智慧路灯系统.docx
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智慧路灯系统
衡阳师范学院
题目：
智慧路灯控制系统报告
指导老师：
魏书堤
学院：
计算机科学与技术学院
专业：
网络工程
2015年11月18日
目录
1、绪论1
1.1引言1
1.2开发背景1
1.3开发环境2
1.4软件介绍3
1.5AT89C52简介4
2、可行性研究5
2.1系统科学性分析5
2.2结论5
3、需求分析6
3.1社会效益分析6
3.2经济效益分析6
3.2.1节约路灯维护费用7
3.3小结7
4、概要设计8
4.1设计思路8
5、详细设计9
5.1最小系统9
5.1.1硬件接线图9
5.2电路及元件介绍9
5.2.1晶振电路10
5.2.2单片机各引脚功能说明10
5.3软件程序11
5.4路灯控制12
5.4.1电路设计原理图及说明12
5.4.2行人检测14
5.5手动控制16
5.6智能路灯18
5.6.1电路设计原理图及说明18
5.7流程图19
5.7.1主流程图19
5.7.2中断流程图20
6、编码20
7、系统测试23
7.1软件仿真24
7.1.1软件仿真截图24
7.1.2软件仿真结果分析25
8、总结25
1.绪论
1.1引言
本次报告设计题目是《智能路灯控制系统报告》，此报告要求以路灯控制器为对象，完成硬件接线系统和软件系统程序的设计，实现以传统手动和行人通过控制两种方式来控制路灯的亮灭功能，属于软硬件结合的题目。
其中单片机体积小，功耗小，价格低，用途灵活，无处不在，属专用计算机。
是一种特殊器件，需经过专门学习方能掌握应用，应用中要设计专用的硬件和软件。
近年来，单片机以其体积小、价格廉、面向控制等独特优点，在各种工业控制、仪器仪表、设备、产品的自动化、智能化方面获得了广泛的应用。
与此同时，单片机应用系统的可靠性成为人们越来越关注的重要课题。
影响可靠性的因素是多方面的，如构成系统的元器件本身的可靠性、系统本身各部分之间的相互耦合因素等。
其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标。
1.2开发背景
随着夜晚的来临，城市里华灯初上，人们消除了白天的繁忙，漫步于城市的街道。
在城市照明中发挥着举足轻重的作用，而其所依靠的就是路灯自动控制系统。
路灯控制方式很多，本系统采用AT89S52系列的单片机和相关的传感器设备来设计智能路灯控制器，实现了根据实际行人情况通过8052芯片的P1口来控制路灯开关的功能。
利用单片机控制路灯，达到了节能、自动控制的目的，避免了传统电路对能源的浪费，且方便了工作人员的管理。
本系统实用性强，操作简单，而且路灯采用LED灯，LED是目前最为节能的发光元件，可以节省大量电能，而且LED发光柔和，亮度适中，对环境无污染，已经用于各种照明场合。
因此，智能光控节能路灯必将在未来得到广泛应用。
1.3开发环境
系统开发环境：
MicrosoftVisualStudio2005
系统开发语言：
C51,汇编语言
运行平台：
Windows7
开发工具：
Proteus和Keil
1.4软件介绍
Proteus软件介绍：
英国Labcenter公司推出的Proteus软件是一款极好的单片机应用开发平台，它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题，可以在没有单片机实际硬件的条件下，利用PC以虚拟仿真方式实现单片机系统的软、硬件同步仿真调试，使单片机应用系统设计变得简单容易。
Proteus软件涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型，以及多种常用电子元器件，包括74系列、CMOS4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD显示器、LED显示器，还提供示波器、逻辑分析仪、通信终端、电压/电流表等各种虚拟仪表，这些都可以直接用于仿真设计，极大地提高了设计效率和设计水平。
Proteus软件已有20多年的历史，在国外应用较为普遍，尤其在教育界的口碑极佳。
近年来Proteus软件被引入国内，在多所高等工科院校中得到成功应用。
在单片机教学中采用Proteus软件，使单片机的学习过程变得直观形象，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源码级的程序仿真调试，如有显示及输出，还能看到程序运行后的输出效果，配合各种虚拟仪表来展现整个单片机系统的运行过程，很好地解决了长期以来困扰单片机教学过程中软件和硬件无法很好结合的难题。
Proteus软件已有20多年的历史，在国外应用较为普遍，尤其在教育界的口碑极佳。
近年来Proteus软件被引入国内，在多所高等工科院校中得到成功应用。
在单片机教学中采用Proteus软件，使单片机的学习过程变得直观形象，可以直接在基于原理图的虚拟模型上进行编程，并实现源码级的程序仿真调试，如有显示及输出，还能看到程序运行后的输出效果，配合各种虚拟仪表来展现整个单片机系统的运行过程，很好地解决了长期以来困扰单片机教学过程中软件和硬件无法很好结合的难题。
