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2016届毕业生

毕业论文

题目:

路灯系统

院系名称：

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指导教师：

教师职称：

20年月日

目录

摘要 1

一、设计的目的及意义 2

1.1、设计的现状及背景 2

1.2、设计的目的 2

1.3、设计的意义 3

二、主要器件介绍 3

2.1、主控器件 4

2.1.1、主要特性 5

2.1.2、引脚功能 5

2.1.3、串口通信 7

2.2、LCD1602的原理 10

2.2.1LCD1602的概述 10

2.2.2LCD1602的操作时序 10

2.2.3LCD1602的基本命令 11

2.3、DS1302芯片介绍 13

2.3.1、DS1302的概述 13

2.3.2、DS1302的引脚功能 14

2.3.3、DS1302的控制原理 14

2.4、光敏电阻介绍 16

2.5、热电释传感器介绍 17

2.6、LM393芯片介绍 19

2.6.1LM393概述 19

2.6.2LM393特点 20

2.6.3LM393引脚及其功能 20

三、电路的设计及原理 23

3.1最小系统原理图 23

3.2红外热释电传感器电路 25

3.4、LCD1602原理图 26

3.5、LED灯驱动原理图 27

3.6独立键盘的设计及原理 28

3.7、DS1302设计及原理 29

四、程序设计 29

致谢 31

参考文献 32

附录一：

33

附录二：

源程序 34

2

路灯系统

摘要

城市照明工程作为城市公共设施的重要组成部分，对完善城市功能，改善城市人居环境，提高人民生活水平发挥着重要作用。

近年来，随着城区总面积的不断扩大，道路照明设施也随着变化。

为方便广大市民夜间出行，美化城市环境，市路灯管理如果管理不当，那将会浪费多少能源。

路灯管理的方便性和路灯节能对一个城市而言非常重要。

随着电子技术的发展，对路灯的定时设定功能，也可以分别独立控制路灯的开启和关闭；能够同时具有光控功能，根据光照亮度进行调节。

在白天模式的时候，还能根据环境明暗的变化控制路灯的开启和关闭路灯，在夜晚模式的情况下，根据交通路面情况自动开关灯。

路灯系统是生产生活和城市道路建设中必备的系统之一。

本设计我们以单片机为中心，通过STC89C51单片机实现对路灯自动开关手动开关定时开关及时间显示的控制。

光敏传感器部分电路通过可根据外界环境明暗的变化，能够自动进行开灯和关灯。

一、设计的目的及意义

1.1、设计的现状及背景

随着社会的不断发展，人类的生活水平不断提高，电力能源已经成为人们日常生活中不可缺少的部分。

展望未来，再用50年的时间，在本世纪中叶我国基本实现现代化，使人民享有更高的物质与精神文明。

这一宏伟目标能否顺利实现，在相当大的程度上取决于电力能源在未来50年稳健的发展。

  在我国电力能源应用方面，城市路灯所消耗的能源占用了很大的比重。

据不完全统计，城市公共照明在我国照明耗电中占30％的比例。

目前，全国660多座城市约有各种路灯400万盏，为了提高路面亮度，若平均每盏灯增加50W。

则共需增容20万千瓦，全年多耗电约7亿千瓦时由于多增加光源、灯具、灯杆等照明设施，带来的初次购置费及日常的维护费也会明显增加。

从绿色照明角度考虑，多发出7亿千瓦时的电力，增排的二氧化碳和二氧化硫等有害气体对空气质量会产生巨大的影响，将破坏空气质量，不利于环保。

但是城市的发展离不开路灯照明，它服务于交通安全和人们的生活，美化了城市容貌，为创造良好的投资环境起着举足轻重的作用。

随着我国经济的快速发展，城市市政建设步伐加快，城市道理照明工程建设受到越来越多的重视．而在城市夜晚变得灯火辉煌、绚丽多彩的同时，电能消耗也逐年攀升。

作为城市道路的路灯照明，一方面耗能增大，另一方面维护量也增大。

因此如何采取节能技术，降低城市公共照明能耗，成为人们关注讨论和研究的问题。

1.2、设计的目的

城市照明工程作为城市公共设施的重要组成部分，对完善城市功能，改善城市人居环境，提高人民生活水平发挥着重要作用。

