1、 題目：單片光控路燈設計專業：電子信息工程 目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc2260 簡介： 3 HYPERLINK l _Toc15774 1 概況及現狀分析3 HYPERLINK l _Toc11116 1.1 路燈發展概況3 HYPERLINK l _Toc12655 1.2 現狀分析4 HYPERLINK l _Toc5460 2 整體電路設計及方案演示4 HYPERLINK l _Toc6987 2.1 整體電路設計與分析4 HYPERLINK l _Toc31269 2.2 方案論證4 HYPERLINK l _Toc14920 2.2.1傳感電路第

2、5部分 HYPERLINK l _Toc5878 2.2.2 執行電路第5部分 HYPERLINK l _Toc20506 3 單片機介紹5 HYPERLINK l _Toc987 5概述 HYPERLINK l _Toc9470 5主要功能及應用領域 HYPERLINK l _Toc16018 3.3 單片機發展趨勢6 HYPERLINK l _Toc9298 4 硬件電路設計7 HYPERLINK l _Toc8010 4.1 AT89c51 簡介 PAGEREF _Toc8010 8 HYPERLINK l _Toc7850 4.2 光敏電阻8介紹 HYPERLINK l _Toc125

3、17 4.3 LM324簡介9 HYPERLINK l _Toc25998 4.4 微控制器最小系統電路9 HYPERLINK l _Toc22103 4.5 路燈控制電路9 HYPERLINK l _Toc20965 4.6 硬件電路示意圖 PAGEREF _Toc20965 10 HYPERLINK l _Toc21694 5 軟件設計1 1 HYPERLINK l _Toc11604 5.1 protues軟件介紹1 1 HYPERLINK l _Toc31518 5.2 Keil C51 PAGEREF _Toc31518 12簡介 HYPERLINK l _Toc23122 5.3

4、主程序 PAGEREF _Toc23122 12 HYPERLINK l _Toc13680 6 系統調試與仿真1 3 HYPERLINK l _Toc663 6.1 系統調試1 3 HYPERLINK l _Toc25999 6.2 系統仿真1 3 HYPERLINK l _Toc27534 7 結論和主題1 3 HYPERLINK l _Toc25166 參考文獻1 4單片光控路燈的設計摘要：隨著社會的進步、需求和單片機應用領域的不斷擴大，以單片機技術為核心的各類智能產品和控制系統被開發設計。本系統采用MSC-51系列單片機AT89C51及相關光電檢測設備設計智能路燈控制器，實現根據實際光

5、照情況通過8051芯片的P1口控制路燈開關的功能。關鍵詞：路燈；單芯片技術；控制單片機控制路燈的設計摘要：隨著社會的進步和需求以及微機應用領域的不斷擴大，各種智能產品、控制系統都是以單片機為核心進行開發設計的。本系統采用MSC-51單片機AT89C51系列及相關光電檢測設備設計的智能路燈控制器，實現了根據實際光照情況可以通過8051芯片P1口的開關控制路燈功能。關鍵詞：燈； MCU-技術；控制引言如今，路燈已成為城市道路景觀的重要組成部分，是城市照明系統中不可或缺、不可分割的組成部分，是市民出行和城市美化照明的基本要求。隨著社會文明的不斷發展，城市照明不僅僅局限于街道照明，還發展成為城市景觀等

6、裝飾照明的綜合性市政工程。社會對點亮率、開關燈的準確性、故障的實時檢測和維修的及時性的要求不斷提高。1 概述及現狀分析1.1 智慧路燈發展概況目前我國大部分城市都使用通宵燈進行照明。普遍存在兩個問題：一方面，由于后半夜行人稀少，使用通宵燈太浪費了。照明方式在后半夜明亮且完全關閉；有的地方在后半夜采取節能措施，比如每隔一秒或一秒亮一次。這種方式雖然節省了電費，但帶來了社會治安和交通安全問題，不利于城市治安問題。另一方面，由于后半夜行人較少，應降低路燈亮度，避免光源污染，影響居民夜間休息。但由于后半夜是用電低谷期，電力系統電壓升高，路燈比白天亮。這不僅造成能源浪費，而且極大地影響設備和燈具的使用壽

