基于單片機的校園智能照明系統(tǒng)設計摘要隨著社會的發(fā)展，人們對生活質量的要求與日俱增，照明貼切于人們的日常生活中，因此在能源稀缺的年代里照明節(jié)能顯得格外重要。現在國內外普及使用的節(jié)能開關分為聲控型、觸摸型、感光型等。這幾種開關各有個的優(yōu)點也各有弊端，如聲控型不適合環(huán)境噪雜的場所、感光型開關在無人期間不能自動關閉。本設計使用的單片機為STC89C52RC單片機（以下簡稱為STC單片機），使用定時控制技術、紅外傳感技術、光感技術、藍牙等技術來實現對校園照明設備的控制。本系統(tǒng)包括硬件設計和軟件設計兩個部分。本設計以STC單片機為基礎，實現信號采集、控制與顯示等功能?？刂齐娐返脑O計包括：電源電路、LCD1602顯示電路、按鍵報警電路、DS1302時鐘電路、HC-SR501紅外感應電路、BT06藍牙電路、USB小燈電路以及光敏阻值AD采集等電路。軟件設計主要有燈光控制、定時控制、LED顯示等程序設計。在工作時，光敏阻值AD采集電路采集光照強弱、HC-SR501紅外感應電路采集路燈附近是否有人、是否為工作時間等信息傳送到STC單片機，該單片機將根據這些信息通過控制電路對USB小燈進行開關操作，從而實現照明控制并達到節(jié)約能源的目的。關鍵詞：智能控制，控制器，STC單片機，定時控制。第一章緒論1.1系統(tǒng)的研究背景隨著時代的發(fā)展，城市現代化建設步伐不斷加快。能源危機和溫室效應日趨嚴重的影響當今社會，節(jié)能環(huán)保已成為照明產品的主題。而能源的供需矛盾也越來越突出，節(jié)電節(jié)能、綠色照明的要求越來越迫切，越來越高?，F在再繼續(xù)采用那些專統(tǒng)的于控、鐘控城川照葉系統(tǒng)的方法已不能滿足要求。如何允分利用高科技手段解決上述矛盾也就成為當前照明控制領城--個新的和緊要的課題。據調查顯示，國內小型城市在夜晚9點后，大中城市在12點之后，道路上幾乎空無一人，即便是北京、上海、廣州、深圳這樣的繁華都市，凌晨2點以后，道路上也已罕見行人、車輛。從這一時段直至清晨6點路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒有必要。在市政開支極度緊張的今天，面對供電緊張形勢，路燈巡查對于市政部門來講是一項需要耗費大量人力的工作，各種臨時應急節(jié)電措施被廣范采用：夜晚間隔關燈、調整路燈開關的時間，在用電緊張的日子里關閉景觀照明、號召居民在用電高峰時關閉空調、公共設施和寫字樓等空調溫度調高一度等等，當用電高峰過后，這些措施可能就被束之高閣，明年的用電高峰來臨，一切又會重新開始。為了能更有效地解決用電緊張的最佳和有效的辦法就是對用電實施智能化管理，減少浪費，使我們的每一度電都能物盡其用！使用先進路燈監(jiān)控系統(tǒng)，可以對路燈進行統(tǒng)一的關閉，對夜間照明系統(tǒng)和路燈的實時監(jiān)控和管理，確保高效穩(wěn)定，全天侯運行，護制不必要的“全夜燈照明”，有效節(jié)約電能消耗，對于城市公共照明系統(tǒng)來說，采用智能化的管理系統(tǒng)是實現能源節(jié)約、減少資源浪費、滿足人們生活要求、顯示現代化城市靚麗風景的科學解決方案。當然身為大學生的我們，在學校校園里也會遇到恪種各樣的照明系統(tǒng)，所以很有必要設計-種智能照明系統(tǒng)來響應政府的號召，使用高效的照明工具，高效的照明系統(tǒng)，從而達到降低能源浪費、減少學校開支的期望。同時也能充分體現如今社會現代化、智能化的建設。1.2系統(tǒng)的研究意義校園路燈控制系統(tǒng)的目的是使得校園的路燈管理工作從控制、檢修、維護以及增效節(jié)流等各個方面發(fā)生革命性的改變。校園路燈控制系統(tǒng)具有極大的優(yōu)越性。目前，我國路燈控制系統(tǒng)面對著如下幾個問題:①控制落后開關燈方式落后:當前路燈控制，還停留在手動、光控、鐘控方式。受季節(jié)、天氣和人為因素影響，自動化管理水平低，經常該亮時不亮，該滅時不滅，極易造成極大的能源浪費，增加了財政負擔。②操控不便調節(jié)操控能力不足:無法遠程修改開關燈時間，不能根據實際情況(天氣突變，重大事件，節(jié)日)及時校時和修改開關燈時間。③燈況不明不具備路燈狀況監(jiān)測:現有的照明設施管理工作主要采用人工巡查模式，不僅工作量大，還浪費人力、物力、財力。故障依據主要來源于巡視人員上報和市民投訴，缺乏主動性、及時性和可靠性，不能實時、準確、全面地監(jiān)控全城的路燈運行狀況，缺乏有效的故障預警機制。④設施被盜不具備設施防盜監(jiān)測:有的校園路燈覆蓋面積大，管理手段落后，無法準確發(fā)現電纜盜割、燈頭被盜和斷路，一旦出現以上情況，勢必給學校帶來巨大的經濟損失，同時影響學生的正常生活。這些問題造成了管理部門的困擾，制約了路燈建設的發(fā)展。校園路燈控制系統(tǒng)的目的是解決當前路燈控制問題，使系統(tǒng)具備監(jiān)控具備遠程性、監(jiān)控具備實時性、單燈管控能力、集中管控能力(群燈和線路)、數據監(jiān)測管理能力等功能。1.3研究的主要工作本設計通過對以上問題進行分析解決，需要實現的功能如下：在系統(tǒng)選擇方面本設計采用STC89C52單片機作為系統(tǒng)的控制芯片,LCD顯示電路顯示實時操作如：時間，USB小燈的亮度等；使用蜂鳴器進行故障檢測；獨立的按鍵模塊電路進行實時控制如：“加、減，左、右、設置”等；時鐘電路模塊產生時鐘，使單片機執(zhí)行各個程序；紅外感應模塊采用HC-SR501進行反饋；藍牙/下載模塊，該模塊可以進行相互調節(jié)進行藍牙控制和程序寫入；USB小燈電路反映小燈工狀況；光敏采集轉換模塊采用的ADC型號為PCFT，通信方式位IIC，對光信號進行采集轉換為數字信號處理。這些模塊相互作用，實現自動控制：紅外檢測、光敏檢測、故障檢測，手動控制：藍牙、按鍵。達到了智能控制的效果。本設計通過Keil5MDK534軟件進行程序編寫，再通過下載器將程序寫進芯片STC89C52中，從而實現硬件部分的LCD顯示模塊、按鍵報警模塊、時鐘模塊、紅外感應模塊、藍牙/下載模塊、USB小燈模塊和光敏采集轉換模塊的呼應，使它們在數據采集轉換和功能展示上實現預想的目標。通過以上對智能照明系統(tǒng)需要實現的功能進行分析，確定了硬件和軟件的設計思路，接下來就可以進行對系統(tǒng)的功能的介紹和方案的設計。