課程設計任務書14/15學年第一學期學 院：計算機與控制工程學院專 業(yè)：電氣工程及其自動化學生姓名：學號：課程設計題目：智能路燈控制系統(tǒng)的設計起迄日期：1月5日~1月16日課程設計地點： 專業(yè)教室 指導教師： 余紅英李靜 學科部副主任： 劉天野下達任務書日期：2015年1月5日課程設計任務書1.設計目的：(1)設計一個由計算機控制的智能路燈控制器，可以對室內外的光強度進行檢測，如果外界燈光過低或是聲音低到某一分貝時、智能路燈自行進行調節(jié)。通過設計，掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理、掌握計算機控制系統(tǒng)的設計原理。(2)利用AT89C52完成控制要求。熟悉并了解單片機控制系統(tǒng)的詳細工作原理。(3)利用KeiluVision、proetusprotel畫出硬件原理圖、軟件仿真圖。.設計內容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術參數(shù)、條件、設計要求等)：一、控制要求：要做到“隨需而控”，天黑時只有路上有人或車輛通過時路燈才點亮，且可根據(jù)行人和車輛通過的聲音智能地打開前方一定數(shù)量的路燈，同時熄滅經過路段的路燈。二、用protel設計硬件原理圖三、選擇控制算法，編寫控制程序。用KeiluVision設計完整的控制程序(C語言或者匯編語言)四、編譯、下載、運行五、用proetus給出軟件仿真結果.設計工作任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等〕：.根據(jù)題目要求的指標，通過查閱有關資料，確定系統(tǒng)設計方案，并設計其硬件電路圖。.畫出電路原理圖，分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關系。.用Proteus軟件繪制硬件電路圖并仿真。.軟件設計包括流程圖、用匯編語言或C語言對軟件進行編譯，并能通過調試。課程設計任務書4.主要參考文獻：.孫涵芳.MCS-51/96系列單片機原理及應用（修訂版）.北京航空航天大學出版社.1994.李朝青.單片機原理及接口技術（第3版）.北京航空航天大學出版社.2005.彭偉.單片機C語言程序設計實訓100例一一基于8051+Proteus仿真（第2版）.電子工業(yè)出版社.2000.李光飛.單片機課程設計實例指導.北京：北京航空航天大學出版社， 2005.陳明熒.8051單片機課程設計實訓教材.北京：清華大學出版社， 2004.設計成果形式及要求：完成課程設計說明書一份，要求：1）寫出主要設計思路，工作原理；2）畫出硬件原理接線圖；3）調試出現(xiàn)的問題及解決方法；4）提交程序清單。.工作計劃及進度：1月5日~1月7日查閱資料，進行總體設計1月6日~1月12日 根據(jù)設計要求，進行軟硬件設計，并撰寫課程設計說明書。1月12日 答辯或成績考核。學科部副主任審查意見：簽字：年月日中北大學計算機控制技術課程設計說明書中北大學計算機控制技術課程設計說明書第第I頁共I頁目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1AT89C52簡介 1Proteus軟件介紹 1KeilC51軟件介紹 2\o"CurrentDocument"2總體設計 3設計要求 3設計思路 3聲檢測模塊 3光檢測模塊 4\o"CurrentDocument"接線圖 5最小系統(tǒng) 5路燈設計電路 6行人檢測電路 6光控制電路 7手動控制電路 7智能路燈電路設計原理圖及說明 8\o"CurrentDocument"4流程圖 9主流程圖 9緊急情況流程圖 10\o"CurrentDocument"5軟件仿真 11軟件仿真截圖 11軟件仿真2果分析 13\o"CurrentDocument"6總結 14\o"CurrentDocument"附錄A程序清單 15\o"CurrentDocument"附錄B軟件仿真圖 17\o"CurrentDocument"獻 