太阳能路灯控制系统设计
摘 要嵌入式系统概念以及技术的发展使得太阳能路灯控制系统得到了更快更全面的发展，并且在用户使用度方面实现了大幅度的普及。本课题将主要以太阳能路灯控制系统作为研究设计目标，将采用STC12C5A60S2芯片作为主控单片机，外部结合RTC时钟模块、光伏板、锂电池以及光敏传感器等模块，设计了一款能够实现环境光线自动感应、时间显示、太阳能供电以及液晶显示等功能的太阳能路灯系统，在课题的设计方法上，本论文采用了层次分明的模块化设计，通过原理图和流程图的形式对各模块的硬件和软件设计原理和方法进行了详细的描述，通过最后的成果分析本系统适合推向未来太阳能路灯系统市场，相比于先用产品具有更低的成本和更高的性能。
目录
一、 引言 1
（一） 课题发展背景 1
（二） 太阳能路灯控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案设计 3
（一） 系统结构框图设计 3
（二） STC12C5A60S2单片机简要概述 3
（三） LCD1602点阵显示器简介 4
（四） 光伏板介绍 5
（五） DS1302型时钟芯片介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 6
（二） 显示器电路设计 7
（三） 北京时间输出电路设计 7
（四） 按键电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 主程序流程设计 9
（二） 显示工作流程设计 10
（三） 北京时间输出流程设计 11
五、 Proteus仿真系统设计 13
（一） 仿真原理图设计 13
（二） 启动仿真系统 14
（三） 北京时间设置仿真 15
（四） 开路灯时间设置 16
（五） 关路灯时间设置 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 程序 22
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引言
课题发展背景
本课题将要设计的这款太阳能路灯控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于STC12C5A60S2单片机的太阳能路灯控制系统实际上指的是在硬件结构上以STC12C5A60S2单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于STC12C5A60S2单片机的太阳能路灯控制系统。科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，使得人们已经越来越不能满足于这种传统路灯系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分太阳能路灯系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的太阳能路灯控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的太阳能路灯控制系统突破了传统的单一功能性，不但实现了传统的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误太阳能路灯产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现太阳能路灯控制系统的二次甚至多次升级，这还传统太阳能路灯系统所无法实现的，另外由于这种电子式太阳能路灯系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的太阳能路灯控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款太阳能路灯控制系统。
太阳能路灯控制系统的国内外发展现状
电子式太阳能路灯系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产太阳能路灯系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的太阳能路灯控制系统将能够实现更好的太阳能供电以及定时启闭等功能。
本文主要研究内容
本课题将通过STC12C5A60S2单片机作为主控核心，在外部结合时钟芯片、红外遥控等，设计一款具有太阳能存储、供电以及定时启闭路灯等功能的太阳能路灯控制系统，并实现如下功能和指标：
配置太阳能光伏板电路，实现对太阳能光线的吸收并转换为电能，为系统供电；
配置实时时钟电路，为系统提供北京时间；
路灯可以定时开启和定时关闭；
系统具有液晶显示功能，能够对北京时间等参数进行显示。
方案设计
系统结构框图设计
硬件结构框图的设计主要是对太阳能路灯系统的硬件结构中各模块的连接关系以及信号传递方式通过图片方式进行简要描述，笔者使用了Visio软件绘制了如下图所示的太阳能路灯结构框图，下面对框图中的各模块进行简要介绍。
按照从“控”到“被控”的传递关系进行介绍，框图中的主控器件为STC12C5A60S2单片机芯片，该芯片以每单位时间处理8位二进制数据的处理能力对其周围的各模块进行检测、驱动以及接收外部信号，其完成正常工作的前提是时钟电路以及复位电路能够向其提供时钟信号和复位信号。
按键电路主要由机械按键构成，用于实现对北京时间、路灯开启和关闭的时间设置；光伏板用于实现对太阳能的吸收并转换为电能；锂电池模块用于实现对电能的存储并为系统供电；北京时间输出模块用于实现时间、日期的输出，并为路灯开启和关闭提供时间基准；液晶屏采用LCD1602，用于实现对北京时间、日期、设置时间、路灯开启时间以及关闭时间设置等界面的显示。
图1 硬件结构框图设计
STC12C5A60S2单片机简要概述
STC12C5A60S2单片机是一款以MCS51内核作为CPU并且片内集成了FLASH、RAM等外围模块的处理器芯片，这款单片机的CPU具有八位数据宽度的数据处理能力，具有较高的运算速度，同时主频能够运行在35MHz，对于外部晶振振荡频率没有严格要求，它的功耗性能也非常出色，是本控制系统设计主控单片机的首选。
