基于89C51单片机的光控路灯设计.doc

1、基于单片机的光控路灯设计 1 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 基于 89C51 单片机的光控路灯设计 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 指导老师：翁志刚 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳学生姓名 ： 沈韦青 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳葛宜兵 凌阳， 拇指 凌阳 任务： 基于单片机条件下 ， 拇指 设计一光控路灯模型 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 要求： 1、光照条件充足时 ， 拇指 路灯保持熄灭状态 ， 拇指 光照不足时 ， 拇指 路灯自动开启照明 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 2、使用器材：光敏电阻、模数

2、转换器、单片机等 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 3、电路简洁 ， 拇指 制作原 理图并要求仿真 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 设计方案： 凌阳， 拇指 凌阳 方案一凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 方案二 凌阳， 拇指 凌阳 基于单片机的光控路灯设计 2 说明： 凌阳， 拇指 凌阳 因为本课程设计的要求用单片机来实现光控路灯的设计 ， 拇指 所以采用方案二 ， 拇指 总体设计分为两个模块：主控模块和被控模块 。 食指 主模块与被控模块之间通过单片机进行连接 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 摘

3、要： 凌阳， 拇指 凌阳 近年来随着科技的飞速发展 ， 拇 指单片机的应用正在不断深入 ， 拇指 同时带动传统控制检测技术日益更新 。 食指 在实时检测和自动控制的单片机应用系统中 ， 拇指 单片机往往作为一个核心部件来使用 ， 拇指 仅单片机方面知识是不够的 ， 拇指 还应根据具体硬件结构软硬件结合 ， 拇指 加以完善 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 路灯控制方式很多 ， 拇指 本系统采用 MSC-51 系列单片机 89C51 和相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器 ， 拇指 实现了能根据实际光线条件通过 89C51 芯片的 P1 口控制路灯开关功能 。 食指 随着社会文明的不断发展 ，

4、 拇指 城市照明不仅局限于街道的照明 ， 拇指 而且发展成了城市 景观等装饰性照明的综合市政工程 ， 拇指 社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性要求不断提高 ， 拇指 利用 51 系列单片机可编基于单片机的光控路灯设计 3 程控制八位逻辑 I、 O 端口实现路灯开关控制的智能化 ， 拇指 达到节能、自动控制的目的 。 食指 避免传统电路对能源的浪费 ， 拇指 路灯的自动控制更方便管理 ， 拇指 本系统实用性强 ， 拇指 操作简单 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 本文首先介绍了单片机及嵌入式系统的基本概念、特点和应用 。 食指 描述了多功能基于 51 单片机的光控路灯的设计

5、过程 。 食指 详细说明了以 51 单片机为核心的软、硬件的研制过程和方法 。 食指 利用 proteus 软件设计了电路原理图 。 食指 完成光控路灯的设计 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 一、引言： 凌阳， 拇指 凌阳 随着社会经济的发展 ， 拇指 城市照明设施的功能从单纯的以照明为主转变为实现美化环境、改善形象、活跃夜市经济的目的 。 食指 对城市灯饰的管理与控制迫切需要一种科学、合理、高效的方法 。 食指 因此 ， 拇指 提供一种有效而合理的控制与管理的方法 ， 拇指 对城市路灯与饰灯的运行状态进行智能监控显得极为重要 。 食指 针对城市路灯 这样 “ 终端多、地域广、户外、分散、信息量

6、不大 ” 等特点 ， 拇指 可以选择单片机智能光控的方式来解决 。食指 这样 ， 拇指 既克服了 传统的路灯控制方法、控制方式单一而无法满足实时监控和管理要求的弱点 ， 拇指 又能适应现代城市队灯饰控制的要求 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 目录 凌 阳， 拇指 凌阳 摘要 .1 凌阳， 拇指 凌阳 1 凌阳， 拇指 凌阳 引言 .3 凌阳， 拇指 凌阳 2 凌阳， 拇指 凌阳 单片机概述 .5 凌阳， 拇指 凌阳 3 凌阳， 拇指 凌阳 芯片介绍 .6 凌阳， 拇指 凌阳 基于单片机的光控路灯设计 4 3.1 凌阳， 拇指 凌阳 光敏电阻及放大电路

