《精品專題資料（2021-2022年收藏）基于單片機(jī)的智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《精品專題資料（2021-2022年收藏）基于單片機(jī)的智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc（22頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、基于單片機(jī)的智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：隨著社會(huì)進(jìn)步，需求和單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，各類智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機(jī)技術(shù)為核心來進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51和相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)路燈控制器，關(guān)鍵詞：路燈；單片機(jī)技術(shù)；控制 如今，路燈已經(jīng)是城市道路景觀的一個(gè)重要部分，已經(jīng)成為城市照明系統(tǒng)中不可缺少和不可分割的一部分，成為了市民出行和城市美化、亮化的一個(gè)基本要求。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展，城市照明已不僅局限于街道的照明，而且發(fā)展成了了城市景觀等裝飾性照明的綜合市政工程。社會(huì)對(duì)亮燈率、開關(guān)燈的準(zhǔn)確率、故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性和維修的及時(shí)性要求不斷提高。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)

2、展，能源短缺已經(jīng)日益制約著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)重障礙，其中電力短缺已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)的突出矛盾。我國(guó)目前的市場(chǎng)上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達(dá)到一定的節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾種情況：第一種，采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。其不足是由于反應(yīng)速度較慢，用電高峰時(shí)電壓降到非穩(wěn)定區(qū)容易造成燈光閃滅，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)如果電壓突然升高，則會(huì)對(duì)燈具造成損壞，相對(duì)來說穩(wěn)壓效果較差；第二種是采用電子器件構(gòu)成的可控硅式設(shè)備。該設(shè)備主要采取簡(jiǎn)單的相控技術(shù)，不足之處是元器件較容易發(fā)熱損壞。而為了更好的達(dá)到控制的目的，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都開始采用智能控制方式，如光控、聲控、時(shí)控等，國(guó)外甚至開始采用

3、太陽能供能光控方式來控制路燈，基本可以達(dá)到完全自給自足的效果。而本文中研究的就是光控路燈的控制器設(shè)計(jì)。1. 設(shè)計(jì)題目 智能路燈亮滅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一套路燈亮滅控制系統(tǒng),以MCS-51系列單片機(jī)為核心完成測(cè)控任務(wù),當(dāng)日照亮度超過閾值,控制燈滅;反之,則控制燈亮。并且要求閾值可調(diào)。3. 方案總體設(shè)計(jì)與論證 本次課程設(shè)計(jì)課題是智能路燈亮滅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此課題要求以路燈控制器為對(duì)象，完成硬件系統(tǒng)和軟件程序的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)以光線強(qiáng)弱方式來控制路燈的亮滅功能，屬于軟硬件相結(jié)合的題目。其中硬件電路部分主要包括以下幾個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、光電檢測(cè)電路部分；軟件部分主要包括二個(gè)電

4、子軟件Altium designer、 Keil-C51軟件和路燈控制、光電檢測(cè)兩個(gè)程序模塊。工作原理如下圖所示： 工作原理圖硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成： 信號(hào)采集放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。 4.單片機(jī)介紹4.1單片機(jī)概述單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出電路（I/O口）等電路集成到單片芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。有時(shí)還包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行通信口、顯示驅(qū)動(dòng)電路（LCD或

5、LED驅(qū)動(dòng)電路）、脈寬調(diào)制電路（PWM）、模擬多路轉(zhuǎn)換器以及A/D轉(zhuǎn)換器等電路，并具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)。這些電路能在軟件控制之下，準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。它能夠單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)所要求的智能化控制功能。單片機(jī)不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)出來以前，只具有功能極其強(qiáng)大的超大規(guī)模集成電路，如果再賦予它特定的程序，它便是一個(gè)最小的、完整的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)的使用需要用戶了解其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的指令系統(tǒng)以及其他一些集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論技術(shù)。在特定的程序控制下，就能使該芯片實(shí)現(xiàn)特定的功能。然而，不同單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)不盡相同，即它們的技術(shù)

6、特征也不同，硬件特征主要和單片機(jī)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，設(shè)計(jì)人員必須熟練掌握其性能是否滿足需要的功能和應(yīng)用系統(tǒng)所要求的特性指標(biāo)（功能特性、控制特性和相關(guān)的電氣參數(shù)特性等），這些信息我們可以從生產(chǎn)廠商的技術(shù)手冊(cè)中得到。指令特性則指我們熟悉的單片機(jī)尋址方式、數(shù)據(jù)處理和邏輯處理方法、輸入/輸出特性等。開發(fā)環(huán)境包括指令的兼容性及可移植性，軟、硬件資源等。要利用單片機(jī)開發(fā)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)，就必須掌握其硬件結(jié)構(gòu)特征、指令系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境。單片機(jī)控制系統(tǒng)已基本取代了以前復(fù)雜的電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，用軟件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的智能化?，F(xiàn)在，單片機(jī)的控制范疇無所不在，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。單片機(jī)的應(yīng)用意義遠(yuǎn)不