近年来，随着城区总面积的不断扩大，道路照明设施也随着变化。

为方便广大市民夜间出行，美化城市环境，市路灯管理如果管理不当，那将会浪费多少能源。

路灯管理的方便性和路灯节能对一个城市而言非常重要。

路灯系统是生产生活和城市道路建设中必备的系统之一。

本设计我们以单片机为中心，通过STC89C51单片机实现对路灯自动开关手动开关定时开关及时间显示的控制。

光敏传感器部分电路通过可根据外界环境明暗的变化，能够自动进行开灯和关灯。

热电释传感器可以接收人体在一定范围内发出的红外线，因此，将红外传感器置于适当位置，便可实现控制灯点亮的。

通过对AT89C51单片机进行编程，使用单片机的端口对路灯进行控制，并设定三种不同的工作模式。

最终，达到所要求设计的各项指标。

1.3、设计的意义

目前各大城市的交通路灯的能源利用率存在一个普遍的问题，这就是路灯的能源利用率不高，我国小型城市在夜晚9点后，我国大中型城市在午夜12点后，道路上几乎空无一人，可城市照明从这一时段直至清晨6点路灯熄灭。

即使是在北京、上海等大城市的繁华地点，凌晨2点以后，道路上也是人烟稀少。

在这样低交通流量的道路上仍然保持较高的照度是明显没有必要的。

因此，设计出一种智能型的路灯控制系统是相当重要的，它不但要求能够在节能的同时也要求对人们的出行和对城市的发展没有大的影响。

本设计是以单片机AT89S51、时钟芯片DS1302、光敏电阻为主要控制单元的硬件电路，采用了时间控制和环境参数控制相结合的控制策略。

实现了路灯定时开关，根据天气情况光照强度决定路灯的开启，午夜12点以后路灯隔着开启。

此控制系统大大节省了电力资源使其充分利用，具有可靠、使用寿命长、稳定性高、价格便宜的特点，能满足路灯控制的需要，具有广泛的应用前景。

随着人们对节能环保的诉求越来越高，以及十城万盏半导体照明工程的启动，我国基本确定了以LED室外照明为主攻方向。

其中，LED路灯备受瞩目，被政府视为推动照明应用市场的重要切入点

二、主要器件介绍

系统主要有STC89C52RC单片机最小系统和LCD1602液晶显示、热电释传感器模块光敏电路等组成。

2.1、主控器件

本设计是STC89C52RC单片机为控制核心，BY8001mp3模块为MP3信号输出综合实现所有功能。

系统框图如下图：

单片机控制方案图

单片机是STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。

片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。

封装图如下图：

2.1.1、主要特性

1. 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任 意 选择，指令代码完全兼容传统8051. 

2. 工作电压：

5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机） 

3. 工作频率范围：

0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频 率可达48MHz 

4. 用户应用程序空间为8K字节 5. 片上集成512字节RAM 

6. 通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，

P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O 口 用时，需加上拉电阻。

7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专 用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序， 数秒即 可完成一片 

8. 具有EEPROM功能

9. 具有看门狗功能 

10. 共3个16位定时器/计数器。

即定时器T0、T1、T2 

11. 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式 可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 

