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1江西理工大学应用科学学院微机控制系统课程设计报告题目：光控智能路灯系统姓名：XXX学号：专业班级：指导教师：完成时间：设计报告综合测试平时总评格式（10分）内容（10分）图表（5分）功能测试（35分）答辩（20分）考勤（20分）指导教师签名：2摘要现在，随着微电子技术和集成电路技术的快速发展，单片机技术无处不在。单片机作为计算机科学与技术的重要组成部分，作为嵌入式系统的先头兵，片上系统的先行者，已经被广泛应用到了各行各业，尤其是与控制相关的领域，极大的提高了产品的智能化程度和技术水平，已经成为了当今社会十分重要的技术领域。随着社会需求和单片机应用领域的不断扩展，各类智能产品、控制系统都是以单片机技术为核心来进行开发设计的。本系统采用MSC—51系列单片机89C51和相关的光电检测设备及设计智能路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过8051芯片的P1口控制路灯开关功能。随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道照明，而且发展成了城市景观等装饰性照明的综合市政工程。关键词：路灯单片机技术设计3第一章绪论1.1引言随着我国加入世界贸易组织（WTO），为了创造一个良好的投资环境，塑造一个美丽的国际化城市，更好的与国际接轨，全国各大城市的市政建设步伐都逐步加快，公路系统蓬勃发展，因此装扮美丽城市夜景的路灯照明工程得以迅猛发展。由于单片机具有集成度高，处理能力强，可靠性高，系统结构简单，价格低廉等优点，因此在路灯照明工程中被广泛应用。近年来随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断走向深入。单片机技术中的计时系统是单片机的一个典型的应用。夜晚城市里花灯初上，人们消除了白天的繁忙，漫步穿行于城市的街道上，路灯已经成为一个城市的照明系统不可分割更是无可替代的一部分，在城市照明中发挥着举足轻重的作用，靠的就是路灯自动控制系统，路灯控制方式很多。本系统采用MSC-51系列单片机89C51和相关的光电检测设备及继电设备来设计智能光控路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通过8051芯片的P1口控制路灯开关的功能。随着社会文明的不断发展，城市照明已不仅局限于街道的照明，而且发展成了城市景观等装饰性照明综合市政工程。社会对亮灯率,开关灯的准确率，故障检测的实时性和维护的及时性要求不断提高，利用51系列单片机可编程控制八位逻辑I/O端口实现路灯的智能化，达到节能，自动控制的目的。避免了传统电路对能源的浪费，路灯的自动控制更方便了工作人员的管理。本系统实用性强，操作简单，扩展功能强。1.2单片机概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种，单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，他们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压低功耗。41.3时钟电路89C51内置最高频率达12MHZ的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但89C51单片机需外置振荡电容。振荡电路(18、19)：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。这两个脚的定义是：(1)时钟电路引脚(XTAL2)（18脚)：该脚接外部晶体和微调电容的一段，在89C51内部，它是振荡电路反相放大器的输出端。振荡电路的频率就是固有频率。若采用外部时钟电路，该引脚输入外部脉冲。(2)时钟电路引脚(XTEL1)（19脚）：该脚接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该脚必须接地。图1.189C51系列单片机时钟电路复位引脚（RESET）（9脚）：它是复位信号输入端，高电平有效，当此脚保持两个机器周期，即24个时钟振荡周期为高电平时，即可完成复位操作。他还具有第二功能，即当主电源VCC发生故障，降低到低电平规定值时，将5V电源自动接入RST端，为单片机提供备用电源。以保证信息不丢失，电源恢复后，能够正常工作。5图1.289C51系列单片机复位电路1.1.489C51的部分引脚说明89C51单片机采用40PIN封装的双列直接DIP结构，下图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：6图1.389C51系列单片机引脚电源引脚(40、20)：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中40引脚接正极(VCC)，20引脚接负极(VSS)或地(GND)。EA/VPP引脚(31脚)：访问程序存储器控制信号端(又：外部存储器地址允许输入端)。(1)当EA引脚接高电平时，CPU访问片内EPROM(CPU读取内部程序存储器ROM)，并执行内部程序存储器中的指令。(2)当EA脚接低电平时，CPU只访问外部EPROM，并执行外部程序存储器中的指令。而不管是否有片内程序存储器。PSEN(29脚):程序存储器允许输入端(也叫:外部程序存储器读选通信号端):在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作：(1)内部ROM读取时，PSEN不动作；(2)外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次；(3)外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出；(4)外接ROM时，与ROM的OE脚相接。