目  錄  第一章   緒論  . 1 1 1  設(shè)計概述  . 1 1 1 1  設(shè)計背景  . 1 1 1 2  設(shè)計意義  . 2 1 2 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)  . 2 第二章   總體設(shè)計  . 4 第三章   系統(tǒng)硬件設(shè)計  . 5 3 1  片機概述  . 5 3 1 1  片機的內(nèi)部組成  . 5 3 1 2  片 機的功能特性  . 5 3 2  顯示模塊設(shè)計  . 8 3 3  物體檢測模塊設(shè)計  . 13 3 4  環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計  . 14 3 5  電源單元設(shè)計  . 18 3 6  功率調(diào)節(jié)單元設(shè)計  . 19 3 7  系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定  . 19 第四章   軟件系統(tǒng)設(shè)計  . 20 4 1  系統(tǒng)軟件設(shè)計說明  . 20 4 2  程序結(jié)構(gòu)框圖  . 20 第五章   測試與結(jié)果分析  . 21 5 1  測試方法與結(jié)果  . 21 5 1 1  時鐘設(shè)定和定時開關(guān)路燈測試  . 21 5 1 2  環(huán) 境明暗檢測測試  . 21 5 1 3  交通情況測試  . 21 5 1 4  路燈故障檢測報警測試  . 21 5 1 5  自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試  . 22 5 1 6  自制單元控制器恒流驅(qū)動電源測試  . 22 5 1 7  功率輸出測試  . 22 5 2  測試結(jié)果分析  . 23 總結(jié)  . 24 參考文獻  . 25 石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文   第一章   緒論  1 1  設(shè)計概述  1 1 1  設(shè)計背景  隨著我國城市的發(fā)展、經(jīng)濟的繁榮、社會的進步和人們提高生活水平及環(huán)境質(zhì)量的要求，城市道路照明和城市的夜景照明已經(jīng)成為城市規(guī)劃、建設(shè)和 管理中的一項重要工作。城市道路照明是方便城市居民必備的生活條件，而城市的夜景照明是再塑和美化城市形象、鼓舞民心、振奮精神的一項非常有意義的工作。近幾年來，全國許多大城市、甚至一些中小城市的各級領(lǐng)導(dǎo)，都格外重視道路照明和夜景照明工作。 城市亮化作為形象工程的重要組成部分，越來越被政府所重視，大量的資金投入進行建設(shè)和改造，使得我們的城市夜晚變得燈火輝煌，絢麗多彩，但問題也隨之而來，能耗的逐年攀升，由此產(chǎn)生的某些問題亦逐漸顯露出來，如城市路燈的維護量增大，帶來人員不足；維護費用增加，社會成本過高，電費支出過多，財政 承擔(dān)相對困難；光污染現(xiàn)象嚴(yán)重這些問題的產(chǎn)生無疑給當(dāng)?shù)氐穆窡艄芾聿块T的各方面工作帶來很大的壓力，急切加以解決。尤其是在當(dāng)前環(huán)境條件每況愈下的形勢下，低碳、節(jié)能、環(huán)保越來越收到 人們的重視。舊式的控制系統(tǒng)存在功耗大，公共資源得不到充分應(yīng)用，效率低等消極影響。 伴隨著微電子技術(shù)的發(fā)展 和單片機技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用，近幾十年來 ,基于單片機的交通燈智能控制系統(tǒng)對城市路燈系統(tǒng)進行全面的升級 ,不僅實現(xiàn)了智能控制，而且降低了運行成本。因此，智能路燈控制系統(tǒng)的推廣，可以改變城建系統(tǒng)企業(yè)傳統(tǒng)的管理服務(wù)方式，提高服務(wù)效率，并對提 高城市形象起到了極大的推動作用。  早在 90 年代初，發(fā)達國家就已經(jīng)廣泛的使用了智能照明調(diào)控系統(tǒng)，來降低城市照明的費用支出。國家發(fā)改委、建設(shè)部、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局已在 2000 年下發(fā)了 223 號文件關(guān)于進一步推進 "中國綠色照明工程 "的意見的通知，提出推廣節(jié)能、高效的照明燈具和智能照明調(diào)控系統(tǒng)，深入開展綠色照明節(jié)能工作。 智能照明 設(shè)備具有軟啟動、穩(wěn)壓、節(jié)能功能，用戶可根據(jù)道路照明的現(xiàn)狀，科學(xué)的設(shè)定節(jié)能時間和節(jié)能比率。智能照明調(diào)控系統(tǒng)為照明設(shè)備提供各種自動化控制功能，通過電腦控制和管理軟件實現(xiàn)無故障智能化和無人值守， 提高安全可靠性，實現(xiàn)城市照明智能化管理。更深遠(yuǎn)意義在于，通過節(jié)約可觀的電能消耗，就可以有效的減少火力發(fā)電廠 (2002 年火力發(fā)電占我國年總發(fā)電量的 81 83%)對大氣 粉塵、灰渣的排放量，減少污染，保護環(huán)境。  模擬交通燈控制系統(tǒng)  2 本系統(tǒng)正是本著節(jié)能減排，保護環(huán)境的目的，開發(fā)設(shè)計的一個模擬路燈控制系統(tǒng)。通過軟件控制，來分別實現(xiàn)路定時開關(guān)路燈，路燈開關(guān)燈時間可調(diào)，跟據(jù)環(huán)境明暗狀況自動開關(guān)燈，跟近車輛經(jīng)過情況自動調(diào)節(jié)路燈亮滅，以及故障報警、功率調(diào)節(jié)等功能。  1 1 2  設(shè)計意義  路燈節(jié)能系統(tǒng)產(chǎn)生的直接及間接的社會經(jīng) 濟效益是巨大的。  1 我們可以通過直觀的計算來判斷：單從電費支出上可以看出，采用智能路燈節(jié)能控制設(shè)備后，以最低節(jié)電率計算，每年可節(jié)省大量的財政支出；  2 路燈控制系統(tǒng)技術(shù)的提升，又可大大降低全市路燈的維護量，縮減運行維護成本，節(jié)約財政支出。   3 倘若全國路燈管理部門都能積極采用新技術(shù)的話，除了節(jié)約大量電費和維護資金以外，同時還可節(jié)約大批的原煤等資源，更有利于環(huán)境保護，既節(jié)約了能源又落實了國家可持續(xù)發(fā)展的方針政策。    