第二章系統(tǒng)的設計2.1控制芯片的選擇本設計采用的MCU是STC公司的STC89C52RC,該芯片使用的是MCS-51內核，這款單片機是一種低功耗、高性能CM0S8位微控制器，低功耗設計：空閑模式，掉電模式(可由外部中斷喚醒)。STC單片機具有在應用編程，調試起來比較方便；帶有10位AD、內部EEPROM、可在1T/機器周期下工作，速度是傳統(tǒng)51單片機的8到12倍,價格也較便宜。4通道捕獲/比較單元，STC12C2052AD系列為2通道，也可用來再實現4個定時器或4個外部中斷，2個硬件16位定時器，兼容普通8051的定時器。4路PCA還可再實現4個定時器，具有硬件看門狗、高速SPI通信端口、全雙工異步串行口，兼容普通8051的串口，同時還具有先進的指令集結構，兼容普通8051指令集。STC89C52的功能:8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM，32位I/0口線，看門狗定時器，內置4KBEEPROM，MAX810復位電路，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結構(兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結構)，全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。操作相比較于其他單片機簡單易上手。2.2設計的需求及功能在路燈照明中，除了以上多種問題外，光能消耗對于如今資源緊缺的時代，也是格外引人注目的，對于學校來說也是一筆不小的開支，所以需要通過設計一種可以解決許多方面問題的智能控制的路燈照明系統(tǒng)，從而達到節(jié)約資源的效果。在綜合多方面的問題考慮后，希望系統(tǒng)能夠實現一下功能：系統(tǒng)中的LCD液晶顯示能夠實時顯示當前的時間、所處的星期和外界光照強度；系統(tǒng)可設定定時區(qū)間，在定時范圍內系統(tǒng)正常工作，非定時時間內系統(tǒng)不會做出照明效果；系統(tǒng)擁有兩種模式，一種是自動模式另外一種是手動模式，在自動模式下，系統(tǒng)可通過檢測外界光照強度和有無人員通過來控制LED小燈的開關，在手動模式下，可以整體控制小燈的開啟或關閉。2.3方案設計系統(tǒng)開發(fā)流程主要包括：根據需求和功能分析，確定系統(tǒng)的總體設計。確定硬件的型號，選擇合適的元器件添加到系統(tǒng)中，進行硬件設計。進行軟件設計，明確系統(tǒng)程序，將各個功能模塊的程序展現出來。進行實驗與調試，將以上設計的功能展現出來，從而解決現階段校園路燈控制系統(tǒng)的問題。根據系統(tǒng)設計流程可將其轉化為流程圖如圖2.1.單片機STC89C52單片機STC89C52進行硬件設計進行實驗調試確定硬件的型號進行軟件設計圖2.1設計系統(tǒng)流程圖在確定流程圖之后，開始構建各個功能之間的聯(lián)系圖：單片機STC89C52單片機STC89C52時鐘電路LCD顯示電路藍牙/下載功能控制電路按鍵操作和報警電路光敏檢測電路USB小燈控制電路人體紅外檢測電路電源電路圖2.2系統(tǒng)設計框架圖基于單片機的校園智能照明系統(tǒng)的設計是由芯片STC89C52、時鐘電路、藍牙/下載功能控制電路、光敏檢測、LCD顯示電路、按鍵操作和報警電路、USB小燈控制電路、人體紅外檢測電路、電源電路等構成。先通過軟件KeiluVision5將設定好的程序寫到單片機中，連接USB數據線對單片機進行供電，通過按鍵控制單片機，設定時間、小燈的亮度百分比、光感強度等。設定之后也可通過按鍵設定程序為自動或手動從而達到對燈光的智能控制。也可以通過手機連接藍牙對單片機進行自動或手動、小燈照明亮度等進行控制。本設計首先確定了單片機的種類，結合校園內照明系統(tǒng)的缺陷和需求對系統(tǒng)的軟件程序進行設計，進而確定設計方案并對其進行模塊分類，最終確定了系統(tǒng)的開發(fā)流程，再通過分析和實踐得出系統(tǒng)的設計框圖。硬件設計本設計系統(tǒng)硬件部分主要由單片機STC89C52、電源電路、LCD顯示屏、按鍵報警電路、時鐘電路、人體紅外感應電路、藍牙/下載電路、USB小燈控制電路、獨立按鍵、ADC光敏采集電路等組成。電源模塊采用了MiniUSB供電方式，而電源開關采用的是8.5*8.5的自鎖開關通過相互控制達到正常的電力供電；LCD顯示屏采用為LCD1602，來顯示時間、光照強度等功能；本設計采用了四個功能按鍵，分別是切換、設置、加以及減，按鍵的型號采用的是貼片的6*6輕觸按鍵，可以實現時間，USB小燈光照強度等的控制，報警電路部分設計為聲光報警，蜂鳴器選用的是有源的，所以電壓需要選擇對應的，因此采用的是5V的HNB09A05，三極管選擇PNP管子；時鐘芯片采用的是DS1302，一個常見的芯片；紅外感應采用的是HC-SR501人體紅外感應模塊作為人走過的反饋輸入機制，當人是否進入其感應范圍內的信號輸入到單片機；藍牙采用的是BT06藍牙串口模塊；USB小燈為5V供電；ADC光敏采集模塊采用的ADC型號是PCF8591T，含有3個光敏電阻都為GL5516，可根據室內外的光照強度來控制小燈的開關；本系統(tǒng)的可實現的功能如下：1.LCD顯示器實時顯示當前時間/環(huán)境光強/工作模式2.支持路燈故障檢測，如果在設定狀態(tài)下小燈沒有做出對應功能或者系統(tǒng)沒有檢測到信號將會觸發(fā)報警功能。3.本系統(tǒng)具有兩種控制模式為自動控制和手動控制：(1)自動控制：本系統(tǒng)通過軟件程序設定時間為24小時制并且設定時間在18~24時內（起始時間設定范圍在18：00~23：00，結束時間設定范圍在05：00~10：00）在這兩個路燈同時點亮，24時以后，A路燈常亮，B路燈關閉，若檢測到由物體通過，路燈B點亮并于10s后關閉。在非設定時間內如10：00~18：00，光照強度低于所設定的光照閾值A、B路燈點亮。(2)手動控制：可通過按鍵左鍵和右鍵分別使A、B路燈同時關閉或同時點亮。4.可使用手機軟件（SPP藍牙串口）通過藍牙發(fā)送命令分別控制兩個路燈狀態(tài)：發(fā)送命令格式為：*Ax#或*Bx#A/B表示路燈A/路燈B，x表示燈光等級，0~3有效，0表示關閉。