基于單片機(jī)的路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要當(dāng)今世界，隨著能源的日益緊缺，對供電的壓力越來越大。在目前的研究中，對路燈的控制主要采用的是對配電箱進(jìn)行定時(shí)控制，而且僅能進(jìn)行一次開機(jī)和關(guān)機(jī)，存在著“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的缺陷。這類常規(guī)的控制方式存在著很大的靈活性和能量的浪費(fèi)。針對目前城市道路照明中存在的一些問題，提出了一種以單片機(jī)為核心的城市道路照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)以高速、低功耗的單片機(jī)為支持系統(tǒng)，以傳感器和藍(lán)牙技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)了對路燈的智能化和人性化管理。STC89C51單片機(jī)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵主控單元，其最主要的傳感器是熱釋電紅外傳感器，其作用是對行人進(jìn)行探測，并在路燈出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行報(bào)警。并通過感光電阻器來探測周圍光線的強(qiáng)度，從而達(dá)到對路燈燈光進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的目的。Bluetooth模塊能夠采集路燈的照明狀況，并將其發(fā)送給使用者的手機(jī)端APP來控制燈光的亮度，并且能夠在任何時(shí)候進(jìn)行系統(tǒng)的工作，從而對路燈系統(tǒng)進(jìn)行管理。關(guān)鍵詞：藍(lán)牙連接；熱釋電檢測；遠(yuǎn)程控制；單片機(jī)目錄TOC\o"1-3"\h\u10295第1章緒論 IV第1章緒論1.1研究背景伴隨著國家城市交通現(xiàn)代化工程的快速發(fā)展，交通的便利程度不斷提高，城市路邊的照明路燈的數(shù)目也在不斷地增多，同時(shí)，系統(tǒng)的管理體制也在不斷地壯大和復(fù)雜起來，這就造成了城市路燈系統(tǒng)的運(yùn)營管理和安裝維護(hù)工作的難度加大。常規(guī)的路燈控制基本都是使用數(shù)控配電箱定時(shí)控制的工作方式，一方面，它不能根據(jù)季節(jié)變化和白天黑夜變化來調(diào)節(jié)，并且系統(tǒng)的時(shí)間精度也不高。另一方面，系統(tǒng)自身也不可能在短時(shí)間內(nèi)，迅速的發(fā)現(xiàn)問題，并對問題進(jìn)行及時(shí)的反饋，所以需要有足夠的耐心，讓相關(guān)工作人員在定期的檢查路燈的情況下，來進(jìn)行發(fā)現(xiàn)。這就帶來了更多的問題，比如維護(hù)變得更加困難，無法準(zhǔn)確判斷出問題所在，讓得相關(guān)維護(hù)人員不得不一步一步地去排查問題根源。當(dāng)前，市場上的照明產(chǎn)品主要使用了三種新型的路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)，即即時(shí)分秒控制、dds獨(dú)立自動(dòng)控制和通過人工智能干預(yù)自動(dòng)控制這三種技術(shù)。dds獨(dú)立自動(dòng)控制路燈技術(shù)盡管可以做到高水平的全自動(dòng)化，具有高性能的應(yīng)急能力，并且還可以提供多種不同的路燈工作控制模式，可廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)檢測路燈發(fā)生的故障。但是，因?yàn)楣芾砉ぷ麟y度大、安全系數(shù)比較低，所以人工智能干預(yù)自動(dòng)控制技術(shù)不能精確地檢測出整個(gè)供電線路以及路燈的正常工作運(yùn)行狀態(tài)。此外，時(shí)分秒控制管理技術(shù)，盡管其管理的工作量相對較小，成本相對較低，但其自動(dòng)應(yīng)變能力相對較弱，即不會(huì)隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，何時(shí)都是一種工作模式。因此，為了改善這種狀況，迫切需要開發(fā)出一種低成本、高功能的智能路燈控制系統(tǒng)。伴隨著中國城市化進(jìn)程的加快，以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等技術(shù)的不斷更新，智慧城市的建設(shè)與發(fā)展已經(jīng)從初期的“爆發(fā)性”發(fā)展到了“理性化”與“認(rèn)知深度”化發(fā)展。作為一個(gè)關(guān)鍵的“入口”，智能街燈的優(yōu)先、穩(wěn)步發(fā)展，將會(huì)加速智慧城市的發(fā)展進(jìn)程。智能的路燈控制系統(tǒng)既可以節(jié)省大量的人力和物力，又可以通過遠(yuǎn)程連接，便于對系統(tǒng)進(jìn)行管理，這對于加快智慧城市的發(fā)展有著十分重大的實(shí)際意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外目前正在積極地發(fā)展綠色照明，并將其作為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，為促進(jìn)綠色環(huán)保的照明驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)研發(fā)和制造而努力。