高科技技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用如果能夠在我國城市路燈行業(yè)得以全面推廣和應(yīng)用，那么它所創(chuàng)造巨大的 社會效益及其產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響都是不可估量的。  1 2 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)  基于此，我們設(shè)計了基于單片機控制的智能交通路燈控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)一下功能要求：  1 基本要求  （ 1）支路控制器有時鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間，并控制整條支路按時開燈和關(guān)燈。  （ 2）支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。  （ 3）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)可移動物體 M（在物體前端標(biāo)出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達 S 點時（見圖 1 2），燈 1 亮；當(dāng)物體 M 到達 B 點時，燈 1 滅，燈 2 亮；若物體 M 由右至左移動時，則亮燈 次序與上相反。  （ 4）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。  （ 5）當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文   輸 入 、 顯 示裝 置支 路 控 制 器單 元 控 制 器 1單 元 控 制 器 2L E D 燈 1L E D 燈 2圖 1 1  示意圖  L E D 燈 1L E D 燈 24 02 04 04 04 04 0 點圖 1 2 2 發(fā)揮部分  （ 1）自制單元控制器中的 恒流驅(qū)動電源。  （ 2）單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小，該功率應(yīng)能在 20% 100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)， 調(diào)節(jié)誤差 2%。  （ 3）其它（性價比等） 。  3說明  （ 1）光源采用 1 W 的 ， 類型不作限定。  （ 2）自制的 動電源不得使用產(chǎn)品模塊。  （ 3）自制的 動電源輸出端需留有電流、電壓測量點。  （ 4）系統(tǒng)中不得采用接觸式傳感器。  （ 5）基本要求（ 3）需測定可移動物體 M 上定位點與過“亮燈狀態(tài)變換點”（ S、 B、S等點）垂線間的距離，要求該距離 2 模擬交通燈控制系統(tǒng)  4 第二章   總體設(shè)計  本設(shè)計由主控單元、 示模塊、物體檢測模塊、環(huán)境明暗檢測模塊、電源模塊、功率調(diào)節(jié)等模塊組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 1 所示。  主 控 單 元按 鍵 輸 入L C D 顯 示電 源 模 塊環(huán) 境 明 暗檢 測 模 塊交 通 情 況光 電 檢 測恒 流 控 制穩(wěn) 壓 控 制單 元 控 制 驅(qū) 動 模 塊 1單 元 控 制 驅(qū) 動 模 塊 2L E D 1 L E D 2電 壓 、 電流 顯 示電 壓 、 電流 顯 示圖 2 1 模擬路燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖  方案一：支路控制器和兩個單元控制器分別采用單片機來控制，并通過串行總線方式來進行通信；采用矩陣鍵盤輸入，并通過 碼管對設(shè)定時間、故障路燈和功率調(diào)節(jié)設(shè)定范圍進行顯示；通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗，實現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈；另外通過光敏電阻檢測路燈故障，并顯示。應(yīng)用超聲波模塊對物體運動狀態(tài)進行檢測，自動控制 燈工作狀態(tài)。  方案二：支路控制器采用 片機為核心，控制兩個單元電路。應(yīng)用獨立式按鍵進行功能選擇，通過 12864 液晶實時顯示設(shè)定時間、故障路燈編號和功率調(diào)節(jié)的范圍。通過光敏電阻檢測環(huán)境明暗程度實現(xiàn)自動開燈和關(guān)燈功能，同時還能檢測路燈故障。應(yīng)用漫反射式紅外光電開關(guān)對物體運動狀態(tài)進行檢測，當(dāng)物體經(jīng)過設(shè)定位置時，光電開關(guān)把檢測到的信號傳給支路控制驅(qū)動模塊，主控單元發(fā)出指令，通過單元控制驅(qū)動模塊來調(diào)節(jié)燈工作狀態(tài)。  方案比較：方案一采用串行總線方式，矩陣鍵盤可節(jié)省單片機 資源，但電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，成本較高。相比之下方案二能夠完全滿足本題目需求，控制結(jié)構(gòu)簡單，成本低，許多功能通過軟件實 現(xiàn)，整個電路元器件少，系統(tǒng)完全由一個單片機控制  ， 2864 顯示更直觀、清晰，系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性，性價比高。因此，我們采用方案二。  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文   第三章   系統(tǒng)硬件設(shè)計  3 1  片機概述  3 1 1  片機的內(nèi)部組成  部有 8 本組成如 圖 3  1 所示。  圖 3  1 3 1 2  片機的功能特性  1主要特性  一種低功耗、高性能 微控制器，具有  8K 在系統(tǒng)可編程 儲器。使用 司高密度非  易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80品指令和引腳完  全兼容。