校园路灯智能控制系统的设计与实现 - 图文

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毕业设计

题 目 校园路灯智能控制系统的设计与实现 学生姓名

专业班级 电气工程及其自动化1142班 学 号

系 （部） 电气信息工程学院 指导教师(职称) 完成时间

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毕业设计（论文）任务书

题目 校园路灯智能控制系统的设计与实现 专业 电气工程及其自动化 学号 姓名

主要内容与相关技术：

1 校园路灯智能控制系统的背景、意义与目的； 2 利用AT89C51或其他单片机搭建智能控制系统； 3 使用C语言搭建软件控制系统； 4 路灯智能控制系统模型的验证以及调试； 基本要求

1 控制系统能够根据外界光自动控制灯的开关； 2 路灯分3种模式控制：

（1）模拟林荫小道，此路段天黑后，若有人经过，立即亮，人走后延迟10s后灭。 （2）模拟重要路段，此路段的路灯常亮，天黑后亮，天明后灭。 （3）模拟人少路段，此路段的路灯天黑启动，到半夜12点后灭。 主要参考文献：

[1] 杨梅,李文强. 新型智能路灯照明调 控系统[J]. 上海计量测

试,2011,03:62-66+70.

[2] 刘新宇,徐海潮,初秀民等. 道路照明智能控制系统的设计与实现[J]. 武汉理工

大学学报,2011,10:69-72.

[3] 叶宏.智能路灯控制系统的设计[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(15). [4] 朱平哲. 基于AT89C52的LED智能路灯控制系统设计[J]. 宁波职业技术学院学

报,2014,01:87-90.

完 成 期 限： 指导教师签名： 专业负责人签名：

2015 年 月 日

校园路灯智能控制系统的设计与实现

目 录

摘 要 .................................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................................. II 1 绪论 ................................................................................................................................................... 1

1.1 校园路灯智能控制系统研究的背景及意义 ................................................. 1 1.2 校园智能控制系统研究的内容与目的 ............................................................ 3

1.2.1 研究内容 .................................................................................................................... 3 1.2.1 智能控制系统的研究目标 .................................................................................... 3

2 校园路灯智能控制系统的总体设计方案 .................................................................... 4

2.1 系统方案设计总体框图 ............................................................................................ 4 2.2 校园路灯控制系统中主要器件简述 ................................................................. 4

2.2.1 STC89C52单片机 ..................................................................................................... 4 2.2.2 校园路灯控制系统中的传感器 ........................................................................... 6

3 校园路灯智能控制系统各模块方案设计 .................................................................. 10

3.1 STC89C52单片机最小系统 ................................................................................... 10 3.2 光敏模块与LM393模块 .......................................................................................... 10 3.3 人体感应模块设计 .................................................................................................... 11 3.4 控制系统继电器驱动模块 .................................................................................... 12 4 控制系统的软件设计 ............................................................................................................ 14

4.1 系统程序设计流程图 ............................................................................................... 14 4.2 C语言程序...................................................................................................................... 15 4.3 硬件电路的仿真 .......................................................................................................... 16

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5 系统硬件的调试 ....................................................................................................................... 17

5.1 程序的写入 .................................................................................................................... 17 5.2 硬件电路的调试 .......................................................................................................... 17 5.3 系统原理图 .................................................................................................................... 18 总结及展望 ....................................................................................................................................... 19 致 谢 ................................................................................................................................................. 20 参考文献 ............................................................................................................................................ 20 附 录 ................................................................................................................................................. 22

附录1 系统c语言程序 ................................................................................................... 22 附录2 系统仿真图 .............................................................................................................. 26 附录3 系统原理图 .............................................................................................................. 27

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校园路灯智能控制系统的设计与实现

摘 要

随着能源危机的问题逐渐突出和国家对节能减排的大力支持，路灯作为一项大众性的基础设施也逐步被纳入到节能改造当中，所以路灯的智能化也被提上了日程。本设计是采用以51单片机为控制中心，以光敏电阻、人体红外传感器、运算放大器和继电器为感受与检测装置的智能路灯设计，利用光敏电阻与红外传感器采集信息来控制灯的明暗变化，同时模拟三种路况的场景对其分别控制，避免了统一控制的不灵活性和能源的浪费，单片机再根据接收到的信号做出相应的指示信号。本文将先介绍单片机最小系统以及输入输出端口器件和各自的作用，再说明各个系统的作用以及如何反应，仿真情况，然后介绍根据C语言的指令各部件系统的工作情况，最后说明调试结果。

