智能路灯控制综合系统的设计.doc

课程设计任务书 14/15 年第 一 学期学 院：计算机和控制工程学院专 业：电气工程及其自动化学 生 姓 名：学 号：课程设计题目：智能路灯控制系统设计起 迄 日 期:1月5 日 1月 16 日课程设计地点:专业教室指 导 教 师:余红英 李静学科部副主任：刘天野 下达任务书日期: 年 1月 5日课 程 设 计 任 务 书1设计目标：（1） 设计一个由计算机控制智能路灯控制器，能够对室内外光强度进行检测，假如外界灯光过低或是声音低到某一分贝时、智能路灯自行进行调整。经过设计，掌握数据采集系统工作原理、掌握计算机控制系统设计原理。（2） 利用AT89C52完成控制要求。熟悉并了解单片机控制系统具体工作原理。（3） 利用Keil uVision、proetus、protel画出硬件原理图、软件仿真图。2设计内容和要求（包含原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：一、控制要求:要做到“随需而控”，天黑时只有路上有些人或车辆经过时路灯才点亮，且可依据行人和车辆经过声音智能地打开前方一定数量路灯，同时熄灭经过路段路灯。二、用protel设计硬件原理图 三、选择控制算法，编写控制程序。用Keil uVision设计完整控制程序（C语言或汇编语言）四、编译、下载、运行五、用proetus给出软件仿真结果3设计工作任务及工作量要求包含课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：1依据题目要求指标，经过查阅相关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。2画出电路原理图，分析关键模块功效及她们之间数据传输和控制关系。3. 用Proteus软件绘制硬件电路图并仿真。4. 软件设计包含步骤图、用汇编语言或C语言对软件进行编译，并能经过调试。课 程 设 计 任 务 书4关键参考文件：1. 孙涵芳.MCS-51/96系列 单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社.1994 2. 李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）.北京航空航天大学出版社.3.彭伟.单片机C语言程序设计实训100例基于8051+Proteus仿真（第2版).电子工业出版社.4.李光飞单片机课程设计实例指导北京：北京航空航天大学出版社，5.陈明荧8051单片机课程设计实训教材北京：清华大学出版社，5设计结果形式及要求：完成课程设计说明书一份，要求：1）写出关键设计思绪，工作原理；2）画出硬件原理接线图；3）调试出现问题及处理方法； 4）提交程序清单。6工作计划及进度：1月5日 1月7日 查阅资料，进行总体设计1月6日 1月12日 依据设计要求，进行软硬件设计，并撰写课程设计说明书。 1月12日 答辩或成绩考评。学科部副主任审查意见： 签字： 年 月 日目录1 绪论11.1 AT89C52介绍11.2 Proteus软件介绍11.3 Keil C51软件介绍22 总体设计32.1 设计要求32.2 设计思绪32.3 声检测模块32.4 光检测模块43 硬件接线图53.1 最小系统53.2 路灯设计电路63.3 行人检测电路63.4 光控制电路73.5 手动控制电路73.6 智能路灯电路设计原理图及说明84 步骤图94.1 主步骤图94.2 紧急情况步骤图105 软件仿真115.1 软件仿真截图115.2 软件仿真结果分析136 总结14附录 A 程序清单15附录 B 软件仿真图17参考文件181 绪论1.1 AT89C52介绍AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes可反复擦写Flash只读程序存放器和256bytes随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存放单元. 图1.1 AT89C52引脚图1.2 Proteus软件介绍： 英国Labcenter企业推出Proteus软件是一款极好单片机应用开发平台，它以其特有虚拟仿真技术很好地处理了单片机及其外围电路设计和协同仿真问题，能够在没有单片机实际硬件条件下，利用PC以虚拟仿真方法实现单片机系统软、硬件同时仿真调试。