城市智能路灯控制系统设计定稿

1、 . . . 2013届学生毕业设计材料（四）学生毕业设计课题名称城市智能路灯控制系统设计姓 名欧敏辉学 号091250205学院通信与电子工程学院专 业电子科学与技术指导教师胡赛纯 副教授 2013年06月01日 / 城市学院本科毕业设计诚信声明本人重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行，设计成果和制作的产品实物不存在知识产权争议。对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业设计作者签名： 年月日目 录摘要.1关键词.1引言.21总体设计21.1 功能要求与技术指标21.2总体设计方案32 硬件设计42.1 硬件电路总原理图42.2 主要硬件模块原理图与相关说明52.2.1 单片机最小系统和DS1302模块电路52.2.2 光敏/声敏控制开关以与LED电路72.2.3 串口通信电路和电源模块电路82.3 硬件电路PCB图93 软件设计103.1 主程序流程与相关说明103.2 各硬件模块驱动程序流程与相关说明123.2.1 初始模式驱动程序123.2.2 白天系统工作模式驱动程序.133

2、.2.3 上半夜系统工作模式驱动程序133.2.4 下半夜系统工作模式驱动程序144测试结果与分析145 调试与使用说明17参考文献21致21附录22城市智能路灯控制系统设计 摘要：本文研究的城市智能路灯控制系统，是针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗，而开发的基于单片机的新型节能控制系统。集光敏控制、声敏控制、节能控制、报警控制于一体。智能路灯节能控制系统利用STC89C52为核心芯片，通过对时间的定时控制来控制路灯，通过光敏和声敏开关来控制突发情况，以与与下半夜进入节能模式相结合，利用LED作为模拟路灯，并且配合报警模块实现智能路灯控制系统。 关键词：STC89C52；LED路灯；光敏开关；声敏开关引言 近年来，随着我国经济改革的深入发展和信息化时代的深入，路灯的发展给城市带来了明亮和方便。路灯是城市形象的代表，也是城市交通安全的保障，给人民的生活带来特别大的便利。但随着路灯的发展城市路灯的维护量增大，带来维护人员不足的问题，使得路灯故障时不能得到与时的修复以致造成人民生活的不便。维护费用也随之增加，社会成本过高，电费支出过多，财政承担相对困难，增加了政府的处理能力，滞后经济

3、和社会的发展。因此迫切需要解决此问题，故针对这种情况本人设计并制作了这一节能智能型的模拟路灯控制系统，其主要价值在于能更好的节能与监测，在很多方面给人们带来了方便，给维护人员带来便利，希望此系统能在现实中发挥其潜在的价值。 在社会不断发展的今天，保证道路照明设备的有效性与安全性，得到了越来越多的重视。国际社会也对此做出了很多改进，对照明灯以与智能恒压控制方面做出了重大贡献。目前包括就近的中科恒源公司做的集太阳能和风能于一体的新能源节能路灯，新思维光电，做专业的LED户外照明，高杆灯和交通灯灯。这足以说明这片领域是有很大的社会价值和商业前景。城市亮化工程是城市现代化建设的重要容，为营造优美舒适的投资环境，提升城市形象，提高路灯系统的管理水平，在满足城市道路照明要求的同时，实现智能化的节能照明，在客观上有迫切要求，也是解决城市美化与能源紧最佳选择。 课题设计的主要研究容是针对目前路灯照明中存在的问题，结合国外各种路灯节能的研究成果，设计一种基于单片机控制的节能路灯系统。通过单片机的功能多样性实现本课题的基本要求。1总体设计1.1 功能要求与技术指标 当有工作人员人为控制路灯的开关时，路灯随

4、即被打开和关闭。通过LCD1602显示屏显示当前时钟时间。通过设置，可以设定定时开路灯时间，和定时关路灯时间。当时间达到设定的开路灯时，则路灯自动开启。当时间达到路灯的关闭时间时，路灯则自动关闭。先通过光照计检测15LUX的光照，15LUX是一般规定的路灯最低开启光照强度，来设定的规定的开灯光照，当白天的光照低于15LUX的光照强度时，可以通过光敏控制开关感应到光线强度的变化，自动开启路灯，更好的实现对路灯的控制。当午夜12:00时，系统自动开启节能模式，采用路灯的间隔亮灭。不会给交通照明带来干扰，也可以节约一半的能源。当有车辆和行人经过的时候，通过声敏控制开关检测到声音。通过电压的变化来将节能模式下灭掉的灯重新点亮。可以方便车辆和行人通行。该毕业设计课题所用的电源电压为+5V，利用USB作为电源，通过LM7805将电流转换成+5V电压作为电压源。不管是在前半夜的正常开灯的模式下，还是在后半夜的节能模式下，当有灯泡坏了的时候。系统通过蜂鸣器会自动报警，并在LCD1602上面显“Lamp Bad ”。便于提醒工作人员与时维修，以免因耽误时间而造成不必要的损失。实现节能，高效相结合的现代城