自2015年9月起，美國通用電器與通訊服務(wù)巨頭AT&T密切合作，為美國加州圣地亞哥市超過3000個(gè)大型街燈安裝了紅外線感應(yīng)器、攝像頭和麥克風(fēng)。它不僅能夠?qū)Τ鞘械奶鞖鉅顩r，街道上的人群活動(dòng)，交通堵塞等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，而且還能夠?qū)屄曔M(jìn)行檢測。例如，系統(tǒng)在小區(qū)里發(fā)現(xiàn)了一個(gè)空著的停車位，就會(huì)立刻通知附近的車主，如果發(fā)現(xiàn)了違法停車的車輛，就會(huì)立刻給交警發(fā)短信，并且還會(huì)對道路上的擁堵情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，并且會(huì)自動(dòng)的記錄下道路上的擁堵情況，以便在交警來的時(shí)候能夠幫助他們進(jìn)行交通管理。根據(jù)國際實(shí)際治安情況，設(shè)計(jì)人員提出了一種智能警示燈，它不但能夠迅速地將槍聲的源頭與周圍8平方公里以上的區(qū)域相連，而且還能夠檢測到汽車車窗被打碎，或者有可能與其它汽車相撞時(shí)產(chǎn)生的劇烈聲響，并將此信息傳遞給周圍的警察。在我國，有些研究開發(fā)廠商對路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，大多采用了中央處理器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及無線通信技術(shù)，對路燈控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，經(jīng)過全新的改進(jìn)后的城市路燈自動(dòng)控制管理系統(tǒng)，不但使其總體運(yùn)行操作模式變得更具靈活性，還使系統(tǒng)工作人員可以針對不同的使用環(huán)境和地區(qū)情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的路燈自動(dòng)控制，這一核心功能的充分實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步提升了城市路燈系統(tǒng)的使用管理效率和安全管理水平。也有一些廠商，在維持原來的硬件基礎(chǔ)和自主研發(fā)的軟件架構(gòu)的同時(shí)，采用在外部添加多種傳感器的設(shè)計(jì)方法，對系統(tǒng)的操作靈活度和自動(dòng)控制處理模式進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。通過對各種工況的分析，得出了一套適合于各種工況的路燈控制系統(tǒng)，以確保其在各種工況下，都能保持良好的運(yùn)行狀況。以上幾種設(shè)計(jì)方法均能達(dá)到節(jié)能的效果。當(dāng)前的民用智能監(jiān)控路燈通信系統(tǒng)，通?？梢苑譃閮煞N類型，一種是有線通信方案，另一種是無線通信方案，它的劃分主要依據(jù)的是系統(tǒng)是否存在需要附加的通信布線。當(dāng)前，我國在有線方面的主流技術(shù)是利用載波通信技術(shù)，而在無線方面則是利用Zigbee、Lora等技術(shù)。基于載波的電力通信是一種新興的電力系統(tǒng)中的載波通信技術(shù)，它采用了一種新的方式，即采用了一種無線傳輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)其對功率的控制。其特征為：電力信號(hào)載波傳輸技術(shù)，在傳輸過程中，發(fā)射機(jī)首先將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)經(jīng)由調(diào)制器傳輸?shù)揭粋€(gè)高頻的電力載波，再由該載波功率放大后，利用載波耦合傳輸電路將該傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)揭桓娏d波線。與普通的電力架空線的無線射頻載波通信相比，普通的電力架空線的載波通信，其最大的區(qū)別就是，普通的民用電網(wǎng)的載波可以同時(shí)利用的標(biāo)準(zhǔn)頻段是8khz-500khz，而且，其所允許的載數(shù)量也是有限的，當(dāng)一個(gè)方向上的載波被要求在4khz的時(shí)候，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻段就不允許被多次利用，因?yàn)橐坏┍焕?，就?huì)造成很大的射頻串音干擾，因此，普通的城市架空線射頻載波通信系統(tǒng)，都可以采用單路、單邊、雙頻的載波系統(tǒng)。zigbee技術(shù)基礎(chǔ)協(xié)議底層是一種以低速的、短距離無線數(shù)據(jù)信息傳送為目的的無線網(wǎng)上通信協(xié)議，其底層技術(shù)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是一個(gè)以采用了新的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的無線網(wǎng)絡(luò)媒體數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層與訪問器的物理層。