基于51单片机的路灯光声控器设计周园园

2014年11月2日基于51单片机灯光声控器设计系部专业班级姓名指导教师周园园信息1201电子信息工程技术信息工程系奚素霞毕业设计第页共18页１湖南信息职业技术学院毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计文本和成果，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。成果不存在知识产权争议，本毕业设计不含任何其他个人或集体已经发表过的作品和成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计者签名：年月日第页共18页２湖南信息职业技术学院信息工程系2015届毕业设计评阅、答辩及成绩评定表题目基于51单片机灯光声控器设计姓名周园园系别信息工程系专业/班级信息1201学号08指导教师奚素霞所在部门信息工程系职务职称副教授答辩与会人员姓名职务（职称）姓名职务（职称）姓名职务（职称）指导教师评语（主要对学生毕业设计的工作态度、研究内容与方法、工作量、文献应用、创新性、实用性、科学性及存在的不足等进行综合评价）：成绩：指导教师签名：年月日第页共18页３答辩记录：会议主持人：记录人：年月日答辩小组意见：评语：成绩：答辩委员会（组长）签名：年月日评定成绩：评定等级：系领导小组组长签名：年月日第页共18页４目录一、设计的思路和设计说明……………………………………………………61、题目要求……………………………………………………………………62、设计意义和原理…………………………………………………………6二、设计方案的比较和论证…………………………………………………………61、软件设计方法……………………………………………………………72、硬件设计方法……………………………………………………………………7三、基于单片机的路灯光/声控器设计的具体方法和过程………………………91、电源电路设计………………………………………………………………………92、串口通信的实现……………………………………………………………103、光控模块设计……………………………………………………………114、声控模块设计………………………………………………………………115、声控电路设计………………………………………………………………126、时钟模块设计………………………………………………………………127、系统程序编写…………………………………………………………128、51单片机系统及功能实现…………………………………………………12四、设计过程中遇到的问题及解决方法…………………………………13五、实验结果及结论……………………………………………………………131、光控模块分析…………………………………………………………132、声控电路分析…………………………………………………………………14六、致谢………………………………………………………………………15七、参考文献………………………………………………………………………15附页…………………………………………………………………………………16第页共18页５基于51单片机的光/声路灯控制器的设计摘要：随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制的电路时非常必要的，声光控制就是其中一种。电灯在白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90%；既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关的现象。关键词：光控电路声控电路光敏电阻驻极体话筒过程控制Abstract：Withthedevelopmentofsociety,alotofexploitationofresources,energyisgraduallyreduced,sowemustestablishtheawarenessofenergysaving,electricitysavinglampsbearthebrunt,andthemostwidelyused,sothedesignofaverynecessarycircuitofautomaticcontrolofsoundandlightcontrolsystem,oneofwhichis.Thelamplightinthedaytimeisstrong,lightcontrolself-locking,asoundorelectricitytoturnonthelight;whenintheeveningtheenvironmentlight,theswitchautomaticallyenterstandbystate,intheeventofvoices,footstepssound,immediatelyelectricity,lighting,automaticpower-offafterhalfaminutedelay;canprolongtheservicelifeofthebulb6timesabove,thesavingrateof90%;inthedarkfortheswitchcanavoidcausinghurtbumps,andcaneliminatethecorridorlampisopened,nooneoffphenomenon.Keywords：LightcontrolcircuitVoicecontrolcircuit；Electricmicrophone；Photosensitiveresistance；ProcessControl第页共18页６一、设计的思路和设计说明1、题目要求：白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电2、设计的意义和原理随着社会的发展，资源的大量开采，能源在逐渐的减少，所以我们要建立起节约能源的意识，电能的节约首当其冲，而电灯的使用最为普遍，所以设计一种自动控制的电路时非常必要的，声光控制就是其中一种。