片上 許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于  常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 在系統(tǒng)  可 編程 得 眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提  供高靈活、超有效的解決方案。  有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：  8k 字節(jié) 256 字節(jié)  32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位  定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，  片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， 降至 0態(tài)邏  輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， 止工作，允許 時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工  作。掉電保護方式下， 容被保存，振蕩器被凍 結(jié)，  單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。  模擬交通燈控制系統(tǒng)  6 2管腳說明  ： 是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8 個 輯電平。對 口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， 也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下 ， 有內(nèi)部上拉電阻。在 程時， 也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。   ： 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口， 出緩沖器能驅(qū)動 4 個 輯電平。對口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（    此外， 0 和 2 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ 0/時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ 1/具體如下表所示。在 程和校驗時， 接收低 8 位地址字節(jié)。   引腳號第二功能  ：  0 時器 /計數(shù)器 外部計數(shù)輸入），時鐘輸出   1 時器 /計數(shù)器 捕捉 /重載觸發(fā)信號和 方向控制）   5 系統(tǒng)編程用）   6 系統(tǒng)編程用）   7 系統(tǒng)編程用）   ： 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 出緩沖器能驅(qū)動 4 個輯電平。對 口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 ，送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， 使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 輸出 存器的內(nèi)容。在 程和校驗時， 也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文   ： 是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， 出緩沖器能驅(qū)動 4 個輯電平。對 口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（    亦作為 殊功能（第二功能）使用，如 下 所示 ：  在 程和校驗時， 也接收一些控制信號。   端口引腳  第二功能   0 行輸入口 )  1 行輸出口 )  2 中斷 0)  3 中斷 1)  4 時 /計數(shù)器 0)  5 時 /計數(shù)器 1)  6 部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 )  7 部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 )  此外， 還接收一些用于 存編程和程序校驗的控制信號。   復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， 腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將 是單片機復(fù)位。   當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， 址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， 以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 沖。   對 儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（    如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止作。該位置位后，只有一條  令才能將 活。此 外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 止位無效。   程序儲存允許（ 出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) 數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 號。   外部訪問允許，欲使 訪問外部程序存儲器（地址為 0000必如 為高電平（接 ）， 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。   模擬交通燈控制系統(tǒng)  8 儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓  3 2  顯示模塊設(shè)計  采用點陣式液晶顯示器（ 示。 