Zigbee的技術(shù)體系的特征是：成本低，安全和高效。lora技術(shù)在進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線通信時(shí)，具有較低的供電能耗，通常情況下，它的供電收集方式可以是利用少量的電池電源供電，也可以是其他各種能量來源收集。由于其相對較低的數(shù)據(jù)傳輸率，使得其不但能極大地提高無線電池的續(xù)航時(shí)間，還能極大地提高無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)容量。同時(shí)，lora型的信號(hào)控制繞組發(fā)射器對障礙物的探測能力也較為顯著，因此適用于低技術(shù)成本和大規(guī)模的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)部署領(lǐng)域。1.3研究的目的與意義目前，大部分城市對街面上的路燈都采取了人為管理的方法措施。該方式既耗費(fèi)了大量的人力和物力，又存在著白天開啟和關(guān)閉的時(shí)間不準(zhǔn)確、人為干擾等問題。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，城市的智能路燈控制系統(tǒng)就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于城市建設(shè)中的可行性和實(shí)用的產(chǎn)物。本文研究的目的就是利用廉價(jià)、實(shí)用的元器件和藍(lán)牙傳輸協(xié)議，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款適合于未來智慧城市的智能路燈系統(tǒng)，讓路燈可以變得更人性化，管理起來也變得更便捷，從而更好的促進(jìn)智能路燈的發(fā)展。本論文的主要研究內(nèi)容是以STC89C51單片機(jī)為主控模塊，以熱釋電紅外傳感器為主傳感器，對人體進(jìn)行檢測，如果有人路過，則依次亮燈進(jìn)行照明。此外，還可以利用藍(lán)牙模組將所需的資料傳送至移動(dòng)電話的應(yīng)用程式，藉由移動(dòng)電話來遙控?zé)艄獾墓饬?。智能路燈管理系統(tǒng)不但極大地提升了我國城市路燈智能化、人性化管理的技術(shù)水平，為強(qiáng)化城市交通照明的智能調(diào)度管理指揮與城市規(guī)劃管理決策工作，還可以全面地實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保節(jié)能、按需控制照明、智能化照明管理的應(yīng)用目標(biāo)，從另一方面提升了社會(huì)效益和環(huán)保效益。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1需求分析照明產(chǎn)品和設(shè)備已逐步發(fā)展成了促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、為人民日常生活提供服務(wù)的一種必需品，而照明設(shè)備行業(yè)也逐步在新的國民經(jīng)濟(jì)中占有了獨(dú)特的主體地位，并逐步占據(jù)著主導(dǎo)地位。在網(wǎng)絡(luò)上，對當(dāng)前市面上的智能路燈產(chǎn)品進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，智能路燈的主要作用是智能調(diào)光、主動(dòng)報(bào)警、查詢統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)管理等功能。所以它的要求主要是數(shù)據(jù)傳輸、智能管理、高效節(jié)能等。目前為止，所有的燈光都是在開啟之后，就會(huì)一直明亮下去，根本就沒有考慮過哪里應(yīng)該有強(qiáng)光，哪里應(yīng)該有微弱的光線。智慧路燈不但可以用光敏電阻來測光，還可以自動(dòng)的識(shí)別出光線的強(qiáng)度，從而調(diào)整自己的亮度。管理人員還可以用手機(jī)上的APP來手動(dòng)調(diào)整自己想要的、適合的亮度。在智能街燈系統(tǒng)中，各種傳感器起到了類似人類“感應(yīng)”的作用。利用散發(fā)熱量的紅外線感應(yīng)器，可以探測到附近有沒有人在走動(dòng)，也可以探測到路上有沒有人在車上。當(dāng)有人走過，或者有汽車經(jīng)過時(shí)，就會(huì)將信號(hào)傳遞到單片機(jī)，讓其依次亮燈，然后再熄滅。一旦有一盞路燈發(fā)生了問題，就會(huì)有蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，將問題的確切地點(diǎn)告訴工作人員。同時(shí)，對設(shè)備進(jìn)行了故障預(yù)警，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，提出了一種新型的自動(dòng)調(diào)光、主動(dòng)報(bào)警、行人檢測和遙控監(jiān)控的方案。在此基礎(chǔ)上，以STC89C51為核心，研制出一套以STC89C51為核心的路燈智能監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖見附圖2-1。圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖由于STC89C51單片機(jī)具有成本低、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此選用了其作為控制模塊。本產(chǎn)品無需連接盤或印刷電路板，可直接插在通用電路板上，方便快捷。其輸入端口、閃存等功能，對此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已足夠。熱釋電紅外線感應(yīng)器是用來探測人的，如果有誰接近了路燈，就會(huì)向單片機(jī)發(fā)出信號(hào)，讓路燈一個(gè)接一個(gè)的開啟，到了一定的時(shí)間后，就會(huì)一個(gè)接一個(gè)的熄滅。藍(lán)牙功能主要是將路燈的燈光強(qiáng)度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭苿?dòng)終端，通過移動(dòng)終端可以查看當(dāng)前的燈光強(qiáng)度信息。在進(jìn)入人工控制模式后，使用者可透過藍(lán)牙控制燈光亮度，任意調(diào)整燈光亮度。光敏傳感器是用來監(jiān)控周圍的情況的，當(dāng)燈光變得強(qiáng)烈的時(shí)候，它就會(huì)向微處理器發(fā)出信號(hào)，讓燈光變得昏暗，而當(dāng)燈光變得昏暗的時(shí)候，它就會(huì)讓燈光變得昏暗。在整個(gè)智能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要完成的是硬件部分，硬件部分可分成兩塊：一是已封裝好的成品功能模塊，二是需要自己動(dòng)手焊接的自制模塊產(chǎn)品包括：模擬路燈，蜂鳴器，STC89C51單片機(jī)，光電二極管，藍(lán)牙模塊，熱釋電紅外線感應(yīng)器。需要?jiǎng)邮趾附拥挠须娫床糠?、線路連接、開關(guān)安裝等，最后進(jìn)行整體的集成和調(diào)試，以確保其正常的運(yùn)行。如果出現(xiàn)了問題，還必須有一定的解決問題的能力，比如要會(huì)運(yùn)用萬用表和示波器，要從所出現(xiàn)的現(xiàn)象中了解到問題的具體原因。2.3元器件的選型2.3.1主控制器的選型從系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠角度出發(fā)，選用了STC89C51單片機(jī)為主要控制模塊。STC89C51單片機(jī)使用的是8051核的ISP在系統(tǒng)可編程芯片，其最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)相匹配，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，具有在系統(tǒng)可編程特性，它是一個(gè)速度更快、功耗更低的一代單片機(jī)。在對電路板進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并對電路板進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對其進(jìn)行了詳細(xì)的分析。圖2-2顯示了實(shí)際的圖片：圖2-2STC89C51實(shí)物圖2.3.2熱釋電紅外傳感器的選型在此基礎(chǔ)上，選用了HC-SR501型熱釋電-紅外線傳感器作為主傳感器。熱釋電紅外傳感器，也就是人們所說的人體紅外傳感器，在現(xiàn)實(shí)生活中，它被廣泛地用于防盜報(bào)警、來客告知和非接觸開關(guān)等紅外探測。將物質(zhì)中的電荷通過一個(gè)電壓放大后，就可以轉(zhuǎn)化成一個(gè)更高的電壓來輸出。由于輻照微粒對熱釋電單元產(chǎn)生了直接的影響，使得熱釋電單元的表面上的電荷趨于一種均衡狀態(tài)，因此它就不會(huì)再被釋放出電荷。所以，熱釋電紅外傳感器不能在一定的區(qū)域中檢測出不變的紅外電磁輻射，而根據(jù)這個(gè)設(shè)計(jì)要求，熱釋電紅外傳感器HC-SR501在各個(gè)方面都較為合適，所以這個(gè)模塊被選用。表2-1中列出了熱釋電型紅外線感測器的主要技術(shù)參數(shù)，圖2-3中給出了實(shí)際產(chǎn)品的圖紙。表2-1熱釋電紅外傳感器基本參數(shù)表工作電壓DV4.5~20V靜態(tài)電流<50uA電平輸出高3.3V/低0V觸發(fā)方式L不可重復(fù)觸發(fā)/H重復(fù)觸發(fā)延時(shí)時(shí)間0.5~200s封鎖時(shí)間默認(rèn)3~4s產(chǎn)品尺寸32mm*24mm感應(yīng)角度<100°錐角工作溫度-15~+70℃圖2-3熱釋電紅外傳感器實(shí)物圖2.3.3藍(lán)牙通信模塊的選型本次設(shè)計(jì)選用了一個(gè)藍(lán)牙模塊，也就是JDY-23透傳模塊，該透傳模塊以藍(lán)牙5.0協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，具有較長的傳輸距離，用戶可以通過AT命令來修改設(shè)備名、波特率等指令，非常方便快捷。JDY-23藍(lán)牙模塊可以在不需要任何配置的情況下，在不需要任何配置的情況下，就可以迅速地使用BLE藍(lán)牙來完成產(chǎn)品的應(yīng)用。