發(fā)送命令格式“*MA#”切換為自動模式，“*MM#”切換為手動模式。5.可通過按鍵更改當前時間/路燈設定時間/光照閾值/工作模式/路燈光照強度按鍵功能描述：a.非設置狀態(tài)下按鍵功能：b.設置狀態(tài)下按鍵功能：切換/確定鍵：切換自動/手動模式切換/確定鍵：保存設置并退出設置狀態(tài)上/下鍵：更換界面上/下鍵：加/減左鍵：關閉所有路燈左/右鍵：切換設置右鍵：打開所有路燈設置鍵：按下進入設置狀態(tài)設置鍵：進入對應設置界面下面是對硬件各個模塊的詳細分析與解釋。3.1單片機3.1.1單片機的特點單片機是一種集成電路芯片,它可以把是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/0口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路)集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域的廣泛應用。他的制造價格其系統(tǒng)結構簡單,使用方便，實現模塊化;可靠性高,可長時間工作并不出故障;處理功能強,速度快。低電壓,低功耗,便于生產便攜式產品控制功能強，環(huán)境適應能力強。3.1.2單片機的系統(tǒng)本設計采用的MCU為STC公司的STC89C52RC，該芯片使用經典的MCS-51內核，最小系統(tǒng)如圖3.1所示，在我們調試MCU小系統(tǒng)的時候，外部干擾使得單片機程序運行出現錯誤的現象，在單片機使用過程中是屢見不鮮的，而穩(wěn)定、可靠的電源電路是系統(tǒng)順利運行的必要條件。因此為了解決這個問題，為單片機系統(tǒng)配置一個可靠、穩(wěn)定的供電模塊就顯得十分重要了。如果工作異常首先第一步就是檢查芯片的供電電源是否正常，再之后檢測晶振(最高運作頻率35MHZ)和復位。圖3.1STC芯片系統(tǒng)該芯片的工作電壓為5.5V~3.3V，工作頻率：0~40MHZ.復位后為：P1/P2/P3是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。3.2電源電路在設計電源接口的時候根據實際使用情況多方面考慮，最終設計了MiniUSB，因為它需要的電壓、電流很低為5V、1A就可為其供電，提供電源的方式有很多種，可以使用移動充電寶、電腦上面的插口或者手機充電頭等等都可以提供電源。采用MiniUSB供電的方式可以避免插反燒壞板子情況，在這里之所以采用MiniUSB而不MicroUSB，主要原因是由于MicroUSB體積比較小，在開放性板子上面容易多次拔插情況下給搞壞導致接觸不良（所謂開放性板子就是無結構件固定的裸板），所以這里沒有采用MicroUSB。MiniUSB的內部結構如圖3.2所示，其中Id腳在OTG功能中才使用。由于Miniusb接口分Mini-A、B和AB接口。OTG是On-The-Go的縮寫,即OTG技術就是實現在沒有Host的情況下，實現從設備間的數據傳送。主要應用于各種不同的設備或移動設備間的聯(lián)接，進行數據交換。例如數碼相機直接連接到打印機上，通過OTG技術，連接兩臺設備間的USB口，將拍出的相片立即打印出來；也可以將數碼照相機中的數據，通過OTG發(fā)送到\t"/item/Mini%20USB/_blank"USB接口的\t"/item/Mini%20USB/_blank"移動硬盤上。電源開關部分采用的是8.5x8.5的自鎖開關，這里需要注意就是自鎖開關的方向，如果焊接反了會導致按下時候為電源關斷，彈上來是電源閉合。圖3.2電源電路3.3顯示電路本設計的顯示部分采用的LCD1602，設計圖如圖3.3所示，這里需要注意如果用單片機的P0接口，記得加上拉電阻，這是該芯片決定的；另外，LCD1602的R/W管腳，大多數的情況下直接接地保持寫操作就行，如果是一些項目需要讀操作的話，就需要把該管腳接入單片機（比如基于51單片機的示波器或者貪吃蛇這種項目）；VL管腳是調試對比度的，如果事先不知道這個分壓參數，用的是電位器的話，很可能第一次使用時候分壓不合適導致顯示屏亮的但沒有東西，就誤以為是自己程序的問題，搗鼓了半天才發(fā)現是對比度沒有調好，其實程序早已經再運行。一般的LCD1602字符型液晶顯示器的內部控制器大部分為HD44780，能夠顯示英文字母、阿拉伯數字、日文片假名和一般性符號。在本設計中用于顯示：時間/環(huán)境光強/工作模式。技術參數如下：（1）顯示容量：16×2個字符(2）芯片工作電壓：4.5~5.5V（3）工作電流：2.0mA（5.0V）（4）模塊最佳的工作電壓：5.0V（5）字符尺寸：2.95mm×4.35mm（寬×高）圖3.3LCD顯示電路引腳功能:LCD1602采用標準的14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口，各引腳接口說明見表3.1。表3.1LCD引腳功能表LCD引腳功能表編號符號引腳說明標號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極對于LCD引腳來說，引腳1VSS為電源接地，引腳2VDD為接5V正電源。在LCD1602的3號引腳上可接可接10K的精密電位器，就可調整液晶屏顯示器的對比度，或同樣阻值的藍白可調電阻，故本系統(tǒng)選用10K的藍白可調電阻。4號引腳RS為寄存器選擇腳，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。5號引腳R/W為讀/寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或顯示地址；當RS為低電平，R/W為高電平時，可以讀忙信號；當RS為高電平，R/W為低電平時，可以寫入數據。引腳6E端為使能端，即控制信號輸入端，當E端由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶模塊執(zhí)行命令。7號～14號引腳，D0～D7為8位雙向數據線。15號引腳為背光電源正極而16號腳為背光電源負極。3.4按鍵和報警電路該項目設計了六個功能按鍵如圖3.4，分別是右、上、下、左、確定、設置。按鍵的型號采用的是貼片的6*6輕觸按鍵，可以通過按鍵對單片機進行控制。