要检查一个89C51小系统上电后能否正确到EPROM中读取指令，可用示波器看PSEN端有无脉冲，如有，说明基本工作正常。7P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。P2口有两个功能:(1)扩展外部存储器时，当作地址总线使用；(2)做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。P3口有两个功能：除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻)，还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。有内部EPROM的单片机芯片，为写入程序需提供专门的编程脉冲和编程电源，这些信号也是由信号引脚的形式提供的。即：编程脉冲：30脚(ALE/PROG)编程电压(25V)：31脚(EA/Vpp)8第二章主要器件2.1光敏电阻2.1.1光敏电阻介绍光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1～10M欧,在强光条件（100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4～0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。仿真光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源。光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片（或树脂防潮膜）和电极等组成。光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。其结构如图2.4所示：图2.1光敏电阻结构图图2.2光敏电阻实物图光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻的阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。92.1.2基本特性及其主要参数1.暗电阻、亮电阻光敏电阻在室温和全暗条件下测得的稳定电阻值称为暗电阻，或暗阻。此时流过的电流称为暗电流。例如MG41—21型光敏电阻暗阻大于等于0.1M。光敏电阻在室温和一定光照条件下测得的稳定电阻值称为亮电阻或亮阻。此时流过的电流称为亮电流。MG41—21型光敏电阻亮阻小于等于1K。亮电流与暗电流之差称为光电流。显然，光敏电阻的暗阻越大越好，而亮阻越小越好，也就是说暗电流要小，亮电流要大，这样光敏电阻的灵敏度就高。2.伏安特性在一定照度下，光敏电阻两端所加的电压与流过光敏电阻的电流之间的关系，称为伏安特性。由图2.6可知，光敏电阻伏安特性近似直线，而且没有饱和现象。受耗散功率的限制，在使用时，光敏电阻两端的电压不能超过最高工作电压，图中虚线为允许功耗曲线，由此可确定光敏电阻正常工作电压。图2.3光敏电阻的伏安特性2.2继电器2.2.1继电器的作用继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：(1)扩大控制范围。例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形10式，同时换接、开断、接通多路电路。(2)放大。例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。(3)自动、遥控、监测。例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线跻，从而实现自动化运行。2.2.2继电器的电符号和触点形式继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字特号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：(1)动合型(H型)：线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。(2)动断型(D型)：线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。(3)转换型(Z型)：这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“Z”表示。在这里，我们选择动合型(H型)触点。2.2.3继电器（relay）的工作原理和特性电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。11第三章系统设计方案论证智能路灯控制系统分为光线检测和执行控制命令(开路灯、关路灯)，在光线满足设定条件的情况下，光线检测电路将检测到的情况传送给控制器并由控制器发出指令控制相应的电路执行。3.1光电检测电路在设计中使用光敏电阻作为光传感器件对外界光线进行检测，主要是利用了光敏电阻在光线的作用下其阻值往往变小的这种光导效应现象。光电检测电路将检测到的信号以高低电平的形式传送给单片机，从而完成整个光电检测的过程。下图是用光敏电阻（型号为5539）来控制单片机的P3.2的高低电平，单片机处理发出指令从而控制路灯的亮和灭。图3.1光电检测电路原理图在proteus中，用一个按键开关代替上述光敏电阻控制电路。当按键按下时，相当于白天（有光照）；当不