在與其他藍(lán)牙模塊的設(shè)計(jì)和比較之后，最后選定了JDY-23作為本次設(shè)計(jì)的藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊的基本參數(shù)表見表2-2，實(shí)物圖如圖2-4。圖2-2JDY-23基本參數(shù)表工作頻段2.4G發(fā)射功率4db通信接口UART工作電壓1.8V~3.6V工作溫度-40℃~80℃天線內(nèi)置PCB天線接收靈敏度-97dbm傳輸距離60m主從支持從機(jī)模塊尺寸19.6*14.94*1.8mm藍(lán)牙版本BLE5.0圖2-4JDY-23實(shí)物圖第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件總體設(shè)計(jì)在整個(gè)智能路燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，要先進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，硬件部分主要包括STC89C51單片機(jī)、熱釋電紅外傳感器、藍(lán)牙模塊、光敏電阻測光模塊以及蜂鳴器。以STC89C51為核心的街燈系統(tǒng)為主要控制單元，對街燈系統(tǒng)中的各功能模塊進(jìn)行控制與協(xié)調(diào)；采用了蜂鳴器，實(shí)現(xiàn)了對路燈的自動(dòng)報(bào)警；該系統(tǒng)采用感光電阻，通過感光電阻來實(shí)現(xiàn)對路燈周邊的光、溫等參數(shù)的探測，進(jìn)而對路燈的照明進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整；該系統(tǒng)通過藍(lán)牙模塊采集燈光的亮度信息，并與移動(dòng)終端APP進(jìn)行交互；該方法采用了一種基于熱電偶的接近式人體探測方法。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的智能路燈控制方案。圖3-1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖3.2各模塊電路設(shè)計(jì)3.2.1STC89C51單片機(jī)電路設(shè)計(jì)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠，本文選擇了STC89C51單片機(jī)為主要控制部分。STC89C51單片機(jī)的特點(diǎn)是：抗干擾能力強(qiáng)，速度快，功耗低。STC89C51單片機(jī)的尺寸雖小，但其操作功能卻不可小視，在片內(nèi)的ram區(qū)間還專門為用戶提供了一個(gè)雙功能的地址區(qū)間，而且都有乘法、除法等多條指令，為用戶的編程工作提供了很大的便利。STC89C51原理圖如下圖3-2所示：圖3-2STC89C51單片機(jī)原理圖STC89C51單片機(jī)的連接圖，具體如下所示，1號(hào)引腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的CLK端口相連，2號(hào)引腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的DI端口相連，4號(hào)引腳與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的CS端口相連。由于STC89C51單片機(jī)不能直接進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，因此，在設(shè)計(jì)的過程中，必須增加一個(gè)AD轉(zhuǎn)換模塊，才能讓這一功能得以實(shí)現(xiàn)。10、11是用于連接到系統(tǒng)中的Bluetooth模塊的串口輸入和輸出，21、25引腳是連接到路燈上的串口，22、26引腳是連接到熱釋電式紅外線感應(yīng)器上的，23、27引腳是連接到感光二極管上的，24、28引腳是連接到蜂鳴器上的三極管上。在圖3-3中顯示了STC89C51的內(nèi)部連線示意圖。圖3-3STC89C51單片機(jī)內(nèi)部連接圖3.2.2熱釋電人體紅外感應(yīng)模塊設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，選擇了熱釋電傳感器HC-SR501來實(shí)現(xiàn)對人體的檢測，該傳感器具有功耗小、靈敏度高、隱蔽性好、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于對人體的檢測。HC-SR501的感應(yīng)器是一種全自動(dòng)的延時(shí)感應(yīng)，如果有外來者進(jìn)入其中一個(gè)感應(yīng)器，那么就會(huì)自動(dòng)將高電平調(diào)到另一個(gè)感應(yīng)器，如果外來者離開感應(yīng)器，那么HC-SR501感應(yīng)器就會(huì)自動(dòng)將高電平調(diào)到另一個(gè)感應(yīng)器。在啟動(dòng)電源后，系統(tǒng)的初始化時(shí)間大概是一分鐘，在這段時(shí)間內(nèi)，控制模塊會(huì)以一秒鐘的速度啟動(dòng)電源，一分鐘后，系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)入等待電源的狀態(tài)。