毕业设计-智能路灯控制器设计Word下载.doc

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日历时钟DS1302;

修正时间.

Abstract

Streetlampisindispensablepublicfacilityinurbanconstructionandisoneoftheimportantsymbolsofcity.Conditionsmanagedofurbanilluminationreflectnotonlyconstructionlevelsbutalsothemodernizationdegreesofthecity.Withthedevelopmentofmodernizationconstructionsinourcountry,constructionsofpublicfacilitiesmakegoodprogress.Traditionalcontrolandmaintenanceofstreetlampsisnotenoughanymoretomodernizationneed.Itisanecessitytodesignandrealizeakindofhigherautoimmunizationmorecredibleandefficientlong-distancemonitoringandcontrolsystem.

Intelligencestreetlampiscontrolledbythelongitudeandlatitudedegree,whicharedifferentbetweencities.Itispreciselydecidedbysunriseandsunseteverydaytime,passingonthisfoundationadjustableofadvanceorcorrectiontimeafterpushing,carryoutwholeyearsanunmannedjobtoguardtheautomatictimecontrolofsuburbanlighting.ThisproductwithsingleslicethemachineAT89C51andthecalendarchipDS1302forcontrolcore,afterhavingapowerfailinsidehavealreadyrefreshedbatterymaintenanceclocktocontinuetocarryonrecordingfewworks.Thiscontrollercanusedforstreetlamp,neonlight,advertisementlight,sailbeacon,workmineralbusinessenterprise,thesmallareaisilluminatedafterlightingtheautomaticcontrolledlamps.

Thiscontrolleradaptabilityisstrong,economicalmanpowerthestreetlamp,whichraisesmunicipalservicesmanageslevel.

Keywords:

AT89C51;

CalendarclockDS1302;

Revisetime.