7、6 凌阳， 拇指 凌阳 3.2 凌阳， 拇指 凌阳 ADC0804 芯片简介 9 凌阳， 拇指 凌阳 4 凌阳， 拇指 凌阳 单片机 选型 .13凌阳， 拇指 凌阳 4.1、 AT89C51 的特点 13 凌阳， 拇指 凌阳 4.2、单片机附属电路 .14 凌阳， 拇指 凌阳 5 凌阳， 拇指 凌阳 总电路图及工作原 理 . 16凌阳， 拇指 凌阳 6 凌阳， 拇指 凌阳 源程序 . 17凌阳， 拇指 凌阳 7 凌阳， 拇指 凌阳 仿真结果 . .18凌阳， 拇指 凌阳 8 凌阳， 拇指 凌阳 心得体会 . .19凌阳， 拇指 凌阳 9 凌阳， 拇指 凌阳 参考文献 . .19凌阳， 拇指 凌

8、阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 二、单片机概述 ： 凌阳， 拇指 凌阳 单片微型计算机简称单片机 ， 拇指 是典 型 的 嵌 入 式 微控 制 器（ Microcontroller 凌阳， 拇指 凌阳 Unit） ， 拇指 常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机 ， 拇指 它最早是被用在工业控制领域 。 食指 单片机由 芯片 内仅有 CPU 的专用 处理器 发展而来 。 食指 最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU 集成在一个芯片中 ， 拇指 使 计算机系统 更小 ，

9、 拇指 更容易集成进复杂基于单片机的光控路灯设计 5 的而对体积要求严格的控制设备当中 。 食指 INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的 处理器 ， 拇指 从此以后 ， 拇指 单片机和专用处理器的发展便分道扬镳 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 单片机又称 单片微控制器 ,它不是完成某一个逻辑功能的芯片 ,而是把一个 计算机系统集成 到一个芯片上 。 食指 相当于一个微型的计算机 ， 拇指 和计算机相比 ， 拇指 单片机只缺少了 I/O 设备 。 食指 单片机比专用处理器更适合应用于 嵌入式系统 ， 拇指 因此它得到了最多的应用 。 食指 事实上单片机是世界上数量最多的 计算机 。 食

10、指 通常单片机由单块集成电路芯片构成 ， 拇指 内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等 。 食指 因此 ， 拇指 单片机只需要适当的软件及外部设备相结合 ， 拇指 便可成为一个单片机控制系统 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 单片机经过 1、 2、 3 代的发展 ， 拇指 目前单片机正朝着高性能和多品种的方向发展 ， 拇指 他们的 CPU 功能在增强 ， 拇指 内部资源在增多 ， 拇指 引脚的多功能化 ， 拇指 以及低电压低功耗化 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳 ， 拇指 凌阳 凌 阳 ， 拇指 凌阳 三、芯片简介 凌阳， 拇指 凌阳 3.1 凌 阳 ， 拇

11、指 凌阳光敏电阻 及放大电路 :凌阳， 拇指 凌阳 光敏电阻器是利用 半导体 的 光电效应 制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强 ， 拇指 电阻减小 ， 拇指 入射光弱 ， 拇指 电阻增大 。 食指 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化） 。 食指 常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器 ， 拇指 它是由 半导体材料 制成的 。 食指 光敏电阻器的阻值随入射光线（可基于单片机的光控路灯设计 6 见光）的强弱变化而变化 ， 拇指 在黑暗条件下 ， 拇指 它的阻值（暗阻）可达 110M 欧 ,在强光条件（ 100LX）下 ， 拇指 它阻值（亮阻）仅有

12、几百至数千 欧姆 。 食指 光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光 （ 0.40.76） m 的响应很接近 ， 拇指 只要人眼可感受的光 ， 拇指都会引起它的阻值变化 。 食指 设计光控电路时 ， 拇指 都用 白炽灯 泡（小电珠）光线或 自然光 线作控制光源 ， 拇指 使设计大为简化 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 可见光光敏电阻 器：包括 硒 、 硫化镉 、 硒化镉 、 碲化镉 、 砷化镓 、硅 、 锗 、 硫 化锌光敏电阻器等 。 食指 主要用于各种光电控制系统 ， 拇指如光电自动开关门户 ， 拇指 航标灯、路灯和其他 照明系统 的自动亮灭 ，拇指 自动给水和自动停水装置 ， 拇