电灯在白天光线较强时，受光控自锁，有声响也不通电开灯；当傍晚环境光线变暗后，开关自动进入待机状态，遇有说话声、脚步声等声响时，会立即通电,亮灯，延时半分钟后自动断电；能延长灯泡寿命6倍以上，节电率达90%；既可避免摸黑找开关造成的摔伤碰伤，又可杜绝楼道灯有人开、没人关的现象。其大体原理介绍如下：LED声光控节能灯集声音感知，光效感应，延时控制于一体，内置声音感应元器件，光效感应元器件，延时开关智能模块。在白天光线比较强的情况下，光效感应元件将感应信号值给延时开关，延时开关自动处于锁定状态，有声音振动也不开锁，节能灯也就不会亮。当光线比较暗时，光效感应元器件再将感应信号值给延时开关，延时开关自动开锁，但是否让节能灯亮要由声音感应元件给出的信号决定，当有声音振动的时候，声音感应元件就会将信号传输给延时开关，通知开启工作，节能灯亮。延时开关出厂设定了一个60秒的亮灯时长，在这个时间段内如没有声音振动信号，延时开关将会自动关闭，节能灯自动灭灯，等待下一次声音信号。二、设计过程中方案的比较论证电路的设计中我们采用了AT89C51单片机，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。第页共18页７由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示。电子作品的设计共用了两种设计方案，即软件设计和硬件设计。使用了两种设计方法，软件设计为硬件电路的搭建提供了理论依据，硬件设计能更好的证明了软件仿真的正确性和可行性。其中具体说明：1、软件设计方法（1）、设计电路原理图在Proteus软件绘制出路灯控制系统的原理图。整个控制系统的原理图如下：图（1）第页共18页８（2）、按照已经设计好的电路原理图对整个系统进行编程编程时使用的是Kiel软件。具体程序见附页。（3）、程序调试在Kiel中编好程序后，用Proteus调用写好的程序。直到电路能稳定运行正确。2、硬件设计方法（1）、根据硬件仿真图绘制电路原理图。与软件的设计方法相同，其原理图入下：图（2）电路原理图（2）、将绘制的电路原理图生成PCB板。在绘制完电路原理图之后，检测是否正确，在进行电器规则检测，然后生成相应的网路报表。最后把原理图生成PCB。生成后，对其进行手动或自动布线。（3）、焊接与测试设计过程第一个阶段要求完成板卡的焊接，主要过程如下:预热首先，用于达到所需粘度和丝印性能的溶剂开始蒸发，温度上升必需慢（大约每秒5°C），以限制沸腾和飞溅，防止形成小锡珠，还有，一些元件对内部应力比较敏感，如果元件外部温度上升太快，会造成断裂。第页共18页９助焊剂（膏）活跃，化学清洗行动开始，水溶性助焊剂（膏）和免洗型助焊剂（膏）都会发生同样的清洗行动，只不过温度稍微不同。将金属氧化物和某些污染从即将结合的金属和焊锡颗粒上清除。好的冶金学上的锡焊点要求“清洁”的表面。当温度继续上升，焊锡颗粒首先单独熔化，并开始液化和表面吸锡的“灯草”过程。这样在所有可能的表面上覆盖，并开始形成锡焊点。回流这个阶段最为重要，当单个的焊锡颗粒全部熔化后，结合一起形成液态锡，这时表面张力作用开始形成焊脚表面，如果元件引脚与PCB焊盘的间隙超过4mil（1mil=千分之一英寸），则极可能由于表面张力使引脚和焊盘分开，即造成锡点开路。冷却冷却阶段，如果冷却快，锡点强度会稍微大一点，但不可以太快否则会引起元件内部的温度应力。（5）板卡初始化和程序编写电路板卡初始化主要包括测试板卡的下载电路、IO口电路和串口电路，实现电路板可以进行程序下载，LED指示灯动态闪烁，IO口输出莫频率的方波信号，上下位机进行串口通信。程序主要包括LED闪烁程序，IO方波程序和串口通信程序。（6）扩展功能实现扩展功能实现包括:①、电路板IO口能输入模拟信号，并对模拟信号进行采集。②、扩展通信协议，如制定用于其他系统的协议设定，如光照强度检测、声音信号检测等。③、对路灯进行控制，能根据单片机发出的信号对路灯进行控制。三、基于单片机的路灯光/声控器设计的具体方法和过程1、电源电路的模块设计电源模块主要是为整个系统提供可靠、稳定的电源。主要实现以下功能：（1）、安全隔离：即强电弱电隔离，他将外电路中的强电转化为5伏的弱电压。（2）、电路保护：包括短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保护。（3）、电压变换：这里主要是将强电变成弱电。第页共18页１０（4）、稳压：将交流电别换成直流弱电，始终保持输出电压一定。电源电路模块2、串口通信的实现（1）串口通信原理串口通讯对单片机而言意义重大，不但可以实现将单片机的数据传输到计算机端，而且也能实现计算机对单片机的控制。由于其所需电缆线少，接线简单，所以在较远距离传输中，得到了广泛的运用。（2）通信协议原理通信协议是通信设备在通信前的约定。单片机、计算机有了协议这种约定，通信双方才能明白对方的意图，以进行下一步动作。假定我们需要在PC机与单片机之间进行通信，在双方程式设计过程中，有如下约定：0xA1：单片机读取P0端口数据，并将读取数据返回PC机；0xA2：单片机从PC机接收一段控制数据；0xA3：单片机操作成功信息。在系统工作过程中，单片机接收到PC机数据信息后，便查找协议，完成相应的操作。当单片