18中北大學計算機控制技術課程設計說明書中北大學計算機控制技術課程設計說明書第第#頁共18頁1緒論AT89C52簡介AT89C521一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8kbytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM,器件采用ATME公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元.0C（T2EX）P1.0C（T2EX）P1.iCrirjtTi.3tPl.4CF1.5EFl.&CFl,T匚KESET匚1UD/F3,0匚TXB/P3,1匚INTQ/P3.2匚fTTi/P3,3CT0/F3,4ET1/P3,5CWF3.6CWF3,7[xnu[XTALlCPDIPXuC]VetJPC,Qt/ADO3PO.1/AD1]PO.2/AD2HPD.3/*D33PO.4/AD4PO.5/AD5]PO.6/AD6JFQ.打APTJEa/tEE_ALE/PMtJFlfw]P2.7/AD151P￡,6/AD14]P25/AD13]F24/AD12口F2,3/ADH口FJ]F2.]FJ.圖1.1AT89C52引腳圖Proteus軟件介紹：英國Labcenter公司推出的Proteu啾件是一款極好的單片機應用開發(fā)平臺,它以其特有的虛擬仿真技術很好地解決了單片機及其外圍電路的設計和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機實際硬件的條件下，利用 PC以虛擬仿真方式實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調試。 Proteus軟件涵蓋了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微處理器模型，以及多種常用電子元器件，包括74系歹1」、CMOS4000系列集成電路、A/D和D/A轉換器、鍵盤、LCD顯示器、LED顯示器，還提供示波器、邏輯分析儀、通信終端、電壓/電流表等各種虛擬儀表，這些都可以直接用于仿真設計，極大地提高了設計效率和設計水平。Proteus軟件已有20多年的歷史，在國外應用較為普遍，尤其在教育界的口碑極佳。近年來Proteus軟件被引入國內，在多所高等工科院校中得到成功應用。在單片機教學中采用Proteus軟件，使單片機的學習過程變得直觀形象，可以直接在基于原理圖的虛擬模型上進行編程， 并實現(xiàn)源碼級的程序仿真調試，如有顯示及輸出，還能看到程序運行后的輸出效果，配合各種虛擬儀表來展現(xiàn)整個單片機系統(tǒng)的運行過程，很好地解決了長期以來困擾單片機教學過程中軟件和硬件無法很好結合的難題。在Proteus軟件平臺上學習單片機知識，比以往單純學習書本知識更易于接受，以原理圖虛擬模型進行程序仿真調試，更易于提高單片機編程能力，還可以通過繪制和修改原理電路圖增加很多實踐經驗。KeilC51軟件介紹：KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 C51工具包的整體結構，其中uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）,可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標文件（.OBJ）。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經L51連接定位生成絕對目標文件（.ABS）。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試， 也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。2總體設計設計要求設計一個由計算機控制的智能路燈控制器，可以對室內外的光強度進行檢測，如果外界燈光過低或是聲音低到某一分貝時、 智能路燈自行進行調節(jié)。