模塊連接圖如圖3-4所示，1號(hào)管腳接5V左右的電源，2號(hào)管腳是信號(hào)輸出的管腳，它與STC89C51單片機(jī)相連，3號(hào)管腳是接地的。圖3-4熱釋電紅外傳感器連接原理圖3.2.3藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊設(shè)計(jì)中采用了JDY-23透傳模塊，該透傳的模塊的主要特征是以藍(lán)牙5.0協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，傳輸持續(xù)時(shí)間長，發(fā)射距離遠(yuǎn)，工作頻段傳輸寬度為2.4GHZ，調(diào)制設(shè)備時(shí)的切換方式為gfsk，最大調(diào)制設(shè)備載波發(fā)射功率為4db，最大調(diào)制設(shè)備載波發(fā)射距離為60m，支持用戶通過AT命令來自由選擇和修改設(shè)備名、波特率等，便于用戶快速靈活地使用。在進(jìn)行串口調(diào)試時(shí)，波特速率設(shè)定為9600、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位、不需要校驗(yàn)。在對串行工具進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，要選擇“發(fā)送回車”，此操作相當(dāng)于在指令結(jié)尾加上了\r\n。圖3-6串口助手設(shè)置JDY-23模組具有開啟喚醒和開啟睡眠兩種模式。高電平啟動(dòng)喚醒方式，使用者若要進(jìn)入睡眠狀態(tài)，可直接使用ATP+sleep命令，亦可直接使用PWRC管腳，使其進(jìn)入低電平狀態(tài)。在開機(jī)睡眠模式下，功耗很低，連接喚醒透傳電流在900uA，斷開連接電流在200uA以下，在此模式下，PWRC引腳醒來后，如串口在10秒內(nèi)沒有發(fā)數(shù)據(jù)或沒有被連接，將會(huì)自動(dòng)再次進(jìn)入睡眠。在圖3至6中顯示了JDY-23的內(nèi)部接線圖。圖3-7JDY-23內(nèi)部連接原理圖JDY-23的第一引腳是一個(gè)電源引腳，其輸出電壓在1.8V-3.6V之間；其中，4、5、8、9、10、13和14是輸出引腳；6引腳為聯(lián)接狀態(tài)引腳，通常為聯(lián)接高電平；7的插頭有兩個(gè)工作方式，預(yù)設(shè)為輸入7，這時(shí)這個(gè)插頭就是輸入的插頭，app可以讀到這個(gè)插頭的情況。二是PWM方式，用于PWM4的輸出，由APP來控制PWM4的脈沖寬度。11、12和18引腳的作用和7引腳相同，分為兩個(gè)工作方式；16、21引腳是一個(gè)中斷輸入引腳，在一個(gè)連接的情況下，可以將一個(gè)IO的情況主動(dòng)地發(fā)送到APP；17引腳是播報(bào)指令引腳；19、20是串行輸出和輸入引腳，它們分別連接到MCU的11和10引腳；23是一種重置插頭，僅適用于低電平；24是一種接地的插頭。JDY-23缺省支援透過應(yīng)用程式傳送資料的模組。JDY-23模塊串口AT指令集如下圖：圖3-8串口AT指令表3.2.4光敏電阻測光模塊設(shè)計(jì)在該設(shè)計(jì)中光敏電阻器主要是為了完成對外界光線的監(jiān)控，光敏電阻器只有在自動(dòng)工作狀態(tài)下才能正常工作。照明強(qiáng)度越大，其阻抗越小，照明越弱；光線較弱時(shí)，其阻抗會(huì)增大，而街燈的亮度會(huì)增大。在下面的圖3至8中顯示了光敏電阻器的電路設(shè)計(jì)圖表。圖3-9光敏電阻電路設(shè)計(jì)圖在光敏電阻的設(shè)計(jì)中，我們不能把它和MCU連接在一起，因此我們使用了ADC0832作為DAC。1號(hào)引腳與MCU上的P1.3接口相連，2號(hào)引腳與光敏電阻相連，4號(hào)引腳需與地線相連，8號(hào)引腳需與電源相連，7號(hào)引腳則與MMCU的P1.0接口相連，5、6號(hào)引腳均與MMC上的P1.1接口相連。3.2.5路燈電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的路燈是電壓為3V的發(fā)光路燈，路燈內(nèi)部只有兩條線。一條是正極的紅線，另一條是負(fù)極的藍(lán)線?？紤]到系統(tǒng)需要進(jìn)行依次的亮燈且熄滅，路燈的設(shè)計(jì)便采用了單個(gè)串聯(lián)的模式，而不是所有路燈并聯(lián)起來。路燈的電路設(shè)計(jì)圖如圖3-9所示：圖3-10路燈電路設(shè)計(jì)圖該設(shè)計(jì)采用了6個(gè)尺寸完全一致的照明路燈，總體為串聯(lián)方式，并在路燈電路中增加了故障報(bào)警功能。這種設(shè)計(jì)是為了防止某個(gè)街燈被燒毀，或者出現(xiàn)短路而無法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而且單獨(dú)的串聯(lián)更安全。每一盞路燈上都有一個(gè)紅外線感應(yīng)器，用來探測人的體溫，如果有路人和車輛經(jīng)過，就會(huì)被點(diǎn)亮，當(dāng)點(diǎn)亮到一定的時(shí)間后，就會(huì)自動(dòng)熄滅。該系統(tǒng)的一端為單片微處理器供電，而另一端則為地線。