1、济 南 大 学 泉 城 学 院毕 业 设 计题 目 基于单片机的路灯控制系统设计 学 院 工学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 1302 班 学 生 李学联 学 号 2013010855 指导教师 张兴达 魏志轩 二一七年五月十六日济南大学泉城学院毕业设计- -摘 要随着科学技术的日益发展，在日常生活中人们对于路灯控制系统的要求越来越高。针对人们的需求功耗大，功能单一的系统已不再满足人们的需求。本设计针对上述问题提出了一种新型的路灯系统，可以解决人们的需求。本设计主要包括硬件系统设计和软件系统设计。其系统硬件是由 AT89S52 单片机，时钟芯片 DS1302，驻极体话筒，LCD1602
2、 和光敏电阻等为核心的的路灯低功耗智能控制装置构成。软件部分是以 Keil、Proteus 等软件为载体，使用 C 语言对程序进行编写。单片机根据光敏电阻和人体红外感应模块对路边状况的检测和时钟芯片 DS1302 设置时间来控制电压比较器实现 LED 路灯亮度的自动调节，通过 LCD显示时间和光感度，通过光敏电阻实现故障检测，当路灯出现故障时，蜂鸣器会自动进行报警。通过仿真及实物制作、调试，验证了本设计内容的可行性，为进一步研发推广提供了一定的数据参考。关键词：单片机；传感器；路灯控制济南大学泉城学院毕业设计- I -ABSTRACTWith the development of the te
3、chnology, the application of streetlight control system is playing an increasingly important role in our daily life.Demand for peoples needs, a single function of the system is no longer meet peoples needs. The design of the above mentioned a new type of street lamp system, can solve peoples needs.T
4、he design includes hardware system design and software system design.The hardware system includes the single chip of AT89S52, the clock chip 1302, Analog-to-Digital Converter and photosensitive resistor .The software system is based on Keil, Proteus and other software as the carrier, the use of C la
5、nguage to write the program.Single-chip according to the photosensitive resistor and infrared pyroelectric sensor on the roadside detection and clock chip DS1302 set the time to control the A / D conversion chip to achieve automatic adjustment of LED street light brightness. Through the LCD display
6、time and light sensitivity, through the photosensitive resistor to achieve fault detection, when the street lights break down, the buzzer will automatically alarm.Through the simulation and production, debugging, verify the feasibility of the design content, to further research and development to pr