5、市智能路灯控制系统。1.2总体设计方案 本系统主要由STC89C52单片机控制电路、时钟电路、按键输入电路、光控开关电路、声控开关电路、二极管模拟路灯显示电路、报警电路，液晶显示，串口输入电路、线性电源电路等组成。单片机控制电路主要负责对时钟的设定和控制、路灯的亮灭、光控开关和声控开关的开启和下半夜路灯的控制信息进行的处理。通过DS1302时间模块输出整个系统的时序，是整个系统实现的前提。LCD显示的主要是根据季节的变化设定的开时间和关时间，以与报警的提示“Lamp Bad”。按键电路主要包括人工开启和关闭路灯，当前时钟的设置，还有就是开灯时间的设置和关灯时间的设置。光控开关主要负责的是在白天光照强度低于15LUX时的情况下来开启路灯，用于实现无人控制的的突发事件。进入下半夜，系统通过对定时器时间做出判断，通过对I/O口的设定来开启节能模式。此时的声控开关才有作用，主要负责的是当有行人或者车辆经过的时候开启节能模式下灭掉的路灯。串口输入电路负责的是把源程序加载到单片机中，通过连接计算机和串口来用于加载程序和进行修改再加载。电源电路是用USB作为电源输出口，连接到所设计的系统，为系统的运

6、行供电。报警器主要负责的是报警，提醒维护人员相关灯出现了故障，请与时维修，这样可以在第一时间减少维修，减少交通隐患。系统整体框图如图1.1所示。 系统运行后，LCD上面会显示相关的初始开关灯设置时间。通过对按键的输入，设置开启路灯时间和关闭路灯时间，再通过确认按键确认好输入的值。系统进行时序运行。白天如果没有突发黑暗的时候，就会通过这个定时设置在傍晚的时候开启路灯。在时钟运行到了十二点的时候，系统自动开启节能模式照明。此时因为人流量和车流量是很少的时候，全部开启路灯就造成了不必要的浪费了，采用间隔亮灭灯，也可以达到照明的效果。当有行人或者车辆经过的时候，系统通过声敏控制开关，来开启节能模式下灭掉的灯，这样可以避免因为光线暗而造成的交通事故，而且被点亮的灯可以延时5秒，当五秒过后没有车辆了，灯又会重新恢复节能模式，当仍有行人和车辆的时候，灯会继续亮的。继而这样运行下去，到了第二天早上，通过开始设定的关灯时间来关闭路灯，此时又恢复了普通状态，声控开关处于关闭状态。直至下一个傍晚再开启路灯，实现这样的循环。通过按键的输入，随着四季的关照程度不同，可以设定不同的开关灯时间，而不是固定式的时间，

7、减少一些能源浪费。图1.1 系统整体框图2 硬件设计2.1 硬件电路总原理图系统硬件部分由MCU、DS1302与按键控制模块、LCD显示模块、按键控制模块、光敏/声敏控制模块、报警模块、LED模拟路灯模块、USB串口与USB接口电路模块，分各模块单独设计电路，硬件系统总电路图如图2.1所示。图2.1 硬件总电路图2.2 主要硬件模块原理图与相关说明2.2.1 单片机最小系统和DS1302模块电路单片机最小系统为整个系统的核心，控制着整个系统的运行，让单片机稳定的运行是非常必须的，单片机最小系统原理图如图2.2所示。单片机最小系统控制部分主要由STC89C52、晶振电路、复位电路等电路组成，是每个用单片机系统实现的必须的外围电路1。主要通过一个按键控制单片机的复位，这样接可以更好的实现操作人员的复位。避免系统因为程序或者操作失误引起的进入死循环，或者卡机状态。电压接的是+5V，对于本设计，全部采用的电源都是+5V。晶振采用是是12MHZ频率的晶振，因为这个频率的晶振可以实现每条指令需要的时间是2us。便于对时间的计算和统计，特别适用于时序电路。图2.2 MCU和DS18B20模块电路DS

8、1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片,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.提供秒分时日日期。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,仅需用到三个接口线:1 RES 复位,2 I/O 数据线,3 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。DS1302 是由DS1202 改进而来2,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。本设计课题为DS1302采用的时钟芯片是3.2768MHZ的晶振。图2.3 DS1302封装2.2.2 光敏/声敏控制开关以与LED电路光敏开关采用了KC_IRS模块和声敏开关采用了冲击声效传感器。整个模块电路如图2.4所示。图2.4光敏/声敏控制开关以与LED电路KC_IRS模块是一种可编程的模拟传感器比较器检测模块3，可直接代替传统的LM393等类似的比较所检测的模拟电压值。该模块软件设置可调精度、检测围、检测距离、预设检测环境等模式。采用TTL电平输出，低电平有效输出。预设值一经设定，KC_IRS模块永远记录预设值。这种模块的优点是红外类模拟传感器软件设置了滤波防干扰处理。DAT是信号输出引脚，而STG是设置信号输入引脚。通过程序实现在光照强度低于15LUX时，开启路灯。非运算放大器处理检测环境噪声的冲击声效传感器，声效信号检测稳定。冲击声

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