毕业设计(论文)-基于单片机的智能路灯控制系统设计(2)

2020-06-03 11:18

占用了一定的人力资源。定时控制则存在着夏冬季白黑昼时间不同的情况,使得天还没黑路灯就开,天还没亮路灯就灭的情况,大大影响了人们的日常出生活。本设计通过使用AT89C51单片机对系统进行智能控制,使系统达到自动启停及智能调压。近年来,随着科技的不断发展,各种路灯控制器也被不断的研究出来。 1.4 论文的主要内容

本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量,又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率。

主要内容如下:

(1) 利用单片机,对整个路灯系统进行研究与设计。

(2) 针对光线和电压信号的采集,采用数据采集技术。

(3) 通过按键可对相关的参数值进行设置,从而实现对不同时间进行不同的

开灯模式。

(4) 当电压符合额定电压时,系统自动进行稳压。 (5) 在午夜之后降低电压以调节路灯亮度,实现调压。

2 Proteus仿真软件与Keil

2.1 Proteus仿真软件

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件(该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司)。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步,但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师以及致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真都能方便的实现,真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面,它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。 2.2 Keil

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显

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的优势,因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

3 硬件设计

3.1 按键模块

键盘模块的硬件电路设计如图3-1所示。K1、K2、K3、K4分别同P3.0、P3.1、P3.2、P3.3相连,当S2、S3、S4、S5任意一个键按下时,同它相连的端口电压则被拉低。在此设计中,若在时间调整模式下S2设置为“加1”功能键,S3设置为“减1”功能键;若在手动操作模式下S2设置为“开”功能键,S3设置为“关”功能键。S4为功能切换键,实现运行模式、时间调整模式和退出模式的切换。S5为运行模式下实现“自动”、“手动”的切换。

图3-1 键盘电路

3.2 计时模块

3.2.1 计时模块的软件设计

DS1302是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、星期、月、年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整,时钟操作可通过 AM/PM 指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到三个口线:RES复位 、I/O 数据线和SCLK串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低,保持数据和时钟信息时功率小于 1mW,其外部管脚如图3-2所示。

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图3-2 DS1302外部管脚

DS1302是由DS1202改进而来增加了以下的特性:双电源管脚用于主电源和备份电源,供应Vcc1为可编程涓流充电电源;附加七个字节存储器,它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域;实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力,还有闰年调整的能力。DS1302内部结构为移位寄存器,控制逻辑,晶振,时钟和RAM。

具体控制字介绍:

? 控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据

写入到DS1302中;

? 位6:如果为0,则表示存取日历时钟数据,为1表示存取RAM数据; ? 位5至位1(A4~A0):指示操作单元的地址;

? 位0(最低有效位):如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出,在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(0位)开始。同样,在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。

具体时序图如图3-3所示。

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图3-3 DS1302时序图

3.2.2 计时模块的硬件设计

具体电路如下图3-4所示。BT1为电压值3V的电池组,来作为DS1302的备用电源。Y2为一个32.768 KHz的晶振。DS1302的5、6、7端分别同单片机的P2.1、P2.2、P2.3相连,同时在还为它们配置了阻值为10K的上拉电阻,能最大程度的保证操作与通讯的准确和稳定。

图3-4 实时时钟模块电路

3.3 光线强弱检测模块 3.3.1 ADC0832综述

ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压输

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入在0-5V之间。芯片转换时间仅为32μS,据有双数据输出可作为数据校验,以减少数据误差,转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入,使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端,可以轻易的实现通道功能的选择。ADC0832引脚分布如图3-5所示。

图3-5 ADC0832引脚分布图

ADC0832有以下特点: ? 8位分辨率;

? 逐次逼近式A/D转换器; ? 双通道A/D转换;

? 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容; ? 5V电源供电时输入电压在0~5V之间; ? 工作频率为250KHZ,转换时间为32μS; ? 一般功耗仅为15mW;

? 8P、14P—DIP(双列直插)、PICC 多种封装。 芯片接口说明: ? CS ? CH0 ? CH1 ? GND ? DI ? DO ? CLK

片选使能,低电平芯片使能; 模拟输入通道0,或作为IN+/-使用; 模拟输入通道1,或作为IN+/-使用; 芯片参考0电位(地);

数据信号输入,选择通道控制; 数据信号输出,转换数据输出; 芯片时钟输入;

? VCC/REF电源输入及参考电压输入(复用)。 单片机对ADC0832的控制原理:

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