基於51微控制器的路燈控制系統設計開題報告
基於51微控制器的路燈控制系統設計開題報告
在經濟發展迅速的今天，報告十分的重要，我們在寫報告的時候要注意語言要準確、簡潔。那麼，報告到底怎麼寫才合適呢？下面是小編幫大家整理的基於51微控制器的路燈控制系統設計開題報告，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。
一、本課題的內容及研究意義
1、論文研究的目的和意義
如今，照明電路的數量越來越多，使得城市街道、小區內的路燈的用電量占城市用電量的比重越來越大，在用電高峰期時，電網超負荷執行，電網電壓都低於額定值，在用電低谷期供電電壓又高於額定值，當電壓高時不但影響照明裝置的使用壽命，而且耗電量也大幅增加，當低谷時，照明裝置有不能正常工作。
所以，對城市的路燈的設計已經成為了當務之急，特別是午夜之後車流量急劇減少時，應該適當的關閉路燈，節約用電。但是我國的既節能又能延長路燈壽命的技術相比國外卻是落後了，因此智慧節能路燈控制系統的設計對於城市的發展至關重要。本論文旨在設計一套對外界光線和電壓訊號的採集來控制路燈的自動啟停以及智慧調壓的控制系統，它能對路燈進行穩壓、調壓、自啟動並延長路燈壽命的作用。
2、論文研究內容
本設計可以透過對外界光線和電壓訊號的採集來控制路燈的自動啟停以及智慧調壓從而減少城市路燈照明耗電量，又對輸入電壓進行穩壓調節來提高用電效率。要求獨立選擇晶片、設計電路、編制程式、除錯、完成整個系統功能。主要內容如下：
(1)根據控制技術的特點，進行路燈系統設計的整體研究與設計。 (2)針對光線和電壓訊號的採集，採用資料採集技術。
(3)透過按鍵可對相關的引數值進行設定，從而實現對不同時間進行不同的開燈模式。
(4)當電壓符合額定電壓時，系統自動進行穩壓。 (5)在午夜之後降低電壓以調節路燈亮度，實現調壓。
二、本課題的研究現狀和發展趨勢
目前，路燈系統一般採用鈉燈、水銀燈、金滷燈等燈具。這類燈具有發光效率高、光色好、安裝簡易等優點，被廣泛使用，但同時也存在著諸如：功率因子低、對電壓要求嚴格、耗電量大等缺點。
我國目前大部分城市都採用全夜燈的方式進行照明，普遍存在的問題有兩點：一方面因為後半夜行人稀少，採用全夜燈的方式浪費太大，因此，有的地方採取前半夜全亮，後半夜全滅的照明方式；有的地方在後半夜採用亮一隔一或亮一隔二的節能措施，此種方式雖然節約了電費支出，卻帶來了社會治安和交通安全問題，不利於城市安全問題。
另一方面，在後半夜因行人稀少，而應該降低路燈的亮度，以避免光源汙染，影響居民的晚間的休息。但由於後半夜是用電低谷期，電力系統電壓升高，路燈反而比白天更亮了。這不僅造成了能源浪費，還大大影響了裝置和燈具的`使用壽命。目前，路燈照明廣泛採用高壓鈉燈，其設計壽命在12000小時以上，在正常情況下至少可用3年，但是由於超壓使用，現在路燈的使用壽命僅僅只有1年左右，有的甚至只有幾個月，造成維護和材料的極大浪費。較高的電壓不僅不能讓負載裝置更好的工作，而且還會造成發熱及過早損壞，還會造成不必要的電費開支。
而且，我國絕大多數地區的路燈關開燈都是採用人工控制或者定時控制，這樣也有許多不利之處：若採用人工控制，則路燈開關存在著一定的不確定性，同時也佔用了一定的人力資源；定時控制則存在著夏冬季白黑晝時間不同的情況，使得天還沒黑路燈就開，天還沒亮路燈就滅的情況，大大影響了人們的日常出生活。本設計透過使用AT89c51微控制器對系統進行智慧控制，使系統達到自動啟停及智慧調壓。
近年來，隨著科技的不斷髮展，各種路燈控制器也被不斷的研究出來。其中，美國和日本主要集中在研究緊湊型熒光燈和鎮流器熒光燈兩個方面。而我國目前的市場上有多種路燈節能控制產品，能達到一定的節能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾種情況：第一種，採用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術。其不足是由於反應速度較慢，用電高峰時電壓降到非穩定區容易造成燈光閃滅，不能自動調節，同時如果電壓突然升高，則會對燈具造成損壞，相對來說穩壓效果較差；第二種是採用電子器件構成的可控矽式裝置。該裝置主要採取簡單的相控技術，不足之處是元器件較容易發熱損壞。而為了更好的達到控制的目的，現在國內外都開始採用智慧控制方式，如光控、聲控、時控等，國外甚至開始採用太陽能供能光控方式來控制路燈，基本可以達到完全自給自足的效果。