7、命。而且我國大部分路燈都是手動控制或者定時開關燈，這也有很多弊端：如果用手動控制，路燈開關有一定的不確定性，而且還占一定的時間。人力資源;定時控制，存在夏冬時分不同的情況，使路燈在天黑前亮，路燈在天亮前熄滅，極大地影響了人們的日常生活生活。1.2 現狀分析隨著社會經濟的不斷發展，能源短缺日益成為制約經濟發展的嚴重障礙，其中電力短缺已成為制約國民經濟的突出矛盾。我國目前市場上有多種路燈節能控制產品，可以達到一定的節能效果，但在功能和效果上都不盡如人意。反應器的降壓技術。缺點是響應速度慢，用電高峰時電壓下降到不穩定區，容易造成燈閃滅，不能自動調節。同時，如果電壓突然升高，也會對燈具造成損壞。相對而

8、言，穩壓效果更好。較差的;二是由電子器件組成的晶閘管型器件。該設備主要采用簡單的相位控制技術，缺點是元件容易受熱損壞。為了更好地達到控制的目的，國外已經開始采用智能控制方式，如光控、聲控、時間控制等，甚至國外甚至開始使用太陽能供電的光控來控制。控制路燈，基本可以實現完全自給自足。影響。本文研究的是光控路燈的控制器設計。2 整體電路設計及方案論證2.1 整體電路設計與分析本次畢業設計課題為“基于單片機的光控路燈設計”。本課題要求以路燈控制器為對象，完成硬件系統和軟件程序的設計，實現通過光強和延時控制路燈開關功能的功能，屬于組合式的軟件和硬件。硬件電路部分主要包括以下部分：單片機最小系統、路燈控制

9、電路部分、光電檢測電路部分；軟件部分主要包括兩個電子軟件Protues、Keil-C51軟件以及路燈控制和光電檢測兩個程序模塊。工作原理如下圖所示：圖 2-1 工作原理圖2.2 方案論證光控路燈控制系統分為光檢測和執行控制命令（打開路燈、關閉路燈）。當光線滿足設定條件時，光線檢測電路將檢測到的情況傳送給控制器，控制器發出指令對其進行控制。相應的電路執行。2.2.1傳感電路部分：方案一：使用光敏電阻直接向51單片機提供輸入信號，并進行相應的后續程序操作；方案二：采用光敏電阻和三極管組合驅動方式，向單片機提供輸入感應信號。由于第一種方案提供的輸入信號對環境要求較高，實現難度較大，不符合系統在現實生

10、活中的實用性原則，因此選擇第二種方案。2.2.2執行電路部分：方案一：對應電路由單片機端口操作；方案二：單片機操作后續的執行元件，如繼電器等相關執行元件。由于第二種方案使用了繼電器等相關執行器，因此系統的設計更接近實際應用。在實際應用中，系統由電子線路電氣線路控制，使用繼電器可以大大增強系統的真實性。單片機簡介3.1 單片機概述單片機是一種 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/134362.htm 集成電路芯片，采用 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1

11、081357.htm 超大規模集成電路技術集成中央處理器CPU HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/151093.htm 隨機存儲器RAM、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/188818.htm 只讀存儲器ROM 、各種I/O端口和中斷系統、定時器/ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/928508.htm 定時器具有數據處理能力。和其他功能（可能還包括顯示驅動電路、 HYPERLI

12、NK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/849406.htm 脈寬調制電路、模擬多路復用器、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/990260.htm A/D轉換器等電路）集成在一個小而完整 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1130583.htm 的硅芯片上的計算機系統中。MCU部門還使用與計算機功能相似的模塊，如CPU、內存、并行總線，以及 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike

13、.baidu%20%20%20%20/view/87697.htm 與硬盤功能相同的存儲設備。不同的是，這些組件的性能比我們家用電腦要弱很多，但價格也很低。是的，一般不超過10塊錢用它來做一些不太復雜的工作比如控制電器就足夠了。在我們現在使用的全自動滾筒洗衣機、油煙機、VCD等家電中都可以看到！ .它主要用作控制部分的核心部分。它是一種在線實時控制計算機。在線就是現場控制。它需要較強的抗干擾能力和較低的成本。這也是與離線電腦（如家用電腦）的主要區別。3.2 MCU主要功能及應用領域如今，單片機的功能越來越強大，集成度也越來越高，很多外圍設備都集成在了部門里。它有很多功能：比較器；模數/數模轉換

14、器；脈寬調制；各種接口；液晶驅動器；內存等等。同時它也是一臺計算機單片機。一些單片機的計算能力已經比早期的PC CPU強，速度越來越快。甚至還有類似于雙核 CPU 的設計。因為你可以運行程序，所以你可以做很多事情。幾乎您的計算機在 Internet 上可以做的任何事情，它都可以做同樣的事情。它只是沒有那么強大。例如：可以讀寫硬盤，可以接受按鍵輸入，可以顯示輸出，可以驅動打印，甚至可以連接鼠標。當然，這可能會涉及到一些接口問題，但CPU并不會直接做這些事情。如前所述，它的輸入和輸出也是多種多樣的。可以是模擬量，也可以是數字量，標準USB接口也已經集成到MCU部門。此外，單片機具有體積小、價格低、

15、可靠性高、應用領域廣、自帶指令系統等諸多優點，廣泛應用于各行各業。單片機的應用領域可以摘要為幾個方面：1）在智能儀器儀表中的應用：單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、小型化、使用方便等優點，在儀器儀表中得到廣泛應用。電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元件、壓力等物理量的測量。采用單片機控制，使儀器儀表數字化、智能化、小型化，其功能比電子或數字電路更強大。如精密的測量設備（功率計、示波器、各種分析儀）。2）工業控制應用：單片機可組成多種控制系統和數據采集系統。例如工廠流水線的智能管理、電梯的智能控制、各種報警系統、計算機聯網組成二級控制系統等。3）在家

16、用電器上的應用：可以說現在的家用電器基本上都是單片機控制的，從電飯煲、洗衣機、冰箱、空調、彩電等影音設備，到電子稱設備。 ，各種，無處不在。4）在計算機網絡與通信領域的應用：現代單片機普遍具有通信接口，可以方便地與計算機進行數據通信，為計算機網絡與通信設備之間的應用提供了極好的物質條件。通信設備基本實現了單片機的智能控制，從手機、電腦、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統、列車無線通信，到移動、集群移動通信、無線電對講機等。在日常工作中隨處可見。5）單片機在醫療設備領域的應用：單片機在醫療設備中的應用也相當廣泛，如醫用呼吸機、各種分析儀、監視器、超聲診斷設備和病床呼叫系統等.3.3 單片機發展

17、趨勢現在可以說百花齊放，百家爭鳴。在百家爭鳴的時期，全球各大芯片制造公司都推出了自己的微控制器，從8位、16位到32位不等。 ，但它們各有特點，相得益彰，為單片機的應用提供了廣闊的天地。縱觀單片機的發展歷程，可以預測單片機的發展趨勢，大致如下：低功耗CMOS ： MCS-51系列的8031推出時功耗達到630mW，而目前的單片機一般在100mW左右。使用 CMOS（互補金屬氧化物半導體工藝）。與80C51一樣，采用HMOS（即高密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（互補高密度金屬氧化物半導體工藝）。 CMOS雖然功耗低，但由于其物理特性，其工作速度不夠高，而CHMOS具有高速、低功耗的特點。

18、這些特性更適合電池供電等要求低功耗的應用。所以這個過程將是未來一段時間單片機發展的主要途徑。微單片機：現在常規的單片機一般結合了中央處理器（CPU）、隨機存取數據存儲器（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）、并行和串行通信接口、中斷系統、定時電路、時鐘電路集成在單片機上，增強型單片機集成了A/D轉換器、PMW（脈寬調制電路）、WDT（看門狗）等，有的單片機集成了LCD（液晶) 驅動電路。在單片機上，單片機包含更多的單元電路和更強大的功能。即使是單片機廠商也可以根據用戶的要求量身定做，打造出具有自身特色的單片機芯片。另外，目前的產品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強大、功耗低外，還要