本系统作用对象是校园，由于校园地域的局限性，所以更应该适合小区域管理，多区域配合工作的形式以达到节能，经济的目的。所以本系统的功能主要有三个方面：对于行人较多的路段，采用的是天黑则亮，天亮则灭；对于行人较少的路段，采用的是天黑则亮，到12点时则灭；在林荫小道及人很少的路段采用的是判断人是否有人经过，人来即亮，人走延时10秒即灭。三种方式分别控制，以达到分区域管理，高效率的工作特点。

关键字 51单片机；智能路灯；光敏电阻；C语言

I

校园路灯智能控制系统的设计与实现

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF CAMPUS

STREET LAMP INTELLIGENT

CONTROL SYSYTEM

ABSTRACT

The energy crisis becomes more and more 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 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 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 and 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 limitations 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;

II

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for less pedestrian road. when it is dark then light is bright,, until 12 o'clock 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 the 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 ,C language III

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1 绪论

1.1 校园路灯智能控制系统研究的背景及意义

随着我国现代化的脚步加快，越来越多的高新科技随之诞生，另一方面，能源问题却一直困扰着我们，而国际上对于能源危机的警报一直都没有消除，所以唯有在实现高科技的同时兼顾节能才是维持可持续发展的正确选择。而随着电子科技的迅猛发展，依托于电子科技控制各方面的产品也应运而生，已经应用于实际生活当中，比如全自动洗衣机，全自动烘焙机，智能电磁炉等等，他们虽然都只是作用于各个方面，但是都有一个共同的特点，就像人类的身体，统一都由大脑控制活动，它们也都一样，内部的控制都是利用单片机为中央控制中心，在以单片机为控制中心的周围是受控器件，比如洗衣机就是电动机，烘焙机是电热丝等，它们与普通的机械相比拥有智能，实用、安全、更加方便节能的特点。

因此，在这种大的有利于电子器件更新发展的背景下，以及有限的人均资源的情况下，在校园路灯广为诟病的今天，是时候采取一些必要的措施来改变这种现状了。

众所周知，校园是一个人口密集，校园路灯必不可少，但是学校资源有限，并且在原始的路灯安装条件下，路灯造成极大的资源和经济浪费，现有的校园路灯大都是采用两种方式，据了解与调查，第一种是以人工的方式进行断开与闭合；第二种方式是以光控方式进行控制，这种方式占到绝大多数。但是第一种方式存在太大的人为因素，或不能及时关断，或不能及时开启，极其不灵活，而且安全性不高，容易造成事故。第二种方式虽然不用人为参与，但也较不灵活，首先对于林荫小道，夜晚基本没人经过的路段，一整夜的灯白白的亮着，造成了极大的资源浪费。所以改进路灯的控制系统，实现智能化控制很有必要被提上日程，亟待解决。

对校园路灯的智能控制，国内外已经开始采用，但对校园路灯的控制，尤其是我国校园路灯的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，校园的用电负荷不断加大，校园用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如搂道灯光的自动控制等等。所有这些使得校园路灯控制也应该朝着智能的方向发展。所以说，开发简便，实用的校园路灯自动控制系统便具有重要的现实意义。

我国政府极其重视节约和节能。1997年11月1日我国颁布了《中华人民共和国

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节约能源法》，节能已经是法律上的规定，节能减排是我国重要国策之一。北京2008年奥运场馆建设，在“科技奥运，人文奥运，绿色奥运”三大理念的基础上，又提出“勤俭办奥运”的方针，充分体现政府节能，节约的决心！国家发改委提出了“电机系统节能工程”、“建筑节能工程”、“绿色照明工程”等十大重点节能工程，通过这十大工程，“十一五”期间将实现节约2.4亿吨标准煤的目标。2006年1月将实行国家建设部颁布的“民用建筑节能管理规定”，2005年7月1日开始实施的“公共建筑节能设计标准”GB50189—2005要求全年的总能耗（采暖，通风，空气调节和照明）减少50%。广大电气技术工作者只有认认真真研究节约电能的理论和技术，开发出优良的节电产品并应用于实际，才能从根本上贯彻国家规定的各项节能法规，造福于社会。

