基于51单片机的智能路灯的设计.pdf
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基于51单片机的智能路灯的设计.pdf
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新宇电子工作室摘要在现代社会的发展,几乎每天我们会使用到路灯,虽然不像家用电器一样频繁的接触,可是路灯的发展却与我们息息相关。
目前市场上的路灯大多使用的发光体为荧光管或LED,灯光亮度不能随环境变化而自动调节,不够智能。
随着电子科学技术的快速发展,电子科学技术为设计出智能路灯提供了可能。
因此,本文设计和实现了基于51单片机的智能路灯系统,该系统由51单片机作为主控芯片、光强度传感器、PWM波光调节部分以及液晶显示等硬件设备构成,利用光强度传感器捕获周围的光亮,根据环境的变化,进而控制路灯的亮灭和强度。
本文提出的智能路灯系统具有低功耗,高稳定性等优点。
与传统的路灯相比,它的功能更加强大,使用也更加方便。
不仅提升了现在路灯的品质,也更好地满足了人们日常生活的需求。
关键词:
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单片机;光控模块;PWM波新宇电子工作室ABSTRACTInthedevelopmentofmodernsociety,almosteverydaywewillusethestreetlights,althoughwedonotuseitasfrequentlyashouseholdappliances,butthedevelopmentofstreetlampiscloselyrelatedtous.Atpresent,theluminousbodyinsidethestreetlampiscomposedoffluorescenttubeorLEDonthemarket.Brightnessadjustmentoftheordinarylampisinconvenientandunintelligentanditdoesnotchangewiththeenvironment.Withtherapiddevelopmentofelectronicscienceandtechnology,thereisagreatpossibilitytodesignasmartstreetlamp.Therefore,thispaperdesignsandimplementsanintelligentsystemforstreetlampbasedon51microcomputer.Thesystemconsistsofcontrolchipof51singlechipmicrocomputer,lightintensitysensor,infraredsensor,PWMwaveadjustmentandliquidcrystaldisplay(LCD).Usinglightintensitysensorcaptureslightaround,accordingtochangesintheenvironment,whichinturncontroltheintensityandblinkinglights.Finally,experimentalresultshowstheproposedintelligentsystemforstreetlampislowerpowerconsumptionandhighstability.Comparedwiththetraditionalstreetlamp,theproposedsystemismorepowerfulandmoreconvenient.Notonlydoesitimprovethequalityofthestreetlamp,butalsoitmeetspeoplesneedfordailylife.Keywords:
Singlechipmicrocomputer;Opticalmodule;PWMwave新宇电子工作室目目录录第一章第一章绪论绪论.51.1课题研究背景与研究意义.51.2课题的研究内容和研究目标.6第二章第二章系统方案及原理系统方案及原理.72.1系统设计思路.72.2微控制器的选择与论证.82.3显示模块的选择与论证.9第三章第三章硬件设计硬件设计.103.1控制模块.103.1.1微控制器的发展.103.1.2微控制器模块.113.1.351单片机.123.1.451单片机外部电路.153.2显示电路.173.3光强度检测电路.193.4.1BH1750简介.193.4.2BH1750的通讯步奏.193.4.3BH1750与单片机的连接.203.4PWM波调光电路.213.6.1概述.213.6.2PWM波调光电路.22第四章第四章软件设计软件设计.224.1软件开发环境的介绍.224.2程序的流程图.234.3IIC时序控制.24新宇电子工作室第五章第五章调试与检测调试与检测.265.1整机调试.265.2调试结论.27第六章第六章总结总结.27参考文献参考文献.29致谢致谢.30附录附录.31新宇电子工作室第一章第一章绪论绪论智能家居、智能汽车、智能机器人,智能控制的设备已经无处不在。
蒸汽机的发明带来是工业革命。
电子技术的发展带来的是信息革命。
电子科学技术应用于社会生产以及社会生活的方方面面已经是时代的主流和趋势,衡量一个国家的综合国力和发展潜力,电子技术的有效转化率很重要。
好的技术应用到实际生活才是王道。
电子科学是基础学科,是工业生产和现代化建设的基础。
从电子科学的水平就可以反应一个国家的现代化发展水平。
随着中国现代化进程的不断推进,在工业、农业等方面都对电子科学提出了更高的要求,电子科学与人民的生活密不可分,间接的促进了电子科学的发展1。
21世纪信息化和智能电子越来越普遍,人民的生活产生了显著地变化,越来越多的电子2,3智能化设备正慢慢地进入到普通百姓的家庭,从方方面面改变着人民的生活,更加方便、智能的电子设备正不断提升人民对电子设备的认知。