19、體積小。現在很多單片機都有多種封裝形式，其中SMD（表面封裝）越來越流行，使得單片機組成的系統正朝著小型化的方向發展。主流多品種并存：雖然單片機品種很多，各有特色，但以80C51為核心的單片機仍是主流。與其結構和指令系統兼容的有PHILIPS公司產品、ATMEL公司產品和中國華邦系列單片機。因此，以C8051為核心的單片機占據了半壁江山。而Microchip的PIC精簡指令集（RISC）也有強勁的發展勢頭，中國HOLTEK公司的MCU產量近年來不斷增加，以其低價優質的優勢，占據了一定的市場份額。此外還有摩托羅拉公司的產品和日本幾家大公司的專用單片機。在一定時期內，這種情況還會持續下去，不會出現

20、某個單片機一統天下的壟斷局面。這是一條相互依存、優勢互補、優勢互補、共同發展的道路。4 硬件電路設計4.1 AT89c51簡介MCS-51系列單片機由美國英特爾公司研制，于1980年推出。與MCS-48系列單片機相比，以其典型的特點堪稱一代“名機”。架構、完善的專用寄存器集中管理、便捷的邏輯位運算功能和豐富的指令系統5。其他微控制器的發展奠定了基礎。因此，MCS-51系列單片機結構先進，功能強大，增加了更多的電路單元和功能模塊，指令數達到111條。其中代表作品之一是AT89C5x系列單片機，用于本文是AT89C51單片機。簡要介紹如下：1.中斷系統8051的中斷功能比較完善，有2個外部中斷，2

21、個定時器/計數器中斷和1個串行中斷，可以滿足不同的控制要求，有2級優先級選擇。2.時鐘電路8051配備了最高頻率為12MHz的時鐘電路，用于產生整個單片機運行的脈沖序列，但8051單片機需要外接振蕩電容。三、8051管腳說明8051系列單片機中的8031、8051、8751均采用40Pin封裝的雙排直插結構。右圖是它們的引腳配置。 40個管腳中，有兩根正電源線和地線，外接石英振蕩器有兩根線。時鐘線有兩條，4組8位，共32個I/O口，中斷口線與P3口線復用。現在讓我們描述這些引腳的功能：圖 4-1 AT89C51 管腳4.2 光敏電阻介紹光敏電阻也稱為 HYPERLINK %20%20%20%2

22、0:/baike.baidu%20%20%20%20/view/4086858.htm 光管。常用的材料有 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/797739.htm 硫化鎘，還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍。這些制造材料具有 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/45341.htm 在用特定波長的光照射時迅速降低其電阻的特性。這是因為光產生的載流子在外電場作用下都參與了傳導和漂移。電子跑到 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu

23、%20%20%20%20/view/13542.htm 電源正極，空穴跑到電源負極，使光敏 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/546877.htm 電阻的阻值迅速下降。4.3光敏電阻的工作原理光敏電阻的工作原理是基于光電效應。電極引線安裝在半導體光敏材料的兩端，光敏電阻通過將其封裝在具有透明窗口的管殼中而形成。為了增加靈敏度，常將兩個電極做成梳狀。用于制作光敏電阻的材料主要是金屬硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常，通過涂層、噴涂、燒結等方法在絕緣基板上制成非常薄的光敏電阻。光敏電阻原理圖用梳狀歐姆電極連接引線，并封裝在帶

24、有透光鏡的密封外殼中，以防止濕氣影響其 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/495141.htm 靈敏度。在黑暗的環境中，它的電阻值非常高。曝光時，只要 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/9448.htm 光子的能量大于半導體材料的禁帶寬度， HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3476.htm 價帶中的電子吸收一個光子的能量后就可以躍遷到導帶中，而價帶中的A HYPERLINK %2