照明节能意义重大，我国照明耗电大体占全国总发电量10%～12%，据资料报道，目前城市照明（指景观照明和功能照明的统称），年用电量约占全国总发电量的4%～5%。照明节能主要从三个方面入手：选用高效节能的电光源和灯具；选用高品质电子镇流器或节能型电感镇流器；配置适宜，先进照明控制装置。目前我国城市公共照明每年开支达数百亿元。应积极推广采用国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术：即智能光源降压——稳压——调光技术。它的技术思想为：在繁忙时段，控制路灯保持较强的照度，午夜时分，自动调光；后半夜车稀人少时，控制路灯保持较低的照度的照明。在美国、德国此类技术得到了政府大力扶持和推广，节电率高于30%。我国已有独立自主知识产权的这方面技术产品如哈工大楼宇自动化研究所研制的“金卤灯调压调光系统”，在城市道路照明应用中运行效果优良[1]。

虽然我国能源总储量很高，但由于我国人口众多，所以人均储量很少，单位产值的能耗是发达国家的3-9倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键性问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展 战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、 宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节约用电290亿度。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3 至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源产品结构逐步向节电型转[2]。

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目前，随着经济的快速发展，能源短缺问题日益尖锐，已经成为一个国家经济发展的巨大阻力，尤其现今越来越倡导低碳生活，节约能源已经成为一种全球共同认识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，校园夜晚灯火通明，但是灯下却没有一个人，这不仅造成了严重的资源浪费。本文所研究的校园路灯控制系统就可以很好地实现节约能源的作用[3]。

1.2 校园智能控制系统研究的内容与目的

1.2.1 研究内容

随着电子器件的智能化越来越快，其内部的智能控制芯片功能也越来强，本系统是以单片机STC89C51为控制中心，检测装置为光敏电、体红外热释电传感器的智能控制系统，控制部分是以低压直流电5V作为电源，通过控制继电器来控制路灯的通断，当硬件部分搭建合理正确后，本系统以keil软件编写C语言程序来实现各功能，当总体设计好之后在进行调试，最终确定所研究的方案及设计。

1.2.1 智能控制系统的研究目标

对于当前校园路灯情况有较深的了解之后，分析了校园路灯具体需要实现的功能，然后设计出对应的电路图以及仿真图，基于此，再来开展其硬件和软件部分。研究的校园智能控制系统能基于现有的校园控制系统而改造，成本低，因此能实现校园照明系统的人性化智能管理，提高用电效率；实现自动化控制，同时兼顾节能安全的思想，通过不断的改进，最终达到可靠性、安全性、自动性的目标[4]。

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2 校园路灯智能控制系统的总体设计方案

2.1 系统方案设计总体框图

系统控制单元是以单片机模块为控制核心，其它外围电路主要包括：硬件时钟模块、系统供电模块、环境光模块、人体存在传感器模块、复位模块、继电器外围模块，设计的系统总框图如图2-1所示。

晶振电路 人体感应模块 复位电路 单 片 机 LED指示模块 光敏模块 继电器模块

外围电路模块 图2-1 校园路灯控制系统总体框图

复位电路由10uF与10K电阻构成，目的是当单片机出现错误时恢复到初始状态；LED指示模块是显示各检测及检测模块的工作状态；继电器模块是通过继电器来模拟控制三个区域的路灯，在检测模块中，光敏模块的优先级高于人体感应模块，当光敏模块检测到天黑之后，人体感应模块检测到人通过时，路灯才发光。且光敏模块中的光敏电阻应安装在路灯的上方，不受路灯灯光的影响。

2.2 校园路灯控制系统中主要器件简述

2.2.1 STC89C52单片机

STC89C52单片机引脚图如图2-2所示。 各管脚的作用及功能：

脚1-8：P1口输入输出口，用于与外界通信，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。同时在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

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校园路灯智能控制系统的设计与实现 T2/P1.0T2EX/P1.1P1.2P1.3P1.41 402 393 38VCCP0.0/AD0P0.1/AD14 375 366 35P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5STC89C52RCP1.5P1.6P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2INT1/P3.37 348 339 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21P036/AD6P0.7/AD7EAALE/PROGPSENP207/A15P206/A14T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.7P205/A13P2.4/A12P2.3/A11XTAL2XTAL1P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8VSS 图2-2 STC89C52引脚图