7、ovide a certain data reference.Key words：MCU; transducer; Street light control济南大学泉城学院毕业设计- II -目 录摘要 .IABSTRACT II1 前言 11.1 研究背景与意义 11.2 国内外研究现状 11.3 本设计研究的主要内容 22 系统总体设计方案 32.1 硬件部分设计方案 32.2 软件部分设计方案 43 硬件部分设计 53.1 单片机最小系统 53.2 光线检测电路 63.2.1 双电压比较器 63.2.2 光敏电阻 63.3 报警电路 73.4 人体红外感应模块电路 83.5 声音检测电路
8、 83.6 时钟电路 94 软件部分设计 104.1 软件介绍 104.1.1 Proteus 软件 104.1.2 keil 软件 104.2 主程序设计 124.3 子程序设计 134.3.1 人体检测子程序 134.3.2 时钟子程序 134.3.3 报警子程序 144.3.4 光线检测子程序 154.3.5 中断子程序 165 系统仿真与调试 175.1 系统电路仿真 175.2 PCB 设计 17济南大学泉城学院毕业设计- III -5.2.1 PCB 介绍 175.2.2 PCB 设计实现 185.3 电路板制作 195.3.1 印制板和元器件检查及安装 195.3.2 电路板的焊
9、接及检查 195.4 系统调试 206 结论 25参考文献 26致谢 27附录 1 原理图 .28附录 2 PCB 图 .29附录 3 实物图 .30附录 4 元器件清单 .31附录 5 部分程序 .32济南大学泉城学院毕业设计- 0 -1 前言1.1 研究背景与意义现如今中国的能源需求越来越多，但能源数量却很少，供不应求，特别是中国人口基数比较大，在此情况下节约能源是国家应该关注的内容，因此解决全国路灯的节能问题变得很重要。在此之前采用的城市照明大多数是低效且高耗的，这极大造成了资源的浪费，为解决资源短缺及减少不必要的资源浪费，大力发展绿色节能照明显得日益重要。目前高压钠灯是全世界广泛使用的
10、路灯种类，一般情况下可以使用 2 年以上，但是这些高压钠灯由于非正常的使用，极大缩短了路灯的使用寿命，有的使用寿命仅仅只有一年多，或者只有几个月，这就造成了路灯维修费用的增加和材料的浪费。在超压条件下，负载不仅没有更好的工作，反而由于发热造成路灯的损坏 1。现在国外很多国家，已经决定将之前采用的低效高耗的路灯换成智能联网的节能 LED 灯，与传统使用的路灯相比这样智能联网的路灯可以根据周围的实际情况工作，实现人们对于不同路境下的不同需求。有的国家已开始利用太阳能来解决资源不足的问题，以此来节约能源实现绿色节能，低碳经济的发展，这样很大程度上解决了资源浪费的问题。中国大多数地区是利用定时控制或者
11、人工控制来实现路灯开关的，这样的控制也存在一些缺点。若采用定时控制，则存在季节不同，造成资源浪费的情况，夏天白昼时间较长，不需要很早就打开路灯，同样冬天白昼时间较短，需要提前开启，否则将会对人们的生活造成不便。若通过人工控制，则每天路灯的亮灭时间是不确定的，路灯不会那么准时的开启或断灭，同时全国路灯数量较多，每个城市或地区需要雇佣大量的人力来进行控制，不仅占用雇佣资金且浪费劳动力资源。新世纪以来我国的科学技术一直在不断的进步，所以 LED 灯的使用也慢慢随着半导体材料的发展得到应用，目前人们熟知的半导体材料路灯有 LED 太阳能路灯，霓虹灯，广告灯箱等，除此之外我国市场上还有很多节能路灯产品。
12、现如今全球都存在资源不足的情况，所以世界各国都在大力发展绿色环保节能和低碳经济。然而，与国外路灯节能技术相比我国的路灯节能技术还比较落后，因此，在不断推进城市化建设的今天，我国的路灯控制系统的发展对于城市化建设变得十分重要。1.2 国内外研究现状目前大多数地区的路灯控制系统是根据时间控制路灯开关的，对于不同的季节，以及阴天，下雨天等不同的外界因素来说这样的控制系统虽然不会对路灯的控制产生影响，但是会对人们的生活造成不便。就夏天而言，白昼持续时间比较长，一般济南大学泉城学院毕业设计- 1 -情况下七点左右天才会慢慢的暗下来，早上五点左右天就会变亮，假如设定的路灯开始时间为傍晚6点，早上路灯的开启