綜上所述，未來的智慧路燈控制必將向著更安全、更環保、更節能、更高效率的方向發展。
三、本課題的研究方案及工作計劃
1、設計方案
本次課程設計是由感測器透過外界光訊號的強弱來產生電壓訊號，再由微控制器控制實現路燈的自動啟停及智慧穩壓。本設計透過使用AT89c51微控制器晶片來設計電路，編制程式，模擬，除錯，完成整個系統的功能。整個控制系統主要包括四個模組：訊號採集模組、資料處理模組、穩壓模組和控制模組。
2、技術路線
設計要求採集輸入電壓訊號，透過A/D轉換後輸入控制器，當外界光訊號的強度低於一定數值時，透過軟啟動開啟路燈。當光訊號強度高於一定數值時，透過軟啟動關閉路燈，並將採集輸入電壓訊號，與已設定的標準電壓值進行比較，並對輸入電壓進行穩壓，再透過時鐘電路對路燈亮度進行調節，在午夜之後對路燈亮度進行降低，最後達到節電穩壓。技術方案如下圖：
外部光線強度光敏電阻AT89c51微控制器A/D轉換器繼電器驅動
鍵盤控制LED顯示報警電壓放大三端穩壓器路燈
3、關鍵問題
(1)訊號採集電路設計
該模組需要檢測環境光的變化，根據環境光的明暗進行路燈開關的自動控制。基於此要求採用由光敏電阻組成的分壓電路進行檢測。光敏電阻器又稱光導管，特性是在特定光的照射下，其阻值迅速減小，可用於檢測可見光。在不同的光強下，光敏電阻的電阻值會發生明顯變化，光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光透過檢測不同光強下電阻值的變化量來控制路燈的開和關。
(2)穩壓模組設計
透過採集三端穩壓器輸出的電壓並將該電壓與設定電壓進行比較，進而調整輸出電壓的大小，達到穩壓的目的。本設計使用美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器積體電路LM317。
(3)時鐘電路設計
為實現路燈對電壓進行智慧補償，從而達到智慧調壓，本設計採用美國DALLAS公司的實時時鐘電路DS1302，該晶片一種高效能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、週日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。採用三線介面與cPU進行同步通訊，並可採用突發方式一次傳送多個位元組的時鐘訊號或RAM資料。DS1302內部有一個31×8的用於臨時性存放資料的RAM暫存器。另外該晶片有備份電源引腳，可以在斷電後仍能工作，以保證時鐘的準確性。
3、時間安排
(1) 20xx.2.20—20xx.2.29查閱相關資料，理解設計任務書。
(2) 20xx.3.1 —20xx.4.1搜尋資料，完成開題報告。
(3) 20xx.4.1 —20xx.4.20硬體除錯，排除故障直至滿足設計要求。
(4) 20xx.4.20—20xx.5.10軟體除錯，排除故障直至滿足設計要求。
(5) 20xx.5.10—20xx.5.30 整理資料，按要求撰寫論文，完成初稿。
(6) 20xx.6.1—20xx.6.20論文整定，最終定稿，準備答辯。
四、主要參考文獻
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五、wuAT89c51的介紹
1、描述
AT89c51是一個低電壓，高效能cMoS 8位微控制器帶有4K位元組的可反覆擦寫的程式儲存器（PEnRoM）。這種器件採用ATMEL公司的高密度、不容易丟失儲存技術生產，並且能夠與McS-51系列的微控制器相容。片內含有8位中央處理器和閃爍儲存單元，有較強的功能的AT89c51微控制器能夠被應用到控制領域中。
2、功能特性
AT89c51提供以下的功能標準：4K位元組閃爍儲存器，128位元組隨機存取資料儲存器，32個I/o口，2個16位定時/計數器，1個5向量兩級中斷結構，1個序列通訊口，片內震盪器和時鐘電路。另外，AT89c51還可以進行0HZ的靜態邏輯操作，並支援兩種軟體的節電模式。閒散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存取資料儲存器、定時/計數器、序列通訊口及中斷系統繼續工作。掉電方式儲存隨機存取資料儲存器中的內容，但震盪器停止工作並禁止其它所有部件的工作直到下一個復位。