7、限于它的應(yīng)用范疇或由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制方法和設(shè)計(jì)理念，向著嵌入式系統(tǒng)方向發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)的快速發(fā)展和在各行各業(yè)的深入應(yīng)用，人們的電子設(shè)備的小型化、智能化的要求也越來越高。在航空航天、機(jī)械加工、工程控制、智能儀器儀表、家用電器、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，單片機(jī)都正在發(fā)生著非常重要的作用。單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)業(yè)已成為現(xiàn)代電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分重要的高新技術(shù)之一，是電子工程技術(shù)人員必備的知識(shí)技能，它能使你設(shè)計(jì)出更具智能化和方便的產(chǎn)品。單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)之所以能發(fā)揮著如此重要的作用，歸納起來有如下的原因：（1）單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低、使用靈活等特點(diǎn)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)和廣闊

8、的應(yīng)用前景。（2）單片機(jī)具有獨(dú)立的指令系統(tǒng)，可以將我們的設(shè)計(jì)思想充分表達(dá)出來，使產(chǎn)品智能化。（3）系統(tǒng)配置以滿足控制對(duì)象的要求出發(fā)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。（4）應(yīng)用系統(tǒng)通常將程序駐留在片內(nèi)（外）ROM中，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，使用方便。（5）單片機(jī)本身并不具備開發(fā)能力，一般情況下，需要借助專用的開發(fā)工具在相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境下，進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試，但最終形成的產(chǎn)品簡(jiǎn)單實(shí)用，成本低，效益高。（6）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所使用的存儲(chǔ)芯片可選用EPROM、EEPROM、OTP芯片或利用掩膜形式生產(chǎn)，便于批量生產(chǎn)和應(yīng)用。大多數(shù)單片機(jī)如51系列，開發(fā)芯片和擴(kuò)展應(yīng)用芯片相互配套，降低了系統(tǒng)成本。（7）由于系統(tǒng)

9、小巧玲瓏，控制功能強(qiáng)、體積小，便于嵌入被控設(shè)備內(nèi)，大大推動(dòng)了產(chǎn)品的智能化。單片微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、4代的發(fā)展，以達(dá)到了32位單片機(jī)，是目前單片機(jī)的頂級(jí)產(chǎn)品，具有極高的運(yùn)算速度。隨著微電子技術(shù)和集成電子技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)正朝著高集成度、低功耗、低電壓、多功能方向發(fā)展。MCS-51系列單片

10、是眾多單片機(jī)中的一種，由于它們都是基于8051內(nèi)核發(fā)展起來的，所以稱51單片機(jī)，而本次設(shè)計(jì)就是基于51單片機(jī)完成的。4.2 單片機(jī)的主要功能及應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在的單片機(jī)功能越來越強(qiáng)大，集成度越來越高，有很多曾經(jīng)的外圍器件都已經(jīng)在內(nèi)部集成。它的功能很多：比較器；模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器；PWM；多種多樣的接口；LCD驅(qū)動(dòng)；存儲(chǔ)器等等。同時(shí)它也是計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)。部分單片機(jī)的計(jì)算能力已經(jīng)比早期PC的CPU強(qiáng)大，速度也越來越快。甚至也有類似雙核CPU的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。因?yàn)槟軌蜻\(yùn)行程序，所以可以做很多的事情。幾乎您上網(wǎng)用的計(jì)算機(jī)能做的事情，它都同樣能做。只是能力沒那么強(qiáng)大。比如：可以讀寫硬盤、可以接受按鍵輸入、可以顯

11、示輸出、可以驅(qū)動(dòng)打印、您甚至可以給它接個(gè)鼠標(biāo)。當(dāng)然這可能涉及一些接口的問題，但是CPU也不是直接做這些事情的。它的輸入輸出，如前面所說，也是多種多樣的。可以是模擬量，也可以是數(shù)字量，標(biāo)準(zhǔn)的USB接口也已經(jīng)集成在了單片機(jī)內(nèi)部。此外，單片機(jī)的體積小、價(jià)格低、可靠性高、適用面寬、有著其本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢(shì)，在各行各業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域可歸納為幾個(gè)方面：（1）智能化家用電器：各種家用電器普遍采用單片機(jī)智能化控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子線路控制，升級(jí)換代，提高檔次。如洗衣機(jī)、空調(diào)、電視機(jī)、錄像機(jī)、微波爐、電冰箱、電飯煲以及各種視聽設(shè)備等。 （2）辦公自動(dòng)化設(shè)備：現(xiàn)代辦公室使用的大量通信和辦公設(shè)備

