西安交通大学网络教育学院论文 西安交通大学网络教育学院论文 PAGE II PAGE I 基于单片机的智能路灯控制管理系统设计 摘要 路灯是城市建设中不可缺少的公用设施，是城市形象的重要标志之一。城市路灯照明的维护管理水平不仅反映城市的建设水平，而且体现城市的现代化程度。随着我国社会主义现代化建设的不断发展，市政建设取得了极大进步。传统的路灯控制手段已不再适应现代化的要求，设计和实现自动化程度高的路灯控制器是十分必要的。 本设计以单片机AT89C51为控制核心，利用光照度和红外人体感应相结合主动与被动的探测方法，实现了光照充足时灯光自动关闭，在光照不足时自动开启灯光。当有人路过时会增强路灯的光照强度，当人走开延时2分钟后会恢复低光照强度模式。在白天，即使有人走过时，灯也不会亮，可以达到节能的目的。本设计可用于校园、工厂、小区的路灯。 关 键 词：热释电红外传感器；光敏电阻；单片机；光电耦合器 论文类型：设计报告 目 录 TOC \o 2-3 \h \z \t 标题 1,1 摘要 I 目 录 I 1 绪论 1 1.1论文的选题意义/背景及目的 1 1.2 国内外发展现状 1 1.2.1 国外智能路灯发展现状 1 1.2.2 我国智能路灯发展现状 2 1.3 本文的主要内容 2 2 系统控制方案总体设计 5 2.1 设计要求 5 2.2 控制系统总体设计 5 3 硬件系统模块设计 6 3.1 系统芯片介绍 6 3.1.1热释电红外传感器 6 3.1.2光敏电阻 7 3.1.3光电耦合器 11 3.1.4单片机 14 3.2 硬件电路设计 15 3.2.1 单片机电路设计 15 3.2.2 扩展电路和输入/输出通道设计 17 4 软件程序设计 20 4.1 系统控制流程图 20 4.2 控制程序的设计 21 4.2.1 光照检测子程序 21 4.2.1 人体红外检测子程序 21 5 系统仿线 附 录 29 PAGE PAGE 2 PAGE PAGE 3 绪论 1.1论文的选题意义/背景及目的 节能是照明控制系统的最大优势。传统的路灯只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命[2]。 良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段，人们的不同需要，自动调节照度。 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[1]。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。 城市照明的发展经历了传统路灯、LED路灯、智能LED路灯到今天的智慧路灯，智慧路灯集有电、有杆、有网络的优势成为城市物联网部署的重要载体。积极探索智慧路灯的综合利用不仅有利于减少城市杆体的重复建设，同时解决了城市传感部署的一大难题，积极推动市政建设集约化、基础设施智能化、公共服务便捷化和城市管理精细化的发展，不断提升城市综合管理水平。 智慧路灯可有效解决城市公共基础设施建设过程中存在的信息孤岛、重复建设等突出问题，满足智慧城市市政建设集约化、基础设施智能化、城市管理精细化、生活环境宜居化的建设目标要求，对于促进智慧城市建设方案的实施落地有着重要的现实意义。 1.2 国内外发展现状 1.2.1 国外智能路灯发展现状 在欧美发达国家，由于基础设施建设已经成熟，智慧路灯的应用更少，仅在部分高科技城有应用。国外的智慧路灯大部分都是从我国的厂商进口，可以说我国这方面的应用要比发达国家领先。 在美国，2016年洛杉矶决定把街上的路灯从原来的高压钠灯换成新式的LED灯，整个过程需要花费四年，共涉及七千多公里长的道路。这些LED路灯是智能联网的能够在发生紧急情况时闪烁，提醒过往行人以及给救护车、警车等引路。此外，LED路灯节省下的电将被来运行100个电动汽车充电站。亚马逊公司16年曝光了一项名为多功能无人机中转站系统和方法的新专利，将LED路灯作为无人机中转站。 整个德国而言，有约20万个电线杆可供改造。在柏林，近千个电线杆将在下一阶段作为“充电杆”使用。不过仅作为充电桩使用，没有集多种功能于一体。德国部分地区正实验用手机进行路灯点亮的技术。 近年来，国外很多国家已经采用了基于新技术的不同方法来将城市转变为智能城市。智慧城市场景是不同科学和技术（尤其是与信息和通信领域相关的科学和技术）的肥沃应用领域。