Proteus软件涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型，和多个常见电子元器件，包含74系列、CMOS 4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD显示器、LED显示器，还提供示波器、逻辑分析仪、通信终端、电压/电流表等多种虚拟仪表，这些全部能够直接用于仿真设计，极大地提升了设计效率和设计水平。Proteus软件已经有20多年历史，在国外应用较为普遍，尤其在教育界口碑极佳。多年来Proteus软件被引入中国，在多所高等工科院校中得到成功应用。在单片机教学中采取Proteus软件，使单片机学习过程变得直观形象，能够直接在基于原理图虚拟模型上进行编程，并实现源码级程序仿真调试，如有显示及输出，还能看到程序运行后输出效果，配合多种虚拟仪表来展现整个单片机系统运行过程，很好地处理了长久以来困扰单片机教学过程中软件和硬件无法很好结合难题。在Proteus软件平台上学习单片机知识，比以往单纯学习书本知识更易于接收，以原理图虚拟模型进行程序仿真调试，更易于提升单片机编程能力，还能够经过绘制和修改原理电路图增加很多实践经验。1.3 Keil C51软件介绍： Keil C51是美国Keil Software企业出品51系列兼容单片机C语言软件开发系统，和汇编相比，C语言在功效上、结构性、可读性、可维护性上有显著优势，所以易学易用。Keil提供了包含C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功效强大仿真调试器等在内完整开发方案，经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、WIN、WINXP等操作系统。 Keil C51软件提供丰富库函数和功效强大集成开发调试工具，全Windows界面。另外Keil C51生成目标代码效率很之高，多数语句生成汇编代码很紧凑，轻易了解。在开发大型软件时更能表现高级语言优势。C51工具包整体结构，其中uVision和Ishell分别是C51 for Windows和for Dos集成开发环境(IDE)，能够完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发步骤。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也能够和库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也能够直接写入程序存贮器如EPROM中。2 总体设计2.1 设计要求 设计一个由计算机控制智能路灯控制器，能够对室内外光强度进行检测，假如外界灯光过低或是声音低到某一分贝时、智能路灯自行进行调整。要做到“随需而控”，天黑时只有路上有些人或车辆经过时路灯才点亮，且可依据行人和车辆经过声音智能地打开前方一定数量路灯，同时熄灭经过路段路灯。2.2 设计思绪此次设计题目是智能路灯控制系统设计。要求实现以路灯为控制对象，完成软件和硬件设计,利用按键模拟声敏传感器,以手动和行人控制两种方法实现路灯亮灭功效。其中硬件电路部分关键包含以下部分：单片机最小系统、路灯控制电路部分、行人检测电路部分、光检测电路部分、声检测电路部分。图2.1工作原理图 图2.2系统总框图2.3声音检测模块声音传感器作用相当于一个话筒（麦克风）。它用来接收声波，显示声音振动图象。该传感器内置一个对声音敏感电容式驻极体话筒。声波使话筒内驻极体薄膜振动，造成电容改变，而产生和之对应改变微小电压。这一电压随即被转化成0-5V电压，输入单片机。声音传感器使用是和人类耳朵相同含有频率反应电麦克风。电路把信号放大并把信号传送给电讯接口。实际上，信号经过2条不一样线送达数据采集器。一个信号经过低电压输入线，在2.5V左右，另一信号经过电压输入线，在0V左右。声音传感器应用：通常说有二种，一个是依据设定声音信号阀值判定声音有没有。第二种难一点就是依据多个声音传感器来判定声音方位。本设计利用按键模拟声音模块，声音模块对外界环境声音强度最为敏感，模块在环境声音强度达不到阈值时，输出高电平，当外界声音强度超出设定阈值时，输出低电平。2.4 光检测模块图2.3光敏电阻工作原理图光敏传感器是最常见传感器之一，它种类繁多，关键有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。