1、 學(xué) 號： 畢業(yè)設(shè)計題 目 校園路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生姓名 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化1142班 學(xué) 號 系 （部） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師(職稱) 完成時間 論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門或者機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)?？梢赃m當復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。論文作者簽名：

2、年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔。 論文作者簽名： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目 校園路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 專業(yè) 電氣工程及其自動化 學(xué)號 姓名 主要內(nèi)容與相關(guān)技術(shù)：1 校園路燈智能控制系統(tǒng)的背景、意義與目的；2 利用AT89C51或其他單片機搭建智能控制系統(tǒng)；3 使用C語言搭

3、建軟件控制系統(tǒng)；4 路燈智能控制系統(tǒng)模型的驗證以及調(diào)試；基本要求1 控制系統(tǒng)能夠根據(jù)外界光自動控制燈的開關(guān)；2 路燈分3種模式控制：（1）模擬林蔭小道，此路段天黑后，若有人經(jīng)過，立即亮，人走后延遲10s后滅。（2）模擬重要路段，此路段的路燈常亮，天黑后亮，天明后滅。（3）模擬人少路段，此路段的路燈天黑啟動，到半夜12點后滅。主要參考文獻：1 楊梅,李文強. 新型智能路燈照明調(diào) 控系統(tǒng)J. 上海計量測試,2011,03:62-66+70.2 劉新宇,徐海潮,初秀民等. 道路照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 武漢理工大學(xué)學(xué)報,2011,10:69-72.3 葉宏.智能路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計J.城市建設(shè)

4、理論研究（電子版）,2013,(15).4 朱平哲. 基于AT89C52的LED智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J. 寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014,01:87-90.完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負責(zé)人簽名： 2015 年 月 日目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 校園路燈智能控制系統(tǒng)研究的背景及意義11.2 校園智能控制系統(tǒng)研究的內(nèi)容與目的31.2.1 研究內(nèi)容31.2.1 智能控制系統(tǒng)的研究目標32 校園路燈智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案42.1 系統(tǒng)方案設(shè)計總體框圖42.2 校園路燈控制系統(tǒng)中主要器件簡述42.2.1 STC89C52單片機42.2.2 校園路燈控制系統(tǒng)中的傳感

5、器63 校園路燈智能控制系統(tǒng)各模塊方案設(shè)計103.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)103.2 光敏模塊與LM393模塊103.3 人體感應(yīng)模塊設(shè)計113.4 控制系統(tǒng)繼電器驅(qū)動模塊124 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計144.1 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖144.2 C語言程序154.3 硬件電路的仿真165 系統(tǒng)硬件的調(diào)試175.1 程序的寫入175.2 硬件電路的調(diào)試175.3 系統(tǒng)原理圖18總結(jié)及展望19致 謝20參考文獻21附 錄23附錄1 系統(tǒng)c語言程序23附錄2 系統(tǒng)仿真圖26附錄3 系統(tǒng)原理圖28校園路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要隨著能源危機的問題逐漸突出和國家對節(jié)能減排的大力支持，路燈作為一

6、項大眾性的基礎(chǔ)設(shè)施也逐步被納入到節(jié)能改造當中，所以路燈的智能化也被提上了日程。本設(shè)計是采用以51單片機為控制中心，以光敏電阻、人體紅外傳感器、運算放大器和繼電器為感受與檢測裝置的智能路燈設(shè)計，利用光敏電阻與紅外傳感器采集信息來控制燈的明暗變化，同時模擬三種路況的場景對其分別控制，避免了統(tǒng)一控制的不靈活性和能源的浪費，單片機再根據(jù)接收到的信號做出相應(yīng)的指示信號。本文將先介紹單片機最小系統(tǒng)以及輸入輸出端口器件和各自的作用，再說明各個系統(tǒng)的作用以及如何反應(yīng)，仿真情況，然后介紹根據(jù)C語言的指令各部件系統(tǒng)的工作情況，最后說明調(diào)試結(jié)果。本系統(tǒng)作用對象是校園，由于校園地域的局限性，所以更應(yīng)該適合小區(qū)域管理，