圖3.4按鍵電路按鍵S3控制USB小燈的打開按鍵S6控制關閉，當系統(tǒng)被調制成設置狀態(tài)下按鍵S3和S6分別控制顯示光標的向右向左移動。S4和S5控制顯示器的顯示內容起到翻閱的功能，可將顯示內容調整為日期顯示、USB小燈亮度、光敏采集強度和模擬夜間工作時間段，當系統(tǒng)被調制成設置狀態(tài)下按鍵S4和S5分別控制加和減。按鍵S7可以控制系統(tǒng)為自動模式和手動模式光標往右移動，當系統(tǒng)被調制成設置狀態(tài)下按鍵S7可充當為確定的作用，也就是設置的終止按鍵。按鍵S8可控制系統(tǒng)進入設置界面。所以可以通過各個按鍵的相互聯(lián)合對系統(tǒng)進行預想的控制。報警電路部分設計了聲光報警，原理很簡單，如圖3.5，一個蜂鳴器加LED就可以實現，這里需要注意兩個地方，第一是蜂鳴器需要選用有源的，操作簡單，另外就是電壓需要選擇對應的，本設計采用的是5V的HNB09A05；第二就是這里的三極管采用的是PNP管子，原因是該單片機上電默認為高電平，如果這里采用的是NPN管子，上電瞬間就會聲光報警（即便程序里邊該IO口初始化為低），所以這里采用PNP管子來避開這種情況。圖3.5按鍵和報警電路當系統(tǒng)遇到故障時就會出發(fā)報警，蜂鳴器會發(fā)出“嘀嘀嘀”的持續(xù)聲音，同時LED燈會發(fā)出紅光提示操作人，如果LED燈亮了而蜂鳴器未響則可能出現蜂鳴器損壞的可能性，如果蜂鳴器響了而LED燈未做出反應則可說明LED小燈出現故障。3.5時鐘電路本項目板載有時鐘芯片如圖3.6，采用的芯片是美國DALLAS公司的DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路。它的功能是對年、月、日、周、時、分、秒和星期進行計時，并且可以通過配置使時間格式為24小時制或12小時制。DS1302可在電壓2.0V~5.5V中進行正常操作，當它在2.0V電壓中工作，它的工作電流小于300nA它具有31字節(jié)數據儲存RAM，使用I/0通信方式，可以節(jié)省I0口的使用。圖3.6時鐘電路DS1302一共有8個管腳，其功能如表3.2。表3.2DS1302功能表DS1302功能表管腳號管腳名稱功能1VCC2主電源2、3X1、X232.769KHZ4GND地5RST復位/片選端6I/O串行數據輸入/輸出7SCLK串行時鐘輸入端8VCC1后備電源對于時鐘芯片管腳來說，它的1號管腳VCC2為主電源，而8號管腳VCC1則為后備電源。為了確保時鐘的連續(xù)性，當主電源關閉時則會自動啟用備用電源。管腳2和3分別為X1、X2，它們是震蕩源，外接32.769kHz晶振。管腳4GND是電源接地。管腳5RST是復位/片選線,通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST有接通控制邏輯，語序地址/命令序列送入移位寄存器和提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數據傳送的方法。管腳6I/O為串行數據輸入輸出端而管腳7SCLK為時鐘輸入端。其中如果RST為高電平時，所有的數據傳送會被初始化，允許對DS1302進行操作，如果在傳送中RST被置為低電平則會終止本次數據傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。當接通電源運行時，在VCC大于等于2.0V之前，RST必須保持低電平，只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。DS1302可以用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄。這種記錄對長時間的連續(xù)測控系統(tǒng)結果的分析及對異常數據出現的原因的查找具有重要意義。傳統(tǒng)的數據記錄方式是隔時采樣或定時采樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數據而無法準確記錄其出現的時間;若采用單片機計時，一方面需要采用計數器，占用硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統(tǒng)可能不允許。但是，如果在系統(tǒng)中采用時鐘芯片DS1302，則能很好地解訣這個問題。3.6紅外電路本設計采用的是HC-SR501人體紅外感應模塊作為人走過的反饋輸入機制，當人進入其感應范圍該模塊則輸出高電平，通過一個PNP三極管可以將該信號輸入到單片機，參考電路如圖3.7所示。它具有兩種觸發(fā)方式：這兩種方式可跳線選擇1、不可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從高電平變成低電平；2、可重復觸發(fā)方式：即感應輸出高電平后，在延時時間段內，如果有人體在其感應范圍活動，其輸出將一直保持高電平，直到人離開后才延時將高電平變?yōu)榈碗娖?；輸出高電平信號是為了方便與各類電路實現對接。圖3.7紅外感應電路下面是它的一些功能介紹：1、全自動感應：如果有人走入其感應范圍則輸出電平，人離開感應范圍則自動延時關閉高電平，輸出低電平；2、光敏控制：可設置光敏控制，本設計設定白天時間段內或光線強時不感應；3、溫度補償：在夏天當環(huán)境溫度升高30～32℃，探測距離會變短一些，溫度補償可作一定的性能補償，但是本設計未涉及到這個功能；4、具有感應封鎖時間：感應模塊在每一次感應輸出后（高電平變成低電平），可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號。此功能可以實現“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產：同時此功能可有效抑制負載切換過程中產生的各種干擾；5、工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC4.5V-20V；6、微動耗：部態(tài)電流＜50微安，特別適合干電池供電的自動控制產品。3.7藍牙/下載器電路如下圖3.8所示，本設計采用的是BT06藍牙串口模塊，通過4PIN的排母連接，因為該單片機只有一路串口，所以這里通過一個撥碼開關來切換通信和下載。圖3.8藍牙/下載器電路BT06藍牙模塊是專為智能無線數據傳輸而打造，遵循V3.0