脚9：为复位端，高电平有效。宽度在24个时钟周期以上，使单片机复位。 脚10-17：为P3输入输出口，P3.0/RXD为串行输入口，P3.1/TXD为串行输出口，P3.2 /INT0为外部中断0，P3.3 /INT1为外部中断1，P3.4 T0为记时器0外部输入，P3.5/T1为记时器1外部输入口，P3.6 /WR为外部数据存储器写选通，P3.7 /RD为外部数据存储器读选通，另外P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

脚20：此管脚为电源接地公共端。

脚21-28：这一系列的管脚为P2输入输出口， P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

脚29：片外ROM选通信号，低电平有效。

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脚30：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。 脚31：内/外部ROM选择端。 脚32-39：为P0输入输出口。

脚40：为电源电压端口，接+5V直流电源[5]。

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用了MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具有的功能。在单块芯片上，具有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89C52的最高工作频率35MHz，另外有6T/12T可选。

同时对比AT89C52单片机程序可以发现，STC89C52所具有的大多数功能，AT89C52不能实现，比如：

（1）STC单片机执行指令的速度大约是AT的2-30倍，另外在对时序有严格要求的模块中，使用STC89C52要延时加长，以免出现不必要的错误。

（2）在调试过程中，频繁的插拔单片机是对单片机巨大的伤害，最主要的伤害表现在引脚上面，此方面STC表现得很优异，STC单片机支持在线写入，只需要利用USB转串口就能输入在线程序，不需要拔出单片机。

（3）STC的工作电压是3-5V，而AT单片机低于4.5V时就不能工作了，这对于稳压方面的要求甚高，所以STC对环境要求较低。

2.2.2 校园路灯控制系统中的传感器

2.2.2.1 光敏电阻

其主要原理如下：

光敏电阻又称光敏电阻器或光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫

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化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。

工作原理如下：

光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少[6]。

2.2.2.2 人体红外传感器HC-SR501

HC-SR501是一种高灵敏度，自动延时的人体红外传感器，利用热释电效应来检测人体所发出的的红外辐射，其特点主要有：

（1）全自动感应：当检测到人体红外后输出高电平，当人体红外线消失之后自动延时并且输出低电平。

（2）具有感应封锁时间(默认设置：0.2秒)：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

（3）两种触发方式：a.不可重复触发方式：即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段，如果有人体在其感应范围内活动，低电平将一直被保持，直到人离开后至延时结束，低电平就变成高电平，另外，如果当第一个延时还没结束时，又检测到红外线则重新执行刚开始的程序，知道在规定的时间内没有检测到红外线为止。

HC-SR501的实物图如图2-3所示。

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图2-3 HC-SR501实物图

2.2.2.3 LM393电压比较器

LM393 是双电压比较器集成电路。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 Vcc端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。其电路图如图2-4所示。

876 -+5Vcc-+GND123图2-4 LM393原理图

LM393主要特点如下：

工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～

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±18V；消耗电流小，Icc=0.8mA；输入失调电压小，VIO=±2mV；共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；输出与TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门。

LM393是高增益,宽频带的器件，像绝大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生电压振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，并且电源加旁路滤波并不能克服这个问题，减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡。除非利用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡,如果输入信号是脉冲波形,并且上升和下降时间相当快,这个时候滞回也就不需要了。

比较器的所有没有用的引脚必须接地。LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围 2.0~30V无关。 通常电源不需要加旁路电容，差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件。保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V。LM393的输出部分是集电极开路,发射极接地的 NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供或功能。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上,不受 Vcc端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用),输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制。当达到极限电流(16mA)时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的γSAT限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出位在低电平。

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3 校园路灯智能控制系统各模块方案设计

3.1 STC89C52单片机最小系统

电路图如图3-1所示。

图3-1 控制系统STC89C52单片机最小系统

STC89C52单片机的时钟信号通常有两种方式：一是内部时钟方式，二是外部时钟。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体震荡器，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF，此系统采用12MHZ晶振，按键采用弹出式按键，并联10uF电解电容，当系统出现错误或断电不能回复时，按下按键是RST输出高电平，则单片机就可以恢复到初始状态，单片机采用5V直流电源供电，31端口接高电平说明单片机从内部ROM开始执行程序，晶振电路为单片机提供时钟信号[7]。