13、时间为六点，这样就会造成电能资源的浪费。就冬天而言，白昼时间较短，如果设定时间和夏天一样，就会对人们的生活造成不变。时间控制路灯开关的另一个缺点在于，在很多像北上广的繁华大城市，路灯在晚上是一直开着的，但对于大多数地区而言，在半夜零点以后，路上行人很少或者说基本上没有行人或者车辆经过，如果在车流量较少的情况下，道路上还一直保持路灯通亮，这显然是对电能的一种浪费。根据调查显示，国内很多地方在凌晨以后是隔盏通亮的，这样虽然节约了一定的电能，但也存在了一定的不足之处，因为路面上照明区域不均匀，一些十字路口可能由于路灯没亮造成司机盲点而引发交通事故，所以给道路安全带来了隐患 2。1.3 本设计研究的主
14、要内容路灯控制系统设计具体内容如下：（1）设定路灯的开断时间，在设置的时间段内，路灯会一直保持通亮；（2）在非设置时间段内，系统通过检测光线的强弱程度实现对路灯的亮灭，当光线程度较弱，路灯就会自动开启，并延时一定的时间会自动熄灭；（3）路灯进入节能模式，即凌晨以后，驻极体和人体红外感应模块检测到有车辆或行人，路灯亮起；（4）系统使用光敏电阻检测路灯的故障，在设置时间段内，若路灯没有亮起，此时光敏电阻不会检测到路灯光线，将会启动蜂鸣器报警。济南大学泉城学院毕业设计- 2 -2 系统总体设计方案本部分主要包括硬件部分设计和软件部分设计两部分。其具体设计内容如下。2.1 硬件部分设计方案硬件部分设计
15、时间是采用 24 小时制，具有调节时间的功能，并且待机时会显示日期，内部含有备用电池，LCD 显示屏不会因为断电而使时间发生变化。系统使用2 个 LED 灯进行路灯模拟，在设置时间段内，路灯会同时实现亮灭，凌晨以后会进入节能模式，在此模式下路灯只会亮其中的一个，但是当驻极体话筒检测到有声响或者当人体红外感应模块检测到行人车辆经过时，两个灯就会自动开启，延迟一段时间后重新变为之前一亮一灭的状态；在设置时间段外，路灯通过光敏电阻检测光线强度、驻极体检测声音来控制路灯的开启。系统使用光敏电阻检测路灯的故障，在设置时间段内，假定路灯没有亮起，所以此时光敏电阻不会检测到光线，将会启动蜂鸣器报警。其设计硬
16、件框图如下图 2.1 所示：人体红外感应模块 LCD 显示 声音报警外部光线强度 光敏电阻 LM393 电压比较器AT89S52 单片机执行机构按键模块 供电模块图 2.1 硬件系统框图（1）人体红外感应模块和超声波传感器的选择人体红外感应模块灵敏度高，可靠性强。超声传感器虽然可以测量距离，受外界环境的影响较小，但是价格过于昂贵 3。因为路灯在中国是广泛使用的，投入量比较多，容易造成大量的财力浪费，不适合使用超声波传感器，因此选择价格便宜的红外线传感器。（2）数码管和 LCD1602 显示屏的选择数码管大多数用来显示数字，功耗大，体积比较大；而 LCD1602 液晶显示不仅可以显示字母而且还可
17、以显示字符，用起来也比较便利，且驱动电压低，功耗较小，济南大学泉城学院毕业设计- 3 -显示量大，生产过程自动化，价格便宜，便于控制，便于携带。2.2 软件部分设计方案本设计使用的是AT89S52单片机，软件编写常采用 ASM51汇编语言和C51高级语言，这两种语言各有各的特点。就汇编语言来说，它更接近机器语言，常用来编写与系统硬件相关的程序。如访问I/O端口、中断处理程序、实时控制程序、实时通信程序等；而C51高级语言适合编写数学运算程序，这样可以提高编程的效率和应用程序的可靠性。考虑到汇编语言和 C 语言的不同，本设计使用 C 语言对程序进行编写。具体思路如下：（1）首先确定设计目标，明确
18、自己的设计功能；（2）想好设计思路，根据所需功能进行程序流程图的绘制；（3）进行程序的编写，按照设计功能编写程序，明确各个程序之间的关系，可采用注释进行标注，以便以后的阅读和程序调试；（4）用 Keil 软件进行调试，并对程序进行优化；济南大学泉城学院毕业设计- 4 -3 硬件部分设计硬件部分设计内容包含 6 个模块，分别是供电模块，单片机控制模块，信号采集模块，LCD 显示模块，按键模块和蜂鸣器报警模块。不同的模块具有不同的功能，其具体模块功能介绍如下：供电模块主要为单片机提供可以使用的工作电压；核心控制模块是单片机控制模块，主要负责控制各个模块的协调工作；显示模块主要用来显示时间和光感应度