能強大，可顯示各種字體的數(shù)字、漢字、圖像，還可以自定義顯示內(nèi)容，顯示靈活生動，同時配有 4*4 鍵盤更便于工作人員操作。  方案一：采用 紹  1602 字符型 常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 出來的 2 條線是背光電源線 5 腳 )和地線 6 腳 )，其控制原理與 14 腳的 全一樣，其中：  引腳  符號  功能說明  1 般接地  2 電源（ +5V）  3 晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度）。  4 S 為寄存器選擇，高電平 1 時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器。  5 R/W R/W 為讀寫信號線，高電平 (1)時進行讀操作，低電平 (0)時進行寫操作。  6 E E(或 為使能 (，下降沿使能。  7  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  0 位（最低位）  8  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  1 位  9  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  2 位  10  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  3 位  11  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  4 位  12  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  5 位  13  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  6 位  14  4 位三態(tài)、  雙向數(shù)據(jù)總線  7 位（最高位）（也是  15 光電源正極  16 光  電源負(fù)極  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文   方案二  采用 紹  1、概述  一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 符集利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示 8 4 行 16 16 點陣的漢字  也可完成圖形顯示低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價 格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。  基本特性 : 低電源電壓（ 3 0 5V）  顯示分辨率 :128 64 點  內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個 16 16 點陣漢字 (簡繁體可選 ) 內(nèi)置  128 個 16 8 點陣字符  2鐘頻  顯示方式： 透、正  驅(qū)動方式： 1/321/5角方向： 6 背光方式：側(cè)部高亮白色 耗僅為普通  1/5 1/1 通訊方式：串行、并口可選  內(nèi)置 換電路，無需外加負(fù)壓  無需片選信號，簡化軟件設(shè)計  工作溫度 : 0  - +55  ,存儲 溫度 :  - +60    模擬交通燈控制系統(tǒng)  10 2、方框圖  圖 3  2 3、模塊接口說明  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文  1 *注釋 1：如在實際應(yīng)用中僅使用串口通訊模式，可將 固定低電平，也可以將模塊上的 “ 焊錫短接。  *注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。      *注釋 3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的 焊錫短接。  并行接口：  管腳號  管腳名稱  電平  管腳功能描述  1 V 電源地  2 0+5V 電源正  3  對比度（亮度）調(diào)整  4 S）  H/L  H” ,表示  顯示數(shù)據(jù)   L” ,表示  顯示指令數(shù)據(jù)  5 R/W(H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù)據(jù)被讀到  “ L” ,E=“ H L” ,  數(shù)據(jù)被寫到   E(H/L 使能信號  7 ： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式（見注釋 1）  16  空腳  17 /，低電平有效（見注釋 2）  18  動電壓輸出端  19 A 光源正端（ +5V）（見注釋 3）  20 K 光源負(fù)端（見注釋 3）  *注釋 1：如在實際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將 固定高電平，也可以將模塊上的 “ 焊錫短接。  *注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。      *注釋 3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的 焊錫短接。  模擬交通燈控制系統(tǒng)  12 4模塊主要硬件構(gòu)成說明  控制器接口信號說明：  (1) R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式：  （  L H 讀出忙標(biāo)志（ 地址記數(shù)器（ 狀態(tài)  H L 入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（  H H 數(shù)據(jù)暫存器（ 讀出數(shù)據(jù)  (2) E 信號  E 狀態(tài)  執(zhí)行動作  結(jié)果  高 >低  I/O 緩沖 >合 /W 進行寫數(shù)據(jù)或指令  高   >I/O 緩沖  配合 R 進行讀數(shù)據(jù)或指令  低 /低 >高  無動作   忙標(biāo)志 :F 標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況  表示模塊在進行內(nèi)部操作 ,此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)  時 ,模塊為準(zhǔn)備狀態(tài) ,隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)  利用 D 指令 ,可以將 到 線 ,從而檢驗?zāi)K之工作狀態(tài)  字型產(chǎn)生  字型產(chǎn)生 供 8192 個此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關(guān)的控制。 