25、0%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/532075.htm 正向光中產生帶電空穴，光產生的電子-空穴對與半導體材料中載流子的數量相反，使其電阻率變小，從而使光敏電阻的電阻下降。光線越強，阻力越小。入射光消失后，光子激發產生的電子-空穴對會重新結合，光敏電阻的阻值會恢復到原來的值。當對光敏電阻兩端的 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1528693.htm 金屬電極施加電壓時，就會有電流流過。當受到某一波長的光照射時，電流會隨著光強的增加而增加，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，

26、是純粹的電阻器件。它可以與 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2070482.htm 直流電壓和 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3822215.htm 交流電壓一起使用。半導體的電導率取決于半導體中導帶載流子的數量。4.4 單片機最小系統電路單片機最小系統是單片機系統的核心，其他外圍電路都是在最小系統編制依據上實現的。單片機最小系統由單片機、復位電路、時鐘電路、電源和接地端組成。一般情況下，單片機系統采用外接石英晶體和外接運放組成時鐘振蕩器作為系統

27、時鐘源，而在多機系統中，單片機僅作為功能模塊使用。為了節省硬件和統一系統的時鐘信號，經常使用外部時鐘源。單片機最小系統是單片機控制電路的核心11 。在整個系統中，單片機控制電路是整個系統的核心，負責對光電檢測電路采集到的光信號進行處理處理，根據預先設定的指令執行計算，并將結果傳輸出去到相應的執行電路。 .單片機控制電路相關的電路原理圖如下圖所示：圖 4-4 單片機最小系統電路4.5 路燈控制電路路燈控制電路是智能路燈控制器電路的發光部分，也是整個硬件電路的基本組成部分之一。這部分電路比較簡單。控制元件為單片機12 ，其控制功能主要是通過指令系統的指令來實現的。這部分電路主要由8個LED燈、8個

28、470歐電阻、一個電源和一個單片機組成。這部分電路如下圖所示：圖 4-5 路燈控制電路4.6 硬件電路示意圖經過長時間的設計和仿真，得到了這個畢業設計的硬件電路部分。通過前面的分析可以發現，本設計課題的硬件電路部分可以分為以下四個部分：單片機控制電路部分、路燈控制電路部分、光電檢測與執行電路部分和二合一數顯電路電路部分。通過對上述電路的分析和組合，可以得到整個硬件電路的相關原理圖。現在硬件原理圖如下所示：圖 4-6 整體電路圖5 軟件設計5.1 protues軟件介紹Proteus 軟件是英國 Labcenter Electronics 公司發布的一款 EDA 工具軟件13 。它不僅具有其他E

29、DA工具軟件的仿真功能，還可以仿真單片機和外圍設備。它是目前模擬微控制器和外圍設備的最佳工具。雖然目前的全國推廣才剛剛開始，但受到了單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發與應用的科技工作者的青睞。其功能特點如下： Proteus軟件具有其他EDA工具軟件（如：multisim）的功能。這些功能是：原理圖布局； PCB自動或手動布線； SPICE 電路仿真。其功能特點如下： Protues軟件具有其他EDA工具軟件（如：multisim）的功能。這些功能是： (1) 原理圖布局 (2) PCB 自動或手動布線 (3) SPICE 電路仿真革命性特點： (1) 交互式電路仿真。用戶甚至可以使用實時應用程序，例如 RAM、ROM、鍵盤、電機、LED、LCD、AD/DA、一些 SPI 設備和一些 IIC 設備。 (2) 仿真處理器及其外圍電路。可模擬51系列、AVR、PIC、ARM等常見主流單片機。也可以根據原理圖直接在虛擬樣機上編程，然后配合顯示輸出，運行后查看輸入輸出的效果。通過在系統中配置虛擬邏輯分析儀和示波器，Protues 建立了完整的電子設計和開發環境。5.2 keil c51介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的兼容51系列的單片機C語言軟件開發系統14 。與匯編相比，C語言在功能