19、；按键模块主要用来进行时间设定；信号采集模块主要是通过人体红外感应模块和光敏电阻检测是否有行人经过和对光线强度进行采集；蜂鸣器模块是当光敏电阻检测不到路灯灯亮，即路灯出现故障时，蜂鸣器会自动进行报警 4。其中主要硬件包括 AT89S52、LCD1602、光敏电阻、蜂鸣器、人体红外感应模块、驻极体话筒、DS1302 时钟芯片等。本设计是通过控制两个光敏电阻，一个人体红外感应模块和驻极体话筒。其中两个光敏电阻作用各不相同，一个用来感受光的强度，另一个是用来检测路灯路灯是否出现故障；通过人体红外感应模块感受是否有人或车辆经过，通过驻极体话筒感受声响。AT89S52 单片机在不同情况下通过控制这些硬件
20、实现对 LED 灯的亮灭。3.1 单片机最小系统单片机能正常工作的硬件部分是由电源，复位电路，晶振电路以及扩展部分组成，构成这些硬件电路的系统被称为单片机最小系统。单片机正常工作时需要时钟电路配合外部电路实现振荡，为单片机提供运行时钟。假定单片机中没有时钟电路对单片机进行驱动，单片机将不会工作，不会执行程序。晶振又称晶体振荡器，晶振电路主要是为单片机提供时钟频率的，时钟频率是单片机执行指令的基础，当晶振提供的频率越快时，单片机的运行速度也随之越快。一般情况下，一个系统中使用的晶振大小是一样的，这样便于各部分保持同步。但是有时一个系统中需要不同的时钟频率，这时晶振需要与锁相环电路一起使用，这样不
21、同的锁相环就可以为单片机提供不同频率的时钟信号。当单片机因为外部干扰因素，造成单片机内部寄存器数据混乱，导致单片机不能正常运行时，通过复位电路可以使单片机恢复到初始原来的状态，使单片机重新开始工作，这样的电路叫做单片机的复位电路。单片机最小系统电路原理图如下图 3.1 所示。济南大学泉城学院毕业设计- 5 -T0/P3.41WR6S9D7XAL28INEOGVscpUCFZMHKu+图 3.1 单片机最小系统3.2 光线检测电路3.2.1 双电压比较器在本设计中使用的是 LM393 是双电压比较器，利用 LM393 进行电压比较，它的适用电压范围比较广，可采用单电源或者分离式电源供电 5。双电
22、压比较器的主要工作原理是将模拟量的电压信号与固定的参考电压进行比较。当输入电压的正向输入端高于反向输入端时，它将输出高电平，当正向输入端电压低于反向输入端电压时，输出低电平。它的电路图如下图 3.2 所示：tnB图 3.2 LM393 内部结构图3.2.2 光敏电阻光敏电阻是根据半导体的光电导效应制成的。光敏电阻的电阻值是随着光的强弱程度而变化的，当光照强度较强时，电阻值比较小，当光线强度变弱时，电阻会变大。当光敏电阻器的两端的金属电极之间加上电压时，就会产生电流，当它接收济南大学泉城学院毕业设计- 6 -到适当的光照强度时，电流就会根据光线强度的变化而变化，从而实现了光电转换。图中 LIGH
23、T1 为光敏电阻，光照强度较大时，光敏电阻阻值较小，分压低，这时双电压比较器的引脚 6 比引脚 5 的电压低，引脚 7 输出高电平，当光照强度变弱时，光敏电阻的阻值就会变得较大，分压高，输出低电平。LED 灯会亮起，单片机通过判断电平的高低来判断是否为黑暗状态。其电路图如下图 3.3 所示：R130kLIGHT9+V2K4OUNDC8ME图 3.3 光敏电阻工作原理图3.3 报警电路蜂鸣器在本设计中用于报警电路，它是根据电生磁原理进行工作的，当有电流经过电磁线圈时，电磁线圈会产生磁场来驱动振动膜发出声音的。因为单片机 I/O口输出电流太小，所以需要通过三极管进行电流的放大来驱动蜂鸣器。单片机控
24、制 BEEP 的高低电平来让蜂鸣器是否工作，图中 Q1 为 NPN 型的三极管，当 BEEP 为高电平时，三极管将导通，蜂鸣器接地得电，相反为 BEEP 低电平时，三极管截止，蜂鸣器不得电。R1 为上拉电阻，让 I/O 口的电流在高电平时加大，这时单片机输出的电平可以驱动蜂鸣器正常工作，电阻 R6 起限流作用，防止基极电流太大烧坏三极管。其电路原理图如图 3.4 所示：SBPQ图 3.4 蜂鸣器报警电路图3.4 人体红外感应模块电路J4 为人体红外模块插口，有人时第二脚输出高电平，经过电阻 R31 限流后导通济南大学泉城学院毕业设计- 7 -三极管 Q3，此时三极管集电极接地，所以 PEOPL