為開顯示（ N),內(nèi)容就顯示在屏幕上，  為關(guān)顯示（   狀態(tài)是指令 N/ 號控制的。  顯示數(shù)據(jù)  模塊內(nèi)部顯示數(shù)據(jù) 供 64 2 個位元組的空間，最多可控制 4 行 16 字（ 64 個字）的中文字型顯示，當(dāng)寫入顯示數(shù)據(jù) ，可分別顯示  字型；此模塊可顯示三種字型，分別是半角英數(shù)字型 (16*8)、 型及 中文字型，三種字型的選擇，由在 寫入的編碼選擇，在 0000H 0006H 的 編碼中（其代碼分別是 0000、 0002、 0004、 0006 共 4 個）將選擇 自定義字型， 02H 73 的編碼中將選擇半角英數(shù)字的字型，至于 上的編碼將自動的結(jié)合下一個位元組，組成兩個位元組的編碼形成中文字型的編碼       字型產(chǎn)生 字型產(chǎn)生 供圖象定義 (造字 )功能 , 可以提供四組 16 16 點的自定義圖象空間，使用者可以將內(nèi)部字型沒有提供的圖象字型自行定義到 ，便可和 的定義一樣地通過 示在屏幕中。  地址計數(shù)器 址計數(shù)器是用來貯存 一的地址 ,它可由設(shè)定指令暫存器來改變，之后只要讀取或是寫入 值時，地址計數(shù)器的值就會自動加一，當(dāng) 0”時而 R/W 為“ 1”時，地址計數(shù)器的值會被讀取到  。  光標(biāo) /閃爍控制電路  此模塊提供硬體光標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計數(shù)器的值來指定 的光標(biāo)或閃爍位置。  3 3  物體檢測模塊設(shè)計  本模塊用來檢測交通狀況。當(dāng)車輛經(jīng)過時，路燈自動亮滅變化，從而實現(xiàn)路燈根據(jù)交通狀況自動調(diào)節(jié)其亮滅狀態(tài) 功能。  方案一：采用超聲波對物體行進狀態(tài)檢測。超聲波能夠?qū)崟r檢測物體所在位置，并返回信號。但是超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，任何有形狀的物體對超聲波的反射都會影響系統(tǒng)對物體的檢測和判斷。因此我們放棄此方案。  方案二：采用漫反射式光電開關(guān)檢測物體運動狀態(tài)。當(dāng)物體經(jīng)過某一指定地點時，傳感器感應(yīng)到物體，并把信號傳給控制單元，再由控制單元發(fā)出指令控制路燈亮滅，從而有效實現(xiàn)路況檢測功能。該方案具有有效、直觀，電路和程序控制更簡單明了，穩(wěn)定性也相對較強等優(yōu)點。因此我們選用了方案二。  模擬交通燈控制系統(tǒng)  14 光電開關(guān) 工作原理 ： 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測。多數(shù)光電開關(guān)選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。  漫反射式光電開關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)被檢測物體的表面光亮或其 反光率極高時，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。  圖 3  3 3 4  環(huán)境監(jiān)測單元設(shè)計  本單元采用光敏電阻檢測環(huán)境明暗變化，當(dāng)光敏電阻感應(yīng)到光線變化時，將信號傳給控制單元進行處理，再由控制單元控制路燈的亮滅。  如圖 3 4 所示。共有四路檢測單元，備用 1 路。  圖 3 4 環(huán)境監(jiān)測單元                                                                        R 2 81 0  71 0    75 0  8光敏石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文  5 光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為 硫化鎘 ，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定 波長 的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正 極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。  光敏電阻器是利用 半導(dǎo)體 的 光電效應(yīng) 制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變 化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達 110M 歐 ,在強光條件（ 100，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對 可見光 （ 0 40 76） m 的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用 白熾燈 泡（小電珠）光線或 自然光 線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。  1結(jié)構(gòu)  通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子 空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻 的 電極 常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。