正在进行的几个项目说明了智慧城市的机遇和挑战[5]在各种应用领域中，例如网络，决策支持系统，电网，能源感知平台，面向服务的体系结构，突出了为未来的城市配备各种城市传感器的需求。从流量监控到能源管理，从电子医疗到电子政务，从人群到应急管理，可以设想大量应用程序。这种无所不包且雄心勃勃的情况要求使用适当的ICT技术。特别地，需要用于管理基础物理感测和致动资源基础设施的解决方案。 1.2.2 我国智能路灯发展现状 智慧路灯杆作为2015年才首次推出、16年才开始商用的新兴物体，目前在国内外发展均处于初期阶段。在我国，由于基础设施相对薄弱，建设仍有空间，很多新区仍在建设阶段，在最开始的道路规划阶段就已为智慧路灯留下了空间，应用越来越多；部分老城区也有智能照明改造、安装智慧路灯的例子。 作为中国西部首批试点区域，陕西省榆林市神木滨河新区新建路段及青海省西宁市湟中县率先于2017年启动道路照明系统改造工作。此次安装的智能互连道路照明系统及LED路灯可进行远程控制和故障检测，与上层智慧城市管理平台整合兼容，实现智慧城市大平台信息共享所带来的联动优势。改造所装配的飞利浦BRP39X灯具与Interact城市智能互连道路照明系统搭配阿里云平台，与传统路灯系统相比不仅更节能，还可以城市道路基础设施串联起城市数据链，通过云平台控制、分析，深度挖掘物联网大数据的应用价值，助力该市迎接物联网大数据时代。 路灯系统作为城市基础设施的骨干脉络，也是物联网时代城市网络设施的重要组成部分，当每一盏路灯都接入物联网后，其广覆盖、深渗透的特点可产生不可估量的大数据及丰富的应用想象。作为物联网时代的照明企业，致力于在全球各地用前沿的照明技术加速城市的智慧化转型。 1.3 本文的主要内容 本文研究的是基于单片机的智能路灯设计。 全文共分为六章，各章内容简介如下： 第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容； 第二章介绍了智能路灯控制系统的总体设计方案； 第三章是系统的硬件电路设计以及所用到的主要器件和一些器件的工作原理，该系统的电路主要由三部分组成，人体红外检测模块电路、光照强度检测模块电路和灯光控制模块电路，改部分依此对这三个电路进行了介绍； 第四章是软件设计，介绍了该系统的软件设计流程； 第五章是仿真测试，使用Proteus7.8软件对整个电路进行了仿真测试。 本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。 西安交通大学网络教育学院论文 PAGE PAGE 14 PAGE PAGE 15 系统控制方案总体设计 2.1 设计要求 本篇论文是智能路灯控制电路主要完成以下几个目标： （1）实现光照充足时灯光自动关闭，在光照不足时自动开启灯光。 （2）实现当有人路过时会增强路灯的光照强度。 （3）实现在人走开后延时2分钟后会恢复低光照强度模式 （4）所设计的开关系统应做到节能、智能、耐用、可靠性高以及维护方便。 2.2 控制系统总体设计 智能路灯控制系统由单片机最小系统、人体感应模块、关照强度模块、灯光控制模块、电源模块和灯泡组成。本系统采用了光敏电阻检测白天黑夜，红外热释电传感器感应人体信号，经过单片机分析处理判断是否控制灯光亮灭。该系统制作简单、成本低，安装比较方便，而且比较稳定、抗干扰能力强、灵敏度 高、安全可靠。系统的组成框图如图2.1所示。 图2.1系统的组成框图 硬件系统设计 3.1 系统芯片介绍 3.1.1热释电红外传感器 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号[4]。 热释电红外传感器内部由光学滤镜、场效应管、红外感应源(热释电元件)、偏置电阻、EMI电容等元器件组成，其内部电路框图如图2.1所示。 图3.1热释电红外传感器内部电路框图 光学滤镜的主要作用是只允许波长在10μm左右的红外线(人体发出的红外线波长)通过，而将灯光、太阳光及其他辐射滤掉，以抑制外界的干扰。 热释电红外传感器内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MΩ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元[5]。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。 图3.2热释电红外传感器结构图 图3.3热释电红外传感器实物图 3.1.2光敏电阻 当光照射到光电导体上时，若光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。 