25、E 为低电平，LED 灯 D3 点亮，单片机通过 PEOPLE 是低电平还是高电平判断是否有人经过。其电路图如图 3.5 所示：123J4HCSR50K+VQ9PEOLD图 3.5 人体红外感应模块电路3.5 声音检测电路驻极体话筒内部有一个场效应管和金属膜片，当有声响时驻极体振动膜会发生震动，它是一种声电转换器件 6。驻极体振动膜上具有极化电荷，当有声音时会发生震动，驻极体振动膜会因为震动而发生位移，所以电容两极板之间的距离会发生改变，电容就会发生变化，但是驻极体上的电荷量是固定的，如果电容发生变化，电容器两端的电压也一定会发生变化，从而输出电信号，这就是驻极体话筒的工作原理。MK1 为驻极
26、体话筒，当有声响时，器件产生交变电压，电容有隔直通交的作用，所以电压通过 C5 耦合到三极管 Q2 的基极，使三极管截止，此时三极管集电极为高电平，所以此时 1 脚输出为低电平，电平由高变低，下降沿触发单片机外部中断，使单片机判断外界是否发出声响；相反地，如果没有声音发出三极管会一直导通，引脚 2 输入为低电平，电压比较器输出高电平，单片机通过高低电平来的输出判断是否有声音发出。其电路图如图 3.6 所示：UTGN68MI济南大学泉城学院毕业设计- 8 -图 3.6 声音检测电路3.6 时钟电路DS1302 是可以实现对年、月、日、周、分、秒进行计时的一种低功耗，高性能的时钟芯片，而且还具有闰
27、年补偿的功能，它由 VCC 中较大者供电，内部有一个RAM 寄存器用来存放临时数据。DS1302 时钟芯片有一个可以传送多次字节的时钟信号和数据的接口，保持与 CPU 的同步通信 7。DS1302 时钟芯片通过引脚 5、6、7 与单片机相连，通过读取程序来显示时间，其中 J1 为纽扣电池作为储备电池使用，当断电时 LCD 显示屏不会因为断电而使时间发生变化或者停止。电阻 R3、R4、R5 的作用是用来提高抗干扰能力的。晶振是用来 DS1302 时钟芯片提供时钟频率的。其电路图如图 3.7 所示：VC21X3GND4RSTI/OLKU0YHz+JPWE.图 3.7 时钟电路济南大学泉城学院毕业设
28、计- 9 -4 软件部分设计4.1 软件介绍4.1.1 Proteus 软件Proteus 是一种用于电路设计仿真的，功能较为全面的 EDA 软件。它由英国Labcenter electronics 公司于 1989 年研发，至今已有近 30 年的历史，在此期间得到广大电路设计技术人员的青睐 8。Proteus 具有原理编辑，交互式仿真等功能。设计满足了设计软件从无到有的设计过程，这是其他 EDA 软件难以企及的，本软件数据库包括模拟电路、数字电路、模数混合电路等仿真模块。为这些电路的设计与仿真提供了完美的平台，并且他还具备微处理器系统的开发与仿真功能。对于具体功能而言，它能够实现电路原理图智
29、能排布，功能仿真，数据分析等功能，并且能够完成电路 PCB 设计功能。（1）Proteus ISIS 编辑环境在 ISIS 7 Professional 启动界面上单击 ISIS 图标，进入 ISIS 7 Professional 窗口，它是由菜单栏，主工具栏，预览窗口，元器件选择按钮，工具箱，原理图编辑窗口，对象选择器，仿真按钮，方向工具栏和状态栏等部分组成 9。（2）Proteus ISIS 参数设置Proteus ISIS 7 可以实现对编辑环境和系统参数的设置。编辑环境设置：Proteus ISIS 编辑环境的设置主要是图纸，文本编辑器，网格点和模板。系统参数的设置：Proteus I
30、SIS 系统参数的设置主要是对热键、标注选项、仿真参数的设置。4.1.2 keil 软件Keil 是由德国 Keil Software 公司研发的用于开发 80C51 单片机内核的软件平台之一，它广受设计研发人员的欢迎。其中 Vision4是由美国 keil Software 公司推出的用于开发 51 系类单片机的 10。它是一个集成开发环境可用于编辑，编译，仿真等功能，为软件的开发提供了较好的设计平台。而且支持多种多种编程语言设计，其中包括汇编语言和 C 语言，Keil C51 有丰富的数据库和各种各样的功能，方便了设计的人员的使用。下图为 Vision4进行程序编写的界面，如图 4.1 所