一般光敏電阻器結(jié)構(gòu)如右圖所示。                                                                                                                                                                                           光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片（或樹脂防潮膜）和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母 “R”或 “ “示 。  圖  擬交通燈控制系統(tǒng)  16 2 工作原理  光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻 體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其 靈敏度 。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要 光子 能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的 電子 吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶 正電荷 的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子 空穴對了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到 波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加 直流電壓 ，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。  3分類  根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：   紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線。   紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛 。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外通信等國防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。   可見光光敏電阻器：包括 硒 、 硫化鎘 、 硒化鎘 、 碲化鎘 、 砷化鎵 、 硅 、 鍺 、 硫 化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和 “位置檢測器 ”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文  7 4 光敏電阻的主要參數(shù) ：   （ 1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時，流過的 電流 稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮 電阻 ，常用 “100示。   （ 2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加 電壓 下，當(dāng)沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用 “0示。   （ 3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。   （ 4）光譜響應(yīng)。 光譜 響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度 。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的 曲線 。   （ 5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。   （ 6）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。   （ 7）溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受 溫度 影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。   （ 8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的 功率 ，當(dāng)溫度升高時 ，其消耗的功率就降低。  模擬交通燈控制系統(tǒng)  18 3 5  電源單元設(shè)計  （ 1）電壓源：該電壓源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，向系統(tǒng)提供 +5工作原理如圖 3 7 所示。  圖 3 7 穩(wěn)壓電源原理圖  （ 2）恒流源：該電流源將工頻交流電經(jīng)過變壓、整流、濾波、電阻的分流、分壓及三極管的穩(wěn)流、放大，最后向 1W 提供恒定 300電流，其工作原理如圖 3 8所示。  圖 3 8 恒流源電路原理圖  圖 3 8 中發(fā)光二極管 壓降取 2V, 二極管的壓降取 0 7V,三極管的壓降取 0 7V，由此可得：   3 015/10 212 石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文  9 3 6  功率調(diào)節(jié)單元設(shè)計  本單元利用單片機控制 號，再經(jīng)過三極管、固態(tài)繼電器進行功率放大，實現(xiàn)對功率的有效調(diào)節(jié)，使驅(qū)動功率在規(guī)定時間內(nèi)自動減小，其調(diào)節(jié)范圍可在 20%100%內(nèi)設(shè)定。如圖 3 9 所示。本電路可加穩(wěn)壓電源或恒流電源，可通過電路硬件進行設(shè)置。