在Proteus软件平台上学习单片机知识，比以往单纯学习书本知识更易于接受，以原理图虚拟模型进行程序仿真调试，更易于提高单片机编程能力，还可以通过绘制和修改原理电路图增加很多实践经验。
KeilC51软件介绍：
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会有很好的效果。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。
C51工具包的整体结构，其中uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。
目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
使用独立的Keil仿真器时，注意事项：
*仿真器标配11.0592MHz的晶振，但用户可以在仿真器上的晶振插孔中换插其他频率的晶振。
*仿真器上的复位按钮只复位仿真芯片，不复位目标系统。
*仿真芯片的31脚（/EA）已接至高电平，所以仿真时只能使用片内ROM，不能使用片外ROM；但仿真器外引插针中的31脚并不与仿真芯片的31脚相连，故该仿真器仍可插入到扩展有外部ROM（其CPU的/EA引脚接至低电平）的目标系统中使用。
1.5AT89C52简介
AT89S52是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-52指令集合输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性且廉价的方案。
2、可行性研究
2.1系统可行性分析
可行性分析是为了清除的了解系统开发是否能够实际进行，是否能够带来一定效益，是否值得实现。
因而进行可行性分析是非常必要的，从下面几个方面来进行分析。
1.技术可行性：
采用Proteus和KeilC51联调模拟仿真实验，通过不断调试，在理论与技术相结合下是可行的
2.运行可行性：
本系统作为智慧路灯控制系统，所耗费的资源非常的小，采用国内产品：
AT89S52实验板，单片机最小系统所需的12M晶振；LED灯，470欧姆电阻，单刀单置开关；行人检测电路所需的2K电阻，红外传感器；+5V直流电源，加上现有软件和硬件配置均能满足需要。
在运行上是可行的
3.经济可行性：
进行前期调试工作时相关软件有免费试用权，加上相关的部件价格优惠耐用，产品使用后，预计一年之内能够回收投资。
在经济上是可行的。
4.法律可行性：
本产品属项目组开发，符合法律的各项规定。
5.对使用人员没有特殊限制，管理人员等均可使用。
操作简单，能够保证大多数用户使用该系统的要求。
2.2结论
通过可行性的一系列分析可得出结论，在现有的条件下，系统的开发方案是可行的。
开发条件具备，可以开始进行实际开发。
3.需求分析
3.1社会效益分析
随着社会文明的不断发展，路灯已不再局限于街道照明，而是发展为表现城市景观、体现城市形象的重要标志。
因此，现代社会对路灯的管理和维护也提出了越来越高的要求，这些要求包括根据光照度变化及时开/关灯、随时调整景观灯的开/关灯时间并进行应急调度、及时发现故障并立即进行修复等。
目前各城市管理部门所采用的控制方式已很难保证城市照明系统的正常开关灯和运行，特别是当照明控制箱或线路出现问题时，就有可能造成大面积灭灯，产生较坏的影响。
同时由于缺少实时监测手段，无法实现故障的及时发现和维修。
随着政府和市民对照明管理和维护要求越来越高，照明管理部门的管辖范围也越来越大，为了及时发现故障并立即进行修复，仍然采用检修车上街巡灯的方法越来越难以胜任。
采用城市照明自动化监控系统以后，全市范围的全夜灯、半夜灯和景观灯的开/关均可实现自动控制。
同时，由于照明自动化监控系统具有自动报警和巡测、选测功能，调度人员可以在故障发生后的数秒钟内及时了解故障的地点和状态，为及时进行修复提供了有力的保障。
路灯维护及时，可以极大地减少对照明管理部门的投诉、减少道路交通事故的发生，有利于城市的治安，产生极大的社会效益，从而进一步提高城市的形象。
3.2经济效益分析
3.2.1节约路灯维护费用
（1）路灯自动化监控系统将传统的“巡灯查找故障”改为“值班等待报警”，不仅减少了“巡灯”人员和车辆损耗，降低了维修成本;而且在检修车出所之前已经知道了故障的准确地点和基本状态，因而缩短了维修时间、提高了检修效率;由此将产生了极大的经济效益。
（2）节约大量的电费支出：
智能照明控制系统能提高开/关灯的可靠性和可检查性，避免白天亮灯情况的出现;同时，系统采用光控和时控相结合的控制方案，在预置的时间区段内根据光照度决定路灯的开或关，既能在阴雨天自动延长照明时间，又能在晴好天气自动缩短照明时间;这些措施既可满足市民对道路照明的需求，又避免了路灯的无谓开启，减少了开灯时间,从而节约了大量的电能。
（3）根据已建的照明监控运行表明，采用照明监控系统后，每天大概可以减少路灯开灯时间25分钟左右。
如果按每天运行十小时计算，则可节约4.2%的电费支出。