12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 

13. 工作温度范围：

-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）

2.1.2、引脚功能

VCC（40引脚）：

电源电压 

VSS（20引脚）：

接地 

P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：

P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。

作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。

在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。

此时，P0口内部上拉电阻有效。

在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。

验证时要求外接上拉电阻。

P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。

P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。

P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：

P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。

P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流

P3口引脚复用功能 引脚号 复用功能 

P3.0 RXD（串行输入口） 

P3.1 TXD（串行输出口） 

P3.2 （外部中断0） 

P3.3 （外部中断1）

P3.4 T0（定时器0的外部输入） 

P3.5 T1（定时器1的外部输入） 

P3.6 （外部数据存储器写选通） 

P3.7 （外部数据存储器读选通） 

RST（9引脚）：

复位输入。

当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机单片机的复位初始化操作。

看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。

DISRTO默认状态下，复位高电平有效。

ALE/（30引脚）：

地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。

在Flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。

 在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。

然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。

如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。

这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。

否则，ALE将被微弱拉高。

这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。

VPP（31引脚）：

访问外部程序存储器控制信号。

为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。

注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。

为了执行内部程序指令，应该接VCC。

在Flash编程期间，也接收12伏VPP电压。

XTAL1（19引脚）：

振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。

XTAL2（18引脚）：

振荡器反相放大器的输入端。

2.1.3、串口通信

一条信息的各位数据被逐位顺序传送的通信方式成为串行通信。

根据信息的传送方向，串行通信可以可以进一步划分为单工、半双工和全双工3种。

信息只能单方向传送为单工；信息能双向传送但不能同时双向传送为半双工；信息能够同时双向传送则成为全双工。

8051系列单片机有一个全双工串行口，全双工的串行通信只需要一根输出线和输入线。

串行通信又有异步通信和同步通信这两种方式。

异步通信用起始位“0”表示字符的开始，然后从低位到高位逐位传送数据，最后用停止位“1”表示字符结束。

一个字符又称作一帧信息，一帧信息包括1位起始位、8位数据位、1位停止位，若数据位增加到第9位，在8051系列单片机中，第九位数据可以用作奇偶校验位，也可以用作地址/数据帧标志。

8051系列单片机串行I/O接口的工作原理就是：

当要发送数据时，单片机自动将SBUF内的8位并行数据转换为一定格式的串行数据，从TXD引脚按规定的波特率来输出；当要接收数据时，要监视RXD引脚，一旦出现起始位“0”，按规定的波特率将外围设备送来的一定格式的串行数据转换成8位并行数据，等待用户读取SBUF寄存器，若不及时读取，SBUF中的数据有可能被刷新。

8051系列单片机上有通用异步接收/发送器用于串行通信，发送时数据由TXD引脚输出，接收时数据从RXD引脚输入。

有两个缓冲器（SerialBuffer），一个作发送缓冲器，另外一个作为接收缓冲器。

UART是可编程的全双工的串行口。

SBUF是可以直接寻址的专用寄存器。

物理上，它对应着两个寄存器，即一个发送寄存器一个接收寄存器，CPU写SBUF就是修改发送寄存器；读SBUF就是读接收寄存器。

接收器是双缓冲的，以避免在接收下一帧数据之前，CPU未能及时的响应接收器的中断，没有把上一帧的数据读走而产生两帧数据重叠的问题。

对于发送器，为了保持最大的传输速率，一般不需要双缓冲，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠问题。

SCON是一个逐位定义的8位寄存器，用于控制串行通信的方式选择、接收和发送，指示串口的状态，SCON即可以字节寻址也可以位寻址，字节地址98H，地址位为98H~9FH。

它的各个位定义如下：

SM2在工作方式2和3中是多机通信的使能位。

在工作方式0中，SM2必须为0。

在工作方式1中，若SM2=1且没有接收到有效的停止位，则接收中断标志位RI不会被激活。

在工作方式2和3中若SM2=1且接收到的第9位数据（RB8）为0，则接收中断标志RB8不会被激活，若接收到的第9位数据（RB8）为1，则RI置位。

此功能可用于多处理机通信。

REN为允许串行接收位，由软件置位或清除。

置位时允许串行接收，清除时禁止串行接收。

TB8是工作方式2和3要发送的第9位数据。

在许多通信协议中该位是奇偶位，可以按需要由软件置位或清除。

在多处理机通信中，该位用于表示是地址帧还是数据帧。

RB8是工作方式2和3中接收到的第9位数据（例如是奇偶位或者地址/数据标识位），在工作方式1中若SM2=0，则RB8是已接收的停止位。

在工作方式0中RB8不使用。

TI为发送中断标志位，由硬件置位，软件清除。

工作方式0中在发送第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式时，在发送停止位开始时由硬件置位。

