景观照明节能管理系统设计本科毕业设计论文(编辑修改稿)

景观照明节能管理系统设计本科毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

时，其管脚被内部上拉电阻拉高， 作为输入。 作为输入时， P2 口的管脚 被外部拉低，将输出电流。 用做输入时，应先将输出锁存器置 1。 当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时，输出地址的高八位。 P3口：带内部上拉电阻的 8位 准双向 I/O口，双功能复用口，可驱动 4个 LS 型 TTL负载，可作为普通的 I/O 口。 用做输入时，应先将输出锁存器置 1。 在编程 /校验时， P3口接收某些控制信号。 还可提供各种替代功能。 另外， P3 口也可作为 单片机 89C51 的一些特殊功能口： RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（ 外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） /WR（ 外部数据 存储器 写选通） /RD（ 外部数据 存储器 读选通） P3口同时 可 为闪烁编程和编程校验接收一些 控 制信号。 89C51 单片机的 复位、晶振电路的设计 AT89C51 单片机复位、晶振电路如下图 ： 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 14 页 共 40 页 如上图所示，晶体振荡器、电容和上电复位电路构成单片机的最小系统。 晶振电路是给单片机提供时钟 信号。 复位电路提供单片机复位功能，上电时可给单片机 RST 脚提供相应的复位电平信号。 如上图所示晶振电路 ，电容 C C3 可起频率微调作用，电容值在 5pF～ 30pF 之间选择，本电路选 22pF。 晶体振荡器选用 12MHz 的高稳定无源晶体振荡器，它与 89C51中的反向放大器构成振荡器，给 CPU提供高稳定的时钟信号。 上图复位电路具有上电复位的功能， 电阻给电容充电，电容的电压缓慢上升直到vcc，没到 vcc 时芯片复位脚近似低电平，于是芯片复位，接近 vcc 时芯片复位脚近高电平，于是芯片停止复位，复位完成。 如图所示，当给系统上电时 C1 有一个充电放电的过程，放电过程中会产生一个高电平。 单片机正常工作时，按下开关 S1， RST端的电平为高电平，此时芯片也会产生一个高电平复位信号。 89C51 单片机 键盘输入模块、显示器的设计 键盘分为编码键盘和非编码键盘，键盘上闭合键的识别由专门的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值 的称为编码键盘，比如计算机键盘；而非编码键盘是靠软件编程来识别的。 在单片机组成的各种系统中，应用最广泛的就是非编码键盘，本课题的设计也采用非编码键盘。 非编码键盘又分成独立键盘和行列式（矩阵式）键盘。 独立式键盘是指各按键相互 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 15 页 共 40 页 独立的接通一条输入数据线，即每个按键都需接一个 I/O 口，各按键之间相互独立，因此会占用比较多的 I/O 口，不适合在按键较多的场合应用，但是电路简单。 当任何一个按键按下时，与之相连的输入数据线即可读入数据 0，未按下时读入 1；而行列式（矩阵式）键盘以 N个端口连接控制 N*N个按键，实时在显示器上 显示按键信息，省下来很多的 I/O 端口。 矩阵式键盘用 N条 I/O 线作为行线， N条 I/O 线作为列线组成的键盘。 在行线和列线的每个交叉点上设置一个按键，这样键盘上的按键就有 N*N 个，这种结构可以有效的提高 I/O 的利用率，但是矩阵式键盘编程比较复杂，制图较独立式键盘繁杂。 本课题的研究中，需要采用按键对时间和电压值进行相应的设置，不需要太多的按键，因此采用独立式键盘进行系统设计即可。 如左下图所示，单片机 接三个控制电压值和时间段的按键，如右下图所示， 接三个设置年月日的按键。 单片机 显示器模块，一般分为两种。 第一种是采用多个数码管显示，其利用二极管发光显示字母和数字，因此亮度较大，价格低，接口设计也比较简单。 但是它显示的信息量有限，不能够显示汉字，工作电流也比较大，所以在应用中会受到很大的限制。 第二种是采用液晶显示，它功耗低，使用寿命长，不产生辐射污染，并且具有汉字显示功能，不仅可以实现基本的显示信息，还可以显示各种符号丰富信息量，被广泛应用在单片机系统和智能仪器仪表中。 通过对上述两种显示方式的对比，本课题系统采用第二种 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 16 页 共 40 页 显示模块。 