要做到“隨需而控”，天黑時只有路上有人或車輛通過時路燈才點亮，且可根據(jù)行人和車輛通過的聲音智能地打開前方一定數(shù)量的路燈，同時熄滅經過路段的路燈。設計思路本次設計的題目是智能路燈控制系統(tǒng)的設計。要求實現(xiàn)以路燈為控制對象，完成軟件和硬件的設計，利用按鍵模擬聲敏傳感器，以手動和行人控制兩種方式實現(xiàn)路燈的亮滅功能。其中硬件電路部分主要包括以下部分：單片機最小系統(tǒng)、路燈控制電路部分、行人檢測電路部分、光檢測電路部分、聲檢測電路部分。圖2.1工作原理圖AT89C52單片機槌控制路燈控制圖2.1工作原理圖AT89C52單片機槌控制路燈控制圖2.2系統(tǒng)總框圖聲音檢測模塊聲音傳感器的作用相當于一個話筒（麥克風）。它用來接收聲波，顯示聲音

的振動圖象。該傳感器內置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒。 聲波使話筒內的駐極體薄膜振動，導致電容的變化，而產生與之對應變化的微小電壓。這一電壓隨后被轉化成0-5V的電壓，輸入單片機。聲音傳感器使用的是與人類耳朵相似具有頻率反應的電麥克風。電路把信號放大并把信號傳送給電訊接口。實際上，信號通過2條不同的線送達數(shù)據(jù)采集器。一個信號通過低電壓輸入線，在2.5V左右，另一信號通過電壓輸入線，在0V左右。聲音傳感器的應用：一般說有二種，一種是根據(jù)設定聲音信號閥值判定聲音的有無。 第二種難一點的就是根據(jù)多個聲音傳感器來判定聲音的方位。本設計利用按鍵模擬聲音模塊，聲音模塊對外界環(huán)境聲音強度最為敏感，模塊在環(huán)境聲音強度達不到閾值時，輸出高電平，當外界聲音強度超過設定閾值時，輸出低電平。光檢測模塊圖2.3光敏電阻工作原理圖光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。本設計采用光敏電阻。光敏電阻傳感器對外界光線最敏感，用來檢測外界周圍環(huán)境光線的亮度，觸發(fā)單片機，模塊在光線不足時輸出低電平，光線亮度超過設定值時輸出高電平。利用光敏電阻傳感器輸出信號干凈，波形好，驅動能力強。本設計中利用光敏電阻與一普通電阻串聯(lián)，當白天有光照時，電阻很小，輸出高電平，夜晚無光照時，電阻增大，輸出低電平。3硬件接線圖最小系統(tǒng)圖3.1系統(tǒng)硬件接線圖晶振電路：單片機內部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1,其輸出端為引腳XTAL2。其中XYAL1接外部晶體的一個引腳，在單片機內部，它是一個反向放大器的輸入端。若采用外部振蕩器，該引腳接收振蕩器的信號，即八次信號直接接到內部時鐘發(fā)生器的輸入端； XTAL2節(jié)外部晶體的另一端，在單片機內部接到反向放大器的輸入端，當采用外接晶體振蕩器時，此引腳可以不接。復位電路：復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按鍵復位具有上電復位功能外，若要復位，只要按圖中的RESET鍵，電源VCC經電阻R1、R2分壓，在RESET端產生一個復位高電平。上電復位電路要求接通電源后,通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間 RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。路燈電路設計5VVNIR1B圖3.2路燈控制電路接線圖c1214ae5VVNIR1B圖3.2路燈控制電路接線圖c1214ae7意/修L_JZd0!_LJD2BE此部分由單片機、LED顯示燈、電阻（470）組成。連接LED顯示燈時，注意其極性及連接方式，連接方式包括共陽極連接和共陰極連接兩種方法，而在本電路中要采用共陽極連接的方法。 連接單片機時，要注意將LED顯示燈與P2口的連接方式，即按照順序依次從P2.0~P2.7一—對應連接。在進行路燈控制程序設計的時候，主要考慮傳感器的獲取信號，在設計初期，采用高電平控制LED燈，結果，燈的亮度很低，發(fā)現(xiàn)，單片機高電平帶負載能力很弱，于是，采用低電平控制LED路燈。