TI=1时，申请中断。

CPU响应中断后，发送下一帧数据。

在任何工作方式中都必须由软件清除TI。

RI为接收中断标志位，由硬件置位，软件清除。

工作方式0中在接收第8位末尾由硬件置位；在其他工作方式时，在接收停止位的中间由硬件置位。

RI=1时，申请中断，要求CPU取走数据。

但在工作方式1中，SM2=1且未接收到有效的停止位时，不会对RI置位。

在任何工作方式中都必须由软件清除RI。

系统复位时，SCON的所有位都被清除。

（1）工作方式0

SM0=0且SM1=0时，串口选择工作方式0，实质这是一种同步移位寄存器模式。

其数据传输的波特率固定为Fosc/12，数据由RXD引脚输入或输出，同步时钟由TXD引脚输出。

接收/发送的是8位数据，传输是低位在前，帧格式如下：

……..D0D1D2D3D4D5D6D7…….

（2）工作方式1

当SM0=0且SM1=1时，串口选择工作方式1，其数据传输的波特率由定时/计数器T1、T2的溢出速率决定，可通过程序设定。

当T2CON寄存器中的RCLK和TCLK置位时，用T2作为发送和接收波特率发生器，而RCLK=TCLK=0时，用T1作为波特率发生器，两者还可以交叉使用，即发送和接收采用不同的波特率。

数据由TXD引脚发送，由RXD引脚接收。

发送或接收一帧的数据为10位，即1位起始位（0）、8位数据位（低位在先）和1位停止位

（1）。

帧格式如下：

起始位0D0D1D2D3D4D5D6D7停止位1

类似于工作方式0，当执行任一条SBUF指令时，就启动串行数据的发送。

在执行写入SBUF的指令时，也将“1”写入发送移位寄存器的第9位，并通知发送控制器有发送请求。

实际上，发送过程始于内部的16分频计数器下次满度翻转（全“1”变全“0”）后的那几个机器周期的开始。

所以，每位的发送过程与16分频计数器同步，而不是与“写SBUF”同步。

（3）方式2和方式3

这两种方式都是11位异步接收/发送方式。

他们的操作过程都是完全一样

的，所不同的是波特率而已。

方式3波特率同方式1（定时器1作为波特率时钟发生器）。

方式2和方式3的发送起始于任何一条SBUF数据装载指令。

当第9位数据（TB8）输出之后，TI将被置位（TI=1）。

方式2和方式3的接收数据前提条件也是REN被编程为1。

在第9位数据接收到后，如果下列条件同时满足，即RI=0且SM2=0或者接收到的第9位为1，则将已接受的数据装入SBUF缓冲器和RB8，并将RI置位（RI=1）否则接收数据无效。

8051串行口的不同寻常的特征是包括第9位方式。

它允许把在串行口通信增加的第9位用于标志特殊字节的接收。

用这种方式，一个单片机可以和大量的其他单片机对话而不打扰不寻址的单片机，这种多机通信方式必须工作在严格的主从方式，由软件进行分析。

2.2、LCD1602的原理

2.2.1LCD1602的概述

液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示。

LCD1602是有32个5x7点阵组成的行字符型显示屏。

其操作方法如下：

读写时序操作

读状态RS=L，R/W=H，E=H输出D0—D7

写指令RS=L，R/W=L，D0—D7指令码，E=高脉冲

读数据RS=H，R/W=H，E=H输出D0—D7数据

写数据RS=H，R/W=L，D0—D7数据，E=高脉冲

2.2.2LCD1602的操作时序

写操作时序图

2.2.3LCD1602的基本命令

1、RAM地址映射图

2、指令码

1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表10-14所示：

指令1：

清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。

指令2：

光标复位，光标返回到地址00H。

指令3：

光标和显示模式设置I/D：

光标移动方向，高电平右移，低电平左移S:

