道路照明的随动调节能控制系统.docx
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1、LED道路照明的随动调节能控制系统Intellective Controlling LED Street Lamp摘 要本文阐述了照明的无线控制方式设计原理与实现方法。以设计过程为主线,分别从硬件和软件两个方面描述设计过程,即从硬件电路的设计方法到实现所要求功能的软件技术。该照明控制系统的主控制器是以AT89S52单片机为基础,实现了无线数传、控制与显示等功能。文中详细地描述了控制电路的设计过程,包括:时钟模块、无线数传电路、声光控制电路模块以及人体感应模块等。对于软件设计主要有主控制器无线数字传输程序设计以及灯光控制、定时控制等程序设计。无线数传程序的功能是:通过主从通信方式,由主控制器发出
2、命令对全部或单个分控制器所控制的照明灯实现开启、关闭、灯光亮度调节、定时控制等功能。关键词:控制器;单片机;无线数传;灯光亮度控制;定时控制ABSTRACTThe paper expatiates on the designing theories and implementation method of the control system for lighting by wireless communications. Taking the designing process as mainline, it describes the process of designing from t
3、wo respectshardware and software. In another word, the paper describes the process from the method of circuit designing to the software technology of realizing the demanded functions. The host controller of the control system for lighting is based on AT89S52 single-chip microcomputer. The system can
4、 do many jobs, such as wireless data transmitting, controlling and display. The paper describes the designing process of the circuit at length, including: clock module , wireless transmitting module, sound control circuit and light control circuit module, clay induction, etc. The designing of softwa
5、re mainly includes the several programming, such as wireless data transmitting, lamplight controlling, timed controlling. The wireless data transmitting programming function is that through Master-slave communication method based on the host controller sends orders to the all auxiliary controllers o
6、r each one, including: turning on lighting, turning off lighting, regulating brightness of lighting, controlling timed lighting, etc.Key words: Controller;Single-chip microcomputer;Wireless data transmitting;controlling brightness of lighting;Timed controlling目 录引言1第一章 LED节能技术概况21.1 传统照明技术简介21.2 LED
7、照明发展简介21.3 LED的发光原理41.4 LED的优点5第二章 系统原理721 系统设计要点722 系统的结构72.3系统的节能方式72.4系统硬件框图8第三章 主控单元93.1 AT89S52的主要性能:93.2 AT89S52管脚说明10第四章 时钟模块134.1 PCF8563特性134.2 PCF8563的基本原理134.3 PCF8563功能144.4 时钟电路图15第五章 无线传输模块165.1 NRF24L01功能介绍165.2 NRF24L01电路图165.3 NRF24L01无线传输模块管脚175.4 NRF24L01工作方式175.5 Enhanced ShockBu
8、rstTM发射流程与接收流程18第六章 声光控制电路206.1声控电路控制原理206.2声控电路原理图206.3 光敏传感器工作原理206.4光敏传感器电路图22第七章 人体感应模块237.1工作原理237.2实物图237.3功能特点247.4感应范围25第八章 程序设计268.1程序流程图268.2程序的应用举例26结 论31致 谢32参考文献33附 录341、系统总原理图342元器件清单353、程序36引言照明工程迅猛发展,其路灯数量的增大,而且功耗和性能大大提高,因而对路灯定时器控制的要求比较精确。目前,对路灯控制方法多为“人工控制”和“光控”。“人工控制”受恶劣天气的影响及其他干扰,并
9、且巡视困难;“光控”容易受外部环境干扰,灵敏度低且可靠性较差,二者均不能实现控制开关灯的合理化、科学化,从而会出现:开灯早,关灯晚;或者开灯晚,关灯早的现象。前者会造成巨大的电能浪费,后者会损害城市形象、影响社会治安和交通安全,从而影响城市的投资环境。以上难点,将直接影响城市照明管理水平。而照明管理的高低又将直接影响到城市的市容、投资环境、交通安全和社会治安等,这些都是构建良好的城市环境的重要组成部份,对城市的建设和发展有着重要的意义。总之,随着城市规模的不断扩大,现有的路灯管理的方式方法已远远不能满足城市路灯发展与管理的需要,必须依靠现代化的高科技管理手段。路灯管理工作需要一个以计算机为核心
10、的、自动化的管理手段来替代传统的路灯监控系统。使整个城市照明监测,决策和管理工作建立在计算机信息网络平台之上。因此,建设现代化的“路灯监控管理系统”已迫在眉睫。单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU、存储器、输入/输出部件和时钟电路等。因此,它具有体积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强、可在各种恶劣环境下可靠地工作等特点。特别是它应用面广,控制能力强,使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应用。本设计中正是运用单片机的AT89S52作为主控芯片设计的路灯控制系统。AT89S52不但功能强大,而且使用方便、价格便宜,可以最大限度