7、多區(qū)域配合工作的形式以達到節(jié)能，經(jīng)濟的目的。所以本系統(tǒng)的功能主要有三個方面：對于行人較多的路段，采用的是天黑則亮，天亮則滅；對于行人較少的路段，采用的是天黑則亮，到12點時則滅；在林蔭小道及人很少的路段采用的是判斷人是否有人經(jīng)過，人來即亮，人走延時10秒即滅。三種方式分別控制，以達到分區(qū)域管理，高效率的工作特點。關(guān)鍵字 51單片機；智能路燈；光敏電阻；C語言DESIGN AND IMPLEMENTATION OF CAMPUSSTREET LAMPINTELLIGENT CONTROL SYSYTEMABSTRACTThe energy crisis becomes more and more

8、 obvious and the state with the strong support of energy-saving emission reduction, street lamps, as a public infrastructure is gradually being incorporated into the energy saving, so the intelligent street lamp has also been put on the agenda.This design is used with 51 single chip microcomputer as

9、 the control center, photosensitive resistance, human infrared sensor, an operational amplifier and a relay feelings and detection device of intelligent street lamp design, the use of photosensitive resistance and infrared sensors to collect information to control the light and shade change. At the

10、same time, the simulation three traffic scene to control and avoid the unified control of inflexibility and energy waste microcontroller and according to the received signal make corresponding indication signal.This article will first introduce the minimum system of the one chip computer and input a

11、nd output ports of the device and the respective role, to explain the role of each system and reaction, simulation, then introduces the according to the C language instruction system of each part. Finally, it explains the debugging results.The object of this system is the campus, because of the limi

12、tations of the campus, it should be suitable for small area management, multi regional cooperation in the form of energy saving, economic purpose.So the function of the system mainly has three aspects: for the more pedestrian road. when it is dark ,then light is bright, the dawn of destruction; for

13、less pedestrian road.when it is dark then light is bright, until 12 oclock is destroyed, when someone passed is bright, people walk delay 10s of destruction; adopted the sections in the shadows of the forest trails, and very few people judge whether someone passes by, people to light, people take th

14、e delay 10 seconds is destroyed.Three ways were separately controlled in order to achieve the partition domain management, the work features of the high efficiency.KEY WORDS 51 MCU,intelligent streetlight,photoresistor ,Clanguage1 緒論1.1 校園路燈智能控制系統(tǒng)研究的背景及意義隨著我國現(xiàn)代化的腳步加快，越來越多的高新科技隨之誕生，另一方面，能源問題卻一直困擾著我們，

15、而國際上對于能源危機的警報一直都沒有消除，所以唯有在實現(xiàn)高科技的同時兼顧節(jié)能才是維持可持續(xù)發(fā)展的正確選擇。而隨著電子科技的迅猛發(fā)展，依托于電子科技控制各方面的產(chǎn)品也應(yīng)運而生，已經(jīng)應(yīng)用于實際生活當中，比如全自動洗衣機，全自動烘焙機，智能電磁爐等等，他們雖然都只是作用于各個方面，但是都有一個共同的特點，就像人類的身體，統(tǒng)一都由大腦控制活動，它們也都一樣，內(nèi)部的控制都是利用單片機為中央控制中心，在以單片機為控制中心的周圍是受控器件，比如洗衣機就是電動機，烘焙機是電熱絲等，它們與普通的機械相比擁有智能，實用、安全、更加方便節(jié)能的特點。因此，在這種大的有利于電子器件更新發(fā)展的背景下，以及有限的人均資源的

16、情況下，在校園路燈廣為詬病的今天，是時候采取一些必要的措施來改變這種現(xiàn)狀了。眾所周知，校園是一個人口密集，校園路燈必不可少，但是學(xué)校資源有限，并且在原始的路燈安裝條件下，路燈造成極大的資源和經(jīng)濟浪費，現(xiàn)有的校園路燈大都是采用兩種方式，據(jù)了解與調(diào)查，第一種是以人工的方式進行斷開與閉合；第二種方式是以光控方式進行控制，這種方式占到絕大多數(shù)。但是第一種方式存在太大的人為因素，或不能及時關(guān)斷，或不能及時開啟，極其不靈活，而且安全性不高，容易造成事故。第二種方式雖然不用人為參與，但也較不靈活，首先對于林蔭小道，夜晚基本沒人經(jīng)過的路段，一整夜的燈白白的亮著，造成了極大的資源浪費。所以改進路燈的控制系統(tǒng)，實