屏幕上所有文字是否左移或者右移。

高电平表示有效，低电平则无效。

指令4：

显示开关控制。

D：

控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：

控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B：

控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：

光标或显示移位S/C：

高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：

功能设置命令DL：

高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N：

低电平时为单行显示，高电平时双行显示F:

低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。

指令7：

字符发生器RAM地址设置。

指令8：

DDRAM地址设置。

指令9：

读忙信号和光标地址BF：

为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

2.3、DS1302芯片介绍

本文概括介绍了DS1302时钟芯片的特点和基本组成通过实例详细说明了有关功能的应用软件关于DS1302各寄存器的详细位控功能请参考DALLAS达拉斯公司的相应产品资料。

2.3.1、DS1302的概述

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信，实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。

DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：

1、RES复位；2、I/O数据线；3、SCLK串行时钟；时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。

DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

DS1302是由DS1202改进而来增加了以下的特性：

双电源管脚用于主电源和备份电源供应，Vcc1为可编程涓流充电电源，附加七个字节存储器它广泛应用于电话、传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等。

产品领域下面将主要的性能指标作一综合：

●实时时钟具有能计算2100年之前的秒、分时、日、日期、星期、月、年的能力还有闰年调整的能力

●318位暂存数据存储RAM

●串行I/O口方式使得管脚数量最少

●宽范围工作电压2.05.5V

●工作电流2.0V时,小于300nA

●读/写时钟或RAM数据时：

有两种传送方式，单字节传送和多字节传送（字符组方式）

●8脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装

●简单3线接口

●与TTL兼容Vcc=5V

2.3.2、DS1302的引脚功能 

●X1X232.768KHz晶振管脚

●GND地

●RST复位脚

●I/O数据输入/输出引脚

●SCLK串行时钟

●Vcc1,Vcc2电源供电管脚

2.3.3、DS1302的控制原理

DS1302内部寄存器

CH:

时钟停止位寄存器2的第7位12/24小时标志

CH=0振荡器工作允许bit7=1,12小时模式

CH=1振荡器停止bit7=0,24小时模式

WP:

写保护位寄存器2的第5位:

AM/PM定义

WP=0寄存器数据能够写入AP=1下午模式

WP=1寄存器数据不能写入AP=0上午模式

TCS:

涓流充电选择DS:

二极管选择位

TCS=1010使能涓流充电DS=01选择一个二极管

TCS=其它禁止涓流充电DS=10选择两个二极管

DS=00或11,即使TCS=1010,充电功能也被禁止

1、写保护寄存器操作

当写保护寄存器的最高位为0时，允许数据写入寄存器。

写保护寄存器可以通过命令字节8E8F来规定禁止写入/读出。

写保护位不能在多字节传送模式下写入。

当写保护寄存器的最高位为1时，禁止数据写入寄存器。

2、时钟停止位操作

当把秒寄存器的第7位时钟停止位设置为0时，起动时钟开始。

当把秒寄存器的第7位时钟停止位设置为1时，时钟振荡器停止HT1380进入低功耗方式。

3、多字节传送方式

当命令字节为BE或BF时，DS1302工作在多字节传送模式，8个时钟/日历寄存器从寄存器0地址开始连续读写从0位开始的数据。

当命令字节为FE或FF时，DS1302工作在多字节RAM传送模式，31个RAM寄存器从0地址开始连续读写从0位开