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件主程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：編程、調(diào)試、燒錄和改進(jìn)單片機(jī)的程序，并開發(fā)與該系統(tǒng)相對應(yīng)的手機(jī)APP。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了Keil5作為系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，采用了C語言進(jìn)行編程。該軟件的開發(fā)采用了androidstudio作為平臺(tái)，采用了Java作為程序語言。在圖4-1中，顯示了該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化是否故障是是否故障是蜂鳴器報(bào)警顯示位置從熱釋電紅外傳感器讀取數(shù)據(jù)蜂鳴器報(bào)警顯示位置從熱釋電紅外傳感器讀取數(shù)據(jù)串口開始工作串口開始工作藍(lán)牙模塊連接APP藍(lán)牙模塊連接APP設(shè)置為自動(dòng)模式設(shè)置為手動(dòng)模式設(shè)置為自動(dòng)模式設(shè)置為手動(dòng)模式檢測是否有人經(jīng)過檢測是否有人經(jīng)過隨意調(diào)節(jié)路燈亮度隨意調(diào)節(jié)路燈亮度有有路燈依次亮起路燈依次亮起路燈依次熄滅路燈依次熄滅圖4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖系統(tǒng)軟件流程主要包括：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的初始化，對系統(tǒng)中的路燈故障進(jìn)行檢測，如果有蜂鳴器就會(huì)進(jìn)行報(bào)警。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行良好時(shí)，熱釋電紅外傳感器就會(huì)啟動(dòng)工作，如果探測到有人類經(jīng)過或者接近，就會(huì)把這個(gè)信息傳送到單片機(jī)，然后單片機(jī)就會(huì)下達(dá)命令，讓路燈開啟。每一盞街燈上都安裝了一個(gè)紅外線感應(yīng)器，它的作用就是按順序點(diǎn)亮，人從它身邊走過時(shí)，它就會(huì)點(diǎn)亮，人從它身邊走過時(shí)，它就會(huì)熄滅。同時(shí)，當(dāng)用戶的手機(jī)開啟了藍(lán)牙，并與系統(tǒng)相連后，由熱釋電式紅外線感應(yīng)器采集路燈的燈光信息，并將其實(shí)時(shí)發(fā)送至手機(jī)。在這一點(diǎn)上，使用者可以自行選擇是否為自動(dòng)或手動(dòng)，如果選擇了手動(dòng)，那么就可以使用這個(gè)APP來調(diào)整路燈的亮度。4.2人體檢測軟件設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)對人體的探測，本文提出了一種基于熱釋電原理的紅外線探測系統(tǒng)。在有人類接近的情況下，紅外線感應(yīng)器就會(huì)偵測到，然后向單片機(jī)發(fā)出開啟的指令。在圖4-2中顯示了此處理的軟件流程圖：開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化檢測外部有無人體靠近檢測外部有無人體靠近有有路燈打開并依次亮起路燈打開并依次亮起路燈定時(shí)關(guān)閉、依次熄滅路燈定時(shí)關(guān)閉、依次熄滅是否繼續(xù)有人體靠近是否繼續(xù)有人體靠近有有無無結(jié)束結(jié)束圖4-2人體檢測軟件設(shè)計(jì)流程圖在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊所需的功能。在人體探測部分，使用了時(shí)間延遲函數(shù)，中斷函數(shù)以及定時(shí)函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)探測到有人類接近時(shí)，單片機(jī)向路燈發(fā)出命令，使其開啟，啟動(dòng)計(jì)時(shí)，過一段時(shí)間后，再延遲關(guān)閉。首先，在主要的功能中執(zhí)行初始化，隨后，在循環(huán)中，調(diào)用了串聯(lián)功能Uart_Reive（）。如果輸入信號(hào)是1，那么pwm端口就會(huì)對Pwm_Cal（）進(jìn)行調(diào)用。在紅外線感應(yīng)器探測到人體時(shí)，其所傳回的數(shù)值在1,100ms后停止，flag變成0。如果沒有輸入信號(hào)，也就是熱釋電紅外傳感器沒有探測到人體，那么就不會(huì)進(jìn)行循環(huán)，pwm端口不會(huì)調(diào)用Pwm_Cal（）函數(shù)。核心功能代碼在圖4-3中顯示。 while(1) {j=Get_ADCResult(2); Uart_Reive(); if(sta==1) { if(P55==1) { pwm=Pwm_Cal(j); if(flag==1) { for(i=0;i<10;i++) { P33=1; delay_ms(100); P33=0; delay_ms(100); flag=0; } } } else { pwm=0; flag=1; } } else { pwm=User_pwm; }圖4-3核心函數(shù)代碼4.3藍(lán)牙無線通信軟件設(shè)計(jì)在該方案中，利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對路燈燈光信號(hào)的發(fā)送與接收，并可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整燈光的工作方式及燈光的亮度。