1.简介 利用具有光电导效应的材料（如硅、锗等本征半导体与杂质半导体，硫化镉、硒化镉、硫化铅等）可以制成电导随入射光通量变化的器件，称为光电导器件或光敏电阻。 2.光敏电阻的基本原理 当光照射到光电导体上时，若光辐射能量又足够强，光导材料价带上的电子将激发到导带上去，从而使导带的电子和价带的空穴增加，致使光导体的电导率变大。 在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。 产生条件：入射光的能量必须大于光导体材料的禁带宽度??_??。 图3.4光敏电阻的工作原理 3. 光敏电阻的基本结构 光敏电阻在微弱辐射作用的情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离l的平方成反比；在强辐射作用的情况下光电导灵敏度Sg与光敏电阻两电极间距离l的二分之三次方成反比，都与两电极间距离l有关。 图3.5光敏电阻结构图 4. 光敏电阻的优缺点 优点： 光谱响应范围宽; 工作电流大,可达数毫安; 动态范围宽,既可测强光,也可测弱光; 光电导增益大，灵敏度高; 偏置电压低,无极性之分,使用方便。 缺点：在强光照射下光电转换线. 光敏电阻的主要参数 暗电导：无光照情况下的电导。G 亮电导：有光照情况下的电导。G 光电导：暗电阻与亮电阻的差。G G= Gd+ 暗电流：无光照情况下的电流。I 亮电流：有光照情况下的电流。I 光电流：暗电流与亮电流的差。I I= Id+ 灵敏度：指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻） 与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。 （1）光电特性 光敏电阻随光照度变化而变化的特性。光敏电阻在弱辐射和强辐射作用下表现出不同的光电特性（线性与非线性）。它的光电特性可用在“恒定电压”作用下流过光敏电阻的光电流??_??与作用到光敏电阻上的光照度E的关系曲线 CdS光敏电阻的光电特性曲线）光谱特性 又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波 长的单色光照射下的灵敏度。 图3.7 在可见光区灵敏的几种光敏电阻的光谱特性曲线-硫化镉与硒化镉混合多晶 光敏电阻的光谱响应主要由光敏材料禁带宽度、杂质电离能、材料掺杂比与掺杂浓度等因素有关。 对于不同波长的入射光，光敏电阻的灵敏度是不同的。因此在选用光敏电阻时，应该把元件和光源的种类结合起来考虑，才能获得满意的结果。 图3.8 红外区灵敏的几种光敏电阻 （4）伏安特性 光敏电阻的本质是电阻，符合欧姆定律。因此，它具有与普通电阻相似的伏安特性，但是它的电阻值是随入射光通量而变化的。 图3.9 光敏电阻的伏安特性曲线 一般光敏电阻的伏安特性曲线如图所示，由该曲线可知，所加的电压越高，电流越大。在给定的电压下，光电流的数值将隋光照增强而增大，在设计光敏电阻变换电路时，应使光敏电阻的工作电压或电流控制在额定功耗线）前历效应 前历效应是指光敏电阻的响应特性与工作前的“历史”有关 的一种现象。前历效应有暗态前历效应与亮态前历效应之分。 （6）响应时间和频率特性 光电导探测器的响应时间主要受到光生载流子的平均寿命影响。大多数的响应时间都比较大，基本上都不适合于窄脉冲光信号的检测。光敏电阻的时间响应与入射辐射信号的强弱有关。 （7）噪声特性 光敏电阻的主要噪声有热噪声、产生复合和低频噪声(或称1/f噪声)。在厂低于100 Hz时以l/f噪声为主，频率在100 Hz和接近1000 Hz之间以产生一复合噪卢为主，频率在1000 Hz以上以热噪声为主。 图3.10光敏电阻的噪声特性 减小噪声的方法： a.采用光调制技术且将调制频率取得高一些，一般在800～1000 Hz时可以消除l/f噪声和产生一复合噪声。 b.采用制冷装置降低器件的温度，这不仅减小了热噪声，而且可降低产生一复合噪声，提高了比探测率。 c.设计合理的偏置电路，选择最佳犏置电流，使探测器运行在最佳状态。 6. 光敏电阻的特点 (1)产生光电变换的部位不同。光敏电阻不管哪一部份受光，受光部份的 电导率就增大； (2)光敏电阻没有极性，工作时可任意外加电压。 (3)光敏电阻的光电导效应主要依赖于非平衡载流子的产生与复合运动， 时间常数较大，频率响应较差 3.1.3光电耦合器 将发光器件与光电接收器件组合成一体，制成具有信号传输功能的器件称为光电耦合器件。