12、多數(shù)嵌入了單片機(jī)。如打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、繪圖機(jī)、考勤機(jī)、電話以及通用計(jì)算機(jī)中的鍵盤譯碼、磁盤驅(qū)動(dòng)等。 （3）商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備：在商業(yè)營(yíng)銷系統(tǒng)中已廣泛使用的電子秤、收款機(jī)、條形碼閱讀器、IC卡刷卡機(jī)、出租車計(jì)價(jià)器以及倉儲(chǔ)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、商場(chǎng)保安系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷凍保險(xiǎn)系統(tǒng)等都采用了單片機(jī)控制。 （4）工業(yè)自動(dòng)化控制：工業(yè)自動(dòng)化控制是最早采用單片機(jī)控制的領(lǐng)域之一。如各種測(cè)控系統(tǒng)、過程控制、機(jī)電一體化、PLC等。在化工、建筑、冶金等各種工業(yè)領(lǐng)域都要用到單片機(jī)控制。 （5）智能化儀表：采用單片機(jī)的智能化儀表大大提升了儀表的檔次，強(qiáng)化了功能。如數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)、故障診斷、聯(lián)網(wǎng)集控等。 （6）智能化通信產(chǎn)

13、品：最突出的是手機(jī)，當(dāng)然手機(jī)內(nèi)的芯片屬專用型單片機(jī)。 （7）汽車電子產(chǎn)品：現(xiàn)代汽車的集中顯示系統(tǒng)、動(dòng)力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）等都離不開單片機(jī)。 （8）航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用更是不言而喻。 單片機(jī)應(yīng)用的意義不僅在于它的廣闊范圍及所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的意義在于，單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，正在用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)。以前自動(dòng)控制中的PID調(diào)節(jié)，現(xiàn)在可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具有智能化的數(shù)字計(jì)算控制、模糊控制和自適應(yīng)控制。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術(shù)稱

14、為微控技術(shù)。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣，微控制技術(shù)將不斷發(fā)展完善。4.3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，目前各個(gè)公司研制出了能夠適用于各種領(lǐng)域的單片機(jī)。高性能單片機(jī)芯片市場(chǎng)也異常活躍，采用新技術(shù)，使單片機(jī)的種類、性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大4。單片機(jī)的改進(jìn)和發(fā)展歸納起來有以下幾個(gè)方面：（1）CPU的改進(jìn)：現(xiàn)在CPU開始采用雙CPU結(jié)構(gòu)，提高了芯片的處理能力。（2）存儲(chǔ)器的發(fā)展：增大了片內(nèi)存儲(chǔ)器容量；片內(nèi)采用EEPROM和Flash可在線編程，讀/寫更方便；采用了編程加密技術(shù)。（3）內(nèi)部資源增多：片內(nèi)資源越豐富，產(chǎn)品的體積就越小，可靠性就越高。（4）I/O接口形式增多，性能

15、提高。（5）引腳的多功能化：?jiǎn)纹瑱C(jī)現(xiàn)在普遍采用管腳復(fù)用的設(shè)計(jì)方案。（6）低電壓和低功耗：?jiǎn)纹瑱C(jī)制造時(shí)普遍采用CMOS工藝。5.硬件電路設(shè)計(jì)5.1 AT89C51簡(jiǎn)介MCS-51系列單片機(jī)是由美國(guó)的Intel公司開發(fā)研制，并于1980年推出的產(chǎn)品。與MCS-48系列單片機(jī)相比，其以典型的體系結(jié)構(gòu)和完善的專用寄存器集中管理方式，方便的邏輯位操作功能及豐富的指令系統(tǒng)，堪稱一代“名機(jī)”，為之后的其他單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。因此，MCS-51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數(shù)達(dá)111條。其中的代表作便是AT89C5x系列單片機(jī)，而本文所用的便是AT89C51單片機(jī)?，F(xiàn)簡(jiǎn)

16、要介紹如下： 1.中斷系統(tǒng)8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。2.時(shí)鐘電路8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。5.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)系統(tǒng)的核心，其他的外圍電路都是在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)最小系統(tǒng)是由單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、電源和地端組成，一般情況下，單片機(jī)系統(tǒng)采用外接石英晶體與內(nèi)部運(yùn)放組成時(shí)鐘振蕩器作為系統(tǒng)時(shí)鐘源，而在多機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)只作為一個(gè)功能模塊使用，為節(jié)省硬件和統(tǒng)一系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，常采用外時(shí)鐘源。單片機(jī)最小系統(tǒng)