3、引腳描述
Vcc：電源電壓GnD：地P0口
P0口是一組8位漏極開路雙向I/o口，即地址/資料匯流排複用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅動8個TTL電路。當“1”被寫入P0口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部資料儲存器或程式儲存器時，轉換地址和資料匯流排複用，並在這時啟用內部的上拉電阻。P0口在閃爍程式設計時，P0口接收指令，在程式校驗時，輸出指令，需要接電阻。
4、P1口
P1口一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/o口，P1的輸出緩衝級可驅動4個TTL電路。對埠寫“1”，透過內部的電阻把埠拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內部有電阻，某個引腳被外部訊號拉低時輸出一個電流。閃爍程式設計時和程式校驗時，P1口接收低8位地址。
5、P2口
P2口是一個內部帶有上拉電阻的8位雙向I/o口，P2的輸出緩衝級可驅動4個TTL電路。對埠寫“1”，透過內部的電阻把埠拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內部有電阻，某個引腳被外部訊號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程式儲存器或16位地址的外部資料儲存器時，P2口送出高8位地址資料。在訪問8位地址的外部資料儲存器時，P2口線上的內容在整個執行期間不變。閃爍程式設計或校驗時，P2口接收高位地址和其它控制訊號。
6、P3口
P3口是一組帶有內部電阻的8位雙向I/o口，P3口輸出緩衝故可驅動4個TTL電路。對P3口寫如“1”時，它們被內部電阻拉到高電平並可作為輸入端時，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。
P3口除了作為一般的I/o口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：
埠引腳P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7第二功能RXD TXD InT0 InT1 T0 T1 WR RD P3口還接收一些用於閃爍儲存器程式設計和程式校驗的控制訊號。
7、RST
復位輸入。當震盪器工作時，RET引腳出現兩個機器週期以上的高電平將使微控制器復位。
8、ALE/PRoG
當訪問外部程式儲存器或資料儲存器時，ALE輸出脈衝用於鎖存地址的低8位位元組。即使不訪問外部儲存器，ALE以時鐘震盪頻率的1/16輸出固定的正脈衝訊號，因此它可對輸出時鐘或用於定時目的。要注意的是：每當訪問外部資料儲存器時將跳過一個ALE脈衝時，閃爍儲存器程式設計時，這個引腳還用於輸入程式設計脈衝。如果必要，可對
特殊暫存器區中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個位置後只有一條MoVX和MoVc指令ALE才會被應用。此外，這個引腳會微弱拉高，微控制器執行外部程式時，應設定ALE無效。
9、PSEn
程式儲存允許輸出是外部程式儲存器的讀選通訊號，當AT89c51由外部程式儲存器讀取指令時，每個機器週期兩次PSEn有效，即輸出兩個脈衝。在此期間，當訪問外部資料儲存器時，這兩次有效的PSEn訊號不出現。
10、EA/VPP
外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程式儲存器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被程式設計，復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平，cPU則執行內部程式儲存器中的指令。閃爍儲存器程式設計時，該引腳加上+12V的程式設計允許電壓VPP，當然這必須是該器件是使用12V程式設計電壓VPP。 XTAL1：震盪器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。 XTAL2：震盪器反相放大器的輸出端。