光电耦合器件的发光器件常用LED发光二极管、LD半导体激光器和微形钨丝灯等。光电接收器件常用光电二极管、光电三极管、光电池及光电阻等。光电耦合器件的发送端与接收端电、磁绝缘，只有光信息相连。 图3.11光电耦合器件的电路符号 有时为隔离干扰，或者为使高压电路与低压信号分开，可采用光电耦合器。这表明了光电耦合器件的又一个重要的功能，即隔离功能。在电子计算机与外围设备相连的情况下，会出现感应噪声、接地回路噪声等问题。为了使输入、输出设备及长线传输设备等外围设备的各种干扰不窜入计算机，以便提高计算机工作的可靠性，亦采用光电耦合器把计算机与外围设备隔离开来[3]。本设计中用到的就是光电耦合器的隔离功能。 4.光电耦合器件的特性参数 光电耦合器件的主要特性为隔离特性与传输特性。 （1）传输特性 光电耦合器件的传输特性就是输入与输出间的特性，它用下列几个性能参数来描述。 a.电流传输比β 在直流工作状态下，光电耦合器件的集电极电流Ic。与发光二极管的注入电流If之比定义为光电耦合器件的电流传输比，用β 图3.12输出特性曲线于电流传输比 光电耦合器件的电流传输比与三极管的电流放大倍数都是输出与输入电流之比值，但有本质的差别。光电耦合器件内的输入电流使发光二极管发光，光电耦合器件的输出电流是光电接收器件（光电二极管或光电三极管）接收到的光产生的光电流。 b.输入与输出间的寄生电容C 这是输入与输出端之间的寄生电容。当其变大时，会使光电耦合器件的工作频率下降，也能使其共模抑制比下降，故后面的系统噪音容易反馈到前面系统中。对于一般的光电耦合器件，其寄生电容仅仅为几个pF，一般在中频范围内都不会影响电路的正常工作，但在高频电路中就要予以重视了。 c.最高工作频率f 频率特性分别取决于发光器件与光电接收器件的频率特性，由发光二极管与光电二极管组成的光电耦合器件的频率响应最高，最高工作频率f接近于10MHz，其他组合的频率响应相应降低。 d.频率特性 下图给出了出了一个光电耦合器件的频率曲线。图中RL为光电耦合器的负载电阻，显然，最高工作频率f与负载电阻值有关。减小负载电阻会使光电耦合器件的最高工作频率fm 图3.13频率特性与负载电阻的关系 （2）隔离特性 (1)输入与输出间隔离电压BV 光电耦合器的输入（发光器件）与输出（光电接收器件）的隔离特性可用它们之间的隔离电压来描述。一般低压使用时隔离特性都能满足要求，在高压使用时，隔离电压成为重要的参数。已经可以造出用于高压隔离应用的耐压高达几千伏或上万伏的光电耦合器件。 (2)输入与输出间的绝缘电阻R 光电耦合器隔离特性另一种描述方式是绝缘电阻。光电耦合器的隔离电阻一般在109 5.光电耦合器件的抗干扰特性 (1)光电耦合器件抗干扰强的原因 a.光电耦合器件的输入阻抗很低，为10Ω-1KΩ；而干扰源的内阻很大，为103 b.由于干扰噪声源的内阻很大，干扰电压供出的能量却很小，只能形成很弱的电流。而发光二极管只有在通过一定的电流时才能发光。因此，被它抑制掉。 C.光电耦合器件的输入、输出是用光耦合的，且被密封在管壳内，不会受到外界光的干扰。 d.光电耦合器件的输入、输出间寄生电容很小，绝缘电阻大，因而输出系统的各种干扰噪音很难通过光电耦合器件反馈到输入系统。 (2)光电耦合器件抑制干扰噪声的电平 在向光电耦合器输送信息（例如矩形脉冲信号）的同时，不可避免地进入干扰信号。这些干扰信号由系统自身产生的干扰、电源脉动干扰、外界电火花干扰以及继电器释放所产生的反电动势的干扰等。干扰信号包含各种白噪声和各种频率的尖脉冲，其中以继电器等电磁电器的开关干扰最为严重。 3.1.4单片机 单片也最初用于工业控制，现在单片机已被各行各业所使用。最初设计是为了使复杂的控制电路高度的集成，所以将中央处理器和一些其他主要的外围电路集中在一块芯片上。INTEL的Z80就是根据这个想法设计的处理器。 虽然现状单片机的种类繁多，但是通过对控制系统的大小和复杂度、学习的难易程度、工作可靠性等方面的综合考虑，本设计最终选用了南通国芯微电子公司的8位单片机AT89C52。 AT89C52是51系列单片机之一，虽然使用的还是典型得51系列得内核，但是相比普通的51单片机已经做出了很多改进，使它具备了一些传统51单片机所没有的功能。此外，STC89X52可以降低到0Hz静态逻 辑运算，并支持两种软件可选的省电模式，空闲模式，CPU停止工作，允许RAM，定时 器/同步在断电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，并且微控制器的所有操作都将停止，直到下一次中断或硬件复位。 