藍牙規(guī)范。本模塊支持UART接口，并支持SPP藍牙串口協(xié)議，具有成本低、體積小、功耗低、收發(fā)靈敏性高等優(yōu)點，只需配備少許的外圍元件就能實現其強大功能。BT06藍牙的優(yōu)點：使用藍牙V3.0+ED，大大提高了藍牙技術的數據傳輸速率，達到了2.1Mbps，是目前藍牙技術的三倍；藍牙Class2配置范圍在10米左右；內置PCB射頻天線；支持UART接口；電源配置為3.3V，如果和5V電平系統(tǒng)連接需要增加電平轉換芯片。缺點：藍牙信號受周圍影響很大，如樹木、金屬、墻體等障礙物會對藍牙信號有一定的吸收或屏蔽，不能將其安裝在金屬外殼之中。藍牙電路如圖3.9所示。BT06藍牙的應用領域：該模塊主要用于短距離的數據無線傳輸領域?？梢苑奖愕暮蚉C機的藍牙設備相連，也可以兩個模塊之間的數據互通。避免繁瑣的線纜連接，能直接替代串口線。圖3.9藍牙電路BT06物理特征如表3.3所示：表3.3BT06功能表操作頻帶

2.4GHz

-2.48GHz

unlicensed

ISM

band

藍牙規(guī)范

V2.1+EDR

輸出頻率類

Class

2

工作電壓

3.3V

主機接口

UART

尺寸

27mm

(L)

x

13

(W)

mm

x

2mm

(H)