为了克服 LCD模板比较脆弱的特性，目前都已将 LCD控制器 、驱动器、 RAM、ROM和 LCD显示器用 PCB连接到一起，我们称之为液晶显示模板（ LCM）。 组成的模块可以以 8位二进制数的形式，生成 32个字符。 若用单片机进行对 LCM的控制，可向 LCM输入相应的命令和数据，就可实现对所需内容的显示。 LCM一般有包括 8条数据线、 3条控制线、3条电源线在内的 18个引脚。 通过对各种类型液晶显示器的分析对比，本课题可采用 LCD12864液晶显示器。 其工作电压在 ，工作电流为 2mA，低电压低功耗，具有 4位 /8位并行、 2线或 3线串行多种接口方式，其接口简单，操作方 便。 本课题设计中， LCD12864的 DB0DB7对应 P1口的各个引脚， RST接电源， CS CS D R/W、 E分别接单片机。 LGM12641BS1R显示电路如下： 本章小结 本章节，主要对景观照明节能管理系统主电路进行了设计，选取了接触器、晶闸管、空气开关和电气隔离装置的规格型号；也对实现 按光亮度控制调压供电系统通断、按时段控制供电电压幅值 进行了相应的研究分析；为了保持电压的稳定性和准确性，设计了电压反馈环节，并利用数字控制调节器来调节电压的稳定性，保证了电压的控制精度；本设计采用 89C51单片机来进行相应的控制，本章也扼要的介绍了 89C51单片机的功能及 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 17 页 共 40 页 应用，并设计出了复位和晶振电路，完成了单片机最小系统的设计，同时也设计出了单片机键盘输入模块和显示器，从而完成了对单片机最基本的设计。 3 景观照明 光传感器模块及实时时钟的设计 为了实现照明管理系统按光亮度控制调压系统的通断 和按时段控制供电电压的幅值，系统中还需要光敏电阻来感测外界光亮度，需要电脑时钟来确定准确的时间，实现照明的智能化、节能化。 光敏电阻的选择 照明调压管理系统中，主要照明设施是灯泡，对传感器的信号 要求比人眼看到的数量要高的多。 若要通过对外界光亮强度的感测控制照明调压系统，则需要脉冲（开关）式光电开关传感器和单片机来实现。 当外界环境较暗需要照明时，脉冲（开关）式光电开关传感器给单片机一个触发脉冲，使得单片机控制的主电路接触器导通，照明电路开始工作。 照明调压管理系统中，主要照明设施是灯泡，对光亮度的信号要求比人眼看到的数量要高的多。 通过参考文献，发现光敏电阻 5516可以满足系统设计的要求。 在外界环境较暗时，其电阻值为 110M欧姆，外界环境较明亮时（ 100LX），它的阻值仅有几百到几千欧姆。 其对光的敏 感性与人眼对可见光的响应很接近，只有人眼可感受到的光，都会引起光敏电阻 5516阻值的变化。 因此可 使照明调压管理系统能够根据光照强度的范围进行编程，更好的优化该感测系统。 如下图所示，当有光照时，光敏电阻的阻值变小，比较器 3点的电压降低，当其低于比较器 2点的电压时，比较器 LM358输出低电平信号。 当没有光照时，光敏电阻阻值变大，比较器 3点电压升高，高于比较器 2点的电压时，比较器 LM358输出高电平信号。 滑动变阻器可用来调节灵敏度。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 18 页 共 40 页 实时时钟模板的设计 为了实 现景观照明节能管理系统能够按照时段控制供电电压的幅值，需要一个实时时钟提供定时、测控。 单片机根据实时时钟显示的时间的变化而改变对 PWM的控制，从而控制了供电电压。 目前实时时钟的集成电路有很多种，如 DS130 DS130 PCF8485等，这些电路的接口比较简单，价格也相对便宜，均被广泛的应用在计时电路中，本课题只需要选择合适的芯片即可。 DS1302可实时显示时间，可对年、月、日、时、分、秒进行计时。 它采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，工作电压为 ，采用普通的。 本课题设计要求按照时段控制电压幅值，可通过编程，设置电压在不同时间段的不同幅值，夜间电压值要相对高些，满足景观照明的需求，在白天时段，设置电压值比较低，然后再配合按光亮度控制调压系统的通断，实现了景观照明的节能化、智能化。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 19 页 共 40 页 本章小结 本章节，主要就景观照明系统 按光亮度控制调压系统的通断 和按时段控制供电电压的幅值进行了光敏电阻的选择和时钟模板的设计。 