17、現(xiàn)智能化控制很有必要被提上日程，亟待解決。對校園路燈的智能控制，國內(nèi)外已經(jīng)開始采用，但對校園路燈的控制，尤其是我國校園路燈的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大、中專院校不斷擴招，校園的用電負荷不斷加大，校園用電管理不善，造成學(xué)校電能浪費，經(jīng)濟損失，這種的浪費與當今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展。例如摟道燈光的自動控制等等。所有這些使得校園路燈控制也應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。所以說，開發(fā)簡便，實用的校園路燈自動控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。 我國政府極其重視節(jié)約和節(jié)能。1997年11月1日我國頒布

18、了中華人民共和國節(jié)約能源法，節(jié)能已經(jīng)是法律上的規(guī)定，節(jié)能減排是我國重要國策之一。北京2008年奧運場館建設(shè)，在“科技奧運，人文奧運，綠色奧運”三大理念的基礎(chǔ)上，又提出“勤儉辦奧運”的方針，充分體現(xiàn)政府節(jié)能，節(jié)約的決心！國家發(fā)改委提出了“電機系統(tǒng)節(jié)能工程”、“建筑節(jié)能工程”、“綠色照明工程”等十大重點節(jié)能工程，通過這十大工程，“十一五”期間將實現(xiàn)節(jié)約2.4億噸標準煤的目標。2006年1月將實行國家建設(shè)部頒布的“民用建筑節(jié)能管理規(guī)定”，2005年7月1日開始實施的“公共建筑節(jié)能設(shè)計標準”GB501892005要求全年的總能耗（采暖，通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)和照明）減少50%。廣大電氣技術(shù)工作者只有認認真真研

19、究節(jié)約電能的理論和技術(shù)，開發(fā)出優(yōu)良的節(jié)電產(chǎn)品并應(yīng)用于實際，才能從根本上貫徹國家規(guī)定的各項節(jié)能法規(guī)，造福于社會。照明節(jié)能意義重大，我國照明耗電大體占全國總發(fā)電量10%12%，據(jù)資料報道，目前城市照明（指景觀照明和功能照明的統(tǒng)稱），年用電量約占全國總發(fā)電量的4%5%。照明節(jié)能主要從三個方面入手：選用高效節(jié)能的電光源和燈具；選用高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；配置適宜，先進照明控制裝置。目前我國城市公共照明每年開支達數(shù)百億元。應(yīng)積極推廣采用國際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)：即智能光源降壓穩(wěn)壓調(diào)光技術(shù)。它的技術(shù)思想為：在繁忙時段，控制路燈保持較強的照度，午夜時分，自動調(diào)光；后半夜車稀人少時，

20、控制路燈保持較低的照度的照明。在美國、德國此類技術(shù)得到了政府大力扶持和推廣，節(jié)電率高于30%。我國已有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的這方面技術(shù)產(chǎn)品如哈工大樓宇自動化研究所研制的“金鹵燈調(diào)壓調(diào)光系統(tǒng)”，在城市道路照明應(yīng)用中運行效果優(yōu)良1。雖然我國能源總儲量很高，但由于我國人口眾多，所以人均儲量很少，單位產(chǎn)值的能耗是發(fā)達國家的3-9倍。能源問題已成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵性問題。從環(huán)境和自然資源角度出發(fā)，能源問題也是我國長期可持續(xù)發(fā)展 戰(zhàn)略中一個關(guān)鍵因素。此外，能源問題不僅關(guān)系經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境生態(tài)，在特定情況下還會對社會穩(wěn)定有很大影響。鑒于能源問題的重要性，我國在綠色照明工程新聞發(fā)布，綠色照明工程未來五年問

21、將在公用設(shè)旅、 賓館、商廈、居民住所等全國建筑物中推廣1.5億只節(jié)能燈，節(jié)約用電290億度。上海、河北等一些地方采取政府對節(jié)能燈大宗采購每只補貼3 至4元的方式進行推廣。從普通白熾燈到高效節(jié)能燈，使我國的電光源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐步向節(jié)電型轉(zhuǎn)2。目前，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源短缺問題日益尖銳，已經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟發(fā)展的巨大阻力，尤其現(xiàn)今越來越倡導(dǎo)低碳生活，節(jié)約能源已經(jīng)成為一種全球共同認識，而作為培養(yǎng)社會精英的高校更應(yīng)該起到榜樣的作用。但是目前在校園內(nèi)，校園夜晚燈火通明，但是燈下卻沒有一個人，這不僅造成了嚴重的資源浪費。本文所研究的校園路燈控制系統(tǒng)就可以很好地實現(xiàn)節(jié)約能源的作用3。1.2 校園智能控制系統(tǒng)