11、的降低成本、增加计时模式和提高计时精度。该控制系统体积小,适用与校园、街道、小区等各种场所的路灯控制,可以最大限度的满足人们的生活需要。第一章 LED节能技术概况随着人类文明的进步,照明技术也在迅速发展。早期人类用的是植物油产生光,1976年白炽灯问世,它以碳棒作为灯丝,是照明技术的巨大改进,1938年发明的日光灯可以减少热的损失,节省能源的消耗,这又是一个大进步,后来紧凑型日光灯的开发使其应用更为普遍,同时高压气体放电灯如水银灯、金属卤素灯及钠灯等的发明可在室外实现照明,满足了各方面的需要。目前有21%的电源用于照明,如果能在固体照明领域节省一半的能源,则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。1
12、.2 LED照明发展简介(1)发光效率高。LED 经过几十年的技术改良,其发光效率有了较大的提升。目前,世界各国均加紧提高 LED 光效方面的研究,在不远的将来其发光效率将有更大的提高。(2)耗电量少,LED 单管功率0.03-0.06瓦,采用直流驱动,单管驱动电压1.5-3.5伏,电流 15-18 毫安,反应速度快,可在高频操作。(3)使用寿命长,采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用 LED 灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击和震动,不易破碎。平均寿命达10万小时。(4)安全可靠性强,发热量低,无热辐射,冷光源,可以安全抵摸:能精确控制光型及发光
13、角度,光色柔和,无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。(5)有利于环保,LED 为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,废弃物可回收,没有污染。光源体积小,可以随意组合,易开发成轻便薄短小型照明产品,也便于安装和维护。第二章 系统原理21 系统设计要点系统设计主要包括硬件和软件两大部分,依据控制系统的工作原理和技术性能,将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图,然后对硬件进行调试、测试,以达到设计要求。软件设计部分,首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计,拟定详细的工作计划;然后进行具体设计,包括各模块的流程图,选择合适的编程语言和工具,进行代
14、码设计等;最后是对软件进行调试、测试,达到所需功能要求。在系统设计中设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系统设计方法,该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机,并确定与之配套的外围芯片,使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计还包括输入输出接口设计,画出详细电路图,标出芯片的型号、器件参数值,根据电路图在仿真机上进行调试,发现设计不当及时修改,最终达到设计目的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系,本系统由于是采用51系列单片机,因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特
15、点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法,先编写各个功能模块子程序,然后进行组合与调整,经过调试后,达到设计功能要求。22 系统的结构系统的结构主要由三部分组成:(1)上位机系统;(2)下位机系统;(3)通信系统。这三部分共同完成了主控制器通过无线通信方式与分控制器进行信息交换,达到控制照明灯具的目的。2.3系统的节能方式 当室外光线较暗时,亮度传感器给单片机P1.0口一个低电平信号使路灯全部点亮。设定定时器的时间为23:00,由于此时道路上的人车较少,所以定时器SCL输出高电平SDA为高电平向低电平跳变,单片机开始接收数据,传输结束后PCF8563的SCL保持高电平SDA为低电平向高电平跳变
16、。单片机通过PWM调节LED路灯,使之亮度减半。与此同时,噪声传感器、被动红外传感器、无线网络同时工作,当这三个传感器的任何一个接收到信号都会给单片机一个低电平信号,单片机通过PWM调节LED路灯使其全部点亮,并且单片机通过无线网络向外发出广播信号使其周围的LED路灯点亮。2.4系统硬件框图系统硬件框图如图2-1所示。图2-1 系统硬件框图 第三章 主控单元单片机以其集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、价格廉、使用灵活等一系列优点得到迅速的发展,渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过
17、程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统等,这些都离不开单片机。此次设计主要采用宏晶科技的AT89S52单片机为主控单元。3.1 AT89S52的主要性能:1. 与MCS-51单片机产品兼容2. 8K字节在系统可编程Flash存储器3. 1000次擦写周期4. 全静态操作:0Hz33MHz5. 三级加密程序存储器6. 32个可编程I/O口线7. 三个16位定时器/计数器8. 八个中断源9. 全双工UART串行通道10. 低功耗空闲和掉电模式11. 掉电后中断可唤醒12. 看门狗定时器13. 双数据指针14. 掉电标识符AT89S52是一种低功耗、高性能CMO
18、S8位微控制器,具有8K 在系统可编程Flash 存储器7。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑
19、操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。3.2 AT89S52管脚说明 图3-1 AT89S52引脚图VCC : 电源GND: 地P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指
20、令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX)。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。引脚号第二功能P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触
21、发信号和方向控制)P1.5 MOSI(在系统编程用)P1.6 MISO(在系统编程用)P1.7 SCK(在系统编程用)P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P
22、2锁存器的内容。在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。引脚号第二功能P3.0 RXD(串行输入)P3.1 TXD(串行输出)P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0(定时器
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