同時負(fù)載電流和電壓通過單元控制器的電壓表和電流表進行監(jiān)視，由此可得：  圖 3 9 功率調(diào)節(jié)單元圖  3 7  系統(tǒng)各模塊方案設(shè)定  （ 1）主控芯片：采 用 司 的 為控制核心；  （ 2）顯示模塊：采用 12864 液晶顯示；                                           （ 3）物體檢測模塊：選用漫反射型光電開關(guān)檢測物體運動狀態(tài)；  （ 4）環(huán)境檢測模塊：使用光敏電阻來實現(xiàn)對環(huán)境明暗狀況的檢測；  （ 5）驅(qū)動模塊：自制 +5V 穩(wěn)壓源和 300流源；  （ 6）功率調(diào)節(jié)模塊：單片機控制 號調(diào)制。  總硬件電路圖見附圖 1 所示。   2 0 01 0  41 52 2 0R 4 66V C  2O P T O I S O 1D S 3L A M  N 2接恒流源或穩(wěn)壓電源1 2C O N 2Q?P N 20 第四章   軟件系統(tǒng)設(shè)計  4 1  系統(tǒng)軟件設(shè)計說明  在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計應(yīng)用程序。因此 ，軟件設(shè)計在微機控制系統(tǒng)設(shè)計中占重要地位。  在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個基本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進行計算，然后再輸出，以便控制生產(chǎn)。為了完成上述任務(wù)，在進行軟件設(shè)計時，通常把整個過程分成若干個部分，每一部分叫做一個模塊。所謂“模塊”，實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設(shè)計方法叫模塊程序設(shè)計法。模塊程序設(shè)計法的主要優(yōu)點是：  單個模塊比起一個完整的程序易編寫及調(diào)試；  模塊可以共存，一個模塊可以被多 個任務(wù)在不同條件下調(diào)用；  模塊程序允許設(shè)計者分割任務(wù)和利用已有程序，為設(shè)計者提供方便。  4 2  程序結(jié)構(gòu)框圖  根據(jù)設(shè)計方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 4 1 所示：  圖 4 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖  根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計的主程序流程圖見附圖 2。  石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文  1 第五章   測試與結(jié)果分析  5 1  測試方法與結(jié)果  5 1 1  時鐘設(shè)定和定時開關(guān)路燈測試  采用獨立按鍵調(diào)整并設(shè)定系統(tǒng)及開關(guān)燈時間，并通過液晶屏實時顯示。測試過程如下：（ 1）設(shè)定系統(tǒng)當(dāng)前時刻為 01 時 10 分，經(jīng)秒表測試， 120 秒后液晶屏顯示當(dāng)前時刻值為01 時 12 分；（ 2）系 統(tǒng)當(dāng)前時刻為 00 時 05 分，設(shè)定  00 時 06 分點亮， 00 時 07分熄滅，經(jīng)秒表測試， 60 秒后 點亮，再過 60 秒熄滅，液晶屏顯示正確；支路控制器能夠獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。  5 1 2  環(huán)境明暗檢測測試  在定時功能穩(wěn)定的前提下，將連接主控制器的光敏電阻置于正常光照（阻值約為零點幾千歐）， 不亮，當(dāng)遮擋此光敏電阻（阻值約為十幾千歐以上），使其所在環(huán)境光線變暗時 亮，去掉遮擋時 滅。用手遮住光敏電阻時， 再次點亮，移開手時 熄滅，此部分工作正常。  5 1 3  交通情況測試  （ 1）物體從左向右運動，當(dāng)?shù)竭_ S 點時 常點亮，當(dāng)物體運動到 B 點時 亮，當(dāng)物體移動到 S時， 滅；  （ 2）物體從右向左移動，當(dāng)?shù)竭_ S點時 亮，當(dāng)物體運動到 B 點時 亮，當(dāng)物體運動到 S 時 滅。此部分系統(tǒng)工作正常。  5 1 4  路燈故障檢測報警測試  在其它一切外部條件正常的情況下，當(dāng)某一路燈在接收到信號后不能正常點亮或熄滅，則判定為故障，故障檢測通過光敏電阻接受到光照情況來判斷。當(dāng)故障發(fā)生時，發(fā)出聲光報警，同時液晶顯示故 障所在位置。  在本次測試中，在一切外部條件正常的情況下，兩個燈同時發(fā)光，當(dāng)用物體擋住任一個光敏電阻光線，即假定某個路燈故障時，電路能正常發(fā)出聲光報警，并能正常顯示故障所在位置。此故障檢測系統(tǒng)正常。  模擬交通燈控制系統(tǒng)  22 5 1 5  自制單元控制器穩(wěn)壓電源測試  穩(wěn)壓電源輸出部分選用  85 系列 30V 電壓指示表頭對輸出電壓進行指示。指示電壓為5 1V。  選用 字萬用表測得的輸出電壓值為 5V。與理論輸出電壓值 5V 有一定誤差，誤差值為 0 1V。  5 1 6  自制單元控制器恒流驅(qū)動電源測試  恒流源驅(qū)動部分選用 85 系列 30V 電壓指 示表頭和一個同系列 1A 的電流指示表頭分別對它的輸出電流進行顯示。我們用 字萬用表測得的電流為 300理論輸出值330一定誤差。  本測試采用 50， 1 5A 滑動變阻器作負(fù)載，測試結(jié)果如表 1 所示：  恒流源電流測試結(jié)果  負(fù)載電阻（ ）  5 0 11 9 20 6 31 0 37 8 47 2 測試值 (303 301 301 300 300 299 誤差分析  （ 1）  阻值存在偏差；  （ 2）二極管、發(fā)光管、三極管的壓降取值有偏差；  （ 3）測試用儀器儀表和數(shù)值的讀取都 存在誤差。  5 1 7  功率輸出測試  通過單片機的 式，實現(xiàn)了輸出功率的可調(diào)。電壓電流值通過單元電路面板監(jiān)控。當(dāng)脈寬在 20%整時，輸出電流明顯減小。從亮到暗電流從 300到50 石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文  3 5 2  測試結(jié)果分析  1本設(shè)計實現(xiàn) 了題目所有 的 基本 要求；  2本設(shè)計實現(xiàn) 了題目所有 的發(fā)揮部分； &n