22、研究的內(nèi)容與目的1.2.1 研究內(nèi)容隨著電子器件的智能化越來越快，其內(nèi)部的智能控制芯片功能也越來強，本系統(tǒng)是以單片機STC89C51為控制中心，檢測裝置為光敏電、體紅外熱釋電傳感器的智能控制系統(tǒng)，控制部分是以低壓直流電5V作為電源，通過控制繼電器來控制路燈的通斷，當硬件部分搭建合理正確后，本系統(tǒng)以keil軟件編寫C語言程序來實現(xiàn)各功能，當總體設(shè)計好之后在進行調(diào)試，最終確定所研究的方案及設(shè)計。1.2.1 智能控制系統(tǒng)的研究目標對于當前校園路燈情況有較深的了解之后，分析了校園路燈具體需要實現(xiàn)的功能，然后設(shè)計出對應(yīng)的電路圖以及仿真圖，基于此，再來開展其硬件和軟件部分。研究的校園智能控制系統(tǒng)能基于現(xiàn)有

23、的校園控制系統(tǒng)而改造，成本低，因此能實現(xiàn)校園照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率；實現(xiàn)自動化控制，同時兼顧節(jié)能安全的思想，通過不斷的改進，最終達到可靠性、安全性、自動性的目標4。2 校園路燈智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計總體框圖系統(tǒng)控制單元是以單片機模塊為控制核心，其它外圍電路主要包括：硬件時鐘模塊、系統(tǒng)供電模塊、環(huán)境光模塊、人體存在傳感器模塊、復(fù)位模塊、繼電器外圍模塊，設(shè)計的系統(tǒng)總框圖如圖2-1所示。單片機LED指示模塊復(fù)位電路光敏模塊人體感應(yīng)模塊繼電器模塊晶振電路外圍電路模塊圖2-1 校園路燈控制系統(tǒng)總體框圖復(fù)位電路由10uF與10K電阻構(gòu)成，目的是當單片機出現(xiàn)錯誤時恢復(fù)

24、到初始狀態(tài)；LED指示模塊是顯示各檢測及檢測模塊的工作狀態(tài)；繼電器模塊是通過繼電器來模擬控制三個區(qū)域的路燈，在檢測模塊中，光敏模塊的優(yōu)先級高于人體感應(yīng)模塊，當光敏模塊檢測到天黑之后，人體感應(yīng)模塊檢測到人通過時，路燈才發(fā)光。且光敏模塊中的光敏電阻應(yīng)安裝在路燈的上方，不受路燈燈光的影響。2.2 校園路燈控制系統(tǒng)中主要器件簡述2.2.1 STC89C52單片機STC89C52單片機引腳圖如圖2-2所示。各管腳的作用及功能：腳1-8：P1口輸入輸出口，用于與外界通信，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)

25、部上拉的緣故。同時在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。圖2-2 STC89C52引腳圖腳9：為復(fù)位端，高電平有效。寬度在24個時鐘周期以上，使單片機復(fù)位。腳10-17：為P3輸入輸出口，P3.0/RXD為串行輸入口，P3.1/TXD為串行輸出口，P3.2 /INT0為外部中斷0，P3.3 /INT1為外部中斷1，P3.4 T0為記時器0外部輸入，P3.5/T1為記時器1外部輸入口，P3.6 /WR為外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通，P3.7 /RD為外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通，另外P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。腳20：此管腳為電源接地公共端。腳21-28：這一系列的管腳為P2輸

26、入輸出口， P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。腳29：片外ROM選通信號，低電平有效。腳30：地址鎖存信號輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。腳31：內(nèi)/外部ROM選擇端。腳32-39：為P0輸入

27、輸出口。腳40：為電源電壓端口，接+5V直流電源5。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用了MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具有的功能。在單塊芯片上，具有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中

28、斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），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?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)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。AT89C52的最高工作頻率35MHz，另外有6T/12T可選。同時對比AT89C52單片機程序可以發(fā)現(xiàn)，STC89C52所具有的大多數(shù)功能，AT89C52不能實現(xiàn)，比如：（1）STC單片機執(zhí)行指令的速度大約是AT的2-30倍，另外在對時序有嚴格要求的模塊中，使用S