如果通过对照明线路的改进，增加路灯的半夜灯控制方案或景观灯在非节假日采用只开部分景观灯的控制方案，因此可节约大量的电费支出。
（4）提高灯具寿命，降低运行成本：
以外由于减少了开灯时间，延长了灯具寿命，降低运行成本，进一步提高了经济效益。
（5）实现照明系统的管理现代化：
城市照明监控系统能将采集到的数据自动进行存储、统计，并能随时进行查询和打印，为管理现代化提供了基本条件。
3.3小结
城市公共照明系统是与人们生活息息相关的重要公共基础设施，随着城市化进程的加快，城市公共照明设施的需求量和建设规模日益增大，但城市公共照明的过快发展增大了对能源的需求和消耗，同时在管理方面也存在诸多不足。
现有城市公共照明系统普遍存在设备维护成本高，灯具、线缆盗窃现象严重，能源浪费大等问题。
在能源日益短缺，温室效应越来越严重，国家和地方政府大力号召节能减排、绿色照明的情况下，能有效的控制能源消耗，提高路灯寿命，降低维护和管理成本，是现代效能型社会建设的目标，也是城市智慧化建设的必然趋势。
4.概要设计
4.1设计思路
本次设计的题目是《基于单片机的智能路灯的设计》。
要求实现以路灯为控制对象，完成软件和硬件的设计，以手动和行人控制两种方式实现路灯的亮灭功能。
其中硬件电路部分主要包括以下部分：
单片机最小系统、路灯控制电路部分、行人检测电路部分。
工作原理简图如下：
本系统需要如下电路元器件，其中电路元器件及相关参数如下：
（1）AT89S52实验板一块；
（2）单片机最小系统所需的12M晶振一个；
（3）路灯控制电路部分所需的LED灯八个，470欧姆电阻八个，单刀单置开关两个；
（4）行人检测电路所需的2K电阻八个，红外传感器一个；
（5）+5V直流电源一个。
系统总框图如下：
5.详细设计
5.1最小系统
5.1.1硬件接线图
图2-1最小系统硬件接线图
最小系统组成：
电源电路、晶振电路、复位电路、单片机
5.2电路及元件介绍
5.2.1晶振电路
单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。
其中XYAL1接外部晶体的一个引脚，在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端。
若采用外部振荡器，该引脚接收振荡器的信号，即八次信号直接接到内部时钟发生器的输入端；XTAL2节外部晶体的另一端，在单片机内部接到反向放大器的输入端，当采用外接晶体振荡器时，此引脚可以不接。
复位电路：
复位操作有两种基本形式：
一种是上电复位，另一种是按键复位。
按键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图中的RESET键，电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。
上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。
上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。
RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。
5.2.3单片机各引脚功能说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行。
校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，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。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O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。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间选择外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
5.3软件程序
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0030H
START:
MOVP1,#0FFH
LCALLDELAY
MOVP1,#00H
LCALLDELAY
SJMPSTART
DELAY:
MOVR5,#10
DEL:
MOVR6,#200
DEL1:
MOVR7,#123
NOP
DEL2:
DJNZR7,DEL2
DJNZR6,DEL1
DJNZR5,DEL
RET
END
5.4路灯控制
5.4.1电路设计原理图及说明
图5-1路灯控制电路接线图
此部分由单片机、LED显示灯、电阻（470）组成
连接LED显示灯时，注意其极性及连接方式，连接方式包括共阳极连接和共阴极连接两种方法，而在本电路中要采用共阳极连接的方法。
连接单片机时，要注意将LED显示灯与P2口的连接方式，即按照顺序依次从P2.0~P2.7一一对应连接。