图3.14 单片机引脚图 单片机的引脚功能： P0口：P0端口可以作为输入/输出口，但是我们一般实际使用时并不会这样，而是作为地址/ 数据总线口，即低八为地 址与数据线口电路的输出驱动部分内部接有一个上拉电阻，所以无需像P0口那样外接上拉电阻，但是当P1口作为输入口使用时，就和P0口一样也要先对P1口写1。 P1口引脚号第二功能： 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/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在线口相比，它的位结构多了一个转换控制部分，当P2口作为通用I/ O口时，多路开关MUX倒向左边；当使用P2口扩展片外存储器时，MUX开关倒向右边，当P2口作为高8位地址线位地址信号，其MUX的倒向是受CPU的控制的。 3.2 硬件电路设计 3.2.1 单片机电路设计 单芯片微型计算机最小系统也被称为最小应用系统，是由较少的要素构成的单芯片微计算机能够运行的系统，对于51系列微控制器，像最小系统一样，微控制器，石英振荡器电路，包含复位电路。 图3.15 复位电路 复位电路:由电容串联电阻构成，由于图中的连接电容电压不能突然变异的性质，如果系统通电，则RST支为高电平，另外，此高电平持续时，由电路的RC值决定.完善的51微控制器在RST脚的高电平持续2个机械周期以上时复位。 在单片机系统中，为其提供时钟信号的可以是那种电路呢。毫无疑问是晶振电路。一个晶振可以用在一个单片机系统中，因为所提供的频率一致，所以这样可以保证单片机的各部分同步工作。但是不同的晶振可能会用在一些通讯系统中，从而通过调整晶振的频率使得各部分同步。 晶振电路普遍存在于每一个含有单片机所在的系统中。而且，单片机工作所需要的时钟频率就是晶振所提供的，因此晶振在单片机系统里的作用是非常大的，单片机的工作与否可以说大概率取决于晶振，此外，单片机的运行速度快慢也取决于晶振提供的时钟频率高低。单片机最小系统电路如图3.2所示。 图3.16 晶振电路 图3.17 单片机最小系统电路 3.2.2 扩展电路和输入/输出通道设计 3.2.2.1 人体红外检测模块电路 图3.18 人体红外检测模块电路原理图 1IN接热释电红外传感器的输出端，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C9耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器滤波处理，当检测到有人时，会U3输出一个低电平到三极管Q1的基极，三极管导通，Vo输出一个高电平到单片机，由此单片机可以判断出有人经过还是无人经过。这个电路模块就是对是否有人通过进行检测。 3.2.2.2 光照强度检测模块电路 智能灯光控制系统除了人体感应以外还有光线强度检测，在天黑后会自动打开路灯，关照充足时灯光自动光灯，为实现了一个节能的效果。这就必须设计一个光控电路，原理图如图3.2所示。 图3.19 光照强度检测模块电路原理图 图中LDR1为光敏电阻器，光敏电阻器的主要功能是，当没有光照或光线不足时，其阻值较大，此时电压比较器+端电压小于电压比较器-端，输出低电平。而当有光照时，光敏电阻阻值下降，阻值相当小，此时电压比较器+端电压大于于电压比较器-端，输出高电平。输出信号送到单片机，由单片机进行检测，判断是否有光照。 3.2.2.3灯光控制模块电路 图3.20 灯光控制模块电路原理图 智能灯光控制系统的灯光控制电路是采用继电器控制220v的灯光，当在晚上和有人体感应信号是，单片机驱动PNP型三极管Q5导通，光电耦U3输入端得电，输出端6输出一个低电平。PNP型三极管Q1导通，继电器线圈得电吸合，继电器常开触点闭合灯泡发光工作。 软件程序设计 4.1 系统控制流程图 主程序流程图如下图所示。首先初始化，检测光照强度，如果光照充足则直接结束，如果光照不足则点亮LED1，然后检测是否有人通过，如果有人通过则点亮LED2。 图4.1 主程序流程图 4.2 控制程序的设计 4.2.1 光照检测子程序 系统会通过光敏电阻进行光照检测，当光照度低于一定的指就会向单片机发送一个高电平，单片机检测到以后会点亮路灯。 