圖4-3中顯示了Bluetooth無線通訊軟件的流程：開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化申請權(quán)限申請權(quán)限手機(jī)打開藍(lán)牙手機(jī)打開藍(lán)牙搜索新設(shè)備搜索新設(shè)備發(fā)現(xiàn)新設(shè)備并連接發(fā)現(xiàn)新設(shè)備并連接連接成功連接成功開始發(fā)送數(shù)據(jù)開始發(fā)送數(shù)據(jù)圖4.4藍(lán)牙無線通信軟件設(shè)計(jì)流程圖在系統(tǒng)開機(jī)后，首先要對藍(lán)牙模塊進(jìn)行初始化，然后才能啟動(dòng)程序。在藍(lán)牙進(jìn)行收發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)，首先進(jìn)行一次藍(lán)牙初始化的配置，在本設(shè)計(jì)中，藍(lán)牙波特率要設(shè)定為9600，然后判斷數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志位為0。該標(biāo)記比特在該數(shù)據(jù)的接收處理期間是0，在該數(shù)據(jù)的發(fā)送完成之后是1。在數(shù)據(jù)接收的過程中，當(dāng)標(biāo)志位為0時(shí)，表示正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但還沒有完成，要等到此次傳輸完成，才能進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)發(fā)送，直到接收結(jié)束，標(biāo)志位才會(huì)變成1，然后再將標(biāo)志位設(shè)定為0，進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)的傳輸。4.4基于Android的APP開發(fā)該系統(tǒng)采用androidstudio作為開發(fā)環(huán)境，使用JAVA作為程序語言，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電話APP和藍(lán)牙模塊之間的連接配對，數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸。在手機(jī)開啟藍(lán)牙之后，首先會(huì)對系統(tǒng)的藍(lán)牙模塊進(jìn)行初始化，接著進(jìn)行權(quán)限申請，開始尋找新設(shè)備，連接并配對新設(shè)備，最終用戶可以通過APP向藍(lán)牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。在進(jìn)行安卓APP的制作設(shè)計(jì)時(shí)，首先要列出本設(shè)計(jì)所需要的功能，在確定了各項(xiàng)功能后，將各個(gè)功能所需要的控件展開編寫，比如：文本框控件，按鈕控件、SurfaceView控件等等。在編寫控制符的時(shí)候，要把每個(gè)控制符的位置都安排好，讓它的界面對稱，整齊，美觀。在完成了接口的設(shè)計(jì)之后，還需要對每個(gè)控制項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)聽，并且給每個(gè)控制項(xiàng)增加一個(gè)控制項(xiàng)的ID，以保證每個(gè)控制項(xiàng)的功能不會(huì)有相同的重復(fù)。其中包含了四個(gè)重要的文檔，分別是：“主動(dòng)態(tài).java”、“安卓動(dòng)態(tài).xml”、“BLESPUtils”、“主動(dòng)態(tài).xml”和“主動(dòng)態(tài).xml”。其中，“MainActivity.java”是一個(gè)用來存儲(chǔ)主程序的文件，“Activity_main.xml”則是一個(gè)網(wǎng)頁版式，APP可以用BLESPPUtils.java中的程序來向藍(lán)牙模塊進(jìn)行傳輸。手機(jī)打開藍(lán)牙后，等待系統(tǒng)初始化完成，在APP端即可搜索到BT04的藍(lán)牙設(shè)備。按下“匹配”按鈕，然后輸入“1234”匹配密碼就可以與藍(lán)牙設(shè)備互相連接。這時(shí)就可以在APP上控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式，人工調(diào)整路燈的亮度。在圖4-5和4-6中，可以看到手機(jī)APP的界面：

總結(jié)該系統(tǒng)的工作狀態(tài)良好，能夠通過手機(jī)app來對智能路燈的亮度進(jìn)行控制，熱釋電模塊能夠?qū)θ梭w進(jìn)行探測，接近就會(huì)亮燈，人過就會(huì)相繼熄滅。試驗(yàn)證明，本裝置的造價(jià)較低，且按順序開、按順序關(guān)的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中是可行的。同時(shí)，本系統(tǒng)還提供了一種自動(dòng)診斷的方法，可以