在进行路灯控制程序设计的时候，主要考虑传感器的获取信号，在设计初期，采用高电平控制LED灯，结果，灯的亮度很低，发现，单片机高电平带负载能力很弱，于是，采用低电平控制LED路灯。
5.4.2行人检测
（1）电路设计原理图及说明
图5-2行人检测电路硬件接线图
此部分由单片机、按钮、电阻（2K）组成。
在设计的时候，主要是用高电平来模拟红外传感器的检测信号，当有人通过为低电平，无人通过为高电平。
在开始时单片机就初始状态P1口即为高电平，模拟情况下接了8个按钮。
在实际的电路中根本没有电源给传感器供电，为了提高电源给传感器，此处提供了上拉电源。
图5-3热释电红外传器示意图
各引脚功能分别为:
电源供电端（内部开关管D极，DRAIN）、信号输出端（内部开关管S极，SOURCE）、接地端（GROUND）。
RE200B是传感器的一种，RE200B采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，并配合双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
参数包括：
双元热释电红外传感器RE200B
灵敏元面积2.0×1.0mm2
基片材料硅
基片厚度0.5mm
工作波长7-14μm
平均透过率>75%
输出信号>2.5V（420°k黑体1Hz调制频率0.3-3.0Hz带宽72.5db增益）
噪声<200mV（mVp-p）（25℃）
平衡度<20%
工作电压2.2-15V
工作电流8.5-24μA（VD=10V,Rs=47kΩ,25℃）
源极电压0.4-1.1V（VD=10V,Rs=47kΩ,25℃）
工作温度-20℃-+70℃
保存温度-35℃-+80℃
视场139°×126°
说明：
该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
1、上述特性指标是在源极电阻等于47KΩ条件下测定的，用户使用传感器时，可根据自己的需要调整R2的大小。
2、注意灵敏元的位置及视场大小，以便得到最佳光学设计。
3、所有电压信号的测量都是采用峰一峰值定标。
平衡度B中的EA和EB分别表示两个灵敏元的电压输出信号的峰一峰值
4、使用传感时，管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部4mm以上。
5、使用传感器前，应先参考说明书，尤其要防止接错管脚.
5.5手动控制
（1）电路设计原理图及说明
图5-4手动控制部分
通过手动部分可以处理紧急情况，让所有灯全亮。
5.6智能路灯
5.6.1电路设计原理图及说明
功能的实现：
当程序启动后，单片机处于设置的原始状态；所以灯全关，所以红外传感器打开手动控制开关处于关灯状态。
此时系统开始正常工作。
如果有行人进入智能路灯面前，红外传感器检测到信号，并以电压的形式吧信号送给单片机，单片机根据传感器送来的信号个传感器的布置，点亮相应的传感器所处的位置LED路灯，当行人通过这个路灯后，达到下一个路灯时，上一个路灯熄灭。
所处位置处和所处位置下一个灯亮。
从而实现自动控制，达到节能的效果。
当人通过最后一个路灯后，最后一个灯延时8s熄灭。
在紧急的情况下，所有的路灯都要打开，此时通过手动开关打开路灯，紧急情况过后，关闭所以路灯。
系统恢复正常。
5.7流程图
5.7.1主流程图
5.7.2中断流程图
功能的实现：
在紧急的情况下，所有的路灯都要打开，此时通过手动开关打开路灯，紧急情况过后，关闭所以路灯。
系统恢复正常。
6.编码
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitsw1=P3^2;
sbitsw2=P3^3;
uintnum,j;
voiddelays（uintx）
{
uinti;
while（x--）
{
if（i=0,i<110,i++）;
}
}
intmain（）
{
while
（1）
{
//定时的时间，定时时间一到就进入中断程序执行
TMOD=0x01;//00000001
TH0=（65535-110000）/256;
TL0=（65535-110000）%256;
EA=1;//打开总中断
ET0=1;//定时器0的中断允许开关
P1=0xff;
P0=0xff;
while（sw1==1&&sw2==0）
{
if（P1==0xfe）
P2=0xfc;
if（P1==0xfd）
P2=0xf9;
if（P1==0xfb）
P2=0xf3;
if（P1==0xf7）
P2=0xe7;
if（P1==0xef）
P2=0xcf;
if（P1==0xdf）
P2=0x9f;
if（P1==0xbf）
P2=0x3f;
if（P1==0x7f）
j=0xba;
while（j==0xba）
{
TR0=1;//定时器/计数器启动
while（num==160）
{
TR0=0;//停止计数
num=0;
P2=0xff;
j=0;
break;
}
}
if（sw1==0）
{
P2=0x00;
break;
}
}
if（sw1==0）
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