11、時鐘震盪器
AT89c51中有一個用於構成內部震盪器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自然震盪器。外接石英晶體及電容c1，c2接在放大器的反饋迴路中構成並聯震盪電路。對外接電容c1，c2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響震盪頻率的高低、震盪器工作的穩定性、起振的難易程式及溫度穩定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30PF±10PF，而如果使用陶瓷振盪器建議選擇40PF±10PF。使用者也可以採用外部時鐘。採用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈衝接到XTAL1端，即內部時鐘發生器的輸入端，XTAL2則懸空。由於外部時鐘訊號是透過一個2分頻觸發器後作為內部時鐘訊號的，所以對外部時鐘訊號的佔空比沒有特殊要求，但最小高電平持續時間和最大的低電平持續時間應符合產品技術條件的要求。
12、內部振盪電路、外部振盪電路、閒散節電模式
AT89c51有兩種可用軟體程式設計的省電模式，它們是閒散模式和掉電工作模式。這兩種方式是控制專用暫存器Pcon中的PD和IDL位來實現的。PD是掉電模式，當PD=1時，啟用掉電工作模式，微控制器進入掉電工作狀態。IDL是閒散等待方式，當IDL=1，啟用閒散工作狀態，微控制器進入睡眠狀態。如需要同時進入兩種工作模式，即PD和IDL同時為1，則先啟用掉電模式。在閒散工作模式狀態，中央處理器cPU保持睡眠狀態，
而所有片內的外設仍保持啟用狀態，這種方式由軟體產生。此時，片內隨機存取資料儲存器和所有特殊功能暫存器的內容保持不變。閒散模式可由任何允許的中斷請求或硬體復位終止。終止閒散工作模式的方法有兩種，一是任何一條被允許中斷的事件被啟用，IDL被硬體清除，即刻終止閒散工作模式。程式會首先影響中斷，進入中斷服務程式，執行完中斷服務程式，並緊隨RETI指令後，下一條要執行的指令就是使微控制器進入閒散工作模式，那條指令後面的一條指令。二是透過硬體復位也可將閒散工作模式終止。需要注意的是：當由硬體復位來終止閒散工作模式時，中央處理器cPU通常是從啟用空閒模式那條指令的下一條開始繼續執行程式的，要完成內部復位操作，硬體復位脈衝要保持兩個機器週期有效，在這種情況下，內部禁止中央處理器cPU訪問片內RAM，而允許訪問其他埠，為了避免可能對埠產生的意外寫入：啟用閒散模式的那條指令後面的一條指令不應是一條對埠或外部儲存器的寫入指令。
13、掉電模式
在掉電模式下，振盪器停止工作，進入掉電模式的指令是最後一條被執行的指令，片內RAM和特殊功能暫存器的內容在中指掉電模式前被凍結。退出掉電模式的唯一方法是硬體復位，復位後將從新定義全部特殊功能暫存器但不改變RAM中的內容，在Vcc恢復到正常工作電平前，復位應無效切必須保持一定時間以使振盪器從新啟動並穩定工作。
14、閒散和掉電模式外部引腳狀態。
模式閒散模式閒散模式掉電模式掉電模式程式儲存器內部內部外部外部ALE 1 1 0 0 PSEn P0 P1 P2 P3 1 1 0 0資料程式儲存器的加密AT89c51可使用對晶片上的三個加密位LB1，LB2，LB3進行程式設計（P）或不程式設計（U）得到如下表所示的功能：
程式加密位1 2 3 4 U P P P U U P P U U U P沒有程式保護功能禁止從外部程式儲存器中執行MoVc指令讀取內部程式儲存器的內容除上表功能外，還禁止程式校驗除以上功能外，同時禁止外部執行保護型別當LB1被程式設計時，在復位期間，EA端的電平被鎖存，如果微控制器上電後一直沒有復位，鎖存起來的初始值是一個不確定數，這個不確定數會一直儲存到真正復位位置。為了使微控制器正常工作，被鎖存的EA電平與這個引腳當前輯電平一致。機密位只能透過整片擦除的方法清除。
指導教師意見：
簽名：月日
教研室意見
教研室主任（簽章）：月日
評審小組意見