行人檢測電路圖3.3圖3.3行人檢測電路硬件接線圖此部分由單片機、按鍵、電阻（2K）組成。在設計的時候，主要是用高電平來模擬聲音傳感器的檢測信號， 當有人通過為低電平，無人通過為高電平。在開始時單片機就初始狀態(tài) P1口即為高電平，模擬情況下接了8個單刀開關。在實際的電路中根本沒有電源給傳感器供電，為了提高電源給傳感器，此處提供了上拉電源。光線控制電路圖3.4光線控制原理圖c-q圖3.4光線控制原理圖c-q1:-r二二-1二SJL』二二光敏電阻傳感器對外界光線最敏感，用來檢測外界周圍環(huán)境光線的亮度，觸發(fā)單片機，模塊在光線不足時輸出低電平，光線亮度超過設定值時輸出高電平。利用光敏電阻傳感器輸出信號干凈，波形好，驅動能力強。本設計中利用光敏電阻與一普通電阻串聯(lián)，當白天有光照時，電阻很小，輸出高電平，夜晚無光照時,電阻增大，輸出低電平。|手動控制U119bXTALlPO.O.'ADO— P0.1/AD1— P0.2-AD2— 1。XTAL2P03/AD3— * 8-P0a4'kAD4 ?，?-，?串?*??，.--PO-yADS— AP0.Q-AD6— BRSTP07/ADT——=21-,■P2.Q.AB— --P2.VM— P2.2/AfD—XT 20空4FSENP2.3/A11— wUALEP2.4'^t2 21EAP2RR14- --■P27/A15— P1.D/T2P30/RXDTYSWOFF一一.3P1.1-T2EXP3.1/TXD—----/,■ samfinjTn-r ——it- -jLI"1U IN ?？趯Pl.3咱薊布r —-- ■■■ ■0arl.<rfiu qq 丁Pi.51R ■piaP3ft'WR—SWONP1.7P3.7FRD—―-- 二^，一，propertv^aLje圖3.5手動控制部分白天如果有突發(fā)黑暗的時候，或者有需要路燈全部亮的緊急情況，通過手動部分可以處理緊急情況，按下SWON讓所有燈全亮，按下SWOFF可以熄滅所有路燈。將緊急開關接在P3A2,P3A3口，以實現(xiàn)緊急情況中斷。只有當SWON與SWOFF都處于斷開狀態(tài)，即輸入高電平時，系統(tǒng)恢復正常狀態(tài)。智能路燈電路設計原理圖及說明圖3.6智能路燈電路功能的實現(xiàn)：當程序啟動后，單片機處于設置的原始狀態(tài)；所以燈全關，所以打開手動控制開關處于關燈狀態(tài)。此時系統(tǒng)開始正常工作。如果有行人進入智能路燈面前，聲音傳感器檢測到信號，并以電壓的形式把信號送給單片機，單片機根據(jù)傳感器送來的信號傳感器的布置，點亮相應的傳感器所處的位置LED路燈，當行人通過這個路燈后，達到下一個路燈時，上一個路燈熄滅。所處位置處和所處位置下一個燈亮。從而實現(xiàn)自動控制，達到節(jié)能的效果。當人通過最后一個路燈后，最后一個燈熄滅。在緊急的情況下，所有的路燈都要打開，此時通過手動開關打開路燈，緊急情況過后，關閉所有路燈。系統(tǒng)恢復正常。

4流程圖主流程圖圖4.1主流程圖功能的實現(xiàn)：當程序啟動后，給單片機設置初值，使所有燈全關。然后檢測手動開關是否按下，若按下，則進入相應程序全部打開或全部熄滅所有路燈。 若打開手動控制開關，此時系統(tǒng)開始正常工作。再檢測是否有行人進入智能路燈面前，聲音傳感器檢測到信號，并以電壓的形式把信號送給單片機，單片機根據(jù)傳感器送來的信號傳感器的布置，點亮相應的傳感器所處的位置LED路燈，若沒有行人則返回上一步繼續(xù)檢測。

緊急情況流程圖圖4.2緊急情況流程圖功能的實現(xiàn)：白天如果有突發(fā)黑暗的時候，或者有需要路燈全部亮的緊急情況，通過手動部分可以處理緊急情況，在緊急的情況下，所有的路燈都要打開，此時通過手動開關打開路燈，緊急情況過后，關閉所有路燈。按下SWON讓所有燈全亮，按下SWOFF可以熄滅所有路燈。當二者皆斷開即接入高電平時，系統(tǒng)恢復正常。5軟件仿真5.1軟件仿真截圖\\\\\\TEA￥P1.GTX”T遼箕中匕片屋舉不V:Q-lnir:?4-=1￡-，--*1■IHIJ.?I-E匕％『f"，r-=2絲”?。?2『皤駕藐圖5.1U1行人出現(xiàn)，到達D1路燈下二三二,，中HPZ/TXZ：S'/mNLlC-SLLtI,06S'/MOFFJ"01:xTIL.