13、指 机械上的自动保护装置和 “ 位置检测器 ” ， 拇指 极薄零件的厚度检测器 ， 拇指 照相机 自动曝光装置 ， 拇指 光电计数器 ， 拇指 烟雾报警器 ， 拇指 光电跟踪系统等方面 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 光敏电阻的主要参数是： 凌阳， 拇指 凌阳 （ 1） 光电流 、亮电阻 。 食指 光敏电阻器在一定的外加电压下 ， 拇指 当有光照射时 ， 拇指 流过的 电流 称为光电流 ， 拇指 外加电压与光电流之比称为亮 电阻 ， 拇指 常用 “100LX” 表示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （ 2） 暗电流 、暗电阻 。 食指 光敏电阻在一定的外加 电压 下 ， 拇指 当没有光照射的时候

14、， 拇指 流过的电流称为暗电流 。 食指 外加电压与暗电流之比称为暗电阻 ， 拇指 常用 “0LX” 表示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （ 3）灵敏度 。 食指 灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （ 4）光谱响应 。 食指 光谱 响应又称光谱灵敏度 ， 拇指 是指光敏电阻在不基于单片机的光控路灯设计 7 同波长的单色光照射下的灵敏度 。 食指 若将不同波长下的灵敏度画成曲线 ， 拇指 就可以得到光谱响应的 曲线 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （ 5）光照特性 。 食指 光照特性指光敏电阻输出的 电信号 随光

15、照度而变化的特性 。 食指 从光敏电阻的光照特性曲线可以看出 ， 拇 指 随着的光照强度的增加 ， 拇指 光敏电阻的阻值开始迅速下降 。 食指 若进一步增大光照强度 ， 拇指 则电阻值变化减小 ， 拇指 然后逐渐趋向平缓 。 食指 在大多数情况下 ，拇指 该特性为非线性 。 食指 凌 阳， 拇指 凌阳凌阳， 拇指 凌阳 （ 6） 伏安特性曲线 。 食指 伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系 ， 拇指 对于光敏 器件 来说 ， 拇指 其光电流随外加电压的增大而增大 。 食指 凌 阳， 拇指 凌阳凌阳， 拇指 凌阳 （ 7）温度系数 。 食指 光敏电阻的光电效应受 温度 影响较大

16、， 拇指 部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高 ， 拇指 而在高温下的灵敏度则较低 。食指 凌 阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 （ 8）额定功率 。 食指 额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的 功率 ， 拇指 当温度升高时 ， 拇指 其消耗的功率就降低 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 工作原理 凌阳， 拇指 凌阳 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应 。 食指 在半导体光敏材料两端装上电极引线 ， 拇指 将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻 ， 拇指 为了增加灵敏度 ， 拇指 两电极常做成梳状 。 食指 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体 。 食指

17、 通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体 凌阳， 拇指 凌阳凌阳，拇指 凌阳 基于单片机的光控路灯设计 8 凌阳， 拇指 凌阳 图 1、 光敏电阻的实验图 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 上图 是 由 光敏电阻和三极管组成的放大电路 ， 拇指 白天光照强度较强 ， 拇指 光敏电阻呈低阻状态 ， 拇指 三极管基极电位较低 ， 拇指 三极管处于 导通 状态 ， 拇指 发射极为高电平 ； 当夜幕降临时 ， 拇指 光照强度变弱 ， 拇指 光敏电阻阻值逐渐变大 ， 拇指 基极电压上升 ， 拇指 当上升到一定程度后 ， 拇指 三极管处于截止状态 ， 拇指 三极管发射极 从

18、而 产生 低电平 ， 拇指 并传送到模数转换器 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 3.2 凌 阳 ， 拇指 凌阳ADC0804 芯片 (模数转换器 )简介 凌阳， 拇指 凌阳 1.工作原理 :所谓 A/D 转换器就是模拟 /数字转换器（ ADC） ， 拇指 是将输入的模拟信号转换成数字信号 。 食指 信号输入端可以是传感器或转换器的输出 ， 拇指 而 ADC 的数字信号也可能提供给微处理器 ， 拇指 以便广泛地应用 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 基于单片机的光控路灯设计 9 2.ADADC0804 引 脚图如下： 凌阳， 拇指 凌阳 凌 阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 2、 ADC080