选择了 对光的敏感性与人眼对可见光的响应很接近的光敏电阻 5516，实现了对外界光亮度的感测，把信号传给单片机进行对照 明电路的控制。 时钟模板中，选用 DS1302来进行对时段电压幅值的控制。 使得照明电路电压值在不同的时间段具有不同的幅值。 4 景观照明 节能管理系统中同步检测的设计 近年来，双向可控硅因其效率高、控制特性好、可靠性高等优点，获得了快速的发展，已成为自动控制领域中重要的组成部分。 双向可控硅是一种功率半导体器件 , 也称双向晶闸管 , 在单片机控制系统中 , 可作为功率驱动器件 , 由于双向可控硅没有反向耐压问题 , 控制电路简单 , 因此特别适合做交流无触点开关使用。 双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器 , 且连接在 强电网络中 , 其触发电路的抗干扰问题很重要 ,通常都是通过光电耦合器将单片机控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。 为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰 ,需要 采用触发电路。 双向可控硅是否得以 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 20 页 共 40 页 成功应用，关键在于其触发电路。 其触发电路有两种：移相触发和过零触发。 移相触发负载上的电压时有缺角的正弦波，容易造成电源波形畸变，产生的高频电磁波而干扰周围电子设备的正常工作，因此触发电路一般采用过零触发。 本课题的设计也采用过零触发。 过零触发是指在电压为零或零附近的瞬间接通。 要采用过零触发，电路还需正弦交流电过零检测电路。 过零检测，是指交流电压过零点被自动检测进而产生驱动信号，使双向可控硅在此时刻开始导通。 现在过零检测技术与光耦隔离技术相结合，采用过零检测给主芯片提供一个标准，该标准的起点是零电压，双向可控硅导通角的大小就依靠这个标准。 如下图所示，当正弦交流电压接近于零时，光电耦合器 U1的发光二极管截止，导致三极管 Q1截止，三极管 Q1的输出端接反向器与单片机 INT0引脚相连，再接一反向器与 INT1引脚相连。 在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间，然后向双向可控硅发出同步触发信号。 从而实现照明电路得到完整的正弦波。 为了实时的检测电压的稳定性，景观照明管理系统还增设了测电压波形的示波器，可测得不同时间段的电压波形，更加直接的清晰的了解到电压的波动情况，便于进行调压控制。 本 科 毕 业 设 计（论文） 第 21 页 共 40 页 景观照明节能管理系统模型大体如下，通过 光敏电阻 对外界 光 环境的感测，给单片机发出 信号 ，使其通过 控制双向可控硅和接触器控制照明主电路的通断， 实现根据光亮强度控制 调压系统的通断。 另外，时钟 模板 与单片机连接，对单片机进行相应的编程，让其根据不同的时间 设置照明电路不同的电压幅值，从而实现了根据时间控制照明电路的通断。 另外，本课题设计了电压反馈环节，将交流电压通过 整流电路、滤波电路转换为直流电，在通过 TLC549将模拟信号转换为数字信号传给单片机，用单片机对照明电路电压进行调压控制。 从而，使照明电路 实现了智能化，减少了电能的损耗。 5 景观照明 节能管理系统的节能效果 本课题设计中采用的是功率为 18W 的低压钠灯作为照明系统的照明装置。 低压钠灯的光源光效为 140lm/w，而普通灯泡为 20lm/w，因此选用的功率 18W 的低压钠灯进行照明亮度大约相当于 120W 的普通灯泡照明的亮度。 景观照明节能管理系统，设计的是能够根据光亮度控制调压系统的通断，并可以按照时段控制照明电路 的电压幅值，使电能合理的利用，节能电能。 本设计中，将时间段分为白天 6:0018:00 和夜间 18:006:00 两个时间段。 白天时段电压为 150V,另外根据外界环境光亮度控制照明的通断，夜间时段电压设为 220V。 以一年时间为例计算该景观照明节能管理系统设计的节能效果。 景观照明按安装1000 只照明设置来计算。 采用普通灯泡进行照明时，消耗的电能如下： 1000 只 *120W/只 *12 小时 /天 *365 天 /年 =525600000W/小时 =525600 度 当采用该景观照明节能管理系统时，采用低压钠灯进行照明，照明 电路夜间电压为220V，白天由于光亮度较大，照明电路电压为 0V，若遇天气不好，外界较暗时，电压为150V，按一年中有 35天天气不好需要照明来计算，该设计系统消耗的电能如下： 1000 只 *12 小时 /天 *（ 18W/只 *365 天 /年 +150*150/（ 220*220） *18W/只 *35天 /年）=。