目录

引言 1

第一章概述 2

1.1城市路灯控制的现状 2

1.1.1传统的路灯控制方式 2

1.1.2存在的问题 2

1.2智能路灯控制器的必要性与可行性 3

1.3智能路灯控制器的组成及功能 3

第二章智能路灯控制器的设计方案及原则 5

2.1智能路灯控制器的设计方案 5

2.2智能路灯控制器的设计原则 5

2.3智能路灯控制器的特点 6

第三章智能路灯控制器的硬件电路设计 7

3.1单片机AT89C51 7

3.1.1AT89C51的概述及引脚功能 7

3.2时钟芯片DS1302 9

3.2.1DS1302概述与功能 9

3.2.2DS1302的基本组成和工作原理 11

3.2.3DS1302的寄存器介绍 12

3.2.4DS1302的读写时序 14

3.2.5DS1302与单片机的连接 15

3.3键盘环节 17

3.4显示环节 19

3.5看门狗芯片X25045 20

3.5.1X25045的概述与功能 20

3.5.2X25045的工作原理 22

3.5.3X25045与单片机的连接电路 22

3.6控制路灯开关的开关量输出部分 23

3.6.1开关量输出电路的结构 23

3.6.2MC1416的功能和工作原理 24

3.6.3选用的继电器与接触器 26

3.7上位机通信芯片MAX232 26

3.8控制器供电电源的设计 28

第四章日出日落时间的确定 30

4.1日出日落时间计算算法 30

4.1.1日出日落时间计算 30

4.1.2呼和浩特某天的开关灯时间 31

4.1.3开关灯时间的确定 33

结论 34

参考文献 35

附录一 36

附录二………………………………………………………………………………..39

谢辞…………………………………………………………………………………..48

图表清单

图1-1智能路灯控制器的组成…………………………………………………………..4

图2-1路灯系统电器接线图……………………………………………………………..5

图3-1AT89C51引脚图…………………………………………………………………...7

图3-2DS1302引脚示意…………………………………………………………..…….11

图3-3DS1302涓细流可编程充电器………………………………………………..….13

图3-4DS1302的读写时序…………………………………………………………...…15

图3-5DS1302与单片机的连接电路……………………………………….………..…15

图3-6输出开关量及中断显示流程图…………………………………………………16

图3-7键盘与单片机的连接电路………………………………………………………17

图3-8键盘分析流程图…………………………………………………………………18

图3-9反向驱器与单片机的连接电路…………………………………………………19

图3-10三八译码器与单片机的连接电路……………………………………..………19

图3-11显示环节的连接电路……………………………………………………..……20

图3-12X25045引脚图………………………………………………………………….21

图3-13X25045与单片机的连接电路………………………………………….………23

图3-14开关量输出电路结构……………………………………………………..……23

图3-15MC1416逻辑引脚………………………………………………………………24

图3-16MC1416单路原理图……………………………………………………………24

图3-17单片机于反向器74HC14和MC1416连接电路………………………..……25

图3-18固态继电器JGX-10F的工作原理…………………………………………….26

图3-19MAX232与单片机的连接电路…………………………………...……………27

图3-20MAX232的引脚和原理电路…………………………………...………………27

图3-21电源整流电路原理………………………………………………….…….……28

图3-22电源滤波电路原理…………………………………………………………..…28

图3-23电源电路…………………………………………………………………..……29

表3-1P3口的第二功能…………………………………………………………………..8

表3-2DS1302的控制字…………………………………………………………….......11

表3-3DS1302的时间寄存器…………………………………………………...………13

表3-4RS位电阻选择………...…………………………………………………………14

表3-5X25045指令集…………...…………………………………………………........22

附录一主电路原理图......................................................................................................36

引言

伴随着中国经济的快速、稳定发展，中国的城市建设进入了一个日新月异、蓬勃发展的时期。

城市照明、夜景照明作为城市建设的重要组成部分，不仅直接关系人民群众的生产生活，而且直接关系到城市的形象。

它直接反映了一个城市的建设水平和城市风貌。

近年来，随着城市规模的不断扩展，城市路灯的数量不断增加，城市路灯管理水平也在不断提高，路灯控制水平的高低，直接反映了一个城市的现代化程度。

对城市路灯的控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法，对开关灯的及时性与准确性提出了更高的要求。

智能路灯控制器目前已成为各城市路灯建设的必要内容。

城市路灯照明系统由电力变压器将高压供电电源降至三相380V或单相220V照明用电、经低压架空线或地下电缆送至各路灯供电，路灯开关控制则可由变压器一次或二次侧的开关设备实现。

传统的路灯控制方法如手动控制、光敏控制器控制等，控制方式单一，无法满足准确开关自动控制的要求，已不能适应现代城市对路灯控制的需要。

随着城市建设的不断发展，对路灯系统从数量到质量上的要求都在提高，常规的监控方式既耗费大量的人力、物力又不能达到精确的控制要求，已落后于城市发展的需要。

因此，提供一种有效而合理的控制方法，显得极为重要。

第一章概述

1.1城市路灯控制的现状

路灯是城市的窗口和标志，是城市重要的公共设施，它直接反映了城市的建设水平和城市风貌，更加显示了城市的现代化程度。

因此，让路灯保持良好的运行和工作状态，对城市的美化和建设都是十分重要的。

建国以来特别是改革开放之后，城市路灯已从单纯的照明发展成为美化城市环境改善投资形象的重要组成部分。

在现代化的大中城市，政府管理部门以及富裕起来的市民对城市亮丽风景线的道路照明及发展水平，提出了越来越高的要求。

1.1.1传统的路灯控制方式

长期以来，国内大多数城市路灯照明控制广泛采用传统控制方式为：

人工控制方式：

根据开关灯时间表由值班人员负责手动进行开/关灯操作。

时控方式：

以时间为唯一的开关灯依据，只能在规定时刻开关灯，仅随季节变化人工干预调整开关时间。

光控方式：

按光照度的差异来控制路灯开关，但在光线不足的白天或有强光照射的夜晚，可能会发生误动作。

1.1.2存在的问题

传统的控制方式由于不能严格按照室外自然光照度进行控制，不仅实时性差，故障率高，而且浪费严重。

另外，传统控制方式要求人不离岗，及时控制灯光的开启和关闭，由于人工控制误差而造成电能浪费很是惊人。

采用定时器控制方式时，由于一年四季的时差，要经常对定时器进行人工调整，从夏至到冬至，日出时间推迟、日落时间提前从冬至到夏至，日出时间提前、日落时间推迟，这就要求开关灯时间作出相应调整。

这样不仅消耗大量人力资源，还可能由于调整不及时而造成浪费。

1.2智能路灯控制器的必要性与可行性

必要性:

路灯是城市建设当中不可缺少的公用设施，设计自动化程度高、运行可靠、使用方便，是路灯控制的必然要求。

传统的路灯开/关控制完全依赖光电控制或操作人员根据时钟定时控制，不但亮灯与关灯的时刻不准确，而且很可能会由于人为失误或其它因素，造成大面积路灯不亮，造成不良影响，给人民的生活带来不便。

智能路灯控制器，通过单片机与时钟的精确控制，实现无人职守的自动控制，并随着一年四季日出日落时间的改变自动调整开关灯的时间，保证路灯处于良性状态，方便人民生活，减少交通事故，扼制夜间作案，改善投资环境，促进经济腾飞，提高城市道路照明的现代化控制水平，社会效益也非同一般。