&.6.7=2k-=CML=r-S_LEF三三苻二F24HC鵬軍予以工恒.ar-BLLE07圖5.2行人到達D2路燈下一二二日,*:=1二二三一=："b尹1三二『30*EAM.I172.me?空口YP2-A5-mo上TLL蘭LET-aHEP10RXCF--FF"7宙Pll-K^P34FPJ.A皿?SLJUiEIE二―一年LxE^LUE5.3行人到達D3路燈下SSS苦.al-z.14L當三75.4緊急情況下手動全關一工1,￡葭小,^■1R里"!iil.5~T『3=:二日十吧七二W*1蛀WJiAICF11,V甩4M3吧5A心?3j5A14FS.WMiPJDHXEFi^fraB在二飛一二?2.4TD可景萌ra'i?01*，LcC-BJUE05LeC-SLUE:□M-9-」ED2L=E-fi-JE口4R：4L5CHBJJEOSi=E-ajJE07L=E-fiLJEDS圖5.5緊急情況下手動全開5.2軟件仿真結果分析通過PROREUS真測試，本系統(tǒng)具有“隨需隨控”，天黑時只有路上有行人或者車輛通過時路燈才點亮，且可根據(jù)行人和車輛通過的聲音智能地打開前方一盞燈，同時熄滅經過路段的路燈。同時具有緊急模式，可手動全開所有路燈和全部關閉所有路燈，基本符合本次設計要求。6總結本課程設計是基于傳統(tǒng)的路燈系統(tǒng)上建立起來的，達到了節(jié)能、高效的方式。但是此設計需要每個路燈上安裝一個光傳感器與聲音傳感器， 所需器件多，不經濟，需進一步改善。通過此次的課程設計，我明白了紙上學來終覺淺，絕知此事要躬行，通過對程序的不斷探索，又tAT89C51系列單片機已經了然于心，對每個管腳的功能有了進一步認識，從一開始對PROTEUSKEIL這兩個軟件的一無所知，到后來的熟練運用，最后終于完成了本次的課程設計。通過這次計算機控制技術課程設計，我不僅加深了對理論的理解，將理論很好地應用到實際當中去，而且我還學會了如何去培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，從而不斷地戰(zhàn)勝自己，超越自己。創(chuàng)新可以是在原有的基礎上進行改進，使之功能不斷完善，成為真己的東西。設計結果能夠符合題意，成功完成了此次實習要求，我們不只在乎這一結果，更加在乎的，是這個過程。這個過程中，我們花費了大量的時間和精力，更重要的是，我們在學會創(chuàng)新的基礎上，同時還懂得合作精神的重要性，學會了與他人合作。雖然課程設計到此結束了，但我前進的腳步不會因此而停止，我會繼續(xù)學習51及其他系列單片機。附錄A程序清單:#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitSWN=P0A0;sbitSWOFF=P3A2;sbitSWON=P3A3;sbitp1_0=P1A0；sbitp1_1=P1Al；sbitp1_2=P1A2;sbitp1_3=P1A3;sbitp1_4=P1A4;sbitp1_5=P1A5;sbitp1_6=PW6;sbitp1_7=PW7；sbitp2_0=P2A0；sbitp2_1=P2A1；sbitp2_2=P2A2;sbitp2_3=P2A3;sbitp2_4=P2A4;sbitp2_5=P2A5;sbitp2_6=P2A6;sbitp2_7=P2A7;intmain()//手動全部關閉路燈//手動全部關閉路燈//路燈全關//手動全部打開路燈//路燈全開//夜間時段if(SWOFF==0){P2=0xff;}if(SWON==0){P2=0;}if(SWOFF==1&&SWON==1&&SWN==1){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){p215=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;}}}附錄B軟件仿真圖lv\AA3‘卜尸產網口收◎尸N涵 i4? lv\AA3‘卜尸產網口收◎尸N涵 i4? ±j<,q在1sLlyF-k嚴