3.2 光敏模块与LM393模块

光敏电阻是将光信号转换成电信号的装置，由前面介绍光敏电阻器件可知，若是能检测到光敏电阻电阻值的变化就能利用其产生的信号，然后传输给单片机处理。其模块图如图3-2所示。

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图3-2 光敏电阻模块与LM393模块

本设计的原理是利用光敏电阻的阻值变化与R5电阻进行并联分压，将得到的电压值由LM393端口3输入，然后进行比较，通过10K可调电阻可以实现光线限值的调节，感受光线是否过弱，然后由端口1输出给单片机，单片机再根据编写的程序处理。LED1是光敏电阻是否工作的指示灯，当天黑时光敏电阻阻值增大，在LED1两端形成一个电压，使LED1点亮。

LM393的工作原理是：当+输入端高于-输入端的电压时，OUT输出端输出高电平；当 - 输入端高于 + 输入端的电压时，OUT输出端输出低电平。利用这个原理将原理图如上接法就构成了一个可调的光敏输入输出可控制单元。

3.3 人体感应模块设计

校园路灯智能控制系统的人体感应模块的原理图如图3-3所示。

人体的体温一般都是恒定在37度左右，所以会发出特定在10uM左右的红外线，红外探测器上的红外探头就靠探测人体发射的10uM左右的红外波长工作的，当有人经过时，10uM的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚焦在红外感应源上，其感应装置采用热释电元件，热释电元件在接收到红外辐射后温度发生变化失去电荷平衡，向外释放电荷，整个模块共同实现输出高低电平信号。这样既避免了不必要的干扰，也能够做到精准的测出判断。

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GNDP132Vcc1红外热释电黄灯D2R12K

图3-3 人体感应模块

这样设计的优点是：

（1）利用HC-SR501能实现自动延时，这为单片机节约了很大的资源空间，减少执行时间。

（2）利用HC-SR501其智能感应人体红外辐射的优点，避免了很多干扰，例如其他热源，不受环境的干扰，提高了其适应性。

（3）利用菲尼尔透镜能够很好的聚焦来自各个方向的热源，避免了单一方向不能感受的问题。

3.4 控制系统继电器驱动模块

本系统的主要内容就是控制三个电磁继电器，控制灯亮的方式就是直接控制继电器工作方式，继电器如图3-4所示。

本设计所模拟的是三个不同环境的场所，所以需要三个继电器模块。

继电器的实质是利用弱点来控制强电，如图3-4所示继电器当单片机端口输出为高电平时，三极管满足放大条件，三极管导通，并起到了电流放大作用，大电流作用于继电器线圈，由电磁感应定律，线圈会产生磁场，于是磁场就吸附衔铁运动，继电 器的外端口是个三端口，一脚为公共端，而其中一端为常闭脚，另一脚为常开脚，本次设计全部接到常闭触点上，而LED3为继电器指示灯，当通过电压时，会在LED3路产生电流，LED3亮，达到与继电器同步的目的。继电器外电路接220V交流电压，并且外接节能LED灯作为路灯的模拟灯。由于此处电源的限制，为了方便，选择高亮度LED灯作为模拟路灯[8-10]。

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VccR62KQ18550继电器P2K11Relay-SPDT2R72KGND图3-4 继电器原理图

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4 控制系统的软件设计

4.1 系统程序设计流程图

在初步定下课题对其充分了解后，先是初步定下流程图，然后修改，编写，最终确定下程序的准确流程图，如图4-1、4-2、4-3所示。

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开始 系统初始化 N 光线是否过弱 继电器断开 Y 是否检测到人体 Y 继电器吸合 N 延时10s N 是否检测到人体 Y 图4-1 模拟林荫小道路灯流程图

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开始 系统初始化 N 光线是否过弱 Y 继电器吸合 继电器断开 图4-2 模拟繁忙街道路灯程序流程图

开始 系统初始化 光线是否过弱 N Y 继电器吸合 延时5h 继电器断开 图4-3 模拟行人较少街道程序流程图

如图4-1、4-2、4-3所示，对于系统中的三种情况都是有单独的继电器控制，互不影响，即使当一个继电器损坏，也不会影响到另外几个继电器，这使得本系统较其它系统更加灵活，更加经济高效，由于现场示范的局限性，模拟行人较少中灯灭之后检测到行人的时间由5小时设置成10s，以便于观察调试的正确性[11-15]。