它敏感波长在可见光波长周围，包含红外线波长和紫外线波长。本设计采取光敏电阻。光敏电阻传感器对外界光线最敏感，用来检测外界周围环境光线亮度，触发单片机，模块在光线不足时输出低电平，光线亮度超出设定值时输出高电平。利用光敏电阻传感器输出信号洁净，波形好，驱动能力强。本设计中利用光敏电阻和一一般电阻串联，当白天有光照时，电阻很小，输出高电平，夜晚无光照时，电阻增大，输出低电平。3 硬件接线图3.1最小系统图3.1 系统硬件接线图 晶振电路：单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。其中XYAL1接外部晶体一个引脚，在单片机内部，它是一个反向放大器输入端。若采取外部振荡器，该引脚接收振荡器信号，即八次信号直接接到内部时钟发生器输入端；XTAL2节外部晶体另一端，在单片机内部接到反向放大器输入端，当采取外接晶体振荡器时，此引脚能够不接。复位电路：复位操作有两种基础形式：一个是上电复位，另一个是按键复位。按键复位含有上电复位功效外，若要复位，只要按图中RESET键，电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。上电复位电路要求接通电源后，经过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚取得高电平，伴随电容充电，RERST引脚高电平将逐步下降。RERST引脚高电平只要能保持足够时间（2个机器周期），单片机就能够进行复位操作。3.2路灯电路设计 图3.2路灯控制电路接线图此部分由单片机、LED显示灯、电阻（470）组成。连接LED显示灯时，注意其极性及连接方法，连接方法包含共阳极连接和共阴极连接两种方法，而在本电路中要采取共阳极连接方法。连接单片机时，要注意将LED显示灯和P2口连接方法，即根据次序依次从P2.0P2.7一一对应连接。在进行路灯控制程序设计时候，关键考虑传感器获取信号，在设计早期，采取高电平控制LED灯，结果，灯亮度很低，发觉，单片机高电平带负载能力很弱，于是，采取低电平控制LED路灯。3.3行人检测电路图3.3 行人检测电路硬件接线图此部分由单片机、按键、电阻（2K）组成。在设计时候，关键是用高电平来模拟声音传感器检测信号，当有些人经过为低电平，无人经过为高电平。在开始时单片机就初始状态P1口即为高电平，模拟情况下接了8个单刀开关。在实际电路中根本没有电源给传感器供电，为了提升电源给传感器，此处提供了上拉电源。3.4光线控制电路图3.4光线控制原理图光敏电阻传感器对外界光线最敏感，用来检测外界周围环境光线亮度，触发单片机，模块在光线不足时输出低电平，光线亮度超出设定值时输出高电平。利用光敏电阻传感器输出信号洁净，波形好，驱动能力强。本设计中利用光敏电阻和一一般电阻串联，当白天有光照时，电阻很小，输出高电平，夜晚无光照时，电阻增大，输出低电平。3.5 手动控制 图3.5 手动控制部分白天假如有突发黑暗时候，或有需要路灯全部亮紧急情况，经过手动部分能够处理紧急情况，按下SWON让全部灯全亮，按下SWOFF能够熄灭全部路灯。将紧急开关接在P32，P33口，以实现紧急情况中止。只有当SWON和SWOFF全部处于断开状态，即输入高电平时，系统恢复正常状态。3.6智能路灯电路设计原理图及说明 图3.6智能路灯电路功效实现：当程序开启后，单片机处于设置原始状态；所以灯全关，所以打开手动控制开关处于关灯状态 。此时系统开始正常工作。假如有行人进入智能路灯面前，声音传感器检测到信号，并以电压形式把信号送给单片机，单片机依据传感器送来信号传感器部署，点亮对应传感器所处位置LED路灯，当行人经过这个路灯后，达成下一个路灯时，上一个路灯熄灭。所处位置处和所处位置下一个灯亮。从而实现自动控制，达成节能效果。当人经过最终一个路灯后，最终一个灯熄灭。在紧急情况下，全部路灯全部要打开，此时经过手动开关打开路灯，紧急情况过后，关闭全部路灯。系统恢复正常。4 步骤图4.1主步骤图图4.1 主步骤图功效实现：当程序开启后，给单片机设置初值，使全部灯全关。然后检测手动开关是否按下，若按下，则进入对应程序全部打开或全部熄灭全部路灯。若打开手动控制开关，此时系统开始正常工作。再检测是否有行人进入智能路灯面前，声音传感器检测到信号，并以电压形式把信号送给单片机，单片机依据传感器送来信号传感器部署，点亮对应传感器所处位置LED路灯，若没有行人则返回上一步继续检测。