小区公共照明系统控制设计+李建建
课程设计报告
题 目： 小区公共照明系统控制设计
学生姓名： 李建建 学生学号： 1008020112 系 别： 电气信息工程学院 届 别： 10届 专 业： 自动化(1)
指导教师： 陈大广
电气信息工程学院制
2013年3月
小区公共照明系统控制设计
学生：李建建
指导老师：陈大广
电气信息工程学院自动化专业
1课程设计的任务与要求
1.1 课程设计的任务
随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高，为方便生活越来越多的人
们在各个场所引入照明设备，公共照明在能耗中所占的比例日益增加。由此，为
了方便人们的生活，研究设计一种既智能又节能的控制系统来替代现有的产品是
一件极其有意义的任务。
1.2 课程设计的要求
1. 设计居民住宅楼的楼道声控灯。
2. 在白天亮度较高的时候，既楼道内光线充足时此开关关闭，灯熄灭。
3. 夜晚楼道内管线很暗时，若楼道内充分安静，此时灯不启动。
4. 若在光线很暗的楼道内，有人发出声响，此灯会自动开启发亮。
5. 画出电路图
（1）用proteus 绘制电路原理图
（2）布局合理、排列均匀，图面清晰，便于看图，有利于对图的理解和阅读。
（3）图形符号要标准，图中应加适当的标注。
2小区公共照明系统系统方案制定
2.1 方案提出
3 小区公共照明系统方案设计
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
3.1.1 直流供电电路
电源模块主要是为整个系统提供可靠、稳定的电源。主要实现以下功能： （1）、安全隔离：即强电弱电隔离，他将外电路中的强电转化为5伏的弱电压。
（2）、电路保护：包括短路保护、过压保护、欠压保护、过流保护、其它保护 。
（3）、电压变换：这里主要是将强电变成弱电。
（4）、稳压：将交流电别换成直流弱电，始终保持输出电压一定。
直流供电电路由D1-D4组成桥式整流电路。交流220V 电压经桥式由变压器降压成交流9V 再经过由D1-D4组成桥式整流电路而得到5V 直流电，供后续电路工作。在Proteus 软件绘制出路灯控制系统的原理图，原理图如下：
3.1.2 声控电路
声控照明电路的主要原理是利用了声学和电子学的原理即用声音传感器将声音信号转换成电信号从而推动触发器触发使电路导通工作。
作为一个智能化声控照明电路应具有以下功能：①能在声音的控制下实现电路的导通与截止。②声音的发出应是多方面的如脚步声，物体打击声等。③响应时间应越短越好。为此在选择电路元器件时应选择灵敏度较高的声音传感器组成声控照明电路控制电路的前端，同时我们还要为该传感器设置传感条件如声音响度必须在20DB 以上才能响应等。
3.1.3 光控电路
光控电路中的光敏电阻随外界光线的增强而阻值逐渐减小，当它阻值变小时，其两端电压变小，输入低电平，从而控制电路在光线强时整个电路不工作。
LM393是一个比较器，它的主要工作原理是：将正输入和负输入的电压进行比较，当正输入电压大于负输入电压时，则输出高电平，反之则输出低电平。可以通过调节可变电阻VR1\VR2的阻止来改变正负输入的电压值来调节比较器的灵敏度。
3.1.4 复位模块的设计
复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后 撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号， 以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。下图所示的 RC 复位电路可以实现上述基本功能。
3.1.5时钟模块的设计
51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2. 这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振）和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。如下电路中的电容C14和C15典型值通常选择为20Pf 左右。晶振的震荡频率的范围一般是在1.2MHz 到12MHz 之间。晶振的频率越高，则系统的时钟频率也越高，单片机的运行速度也就越快。
3.1.6开关电路
采用继电器控制。继电器是一种当输入量（电、磁、声、光、热）达到一定值时，输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。其具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。根据结构不同，可以将其分为电磁继电器、热敏干簧继电器、固态继电器、磁簧继电器、光继电器等型号。由于电磁继电器简单易用，开关状态极其容易判断，所以本设计采用电磁继电器来控制。当单片机P0.0端口出现低电平，基极电流通过PNP 三极管放大驱动继电器工作，图中的二极管起到保护作用，保护三极管集电极不被击穿，220V 照明电路给灯泡供电。电路图如图所示：
3.2 特殊器件的介绍
单片机AT89C52
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的Flash 只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash 存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
主要功能特性：
1、兼容MCS51指令系统
2、8kB 可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；
3、32个双向I/O口；
4、256x8bit 内部RAM ；
5、3个16位可编程定时/计数器中断；