狀態(tài)指示：用于指示藍牙模塊所處狀態(tài)，LED燈閃爍方式與藍牙模塊狀態(tài)對應見表3.4：表3.4藍牙模塊狀態(tài)表模式LED顯示模塊狀態(tài)從模式均勻慢速閃爍(800ms-on,800ms-off)等待配對長亮建立連接本設計通過手機應用商店搜索“藍牙串口”，下載“SPP藍牙串口”或“藍牙串口”APP，打開APP后，搜索連接“BT04-A”，輸入PIN碼“1234”即可鏈接，并通過手機發(fā)送指令格式為：*Ax#或*Bx#A/B表示路燈A/路燈B，x表示燈光等級，0~3有效，0表示關閉。發(fā)送命令格式“*MA#”切換為自動模式，“*MM#”切換為手動模式。3.8USB小燈電路該項目的小燈部分采用的是USB小燈，如圖3.8所示（本設計采用了兩個一樣的USB小燈）這種，5V供電，輸入電流為2.0A使用起來非常方便。板載的USB采用的是立式的，控制電路部分采用的是PNP的三極管，原因跟上述蜂鳴器的原因一樣，是為了避免單片機剛上電時候誤觸發(fā)。圖3.10USB小燈電路USB小燈作為本設計系統(tǒng)的光源裝備，它的亮度可以通過按鍵設定進行調節(jié)也可以觀察它在設定程序中做出的反映是否能達到預期的效果，進而檢驗設計的程序有無問題。3.9光敏采集電路該項目的采用的ADC型號是PCF8591T如圖3.9所示，通信方式為IC。本設計項目共設計了三個光敏電阻，其中兩個分別放置于USB小燈下方用于檢測對應的燈故障與否，另外一個光敏放置于板邊用于檢測環(huán)境光。只有光線正對著光敏電阻的上方投射才能使其產生較大變化值，只需將光敏電阻的位置垂直放于USB小燈下方即可。圖3.11光敏采集電路綜合上述各個電路圖，得到下面電路的總原理圖。硬件設計使用了9個小的電路模塊，從單片機的選擇→電源電路→顯示電路→按鍵和報警電路→時鐘電路→紅外電路→藍牙/下載器電路→USB小燈電路→光敏采集電路，各個模塊相互反饋使系統(tǒng)達到智能控制的目的。第四章軟件設計4.1軟件的總體設計系統(tǒng)的軟件設計，也就是系統(tǒng)功能的設計。在軟件設計中，通常把整個程序拆分成若千個程序模塊，分別進行編程、調試，形成一個完整的程序。4.2系統(tǒng)主程序的設計流程本系統(tǒng)的軟件功能主要是要完成控制系統(tǒng)各部分的初始化、實現各個功能子程序的調用、實際測量中各功能模塊的協(xié)調等工作。首先系統(tǒng)上電復位后，單片機的器件和端口進過初始化過程，向時鐘模塊DS1302發(fā)送請求，直到時鐘模塊DS1302回復數據才可更新時間、光照強度、工作模式等數據。然后判斷按鍵是否被按下。若系統(tǒng)感應到按鍵被按下，則可設置任意時間、光照強度、工作模式。在設置完成之后，再繼續(xù)向時鐘模塊DS1302發(fā)送請求，繼續(xù)進行程序循環(huán)。當時間、光照閥值被確定之后（20:00~7:00）：1、自動模式：在設定時間20:00~24:00內這兩個路燈同時點亮，24:00~7:00內，A路燈常亮，B路燈關閉，若紅外感應電路檢測到有人員或者物體通過，路燈B點亮并于10s后關閉。在非設定時間7:00~20:00內，光敏采集檢測電路檢測外界光線強度，如果光照強度低于所設定的光照閾值A、B路燈同時點亮。如果在任意時間段內小燈出現故障則會啟動報警電路。2、手動模式：按鍵控制USB小燈同時打開或者關閉。如出現故障，則會啟動報警電路。3、藍牙模式：通過手機連接藍牙發(fā)送指令格式為：*Ax#或*Bx#A/B表示路燈A/路燈B，x表示燈光等級，0~3有效，0表示關閉。發(fā)送命令格式“*MA#”切換為自動模式，“*MM#”切換為手動模式。按下按鍵？設置時間？按下按鍵？設置時間？設置時間系統(tǒng)初始化向DS1302發(fā)送請求更新時間數據回復數據Y開始NNA亮B10s后熄滅NA亮B10s后熄滅NYY有無人員經過？NY有無人員經過？NYNA亮B滅Y設置定時？NA亮B滅Y設置定時？A,B燈同時亮或滅自動識別時間設置定時A,B燈同時亮或滅自動識別時間設置定時Y自動模式自動模式？Y自動模式自動模式？NN按下開關？手動模式按下開關？手動模式YNYNA、BA、B關燈A、BA、B開燈圖4.1系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)的主程序模塊主要是為了完成控制系統(tǒng)各部分的初始化、實現各個功能子程序的調用、實際測量中各功能模塊的協(xié)調等工作。首先系統(tǒng)上電復位后，單片機的器件和端口會進行初始化的過程，向DS1302發(fā)送請求，直到DS1302回復數據才會更新時間數據。然后系統(tǒng)會判斷按鍵是否按下，如果系統(tǒng)感應到按鍵被按下，則可以設置實時時間。在設置完成之后，會繼續(xù)向DS1302發(fā)送請求，繼續(xù)程序循環(huán)。如果是設定定時時間，在自動模式下，已經寫好的程序會自動識別時間，進行分類運行程序。在20:00~24:00時間段內A、B兩燈會同時發(fā)光，在24:00~7:00時間段內A燈常亮B燈熄滅，如果路燈紅外感應系統(tǒng)感應附近有人員通過B燈會發(fā)光，10s后自動熄滅。在手動模式下，可以通過按下控制路燈開關按鍵，對路燈進行實時控制，同時打開或同時關閉。各個功能相互結合從而達到智能控制。使用手機藍牙控制系統(tǒng)程序流程圖如圖4.2:開始開始系統(tǒng)初始化打開藍牙模式手機連接藍牙發(fā)送指令*MA#*MM#*Ax#或*Bx#輸出信號圖4.2藍牙控制系統(tǒng)流程圖通過手機藍牙控制對系統(tǒng)進行操作，先給系統(tǒng)接上電源，系統(tǒng)初始化之后進入正常啟動界面，將藍牙裝置安裝到板子上，通過手機連接藍牙，調制好之后輸入指令系統(tǒng)就會做出相應的反應。4.3系統(tǒng)子程序的設計流程系統(tǒng)子程序LCD顯示系統(tǒng)流程圖如圖4.3所示：開始開始設置光標調用顯示子程序？初始化顯示位置和內容設置輸入方式結束數據處理參數顯示的地址顯示處理后的一位數據源NY圖4.3LCD顯示系統(tǒng)流程圖LCD1602顯示流程:編寫顯示屏的功能設置其輸入方式設置顯示方式通過按鍵修改顯示內容顯示程序開始時必須要進行初始化，否則模塊無法正常顯示，初始化LCD1602功能后，然后將指令功能和數據功能寫入LCD1602。再設置顯示位置。通過編譯程序來顯示年、月、日、時、分、秒、周。