31、示：济南大学泉城学院毕业设计- 10 -图 4.1 keil 界面图（1）创建项目创建一个新的项目和文件，并把这个文件添加到项目中。设置项目和文件的操作属性。被设置的项目操作属性包括：明确目标芯片和系统的硬件环境、对项目输出文件和清单文件提出要求、选择项目的调试方法等。有时需要对项目中的个别文件单独设置操作属性.设置工具选项为目标硬件选择合适的参数。项目制作，用工具链（编译器、汇编器、连接定位器等）处理项目，生成中间文件产物（可重新定位目标文件、列表文件等）和最终文件产物（绝对目标文件、烧写文件等）。（2）仿真设置使用 Vision4调试器可以对源程序进行测试，Vision4 提供了两种工作模
32、式。这两种模式可以在“Option for Target”对话框的“ Debug”选项中选择。Use Simulator：软件仿真，如串行口，输入输出口和定时器。在此模式下，将 Vision4调试器配置成纯软件产品，能够仿真 C51 系类中大多数不需要任何硬件的目标板 11。Use：硬件仿真，如 TKS Debugger，用户可以直接把这个环境与仿真程序或keil 监控程序相连。（3）keil 程序调试与分析系统调试有软件模拟调试和硬件模拟调试两种方式。使用计算机让单片机进行指令执行，并采用虚拟单片机片内的资源数据进行的调试属于软件调试。利用计算机中的软件通过单片机的输入输出口或者 USB 接
33、口把编译好的程序传送到仿真器，然后把单片机内的所有资源数据通过仿真器进行仿真，济南大学泉城学院毕业设计- 11 -随后把仿真后的结果返回给计算机，这样的调试方式叫做硬件调试 12。软件调试和硬件调试的区别在于软件调试是一种小型工程的调试，是初步调试。而硬件调试可以通过计算机看到单片机的真实执行情况，不仅可以进行单步调试还可以进行全速调试。4.2 主程序设计本部分的设计内容为在主程序里，单片机的输入端口通过初始化，对 DS1302时钟芯片初始化，LCD1602 芯片初始化来执行下一步命令。（1）对程序进行初始化后，如果此时 Key1 时间设置键被按下，可以对时间进行设置，通过 Key2 键增加时
34、间，Key3 键减小时间；（2）如果不对路灯时间进行设置，19 点时打开路灯，且在时间段 19 点到 24点路灯亮度最大，在 0 点到次日 6 点之间减少路灯亮起盏数，达到节约电能的目的；（3）假定 Key1 没有按下，且不在设定时间段内，若是阴天有行人，路灯亮起；（4）假定 Key1 没有按下，且不在设定时间段内，没有阴天没有行人，关闭路灯；（5）在设置时间段内，假定路灯没有亮起，所以此时光敏电阻不会检测到光线，将会启动蜂鸣器报警。如图 4.2 所示：济南大学泉城学院毕业设计- 12 -开始程序初始化K e y 1 是否 按下是否介于 1 9 点 - 次日 6 点是否阴天是否有行人关闭路灯返
35、回设置时间K e y 2 是否 按下 K e y 3 是否 按下时间增加设置时间减少设置NYNYNNYYN是否有行人路灯调暗0 点 6 点 1 9 点 次日 0 点路灯最亮是否有故障 报警NNYYYNY图 4.2 主程序框图4.3 子程序设计4.3.1 人体检测子程序系统初始化后，对程序进行初始化，判断是否在凌晨以后，若在节能模式判断是否有行人经过，如果有行人经过，路灯全部亮起并延时一段时间，如果没有行人经过，保持原来的状态；若没在节能模式，有行人经过，路灯也不亮起如图 4.3 所示：济南大学泉城学院毕业设计- 13 -开始程序初始化是否在 节能模式路灯全部亮起返回是否有行人经过NYYN图 4
36、.3 人体检测子程序流程图4.3.2 时钟子程序系统开始后，DS1302 时钟芯片就会开始工作判断是否有片选信号，若有片选信号，时钟芯片将等待初始时间设置命令后进行写操作，路灯将按照新时间定时，读取到当前数据后，将数据送入到单片机，判断是否需要对时间进行调整，如果有时间调整命令，将对芯片进行重新写操作，如果没有没有调整命令，则读取当前数据即可。若没有片选信号发生则重新进行检测。济南大学泉城学院毕业设计- 14 -开始是否有片选信号等待初始时间设置命令写操作按照新时间定时读取当前数据将数据送入单片机是否进行时间调整YNNY图 4.4 DS1302 时钟芯片框图4.3.3 报警子程序系统开始后，对