29、TC89C52要延時加長，以免出現(xiàn)不必要的錯誤。 （2）在調(diào)試過程中，頻繁的插拔單片機是對單片機巨大的傷害，最主要的傷害表現(xiàn)在引腳上面，此方面STC表現(xiàn)得很優(yōu)異，STC單片機支持在線寫入，只需要利用USB轉(zhuǎn)串口就能輸入在線程序，不需要拔出單片機。（3）STC的工作電壓是3-5V，而AT單片機低于4.5V時就不能工作了，這對于穩(wěn)壓方面的要求甚高，所以STC對環(huán)境要求較低。2.2.2 校園路燈控制系統(tǒng)中的傳感器2.2.2.1 光敏電阻其主要原理如下：光敏電阻又稱光敏電阻器或光導(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

30、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，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。工作原理如下：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。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

31、兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線照射時，電流就會隨光強的增大而變大，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6。2.2.2.2 人體紅外傳感器HC-SR501HC-SR501是一種高靈敏度，自動延時的人體紅外傳感器，利用熱釋電效應(yīng)來檢測人體所發(fā)出的的紅外輻射，其特點主要有：（1）全自動感應(yīng)：當檢測到人體紅外后輸出高電平，當人體紅外線消失之后自動延時并且輸出低電平。（2）具有感應(yīng)封鎖時間(默認設(shè)置：0.2秒)：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)輸出后(高電平變?yōu)榈碗娖?，可以緊跟著

32、設(shè)置一個封鎖時間，在此時間段內(nèi)感應(yīng)器不接收任何感應(yīng)信號。此功能可以實現(xiàn)(感應(yīng)輸出時間和封鎖時間)兩者的間隔工作，可應(yīng)用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。（3）兩種觸發(fā)方式：a.不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，延時時間段一結(jié)束，輸出將自動從低電平變?yōu)楦唠娖?；b.可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出低電平后，在延時時間段，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動，低電平將一直被保持，直到人離開后至延時結(jié)束，低電平就變成高電平，另外，如果當?shù)谝粋€延時還沒結(jié)束時，又檢測到紅外線則重新執(zhí)行剛開始的程序，知道在規(guī)定的時間內(nèi)沒有檢測到紅外線為止。HC-SR501的實物圖如圖2-3所示。圖2-

33、3 HC-SR501實物圖2.2.2.3 LM393電壓比較器LM393 是雙電壓比較器集成電路。輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的值所限制.當達到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。其電路圖如圖2-4所示。圖2-4 LM393原理圖LM393主要特點如下：工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：236V，雙電源:118V；消耗電流小，Icc=0.8mA；輸入失調(diào)電壓小，VIO=2mV；共模輸入電壓范

34、圍寬，Vic=0Vcc-1.5V；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門。LM393是高增益,寬頻帶的器件，像絕大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生電壓振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，并且電源加旁路濾波并不能克服這個問題，減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換，使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩。除非利用滯后,否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩,如果輸入信號是脈沖波形,并且上升和下降時間相當快,這個時候滯回也

35、就不需要了。 比較器的所有沒有用的引腳必須接地。LM393偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 2.030V無關(guān)。 通常電源不需要加旁路電容，差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件。保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3V。LM393的輸出部分是集電極開路,發(fā)射極接地的 NPN輸出晶體管,可以用多集電極輸出提供或功能。輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上,不受 Vcc端電壓值的限制。此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當不用負載電阻沒被運用),輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的值所限制。當達到極限電流(16mA)時,輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸

36、出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的SAT限制。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV)允許輸出位在低電平。3 校園路燈智能控制系統(tǒng)各模塊方案設(shè)計3.1 STC89C52單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示。圖3-1 控制系統(tǒng)STC89C52單片機最小系統(tǒng)STC89C52單片機的時鐘信號通常有兩種方式：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘。在單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體震蕩器，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5-30pF，典型值為30pF，此系統(tǒng)采用12MHZ晶振

37、，按鍵采用彈出式按鍵，并聯(lián)10uF電解電容，當系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤或斷電不能回復(fù)時，按下按鍵是RST輸出高電平，則單片機就可以恢復(fù)到初始狀態(tài)，單片機采用5V直流電源供電，31端口接高電平說明單片機從內(nèi)部ROM開始執(zhí)行程序，晶振電路為單片機提供時鐘信號7。3.2 光敏模塊與LM393模塊光敏電阻是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，由前面介紹光敏電阻器件可知，若是能檢測到光敏電阻電阻值的變化就能利用其產(chǎn)生的信號，然后傳輸給單片機處理。其模塊圖如圖3-2所示。圖3-2 光敏電阻模塊與LM393模塊本設(shè)計的原理是利用光敏電阻的阻值變化與R5電阻進行并聯(lián)分壓，將得到的電壓值由LM393端口3輸入，然后進行比較，通過1