第五章系統(tǒng)的實驗與調試5.1調試目的軟件測試是一項非常重要且復雜的工作，對于軟件的可靠性和保證性具有極其重要的意義，通過軟件測試可以發(fā)現軟件設計過程中的不足之處，以便更好地完善。本設計的主要設計目的是顯示模塊能正常顯示，并能通過按鍵控制來實現路燈工作模式為自動或手動的改變。5.2調試方法測試方法主要是針對本設計的功能模塊進行測試，看是否能夠正常使用，顯示是否出現亂碼，路燈是否按照預期結果亮滅等。5.2.1功能調試:本設計主要是針對于路燈亮度的控制和自動或手動轉換。在此對系統(tǒng)各部分功能，以及可靠性等方面進行測試。測試LCD1602的顯示：a.每次開關電源板子是否都進行初始化。圖5.1圖5.2開機自動顯示：“Welcome”字樣，然后顯示內容自動轉化為日期、周、外界光亮程度和系統(tǒng)模式。顯示如上圖5.1和圖5.2所示。b.通過按鍵改變系統(tǒng)模式為自動（A）或手動（M）。圖5.3圖5.4由上圖5.3和圖5.4可見顯示屏右下角字母“A”變成了“M”c.通過按鍵控制第一行顯示內容。如圖5.5顯示的是設定的外界光的感應強度。圖5.5如圖5.6設定的夜間時間段。圖5.6如圖5.7是設定的小燈的光照強度。圖5.7如圖5.8是日期顯示。圖5.8d.通過按鍵對各個顯示內容進行控制改變前如圖5.9和圖5.10所示：圖5.9圖5.10改變后如圖5.11和圖5.12所示：圖5.11圖5.12如上圖示改變了日期、周幾、小燈的亮度、系統(tǒng)的狀態(tài)。（L表示的是外界環(huán)境光亮程度，會自動變化）測試報警功能：先將系統(tǒng)調試成手動模式，在設定光照強度內，按下右鍵使A、B兩小燈同時打開，用手遮住光敏電阻使其接收不到小燈光照的信號（模擬路燈處于非工作狀態(tài)），觸發(fā)報警系統(tǒng)點亮紅燈，蜂鳴器發(fā)出“嘀~”的聲音，如圖5.13所示。此時將手移開，“嘀~”的聲音關閉，如圖5.14所示。圖5.13圖5.14（3）測試HC-SR501人體紅外感應模塊：先設定工作時間模擬夜間環(huán)境，在18:00~00:00時小燈A、B同時點亮，在00:00~6:00時A燈常亮，B燈通過人體感應系統(tǒng)來感應是否有人員通過，使B燈打開10s后熄滅。（a）18:00~00:00小燈發(fā)光如圖5.15所示:圖5.15如上圖所示小燈A和B同時發(fā)光。（b）00:00~6:00小燈發(fā)光如圖5.16所示:圖5.16沒有人員經過時:如圖5.16所示A燈常亮，B燈關閉。有人員經過時:如圖5.17A燈常亮，B燈亮10s后自動關閉。圖5.17（4）測試通過手機藍牙對系統(tǒng)的控制:先將板子調制成藍牙模式，打開手機藍牙連接，連接成功后，發(fā)送指令:指令1:“*MA#”指令發(fā)送完畢之后,系統(tǒng)會變?yōu)樽詣樱ˋ）狀態(tài)。如圖5.18所示。圖5.18指令2:“*MM#”指令發(fā)送完畢之后,數字“A”會變成“M”。如圖5.19所示。圖5.19指令3:“*A0#”指令內容為A燈亮度為0級，結果為A燈滅。如圖5.20所示。圖5.20指令4：輸入“*A2#”為A燈亮度為2級，結果為A燈2級亮。如圖5.21所示。圖5.21指令5:“*B0#”指令內容為B燈亮度為0級，結果為B燈滅。如圖5.22所示。圖5.22指令6:“*B2#”指令內容為B燈亮度為2級，結果為B燈2級亮。如圖5.23所示。圖5.23實驗表明：通過按鍵修改時間、模式、小燈的亮度、外界光感強度等和系統(tǒng)在自動模式下能夠成功運行程序還有通過藍牙控制修改這些內容，每次測試皆達到預期結果。總結與展望本文主要是針對校園照明系統(tǒng)的諸多不足與缺點，設計了基于單片機的校園智能照明系統(tǒng)，目的是提高校園燈光照明的利用率，減少校園電能消耗?；趩纹瑱C的校園智能照明系統(tǒng)的設計涉及到許多的知識內容，是一個綜合性的課題設計，并且十分具有設計和實用價值。本文在對系統(tǒng)各模塊的功能進行分析后，確定了用KeiluVision5軟件編寫程序，然后通過燒錄軟件將程序燒錄到主控芯片STC89C52上，完成對電源電路、LCD顯示屏、按鍵報警電路、時鐘電路、人體紅外感應電路、藍牙/下載電路、USB小燈控制電路、獨立按鍵、ADC光敏采集電路之間的配合，使它們在數據處理和功能上可以達到預定的功能。顯示電路模塊可以顯示實時的時間日期、外界光照強度、小燈的燈光設定等級、設定的夜間模擬時間和外界光的感應強度等。系統(tǒng)還可以設置定時區(qū)間，在定時范圍內，系統(tǒng)正常工作，在定時范圍外，系統(tǒng)不會開啟照明，這樣就避免了在白天開燈造成的能源浪費。本設計系統(tǒng)有自動模式與手動模式兩種模式，在自動模式下，紅外對管電路模塊可以測定在路燈的附近是否有人員通過，光線檢測電路模塊可以檢測外界的光照強度，從而對LED燈控制模塊發(fā)出信號，開啟不同數量的小燈，以保證校園照明的需求。最終可以實現校園智能照明的目的。由于個人能力和投入研究的時間比較倉促本設計還有許多可以完善的地方。1、人體感應模塊本設計不止能感應到人類，如果是其他類小動物經過也會觸發(fā)感應系統(tǒng)。板子的供電系統(tǒng)不夠完善，如果設定小燈亮度為3級的時候，LCD顯示屏的亮度會變暗。本設計在檢測LED小燈是否存在故障時，需在無外界光線干擾的情況下（在黑暗條件）才能正常運行，如果外界光照強度較高時，小燈故障檢測將會收到影響。由于本人的能力有限，做出的系統(tǒng)還存在著不少的問題。希望在以后有更多的人能夠參與到這個課題的研究中，最終做出更加完美的智能照明系統(tǒng)。參考文獻朱家義.C語言程序設計實例教程[M].北京：清華大學出版社.2009郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社.2018余永權.單片機原理及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社.1997李全利.