4.2 紧急情况步骤图 图4.2 紧急情况步骤图 功效实现：白天假如有突发黑暗时候，或有需要路灯全部亮紧急情况，经过手动部分能够处理紧急情况，在紧急情况下，全部路灯全部要打开，此时经过手动开关打开路灯，紧急情况过后，关闭全部路灯。按下SWON让全部灯全亮，按下SWOFF能够熄灭全部路灯。当二者皆断开即接入高电平时，系统恢复正常。5 软件仿真5.1 软件仿真截图 图5.1行人出现，抵达D1路灯下 图5.2行人抵达D2路灯下图5.3行人抵达D3路灯下图5.4紧急情况下手动全关图5.5紧急情况下手动全开5.2 软件仿真结果分析经过PROREUS仿真测试，本系统含有“随需随控”，天黑时只有路上有行人或车辆经过时路灯才点亮，且可依据行人和车辆经过声音智能地打开前方一盏灯，同时熄灭经过路段路灯。同时含有紧急模式，可手动全开全部路灯和全部关闭全部路灯，基础符合此次设计要求。6 总结本课程设计是基于传统路灯系统上建立起来，达成了节能、高效方法。不过此设计需要每个路灯上安装一个光传感器和声音传感器，所需器件多，不经济，需深入改善。经过此次课程设计，我明白了纸上学来终觉浅，绝知此事要躬行，经过对程序不停探索，对AT89C51系列单片机已经了然于心，对每个管脚功效有了深入认识，从一开始对PROTEUS和KEIL这两个软件一无所知，到以后熟练利用，最终最终完成了此次课程设计。 经过这次计算机控制技术课程设计，我不仅加深了对理论了解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了怎样去培养我们创新精神，从而不停地战胜自己，超越自己。创新能够是在原有基础上进行改善，使之功效不停完善，成为真己东西。 设计结果能够符合题意，成功完成了此次实习要求，我们不只在意这一结果，愈加在意，是这个过程。这个过程中，我们花费了大量时间和精力，更关键是，我们在学会创新基础上，同时还知道合作精神关键性，学会了和她人合作。即使课程设计到此结束了，但我前进脚步不会所以而停止，我会继续学习51及其它系列单片机。附录 A 程序清单：#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_3=P23;sbitp2_4=P24;sbitp2_5=P25;sbitp2_6=P26;sbitp2_7=P27;intmain()if(SWOFF=0) /手动全部关闭路灯P2=0xff; /路灯全关if(SWON=0) /手动全部打开路灯P2=0; /路灯全开if(SWOFF=1&SWON=1&SWN=1) /夜间时段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;附录B 软件仿真图参考文件1孙涵芳. MCS-51/96系列 单片机原理及应用（修订版）.北京航空航天大学出版社.19942李朝青. 单片机原理及接口技术（第3版）.北京航空航天大学出版社.3彭伟. 单片机C语言程序设计实训100例基于8051+Proteus仿真（第2版).电子工业出版社.4李光飞单片机课程设计实例指导北京：北京航空航天大学出版社，5陈明荧8051单片机课程设计实训教材北京：清华大学出版社，6余锡存. 单片机原理和接口技术M.西安: 西安电子科技大学出版社, 7蔡美琴, MCS-51系列单片机系统及其应用M. 高等教育出版社, 8刘建清. 轻松玩转51单片机C语言M. 北京航空航天大学出版社, 9王海伦, 叶冬芬. 单片机控制照明智能控制系统J. 电气时代, 10谭浩强. C程序设计M. 北京: 清华大学出版社, 11顾德英. 计算机控制技术.北京：北京邮电大学出版社,12李全利单片机原理及应用北京：高等教育出版社，13曾屹. 单片机原理和应用.中南大学出版社.14刘娟. 单片机C语言和PROTUES仿真技能实训.中国电力出版社.15林立. 单片机原理及应用基于Proteus和Keil C(第2版).电子工业出版社.16 V. Yu. Teplov, A.V.Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ , 17 Yeager Brent,How to troubleshoot your electronic scaleJ. Powder and Bulk Engineering. 1995 18Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriersJ. TQM Journal.