智能路灯论文

摘要:

智能路灯系统以AT89C51单片机为控制核心，系统采用线路简单、体积小的专用时钟芯片DS1302，使用DS1302不但使电路功耗降低，而且节省IO口资源。采用光敏电阻检测环境的明暗变化，根据外界亮度的不同自动调节路灯亮灭。同时具有定时模式，在定时模式下系统点亮一半路灯。配有时间设定键盘和手动控制按键，采用常用的七段数码管作为显示器件。

该系统可以通过TLC2543模数转换器和光敏电阻来获取外界亮度，定时模式时间段设定等功能，通过内部的控制逻辑实现路灯的亮灭控制。具有较好的实用价值。

关键词：AT89C51 DS1302 智能路灯光敏电阻

第一章绪论

城市路灯管理工作是城市市政工程管理的重要任务之一，飞速发展的现代化城市需要具有自动化程度高，运行可靠，使用维护方便的照明控制系统。特别是在能源急剧消耗的今天，节能已经成为不可逃避的问题。

利用89系列单片机，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在时间精度方面也能达到日常使用的要求。路灯控制系统分为两大类：一类是用使用光敏电阻的感光性产生电信号控制，一类是使用DS1302时钟芯片控制。设计特点各不相同，因而用途也不同。我通过简单的合成可以使路灯系统同时具有以上两种特性，在51系列单片机的逻辑控制下完成对路灯开关的任务。通过I/O口的按键可以调整实时时间，点亮路灯时间，熄灭路灯时间。本设计硬件电路简单成本低，性能可靠，操作简单，实现了51单片机在在智能控制当中的应用。

具体要求：

（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示进入定时模式的时间

（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

（3）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。

按照系统要求，可以将整个系统分为四个模块来设计：

（1）单片机最小系统，其中包括相应按键设计；

（2）七段数码管显示模块；

（3）DS1302时钟模块设计；

（4）TLC2543模数转换模块和光敏电阻采样电路设计。

第二章方案设计

【方案一】：采用数字电路实现。数字电路结构简单，响应速度快。但处理能力有限，本文要求控制器需实现的功能很多，数字电路不易实现。

【方案二】：采用AT89C51作为主控制单片机。该芯片功能强大，具有足够快的速度；有各种同步串行接口、足够的内部ROM和RAM，以减小控制系统的物理尺寸，具有看门狗功能和稳定的电源，可以很方便的实现我所需功能，利用其强大的功能不仅可以简化硬件电路而且还可以大幅度提高系统运行速度。

【方案三】：应用ARM，ARM是一种功耗很低的高性能处理器，技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。方便、安全、高效。但ARM编程较复杂，我很难掌握，且开发板价格较高。

综合第一章要求和性价比我选择方案二为本系统的最终方案，根据设计要求并综合各方面因素，决定用动态扫描法实现 LED数字显示，使用DS1302时钟芯片完成定时计算，用TLC2543模数转换器完成光强信号的采集。整体框图如下图所示：

2.1 单片机电路设计

本设计由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器，而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。再则由于系统没有其它高标准的要求，又考虑到本设计中程序部分比较大，根据总体方案设计的分析，设计这样一个简单的的系统，由于系统的采样精度较高，因此选用片外AD芯片，拟采用12位AD芯片，由于应用程序不大，应用程序直接存储存片内，不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。

AT89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器（CPU）、数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)、并行I/O口(4个8位I/O口)、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是微处理器（CPU）加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式，以实现不同的功能。具有以下主要特性：

•与MCS-51 兼容

•4K字节可编程闪烁存储器

寿命：1000写/擦循环

数据保留时间：10年

•全静态工作：0Hz-24Hz

•三级程序存储器锁定

•128*8位内部RAM

•32可编程I/O线

•两个16位定时器/计数器

•5个中断源

•可编程串行通道

•低功耗的闲置和掉电模式

•片内振荡器和时钟电路

2.1.1微处理器（CPU）

AT89C51单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以位变量的处理。

2.1.2数据存储器(RAM)

数据存储器空间分为片内与片外两部分。

当AT89C51单片机的片内RAM不够用时，又给用户提供了在片外可扩展至64KB RAM的能力，以供用户的需求。

片内为128个字节，字节地址为00H～7FH。片外最多可外扩至64k字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。

2.1.3程序存储器(ROM)

AT89C51单片机的片内程序存储器为4KB的FLASH存储器，地址范围为0000H～0FFFH。有16位地址线，可外扩的程序存储器空间最大为64KB，地址范围为0000H～FFFFH。

由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k字节。

2.1.4中断系统

具有5个中断源，2级中断优先权。

2.1.5定时器/计数器

片内有2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式（方式0、方式1、方式2、方式3）。

2.1.6串行口

1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。