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社.2014蔣明強,宗強,宋宇欽,余強國.智能路燈控制系統(tǒng)設計及應用[J].集成電路應用.2020（04）張偉,楊森林.基于單片機控制的智能路燈控制系統(tǒng)設計[J].現代電子技術.2018(14)徐萬彬,萬華.觸發(fā)開關電路的設計與應用[J].電子世界.2019(03)徐全林.基于藍牙控制的智能臺燈系統(tǒng)設計[J].科技創(chuàng)新與應用.2017(09)安雙利,錢銳,陸翔宇,陸園.基于單片機智能控制的路燈節(jié)能系統(tǒng)的研制[J].上海第二工業(yè)大學學報.2011(01)[10]周潤景，張麗娜，丁莉.基于PROTEUS的電路及單片機設計與仿真[M].北京：航空航天大學出版社.2009.[11]譚浩強.C程序設計[M].北京：清華大學出版社.2016.[12]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].北京：高等教育出版社.2015.[13]王為青,邱文勛.51單片機應用開發(fā)案例精選[M].北京：人民郵電出版社.2007.[14]張齊，朱寧西，畢盛.單片機原理與嵌入式系統(tǒng)設計--原理、應用、Proteus仿真、實驗設計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2011.[15]林吉海,于艷敏.電路及單片機設計仿真理論與探究[M].北京：中國水利水電出版社.2013.[16]張齊，朱寧西，畢盛.單片機原理與嵌入式系統(tǒng)設計--原理、應用、Proteus仿真、實驗設計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2011.[17]李學海.標準80C51單片機基礎教程原理篇[M].北京：北京航空航天大學出版社.2006.[18]李群芳.單片微型計算機與接口技術[M].北京：電子工業(yè)出版社.2005.[19]胡學海.單片機原理及應用系統(tǒng)設計[M].北京：電子工業(yè)出版社.2005.附錄A源程序代碼#define__MAIN_C#include<reg52.h>#include"main.h"http:////#define_SIMULATION_bitdispFlag=1;bitsetFlag=0;bitsendFlag=0;unsignedcharsetIndex=0;unsignedcharlightValue;unsignedcharlightValueA;unsignedcharlightValueB;unsignedcharlightLimit=40;unsignedchartimeLimit[4]={18,0,5,0};chardispMode=0;bitautoFlag=0;bitlampBDelay=0;bitlampAError=0;bitlampBError=0;bitlampASwitch;bitlampBSwitch;unsignedcharlampAPWM=3;unsignedcharlampBPWM=3;intcnt=0;unsignedinttime500us=0;unsignedchari=0;unsignedcharR_buf[4];voidmain(){//初始化lampASwitch=LAMP_OFF;lampBSwitch=LAMP_OFF;LCD_Init();DS1302_Init();#ifndef_SIMULATION_EEPROM52_Read();if(isNew==1){DS1302_WriteTime();}DS1302_ReadTime();EEPROM52_Init();#endif#if_TIMER0_STATUS_Timer0_Init();#endif#if_UART0_STATUS_UART0_Init();#endifDelayMs(20);//開機顯示LCD_DispStr(0,0,"Welcome!");DelayS(2);LCD_Clear();DS1302_ReadTime();DispNormal(setIndex);while(1){//LCD1602液晶顯示if(dispFlag==1&&setFlag==0){dispFlag=0;LampCtr();CheckLamp();DS1302_ReadTime();if(dispMode==DISP_NORMAL){DispNormal(setIndex);}elseif(dispMode==SET_TIME_LIMIT){DispSetLimit(setIndex);}elseif(dispMode==SET_LIGHT){DispSetLight(setIndex);}elseif(dispMode==CHECK_LIGHT){DispCheckLight(setIndex);}}//發(fā)送一次串口信息if(sendFlag==1){sendFlag=0;if(lampAError==1){sprintf(dispRow0,"A:%dEr",(int)lampAPWM);}else{sprintf(dispRow0,"A:%dOk",(int)lampAPWM);}if(lampBError==1){sprintf(dispRow1,"B:%dEr",(int)lampBPWM);}else{sprintf(dispRow1,"B:%dOk",(int)lampBPWM);}if(lampASwitch==LAMP_OFF){UART0_SendStr("C",1);}else{UART0_SendStr("O",1);}UART0_SendStr(dispRow0,8);if(lampBSwitch==LAMP_OFF){UART0_SendStr("C",1);}else{UART0_SendStr("O",1);}UART0_SendStr(disp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