可行性:

智能路灯控制器是集单片机技术，软件编程，控制驱动电路，开关量控制交流电流通断，连接电路设计等于一体的自动控制设备。

现代化单片机技术飞速的发展，其硬件、软件性能和可靠性都大大提高，能够满足路灯控制器长期稳定可靠运行的要求；

各类电路及驱动器件正在向小型化、智能化方向发展，可靠性逐渐提高，完全可以适应路灯控制器长期正常高效运行的要求。

1.3智能路灯控制器的组成及功能

组成:

控制器由控制核心单片机、日历时钟、人机通讯模块、继电器驱动电路、看门狗电路、键盘、显示等组成。

如图1-1所示。

功能:

实现无人职守自动控制。

精确的日出关灯日落开灯控制。

随着季节的改变，根据经纬度自动的更正当地的日出日落时间，实现智能控制。

单片机

显示

键盘

看门狗

日历时钟

继电器

被控开关灯电路

通信模块

驱动电路

图1-1智能路灯控制器的组成

第二章智能路灯控制器的设计方案及原则

2.1智能路灯控制器的设计方案

城市路灯照明系统由电力变压器将高压供电电源降至三相380伏或单相220伏照明用电，经低压架空线或地下电缆送至各路灯供电。

路灯从市电母线获得电力。

路灯开关控制则可由变压器一次或二次侧的开关设备实现。

开关设在变压器一次侧可避免变压器白天空载损耗，但高压开关价格昂贵且使用维护不便，故采用在变压器二次侧也就是路灯的三相供电电网上接交流接触器进行控制。

由自动控制装置实现对接触器的开关控制，从而实现对路灯的开关控制。

路灯系统电气接线图如2-1所示。

图2-1路灯系统电器接线图

控制器通过单片机和时钟的精确控制，准确的得出每天的日出日落开关灯时间，输出开关电平，通过继电器控制接触器，实现路灯的开关控制。

同时还有键盘，显示单元，可对时钟进行对时和调整。

2.2智能路灯控制器的设计原则

分控点设计时主要考虑以下原则[1]:

（1）高可靠性。

可靠性是路灯控制的重要指标。

控制器工作在户外，工作环境条件较差，设计当中选用可靠性高的微控制器和元器件，以保证系统在恶劣环境下仍然能够按照预设目标进行工作，设计方案尽量可靠。

（2）操作维护方便。

控制器操作简单，便于掌握。

（3）实时性强。

控制器时间应准确，以对各控制命令及时响应，不延误操作。

通过定时中断和外部中断对时间的变动做出及时相应的处理。

（4）通用性强，经济效益好。

尽量能满足不同城市的需求，适应不同的工作要求，在完成各种功能要求的基础上尽量做到性价比要高。

2.3智能路灯控制器的特点

智能路灯控制器是根据世界上任意一城市的经纬度，精确计算出一年每一天的日出日落时间，在此基础上，通过可调的提前或推后的修正时间，实现全年无人职守市外照明的自动时间控制，其以微电脑芯片为控制核心，停电后内有充电电池维持时钟继续进行记数工作，实现真正的智能控制。

第三章智能路灯控制器的硬件电路设计

3.1单片机AT89C51

3.1.1AT89C51的概述及引脚功能

AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元,本设计就使用此单片机。

主要性能参数：

·

与MCS-51产品指令系统完全兼容

4k字节可重擦写Flash闪速存储器

1000次擦写周期

全静态操作：

0Hz－24MHz

三级加密程序存储器

128×

8字节内部RAM

32个可编程I／O口线

2个16位定时／计数器

6个中断源

可编程串行UART通道

低功耗空闲和掉电模式

引脚图如图3-1示。

AT89C51提供以下标准功能：

图3-1AT89C51引脚图

4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I／O口线，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。

同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

引脚功能说明：

Vcc：

电源电压

GND：

地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路型双向I／O口，也即地址／数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

P1口：

P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（）。

P2口：

P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（）。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

P3口：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（）。

P3口除了作为一般的I／O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-1所示：

表3-1P3口的第二功能

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

ALE／：

当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的l／6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。

：

程序储存允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的信号不出现。

EA／VPP：

外部访问允许。

欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H—FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

需注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如EA端为高电平（接VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。

XTAL1：

振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

时钟振荡器：

AT89C5l中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。

这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，外接石英晶体，电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。

对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF±

10pF，而如使用陶瓷谐振器一般选择40pF±

10F。

3.2时钟芯片DS1302

3.2.1DS1302概述与功能

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、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有双