图4.2 光照检测子程序流程图 4.2.1 人体红外检测子程序 到了晚上系统会通过热释电红外传感器自动检测是否有人经过，如果有人经过热释电红外传感器会通过放大处理电路输出一个高电平到单片机，由此单片机可以判断出有人经过还是无人经过。 图4.3 人体红外检测子程序流程图 系统仿线 仿真方法 该设计使用Keil4，一个集成的Windows可视操作界面，可以提供许多库函数。它不仅可以支持C51单片机编程语言，而且可以直接设计和排序汇编语言。KeilC51的特点：生成的目标代码效率十分高，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。由于Keil的集成环境方便使用，而且软件模拟调试工具功能十分强大。所以无论使用C语言还是汇编语言编写程序，都将使编程更加方便高效。因为与汇编相比，C语言在功能，结构，可读性和可维护性方面具有明显的优势，而且更易于学习和使用。 5.2 仿真步骤 先写好程序，确认写好的程序能通过编译，然后点击“Debug”→Start/Stop Debug Session就可以进入调试模式。第二步点击“View”→Watch&Call Stack Window。然后会弹出的“Watch”窗口，在弹出的“Watch”窗口中设置要要观察的变量，点击“Watch#1”→双击type F2 to edit→输入要观察的变量名然后点击“单步调试”按钮，同时观察窗口各个变量的变化情况。 编译 编译 Debug Start/Stop Debug Session “Watch”窗口 输入要观察的变量名 单步调试 图5.1 仿线 仿真测试 通过对当前路况及周围情况的分析，实时控制系统。通过各种传感器的信息收集和分析，判断实际的使用情况，自动点亮路灯，无人或无车时自动关闭路灯，根据环境对灯具进行控制。当环境光低于设定的阈值时，系统会自动开启路灯，真正实现路灯的自控。 图5.2 仿真电路图 在白天光照充足的情况下，不管有无人经过路灯都不会亮。下图5.3是白天的路灯仿线白天的路灯仿真图. 到了晚上，光敏电阻检测光强低到一定的程度会打开路灯，但这时路灯在热释电红外传感器没有检测到人的情况下是比较暗的一种状态。下图5.4是晚上无人的路灯仿线晚上无人的路灯仿真图 在晚上，有人经过会加强亮度。下图5.5是晚上有人经过的路灯仿线晚上有人经过的路灯仿真图 西安交通大学网络教育学院论文 结 论 智能灯光控制以单片机作为主控芯片，通过热释电传感器和处理电路，检测此时有没有人；通过检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，实现了灯光的自动亮灭与对光度的自动调节。该LED灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命。 在本次课程设计中，主要有以会： 一、掌握了Altium Designer软件的用法和原理图的绘制以及PCB的布板； 二、掌握了keil软件的工程建立，以及对程序的编写。 三、熟悉了热释电传感器、光敏电阻和光电耦合器的应用。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论和实践中得出结论，才能真正得提高自己的实际动手和独立思考的能力。此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，而且收获颇丰。 不足之处：现阶段智能路灯系统实现的功能仍较为单一，且未与物联网发展相结合，设计理念仍停留在节能层面，智能化程度较低。随着网络技术的的发展，万物互联必可实现，智能路灯系统将作为现代化城市必不可少的一部分。 攻读学位所取得的研究成果 致谢 PAGE PAGE 32 PAGE PAGE 27 致 谢 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师金印彬，在做设计和撰写论文的过程中，老师都投入了大量的辛勤工作，对我耐心的进行了指导无论是在设计的整体思路，器件的选择，本文的实际运行，老师都对我进行了细心的指导，特别是他在指导时清晰的思路，严谨的思维和认真细致的工作作风使我毕生收益同时也要感谢我的同事在我论文格式修改的过程中给予了我很大的帮助，也要感谢我们一个组的成员，我们一起互相帮助，最终完成了毕业设计 本次设计，检验了大学所学知识。在设计过程中我认真学习国家的相关规范，遇到难题毫不退缩，碰到实在解决不了的也通过老师的耐心指导得以解决。通过这

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