4.2 C语言程序

本系统是用C语言程序进行编写，利用Keil软件生成hex文件，然后写入单片

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机。其完整程序如附录1。

4.3 硬件电路的仿真

先在纸上将硬件电路设计好，然后用protues软件将硬件电路图画出来，如附录2所示[16]。

仿真图中，由于继电器的限制，其中在P1.1与P1.2口处使用LED代替继电器，灯亮说明有电流流过，只要将其换为继电器模块，接上220V LED外接灯就能达到目的，另外，电阻模块和人体感应模块都使用普通开关代替。

仿真图接好后，将Keil生成的hex文件导入到单片机中，经过再三的调试，找出问题，改正问题，最终达到理想的结果。其中仿真结果中，D1当光强开关闭合时，D1，D4亮，随后闭合人体模块开关，灯D2亮，10s后，D4灭，当将光敏电阻开关断开后，D2，D1全灭，达到预期效果[17]。

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5 系统硬件的调试

5.1 程序的写入

程序就是单片机的“灵魂”，只有写入正确的程序，单片机才能安装预定的路线执行程序，本设计利用开发板，将单片机放入开发板的USB转串口处，然后打开写入软件，将生成的hex文件写入到单片机中，在调试过程中，由于刚开始没有注意到STC系列的单片机写入程序的时候需要重新上电，导致程序写入错误，而后，经过查阅资料了解到，STC单片机在刚开机时首先去检查有无程序写入，如果有就执行写入程序，如果没有就执行单片机内部程序。明白了这一点，一切写入问题就解决了。效果图如图5-1所示。

图5-1 程序写入成功图

5.2 硬件电路的调试

程序确定准确无误后，硬件也焊接好，但是在刚开始的时候，居然没有一点反应，然后又对硬件电路经行检查，发现有连接错误，之后经过数次的调整修改，最终调试成功，成功实现所有功能，实物图如图5-2所示。

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图5-2 实物图

其中灯1当天黑时，并且有人经过时，灯1亮，行人走之后灯延时10秒灭； 灯2随着天黑而亮，天亮而灭；

灯3当天黑时亮并延时5小时灭，此处为了演示方便，设定延时时长为10秒。

5.3 系统原理图

在前期的仿真图完成的条件下，然后就在Altium Designer绘制好原理图，原理图如附录3所示。

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总结及展望

在本次设计中我收获颇多，从最开始的毫无头绪到最后的成功，一切都是在一个个难题中度过，当解决完一个问题时另一个问题又接踵为止，另一方面也折射出我对于单片机的知识薄弱，在写程序过程中，出现的错误有时候不知道在哪个地方，只能凭着感觉修改，但是效果可想而知，之后我改变策略，经过查阅大量的C语言资料后，我渐渐对C语言在单片机的应用有了初步的了解，然后通过实践，终于一次次将程序方面的问题攻克。硬件焊接方面，由于烙铁的缘故，几次焊接都出现异常，将不能相连的两个管脚连接在一起，电阻焊接错误，但是在调试过程中发现错误都改正过来了。在软件方面，虽然在以前学习过仿真软件Protues、C语言编写软件Keil和原理图画图软件Altium Designer，通过看视频，查阅相关资料学习的过程中，渐渐地对它们熟悉起来。

本次的设计只是模拟了三种情况，而没有故障自动检测功能，故障检测功能就是在哪路灯故障时自动根据地址编码显示出故障地，并发出报警声，提示修理，这样既能避免很多不必要的事故，又能及时的修理，带给人们很大的便捷。第二，采用局域网实现无线控制，将所有的路灯组成一片无线局域网，以目前比较大众的客户端智能手机作为终端，实现对路灯的无线实时控制，以此能带给人们最快捷，最节能的安全校园路灯系统。第三，以路灯的灯杆为依托制定实时的监控系统，安装监控摄像头，一方面可以实时远程监控路灯，另一方面，可以形成全面而强大的校园智能监控系统，这样也打造了只能的安防系统，为学生保驾护航。

路灯，从爱迪生发明灯泡的那一天起就已经出现在人们的视野当中，到今天，随着时代的变迁，科技的发展，路灯也应该被植入更多更加现今的高科技，以形成智能的路灯照明兼安防系统。但是这也许未能如愿，在许多的校园里面依然使用的是陈旧而耗电量大的路灯控制“系统”，这也是我如今实现智能路灯的意义所在。路灯固然是耗电量大的单位，但是通过改进，人性化的设计，外加当今的节能高亮度LED路灯代替大面积使用的高压路灯，是能够实现低耗量，快捷方便和智能的路灯系统[18-23]。