38、0K可調(diào)電阻可以實現(xiàn)光線限值的調(diào)節(jié)，感受光線是否過弱，然后由端口1輸出給單片機，單片機再根據(jù)編寫的程序處理。LED1是光敏電阻是否工作的指示燈，當天黑時光敏電阻阻值增大，在LED1兩端形成一個電壓，使LED1點亮。LM393的工作原理是：當+輸入端高于-輸入端的電壓時，OUT輸出端輸出高電平；當 - 輸入端高于 + 輸入端的電壓時，OUT輸出端輸出低電平。利用這個原理將原理圖如上接法就構(gòu)成了一個可調(diào)的光敏輸入輸出可控制單元。3.3 人體感應(yīng)模塊設(shè)計校園路燈智能控制系統(tǒng)的人體感應(yīng)模塊的原理圖如圖3-3所示。人體的體溫一般都是恒定在37度左右，所以會發(fā)出特定在10uM左右的紅外線，紅外探測器上的紅

39、外探頭就靠探測人體發(fā)射的10uM左右的紅外波長工作的，當有人經(jīng)過時，10uM的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚焦在紅外感應(yīng)源上，其感應(yīng)裝置采用熱釋電元件，熱釋電元件在接收到紅外輻射后溫度發(fā)生變化失去電荷平衡，向外釋放電荷，整個模塊共同實現(xiàn)輸出高低電平信號。這樣既避免了不必要的干擾，也能夠做到精準的測出判斷。圖3-3 人體感應(yīng)模塊這樣設(shè)計的優(yōu)點是：（1）利用HC-SR501能實現(xiàn)自動延時，這為單片機節(jié)約了很大的資源空間，減少執(zhí)行時間。（2）利用HC-SR501其智能感應(yīng)人體紅外輻射的優(yōu)點，避免了很多干擾，例如其他熱源，不受環(huán)境的干擾，提高了其適應(yīng)性。（3）利用菲尼爾透鏡能夠很好的聚焦來自各個方向的

40、熱源，避免了單一方向不能感受的問題。3.4 控制系統(tǒng)繼電器驅(qū)動模塊本系統(tǒng)的主要內(nèi)容就是控制三個電磁繼電器，控制燈亮的方式就是直接控制繼電器工作方式，繼電器如圖3-4所示。本設(shè)計所模擬的是三個不同環(huán)境的場所，所以需要三個繼電器模塊。繼電器的實質(zhì)是利用弱點來控制強電，如圖3-4所示繼電器當單片機端口輸出為高電平時，三極管滿足放大條件，三極管導(dǎo)通，并起到了電流放大作用，大電流作用于繼電器線圈，由電磁感應(yīng)定律，線圈會產(chǎn)生磁場，于是磁場就吸附銜鐵運動，繼電器的外端口是個三端口，一腳為公共端，而其中一端為常閉腳，另一腳為常開腳，本次設(shè)計全部接到常閉觸點上，而LED3為繼電器指示燈，當通過電壓時，會在LED

41、3路產(chǎn)生電流，LED3亮，達到與繼電器同步的目的。繼電器外電路接220V交流電壓，并且外接節(jié)能LED燈作為路燈的模擬燈。由于此處電源的限制，為了方便，選擇高亮度LED燈作為模擬路燈8-10。圖3-4 繼電器原理圖4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖在初步定下課題對其充分了解后，先是初步定下流程圖，然后修改，編寫，最終確定下程序的準確流程圖，如圖4-1、4-2、4-3所示。光線是否過弱繼電器吸合繼電器斷開是否檢測到人體延時10s是否檢測到人體開始系統(tǒng)初始化NYYNNY圖4-1 模擬林蔭小道路燈流程圖光線是否過弱系統(tǒng)初始化開始N繼電器斷開繼電器吸合Y圖4-2 模擬繁忙街道路燈程序流程圖