6、时钟频率0-24MHz ；
7、2个串行中断，可编程UART 串行通道；
8、2个外部中断源，共8个中断源；
9、2个读写中断口线，3级加密位；
10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；
11、有PDIP 、PQFP 、TQFP 及PLCC 等几种封装形式，以适应不同产品
的需求。
AT89C52为8 位通用寄存器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM 及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR 的接收解码及与主板CPU 通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC （40 脚）和VSS （20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR 输入端，10 脚和11脚定义为I2C 总线控制端口，分别连接N1的SDAS （18脚）和SCLS （19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
电磁继电器 电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流。较低的电压去控制较大电流。较高的电压的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器(Electromagnetic relay) 的工作原理和特性。
电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线圈两端加上一定电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点（常开触点）与静触点 吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。 光敏电阻
光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使其阻值迅速下降。光敏电阻是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
光敏电阻一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻硫化镉光敏电阻，它是由半导体材料制成的。光敏电阻的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧, 在强光条件（100LX ）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。 变压器
变压器（Transformer ）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈间的匝数比所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种，主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：配电变压器、电力变压器、全密封变压器、组合式变压器、干式变
压器、油浸式变压器、单相变压器、电炉变压器、整流变压器等。
7805芯片
7805三端稳压集成电路，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出 的78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC 是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。
用78/79系列三端稳压IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC 型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V ，7909表示输出电压为负9V 。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。
实际应用中，
应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A 以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N 个1.5A ，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。
3.3 系统整体电路图
3.4软件设计
#include
sbit sound=P1^2;
sbit sunlight=P1^0;
sbit lamp=P0^0;
void delay()
{
unsigned int d=10000;
while(d--);
}
void main()
{
unsigned int t=0;
for(;;)
{
delay();
if(sunlight)
t=0;
else if(!sound)
t=1;
if(t)
{
lamp=0;
t--;
}
else
{lamp=1;}
}
}
4 小区公共照明系统仿真和调试
4.1 仿真软件介绍
Proteus Proteus 软件是英国Labcenter electronics 公司出版的EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，