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校园路灯智能控制系统的设计与实现

致 谢

本次设计让我收获很多，首先感谢的是指导我的老师，在设计过程中，老师对我的设计方向，设计内容和设计思想提出了宝贵的建议和指导，在设计思想中也给了我很大的启发，其次要感谢我的室友两位同学，是他们帮助我修改编译程序、提出大致的思路、解决电路中出现的问题，在我错误的地方能够及时的指点出来；然后还要感谢我的好友蒋攀登，在第三个功能总是不能实现的时候，他来帮助我编写修改程序，然后实现功能。

在本次毕业设计过程中，我学到了很多实用且有意义的东西，获得了丰富的知识，极大的提高了自己的动手能力，也对目前电子单片机有了更加深刻的理解，这其中得到了同学以及指导老师的帮助。另外还要感谢的是我的任课老师和其他指导老师，是他们传授给我知识和实践操作技能，在设计过程中，每每又不会的知识点时总能想到打开教科书来学习其中的知识点，从而慢慢拾起以前老师交给我的专业知识。在此也不能一一列出，我对他们表示深深的感激之情。

参考文献

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校园路灯智能控制系统的设计与实现

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附 录

附录1 系统c语言程序

#include //调用单片机头文件

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#define uchar unsigned char //无符号字符型 宏定义 变量范围0~255 #define uint unsigned int uchar num,num1,num2;

sbit GM=P1^0; //光敏 sbit hw=P1^6; //人体红外 sbit relay=P3^4; //继电器控制灯 sbit yellow = P1^5; //红外指示灯 sbit lingwaideng=P1^1;//另外的一个灯 sbit led1=P1^2;//第三个灯 /******************

电位器往右调 光敏传感器的灵敏度增加

**********************/

void delay_1ms(uint x)//延时函数 { }

void work()//工作函数 {

//无符号整型 宏定义 变量范围0~65535

uint i,j; for(i=0;i

static uchar value,miao; if(GM==0)//光敏（晚上） {

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delay_1ms(20);//延时20ms

校园路灯智能控制系统的设计与实现

}

if(GM==0)//确定是晚上 { }

lingwaideng=0;//另外的一个灯亮 if(hw==1)//感应到人体 { }

relay=0;//继电器吸合 miao = 0; value = 0;

if(GM==1)//光敏（白天） { }

if(relay == 0) //继电器吸合计时10秒 {

value ++; if(value >= 10) {

value = 0; miao ++;

if(miao >= 10) //10秒的时间 {

miao = 0;

relay = 1; //关闭继电器

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delay_1ms(20); if(GM==1)//确定是白天 { }

lingwaideng=1;//另外的一个灯灭

校园路灯智能控制系统的设计与实现

}

}

}

}

void init() { }

void main()//主函数 {

TMOD=0x01;

TH0=(65536-45872)/256; TL0=(65536-45872)%6; EA=1; ET0=1;

hw = 0;

delay_1ms(500);//延时500ms P0 = P1 = P2 = P3 = 0XFF; while(1)//循环 {

work();//调用工作函数

yellow = ~hw; //红外感应指示灯 delay_1ms(100); //100ms init(); if(GM==0) {

TR0=1; if(num2<=10)

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校园路灯智能控制系统的设计与实现

led1=0; else led1=1;

}

if(GM==1) {TR0=0;num2=0;}

}

}

void T0_time() interrupt 1 {

TH0=(65536-45872)/256;

TL0=(65536-45872)%6; num++; if(num==20) { num=0;

num2++;

} }

附录2 系统仿真图

26

C11nF

X1CRYSTALC21nFC319XTAL11uFXTAL218附录3 系统原理图

U19R1100RSTP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD73938373635343332R11200Q5PNP293031按键模拟光线强弱R230LED-BIGYD1PSENALEEA校园路灯智能控制系统的设计与实现

27

P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A152122232425262728U327SW2D4R330LED-BIGYAT89C51D236LED-REDOPTOCOUPLER-NANDSW-SPST12345678P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD1011121314151617SW1体感应模块用按键代替人SW-SPSTR17200LED-YELLOWD3 校园路灯智能控制系统的设计与实现

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