42、系統(tǒng)初始化開始光線是否過弱N繼電器吸合Y延時5h繼電器斷開圖4-3 模擬行人較少街道程序流程圖如圖4-1、4-2、4-3所示，對于系統(tǒng)中的三種情況都是有單獨的繼電器控制，互不影響，即使當一個繼電器損壞，也不會影響到另外幾個繼電器，這使得本系統(tǒng)較其它系統(tǒng)更加靈活，更加經(jīng)濟高效，由于現(xiàn)場示范的局限性，模擬行人較少中燈滅之后檢測到行人的時間由5小時設(shè)置成10s，以便于觀察調(diào)試的正確性11-15。4.2 C語言程序本系統(tǒng)是用C語言程序進行編寫，利用Keil軟件生成hex文件，然后寫入單片機。其完整程序如附錄1。4.3 硬件電路的仿真先在紙上將硬件電路設(shè)計好，然后用protues軟件將硬件電路圖畫出來，

43、如附錄2所示16。仿真圖中，由于繼電器的限制，其中在P1.1與P1.2口處使用LED代替繼電器，燈亮說明有電流流過，只要將其換為繼電器模塊，接上220V LED外接燈就能達到目的，另外，電阻模塊和人體感應(yīng)模塊都使用普通開關(guān)代替。仿真圖接好后，將Keil生成的hex文件導(dǎo)入到單片機中，經(jīng)過再三的調(diào)試，找出問題，改正問題，最終達到理想的結(jié)果。其中仿真結(jié)果中，D1當光強開關(guān)閉合時，D1，D4亮，隨后閉合人體模塊開關(guān)，燈D2亮，10s后，D4滅，當將光敏電阻開關(guān)斷開后，D2，D1全滅，達到預(yù)期效果17。5 系統(tǒng)硬件的調(diào)試5.1 程序的寫入程序就是單片機的“靈魂”，只有寫入正確的程序，單片機才能安裝預(yù)定

44、的路線執(zhí)行程序，本設(shè)計利用開發(fā)板，將單片機放入開發(fā)板的USB轉(zhuǎn)串口處，然后打開寫入軟件，將生成的hex文件寫入到單片機中，在調(diào)試過程中，由于剛開始沒有注意到STC系列的單片機寫入程序的時候需要重新上電，導(dǎo)致程序?qū)懭脲e誤，而后，經(jīng)過查閱資料了解到，STC單片機在剛開機時首先去檢查有無程序?qū)懭?，如果有就?zhí)行寫入程序，如果沒有就執(zhí)行單片機內(nèi)部程序。明白了這一點，一切寫入問題就解決了。效果圖如圖5-1所示。圖5-1 程序?qū)懭氤晒D5.2 硬件電路的調(diào)試程序確定準確無誤后，硬件也焊接好，但是在剛開始的時候，居然沒有一點反應(yīng)，然后又對硬件電路經(jīng)行檢查，發(fā)現(xiàn)有連接錯誤，之后經(jīng)過數(shù)次的調(diào)整修改，最終調(diào)試成功，

45、成功實現(xiàn)所有功能，實物圖如圖5-2所示。圖5-2 實物圖其中燈1當天黑時，并且有人經(jīng)過時，燈1亮，行人走之后燈延時10秒滅；燈2隨著天黑而亮，天亮而滅；燈3當天黑時亮并延時5小時滅，此處為了演示方便，設(shè)定延時時長為10秒。5.3 系統(tǒng)原理圖在前期的仿真圖完成的條件下，然后就在Altium Designer繪制好原理圖，原理圖如附錄3所示。總結(jié)及展望在本次設(shè)計中我收獲頗多，從最開始的毫無頭緒到最后的成功，一切都是在一個個難題中度過，當解決完一個問題時另一個問題又接踵為止，另一方面也折射出我對于單片機的知識薄弱，在寫程序過程中，出現(xiàn)的錯誤有時候不知道在哪個地方，只能憑著感覺修改，但是效果可想而知，

46、之后我改變策略，經(jīng)過查閱大量的C語言資料后，我漸漸對C語言在單片機的應(yīng)用有了初步的了解，然后通過實踐，終于一次次將程序方面的問題攻克。硬件焊接方面，由于烙鐵的緣故，幾次焊接都出現(xiàn)異常，將不能相連的兩個管腳連接在一起，電阻焊接錯誤，但是在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)錯誤都改正過來了。在軟件方面，雖然在以前學(xué)習(xí)過仿真軟件Protues、C語言編寫軟件Keil和原理圖畫圖軟件Altium Designer，通過看視頻，查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)的過程中，漸漸地對它們熟悉起來。本次的設(shè)計只是模擬了三種情況，而沒有故障自動檢測功能，故障檢測功能就是在哪路燈故障時自動根據(jù)地址編碼顯示出故障地，并發(fā)出報警聲，提示修理，這樣既能避免