但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus 是世界上著名的EDA 工具(仿真软件) ，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR 、ARM 、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex 和DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR 、Keil 和MPLAB 等多种编译器。
4.2 系统仿真实现
C 语言在KEIL Vision 4上仿真如下图：
4.2.1直流供电电路实现将交流220V 转变成直流5V ：
4.2.2 声控电路 用矩形波模拟声音信号
4.2.3光控电路 用光敏电阻模拟自然光
（1）自然光较弱：输出低电平（0 V）
（2）自然光较强：输出高电平（5 V）
4.2.4自然光达到一定强度，无一定强度声音的情况：灯泡不亮
4.2.4自然光未达到一定强度，有一定强度声音的情况：灯泡亮
4.3数据分析（对比系统功能及参数与设计要求是否相符）
亮）
由此，本设计系统基本能满足小区公共照明系统的要求。
5 总结
5.1 设计小结
本次设计过程中，遇到了许多问题，但经过调试解决。
光控部分：经过两级放大的声音信号，开始是直接经过过零比较器转变为方波，但由于两级放大存在很大的噪声，导致输出端是一条直线，没有方波出现。后来在过零比较器的输出端加了一个电容，通过电容把噪声所产生的直流电压去掉，但不能被单片机所识别，因此有加上了电压跟随器，最终满足要求。但比较麻烦，最后将过零比较器与电压跟随直接改为迟滞比较器。
继电器驱动部分：刚开始，未加负载时，单片机的输出电压为标准的方波，但在输出端加了继电器驱动时，单片机的输出端电压变为0.63V ，不能带动负载。因此，后来加上了电压跟随器来驱动负载。在光控部分也出现了同样的问题，都加上了电压跟随。
通过此次课设，放大电路实际放大倍数有了解，在实际电路不能达到理论值，若要求更高，完全可以使用集成运放来实现。在对声音信号的处理过程中，必须除去噪声信号对电路的干扰，这是一个很麻烦但必须解决的问题。在此过程中加深了对运放组成的基本电路的理解，如电压跟随器，电压比较器等。另外，在继电器的使用过程中，使用了三极管的开关作用，并不是常见的放大作用，对三极管的应用有了更多的了解。
此外，对一些新型器件的使用，如继电器，光敏电阻，变压器，也拓展了自己的知识，增加了以后自己使用器件的范围。
5.2收获体会
通过本次的课程设计让我更加深刻理解数字电路与模拟电路的相关知识，巧妙地把两门课程结合起来应用到现实生活中，在本次课设中，让我感觉了，自己所学知识的溃乏，验证了古人说的“书到用时方恨少”这句话，所以我们要反复的学
习学过的知识。
通过课程设计，锻炼了我们的动手能力。还体现了同学们之间的团队精神，每个人都参与进来，让我们感受到了课设的乐趣，在欢乐中我们学到了很多的知识。
我们认为，在这次课程设计中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，我们通过查找大量的资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考，动手操作的能力，在各种其它的能力上也都有了提高。更重要的是，在实验上，我们学会了很多的学习方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。面临社会的挑战，只有不断的学习，实践、再学习、再
6参考文献
[1]陈忠平. 基于proteus 的51系列单片机设计与仿真（第2版）. 北京:电子工业出版社，2012.5
[2]谢维成, 杨加国. 单片机原理与应用及C51程序设计. 北京:清华大学出版社,2009.7
[3]康华光, 华中科技大学电子技术课程组. 电子技术基础. 模拟部分. 北京:高等教育出版社,2006.1
[4]邱关源, 罗先觉. 电路第五版. 北京高等教育出版社,2006,5
[5]]康华光, 华中科技大学电子技术课程组. 电子技术基础. 数字部分. 北京:高等教育出版社,2006.1
[6]谭浩强, 张基温.C 语言程序设计(第3版). 北京:高等教育出版社,2006.8
[7]胡寿松. 自动控制原理（第五版）. 北京:科学出版社,2007
7附录
器件清单
ategory,Quantity,Reference,Value,Order Code
Resistors,7,"R1-R4,R8-R10",10k,
Resistors,3,"R5-R7",5,
Capacitors,2,"C1,C2",1nF,
Capacitors,3,"C3,C5,C6",1uF,
20
Capacitors,1,"C4",0.1uF,
Capacitors,1,"C7",2200uF,
Capacitors,1,"C8",100uF,
Capacitors,2,"C9,C10",0.1F,
Integrated Circuits,1,"U2",LM393, Integrated Circuits,1,"U3",7805, Transistors,1,"Q1",NPN,
Transistors,1,"Q2",PNP,
Diodes,7,"D1-D7",DIODE,
Miscellaneous,1,"L1",12V,
Miscellaneous,1,"LDR1",TORCH_LDR, Miscellaneous,1,"P51743698",AT89C52, Miscellaneous,1,"RL1",G2R-14-AC120, Miscellaneous,2,"RV1,RV2",1k, Miscellaneous,1,"TR1",TRSAT2P2S, Miscellaneous,1,"V1",,
Miscellaneous,1,"V2",VSINE, 21