37、程序初始化，然后开始对路灯故障进行检测，进而判断是否出现故障，其中对路灯进行故障检测是通过光敏电阻进行检测的，在设置时间段内，假定路灯没有亮起，所以此时光敏电阻不会检测到光线，将会启动蜂鸣器报警，如果没有出现故障，则检测结束。如图 4.5 所示：济南大学泉城学院毕业设计- 15 -开始程序初始化路灯故障检测是否出现故障蜂鸣器报警结束YN图 4.5 蜂鸣器报警框图4.3.4 光线检测子程序系统开始后，对单片机进行初始化，当光敏电阻检测到光线强度，通过 LM393电压比较器进行电压比较，判断光线强度是否符合标准，假如光线强度符合标准，即光线强度较弱，则路灯亮起。相反，光线强度较强路灯不会亮起，返回
38、。如图 4.6所示：济南大学泉城学院毕业设计- 16 -开始程序初始化光敏电阻检测光强光线是否符合标准路灯亮起返回YN图 4.6 光线检测子程序框图4.3.5 中断子程序系统开始后对程序进行初始化，假设在设置时间段内将允许中断，中断允许后打开中断，路灯亮起。如果没在设置时间段内，返回程序。开始程序初始化是否在设置时间段内允许中断打开中断路灯亮返回YN图 4.7 中断子程序框图济南大学泉城学院毕业设计- 17 -5 系统仿真与调试5.1 系统电路仿真通过 Proteus 软件对电路进行仿真，首先将硬件电路图绘制在软件中，打开 Keil软件，新建工程，选择单片机型号为“Atmel 公司的 AT89
39、C52”，新建文本文档保存为“.c”文件，添加到工程，编辑系统程序，编写程序完毕后通过“Options for target”勾选“creat hex file”，然后进行编译，生成 “.hex”文件，最后在 Proteus 软件中双击单片机，在“Program File”中勾选“.hex”文件，点击运行。即可实现对系统的模拟调试。如图 5.1 所示，为在规设定的时间内路灯亮起的仿真结果。RSWERSWELAMP1 LAMP2LAMP12VOICE VOICED71463D5124D31029D1807E6RW5S4VS1D2VE3LCD1LM016LXTAL218XTAL119ALE301P
40、SN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.0/T21./EX2P1.23.34P1.45.56P1.67.78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/14P2.4/A225.5/136.6/47U1AT89C52234567891RP1RESPACK-8X112MC130pFC230pFC2uFR110k确 认加减50%RV11kRST5CLK7I/O6 X
41、12X23VC18 21U2DS1302X2CRYSTAL接 备 份 电 源选 择D1LE-BLUE D2LE-BLUER6510 R7510路 灯 Q1NP声 控人 体 检 测故 障 检 测蜂 鸣 器BUZ1BUZERR21kR310kD3LE-GREND4LE-YELOWR4470R5470有 人声 响光 线 检 测按下有效D5LE-BLUER8510黑 暗图 5.1 系统仿真图5.2 PCB 设计5.2.1 PCB 介绍PCB 是印刷电路板（Printed Circuit Board）的简称，通过印刷和蚀刻等工艺将电路原理图中元器件的位置和孔位印制到覆铜板的过程。覆铜板多为压制而成的，根
42、据布线层数可分为单层板、双层板和多层板三种。单层板适用于简单元器件不多且布线不复杂的电路图（如本设计可以用单层板），在日常生活中并不常用 13。多层板由于工艺的原因大多数层数为偶数层，包括信号层、电源层、接地层、丝印层等，但由于多层板的成本过高，在平时中也不常用。最常用的是双层板，由顶层和济南大学泉城学院毕业设计- 18 -底层组成，两面都可以走线。5.2.2 PCB 设计实现进行电路原理图的绘制，然后将绘制好的电路原理图进行编译确保没有错误，若没有错误则生成网络报表，可以通过工具菜单下的封装管理器查看封装是否符合要求且均有封装。建立一个新的 PCB 文件，然后设置板子的大小、线宽、线距、过孔