47、很多不必要的事故，又能及時的修理，帶給人們很大的便捷。第二，采用局域網(wǎng)實現(xiàn)無線控制，將所有的路燈組成一片無線局域網(wǎng)，以目前比較大眾的客戶端智能手機作為終端，實現(xiàn)對路燈的無線實時控制，以此能帶給人們最快捷，最節(jié)能的安全校園路燈系統(tǒng)。第三，以路燈的燈桿為依托制定實時的監(jiān)控系統(tǒng)，安裝監(jiān)控攝像頭，一方面可以實時遠程監(jiān)控路燈，另一方面，可以形成全面而強大的校園智能監(jiān)控系統(tǒng)，這樣也打造了只能的安防系統(tǒng)，為學(xué)生保駕護航。路燈，從愛迪生發(fā)明燈泡的那一天起就已經(jīng)出現(xiàn)在人們的視野當中，到今天，隨著時代的變遷，科技的發(fā)展，路燈也應(yīng)該被植入更多更加現(xiàn)今的高科技，以形成智能的路燈照明兼安防系統(tǒng)。但是這也許未能如愿，在許

48、多的校園里面依然使用的是陳舊而耗電量大的路燈控制“系統(tǒng)”，這也是我如今實現(xiàn)智能路燈的意義所在。路燈固然是耗電量大的單位，但是通過改進，人性化的設(shè)計，外加當今的節(jié)能高亮度LED路燈代替大面積使用的高壓路燈，是能夠?qū)崿F(xiàn)低耗量，快捷方便和智能的路燈系統(tǒng)18-23。致 謝本次設(shè)計讓我收獲很多，首先感謝的是指導(dǎo)我的老師，在設(shè)計過程中，老師對我的設(shè)計方向，設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計思想提出了寶貴的建議和指導(dǎo)，在設(shè)計思想中也給了我很大的啟發(fā)，其次要感謝我的室友兩位同學(xué)，是他們幫助我修改編譯程序、提出大致的思路、解決電路中出現(xiàn)的問題，在我錯誤的地方能夠及時的指點出來；然后還要感謝我的好友蔣攀登，在第三個功能總是不能實現(xiàn)的

49、時候，他來幫助我編寫修改程序，然后實現(xiàn)功能。在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，我學(xué)到了很多實用且有意義的東西，獲得了豐富的知識，極大的提高了自己的動手能力，也對目前電子單片機有了更加深刻的理解，這其中得到了同學(xué)以及指導(dǎo)老師的幫助。另外還要感謝的是我的任課老師和其他指導(dǎo)老師，是他們傳授給我知識和實踐操作技能，在設(shè)計過程中，每每又不會的知識點時總能想到打開教科書來學(xué)習(xí)其中的知識點，從而慢慢拾起以前老師交給我的專業(yè)知識。在此也不能一一列出，我對他們表示深深的感激之情。參考文獻1 楊超,單亮.智能路燈的設(shè)計與研究J.雞西大學(xué)學(xué)報,2010(3):65-66.2 劉蘇敏,智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究D,武漢理工大學(xué),2

50、007.3 歐敏輝.城市智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計.湖南:湖南城市學(xué)院,2013.4 李健,蔣全勝,任靈芝.智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J.工業(yè)控制計算機,2010(6):110-112.5 李林功.單片機原理與應(yīng)用M.北京:科學(xué)出版社,2013(2):1-90.6 梁森,歐陽三泰,王侃夫.自動檢測技術(shù)及應(yīng)用M北京:機械工業(yè)出版社,2014:222-244.7 吳慧峰,楊雙,李云.模擬路燈智能控制系統(tǒng)的設(shè)計J.科技信息,2010,16:72.8 劉新宇,徐海潮,初秀民等.道路照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.武漢理工大學(xué)學(xué)報,2011,10:69-72.9 朱平哲.基于AT89C52的LED智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計J.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2014,01：87-90.10 程望斌,陳晉,鄒丹,黃奇卉等.智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)J.電子技術(shù),2013,11:11-13.11 周海.智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)研究D.武漢理工大學(xué),2009.12 姜凌,顧兵.智能路燈控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究J.城市建設(shè)理論研究,2013(32):20-25.13 王瑀.校園智能路燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)D.華東師范大學(xué),2011.1