19、4 引脚图 凌阳， 拇指 凌阳 3.引脚说明 凌阳， 拇指 凌阳 /CS（引脚 1）芯片 选择 信号 ,低 电 平有效 凌阳， 拇指 凌阳 /RD(引脚 2)外部 读 取 转换结 果的控制 输 出信号 。 食指 /RD 为 HI 时 ，拇指 DB0DB7 处 理高阻抗： /RD 为 LO 时 ， 拇指 数字数据才会 输 出 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 /WR（引脚 3）用来启 动转换 的控制 输 入 ， 拇指 相当于 ADC 的 转换开始（ /CS=0 时 ） ， 拇指 当 /WR 由 HI 变为 LO 时 ， 拇指 转换 器被清除：当 /WR 回到 HI 时 ， 拇指 转换 正式开始 。

20、食指 凌阳， 拇指 凌阳 CS、 RD、 WR：是数字控制 输 入端 ， 拇指 满 足 标 准 TTL 凌阳， 拇指 凌阳 逻辑电 平 。食指 其中 CS 和 WR 用来控制 A/D 转换 的启 动 信号 。 食指 CS、 RD 用来 读A/D 转换 的 结 果 ， 拇指 当它 们 同 时为 低 电 平 时 ， 拇指 输 出数据 锁 存器DB0DB7 凌 阳， 拇指 凌阳 各端上出 现 8 位并行二 进 制数 码 。 食指 CLKI（引脚 4）和 CLKR（引脚 19）： ADC08010805 片内有基于单片机的光控路灯设计 10 时钟电 路 ， 拇指 只要在外部 “CLKI”和 “CLKR

21、”两端外接一 对电 阻 电 容即可 产 生 A/D 凌阳， 拇指 凌阳 转换 所 要 求 的 时钟 ， 拇指 其振 荡频 率 为fCLK1/1.1RC。 食指 其典型 应 用参数 为 ： R=10K， 拇指 C=150PF， 拇指fCLK640KHZ， 拇指 转换 速度 为 100 。 食指 若采用外部 时钟 ， 拇指 则 外部 fCLK 凌阳， 拇指 凌阳 可从 CLKI 凌阳， 拇指 凌阳 端送入 ， 拇指 此 时 不接 R、 C。 食指 允 许 的 时钟频率范 围为 100KHZ 1460KHZ。 食指 INTR（引脚 5）： INTR 是 转换结 束信号 输 出端 ， 拇指 输 出跳

22、转为 低 电 平表示本次 转换 已 经 完成 ，拇指 可作 为 微 处 理器的中断或 查询 信号 。 食指 如果将 CS 凌阳， 拇指 凌阳 和 WR 凌阳， 拇指 凌阳 端与INTR 凌阳， 拇指 凌阳 端相 连 ， 拇 指 则 ADC0804 凌阳， 拇指 凌阳 就 处 于自 动 循 环转换 状 态 。 食指 CS 凌阳， 拇指 凌阳 0 凌阳， 拇指 凌阳 时 ， 拇指 允 许进 行 A/D 转换 。 食指 WR 凌阳， 拇指 凌阳 由低跳高 时 A/D 转换 开始 ，拇指 8 位逐次比 较 需 88=64 凌阳， 拇指 凌阳 个 时钟 周期 ， 拇指 再加上控制 逻辑 操作 ，拇指 一

23、次 转换 需要 66 73 个 时钟 周期 。 食指 在典型 应 用 fCLK 640KHZ时 ， 拇指 转换时间约为 103 114 。 食指 当 fCLK 超 过 640KHZ，拇指 转换 精度下降 ， 拇指 超 过 极限 值 1460KHZ 时 便不能正常工作 。 食指VIN(+)（引脚 6）和 VIN(-)（引脚 7）：被 转换 的 电压 信号从VIN(+)和 VIN(-)输 入 ， 拇指 允 许 此信号是差 动 的或不共地的 电压 信号 。 食指 如果 输 入 电压 VIN 的 变 化范 围 从 0V 到 Vmax， 拇指 则 芯片的VIN(-)端接地 ， 拇指 输 入 电压 加到 VIN(+)引脚 。 食指 由于 该 芯片允 许 差动输 入 ， 拇指 在共模 输 入 电压 允 许 的情况下 ， 拇指 输 入 电压 范 围 可以从非零伏开始 ， 拇指 即 Vmin 凌 阳， 拇指 凌阳 至 Vmas。 食指 此 时 芯片的 VIN(-)端 应该 接入等于 Vmin 凌阳， 拇指 凌阳 的恒 值电码坟上 ， 拇指 而 输 入 电压 VIN 仍然加到 VIN(+)引脚上 。 食指 AGND（引脚