2_5=0;if(p1_5=1)p2_5=1;if(p1_6=0)p2_6=0;if(p1_6=1)p2_6=1;if(p1_7=0)p2_7=0;if(p1_7=1)p2_7=1;附錄B 軟件仿真圖參考文獻1涵芳. MCS-51/96系列 單片機原理及應(yīng)用修訂版.航空航天大學(xué).1