人们对生活的需求也越来越高,智能控制的各个领域这一新兴的概念正在悄悄的走进我们的日常生活。
1.1课题研究背景与研究意义课题研究背景与研究意义从远古时代开始,人们就开始追求光明,最早的时候,当钻木取火还没有出现的时候,人类可以利用萤火虫作为照明的工具。
大约4000年前,人类第一次使用火作为照明的工具,可以说是这是照明史上的一次重大改革。
自此之后,人类开始广泛采用火作为照明工具,慢慢的出现了各种灯具,中国最早的灯具出现于战国时期,那时候青铜器的发展迅速,各种形状的灯具也被极具智慧的祖先发明出来并广泛使用。
人类在追求光明的路上从未停步,当中国的第一盏路灯出现在上海的街头时,那种神圣感在每个人的心中扩散开来,尽管那时候还没有采用电技术。
随着工业的发展,当第一盏电灯在上海亮起,我们的自豪与欢欣在心底无法表述。
到了近现代,电灯已经成为我们每天都要使用的日常必须品。
同样的,路灯的发展也异常迅速,传统的路灯光源采用白炽灯或者高压钠灯,但随着人们对路灯要求的不断提高,对绿色环保的追求,传统的路灯设计也存在人工控制或定时控制的缺陷。
这些年以来,随着LED的发展,在路灯的发展领域渐渐的也占据了一席之地,和传统的路灯光源相比,LED路灯更为环保、低功耗,在使用寿新宇电子工作室命上也具有很大的优势。
另一方面,人工控制路灯的开关或者定时的进行控制路灯开关,无疑限制了路灯的发展,技术发展到今天,设计并实现一款可以根据当前光强的情况而自动开关或调节亮度的路灯已经有所需求。
智能化控制是在互联网高速发展的大背景下提出来的,把一些电子设备或公共设备和互联网结合起来,彻底改变了这些设备的局限性。
现在许多知名公司都把智能控制方面作为以后发展的主要方向。
现在许多智能控制系统早已被大家普遍使用,例如:
照明系统、安防系统、智能家居控制系统等。
智能路灯就是其中的一个典型代表。
随着改革开放和社会主义现代化建设的发展,我国的经济高速发展,人们的生活发生了天翻覆地的变化。
人们对生活的质量提出了更高的要求,绿色、节能、智能逐渐成为社会的主旋律。
在更注重节能减排,绿色生活的今天,智能路灯越来越受到人们的欢迎,既能保证正常的照明,又能充分的做到节能和智能,深受人们的喜爱。
路灯的智能化已经是大势所趋,智能路灯具在未来的几年将会成为公共照明市场的主题。
1.2课题的研究内容和研究目标课题的研究内容和研究目标本课题的研究内容是采用51单片机4为控制核心的智能路灯系统,通过光强度感应模块来采集和感应外界光信号的强度,通过IIC通信协议与单片机进行数据通信,51单片机系统控制将光强度的数值实时显示在液晶屏上,然后通过PWM波调光模块根据环境的亮度来调节路灯的亮度。
系统总体框架图如图1-1所示:
图1-1系统的总体结构框图具体的章节和各章的内容安排如下:
第一章:
介绍路灯的发展历史与现状,确定本设计的主要研究方向,从宏观新宇电子工作室上展示路灯设计的方向。
第二章:
提出本设计主体硬件和软件的方案,分别对所用器件和模块进行方案的对比和选择。
第三章:
介绍各个硬件模块的特点和性能,说明各模块之前具体的电路连接,进一步阐述各个部分的原理。
第四章:
主要软件设计的主要开发平台,讲解整个系统工作的流程和步骤。
第五章:
主要针对电子设计的开发与制作工程中需要注意的工艺问题,而且进一步讲解各个硬件和软件部分的调试过程和步骤。
第六章:
总结本论文和设计实现的科研成果,并提出一些不足的地方,对未来得改进工作提出一些建议。
第二章第二章系统方案及原理系统方案及原理2.1系统设计思路系统设计思路本设计从路灯发展的实际情况出发,在研究和学习路灯和智能控制的相关知识,利用我们所学的知识,主要针对电子电气、测控、自动化等相关专业的学生,在实验室教学的情况下,与理论相结合,动手设计一款可以根据当前光强的情况而自动开关或调节亮度的路灯,所以最好能够结合相关专业在大学里接受的相关知识,能够较大程度的把学生所学的知识都可以用到设计中来。
由此,设计应包含不止是硬件电路,模拟电路等相关知识,还应包含各种软件的使用、程序的编写以及调试。
当然,在这个智能路灯系统完成后,我们可以进行产品化的定制,更好地为人民服务。
在后续的功能拓展,能够方便在原有的基础上进行功能的强化和增加。
在现实生活中,大部分路灯都是手动控制或定时控制,而且均采用日光灯或者白炽灯泡为光源,通过220V交流电源进行供电。
但是,这种传统的路灯存在了一些弊端。
传统的白炽灯使用较早。
虽然依然是应用最广泛的灯具之一。
但是随着节能减排的生活理念的提出,以及人们对灯具使用更高要求的提出。
白炽灯很多不可避免的缺点也是越来越显示出来。
本身的损耗较大,效率很低。
发热量很大,自身的寿命不能满足日常的使用。
本身白炽灯的色域相对比较小。
不一定新宇电子工作室能产生用户需要的特定的颜色色域。
所以很多情况下,白炽灯只在简单的场合使用。
不能很好的胜任特殊场合。
而且白炽灯抗电路干扰的能力很小。
当遇到电网电流或者电压波动的时候,总是会出现白炽灯烧坏的情况。
而手动开关或定时开关的形式,对于光线较强的时候,不需要高亮度或者根本不需要开灯的时候,对于街灯的使用是一种资源的浪费;反之,当光线较弱或者基本没有光线的时候,其亮度不会自动增强,达到我们的使用需求。
所以,针对以上几点不足,本设计决定使用创新的方法进行对上述弊端的克服,第一本设计采用LED等作为街灯光源,LED灯的效很高,发热量只有一般白炽灯的十分之一,也就意味着可以把大部分的能量转换成光能。
而且白炽灯根据制作工艺的不同,或者材料的细微差别。
能发出很多特殊的光线颜色。
LED灯的体积也是比较小的。
很好的适应各个地方得应用。
重要的是,LED光线强度可调,所以我们可以在系统中增加光强度感应模块和PWM波光调节模块,来达到对不同环境下的对光强的不
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