43、、层定义等，设置完成之后，在设计菜单下点击更新 PCB 文件，生成 PCB 图，通过手动调整进行元器件进行布局，布局时应注意以下几点：1.应该以主控元件为中心，进行布局；2.使用数量多的元器件要考虑它的分布参数；3.保持信号流向同一方向，便于后期电路的检查；4.可以把不常用的元器件放在体积较大元器件的下边以压缩板子的大小。5.手动调整完各个元器件的位置后，进行手动布线，在布线时不能出现小于或等于 90 度的角，以防尖端放电和腐蚀过度。布线完成后，再进一步对 PCB 图检查，确保所有的飞线都连接完成且没有错误，检查无误后进行 PCB 的转印、腐蚀、钻孔等操作。其设计的 PCB 图如图 5.2 所
44、示：图 5.2 路灯 PCB 图济南大学泉城学院毕业设计- 19 -5.3 电路板制作5.3.1 印制板和元器件检查及安装（1）印制板的检查检查 PCB 板的孔径的大小、开孔位置是否符合 PCB 封装以及印制板尺寸是否符合要求，检查覆铜线路是否完整等现象，丝印是否清晰，表面处理是否合格，有无划伤以及印制板是否变形 14。（2）元器件检查检查元器件的种类、型号、数量是否正确，以及元器件的引线是否腐蚀、氧化。（3）元器件的插装元器件是按照从左到右，从上到下，从里到外，从小到大，从低到高的顺序进行插装的且插装时应注意字符标记方向一致。5.3.2 电路板的焊接及检查（1）准备焊接所需要的工具，元器件，
45、并放在指定位置；（2）检查电烙铁的电源线，加热头，手柄是否正常；（3）打开电烙铁开关观察能否正常加热以及加热灯是否正常亮；（4）为了防止生成氧化层，电烙铁加热一段时间后，要蘸上松香，在使用松香的过程中要避免过量，否则容易导致加热时间过长，导致焊接速率变慢；（5）为了方便焊接，提高焊接的质量，避免造成虚焊，在进行焊接前将要焊接的元器件引线提前用焊锡润湿；（6）将元器件放在印制电路板后，为了避免焊接时送锡过多，所以在焊锡凝固之前不要将焊件移动 15，要等焊件凝固后再移开，否则容易造成虚焊或者使焊点结构疏松，而且在焊接的过程中一定要保持电烙铁头清洁，没有焊渣等氧化物；（7）焊接完成后，观察是否有漏焊
46、，导线及元器件绝缘层是否有损伤；焊料是否引起焊点短路；焊接完成后实物图如图 5.3 所示：济南大学泉城学院毕业设计- 20 -图 5.3 焊接实物图5.4 系统调试把元器件焊接完成后，进行电路的测试，特别的是供线电路要引出一个测试点，便于进行检查，并且在焊接时只焊接插座，调试时再把芯片加上。将万用表调到电阻档，检测引脚之间是否相连接，在断电的情况下，如果导通的话万用表显示的电阻为零，如果出现虚焊或者短路等异常情况，则显示的电阻为无穷大。当所有元器件检测完成后，安装上芯片再打开电源。第一步，插上电源，按下自锁开关，电源指示灯亮起，系统开始工作，LCD1602 液晶显示屏显示当前时间，如图 5.4
47、 所示。济南大学泉城学院毕业设计- 21 -图 5.4 LCD 显示图第二步，进行系统设置，设置当前时间，路灯开启和关闭时间。本次设计，路灯开启时间为 18 点，关闭时间为零点。如图 5.5、5.6 所示：图 5.5 设置开启时间图图 5.6 设置关断时间图济南大学泉城学院毕业设计- 22 -第三步：在设置的时间段内，路灯亮起。如图 5.7 所示。图 5.7 设置关断时间图第四步：次日零点到早上 6 点，减少路灯亮起盏数，路灯进入节电模式，若有人经过或有声响路灯全部亮起。如图 5.8、5.9、5.10 所示。图 5.8 节电模式实物图济南大学泉城学院毕业设计- 23 -图 5.9 声控实物图图 5.10 红外热释控制路灯实物图第五步：在设置时间段外，当光敏电阻检测到光线较弱时，路灯亮起。在调试的时候，用笔盖遮住光敏电阻来代替光线较弱，如图 5.11 所示。图 5.11 光线检测实物图济南大学泉城学院毕业设计- 24 -第六步：进行故障检测，用笔盖遮住光敏电阻来代替检测不到路灯发光。如图5.12 所示。图 5.12 故障检测图