STC12C5A60S2单片机的程序代码存储器使用了FLASH ，具有60k字节大小的存储能力，能够存储小规模控制系统的代码量，这点是与本系统较相适应的。其内部还集成了一款1280字节的可读存储器，用于暂存运算过程中的中间数据量，1280字节大小的存储量相对于本系统来说足够使用。
在外围模块方面，STC12C5A60S2单片机在片内集成了许多工程上经常使用到功能模块，两个高精度的定时器，该定时器能够程序的配置下实现计数或者计时方式的设置，定时器几乎在每一个项目中都能使用到；两个外部中断EX0和EX1，该中断集成在了单片机的P3.2和P3.3两个管脚上，通过程序的配置，当该管脚接收到高电平、低电平或者上升沿以及下降沿时，能够立即进入外部中断服务程序；一个高性能的UART出口，它的发送和接受管脚分别被集成在了P3.0和P3.1两个管脚上。
目录
一、 引言 1
（一） 课题发展背景 1
（二） 太阳能路灯控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案设计 3
（一） 系统结构框图设计 3
（二） STC12C5A60S2单片机简要概述 3
（三） LCD1602点阵显示器简介 4
（四） 光伏板介绍 5
（五） DS1302型时钟芯片介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 6
（二） 显示器电路设计 7
（三） 北京时间输出电路设计 7
（四） 按键电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 主程序流程设计 9
（二） 显示工作流程设计 10
（三） 北京时间输出流程设计 11
五、 Proteus仿真系统设计 13
（一） 仿真原理图设计 13
（二） 启动仿真系统 14
（三） 北京时间设置仿真 15
（四） 开路灯时间设置 16
（五） 关路灯时间设置 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 程序 22
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引言
课题发展背景
本课题将要设计的这款太阳能路灯控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于STC12C5A60S2单片机的太阳能路灯控制系统实际上指的是在硬件结构上以STC12C5A60S2单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于STC12C5A60S2单片机的太阳能路灯控制系统。科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，使得人们已经越来越不能满足于这种传统路灯系统所能实现的功能，这时候单片机系统的出现打破了这一僵局，大部分太阳能路灯系统的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能带来这种产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的太阳能路灯控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的太阳能路灯控制系统突破了传统的单一功能性，不但实现了传统的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误太阳能路灯产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现太阳能路灯控制系统的二次甚至多次升级，这还传统太阳能路灯系统所无法实现的，另外由于这种电子式太阳能路灯系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的太阳能路灯控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款太阳能路灯控制系统。
太阳能路灯控制系统的国内外发展现状
电子式太阳能路灯系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产太阳能路灯系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的太阳能路灯控制系统将能够实现更好的太阳能供电以及定时启闭等功能。
本文主要研究内容
本课题将通过STC12C5A60S2单片机作为主控核心，在外部结合时钟芯片、红外遥控等，设计一款具有太阳能存储、供电以及定时启闭路灯等功能的太阳能路灯控制系统，并实现如下功能和指标：
配置太阳能光伏板电路，实现对太阳能光线的吸收并转换为电能，为系统供电；
配置实时时钟电路，为系统提供北京时间；
路灯可以定时开启和定时关闭；
系统具有液晶显示功能，能够对北京时间等参数进行显示。
方案设计
系统结构框图设计
硬件结构框图的设计主要是对太阳能路灯系统的硬件结构中各模块的连接关系以及信号传递方式通过图片方式进行简要描述，笔者使用了Visio软件绘制了如下图所示的太阳能路灯结构框图，下面对框图中的各模块进行简要介绍。
按照从“控”到“被控”的传递关系进行介绍，框图中的主控器件为STC12C5A60S2单片机芯片，该芯片以每单位时间处理8位二进制数据的处理能力对其周围的各模块进行检测、驱动以及接收外部信号，其完成正常工作的前提是时钟电路以及复位电路能够向其提供时钟信号和复位信号。
按键电路主要由机械按键构成，用于实现对北京时间、路灯开启和关闭的时间设置；光伏板用于实现对太阳能的吸收并转换为电能；锂电池模块用于实现对电能的存储并为系统供电；北京时间输出模块用于实现时间、日期的输出，并为路灯开启和关闭提供时间基准；液晶屏采用LCD1602，用于实现对北京时间、日期、设置时间、路灯开启时间以及关闭时间设置等界面的显示。
图1 硬件结构框图设计
STC12C5A60S2单片机简要概述
STC12C5A60S2单片机是一款以MCS51内核作为CPU并且片内集成了FLASH、RAM等外围模块的处理器芯片，这款单片机的CPU具有八位数据宽度的数据处理能力，具有较高的运算速度，同时主频能够运行在35MHz，对于外部晶振振荡频率没有严格要求，它的功耗性能也非常出色，是本控制系统设计主控单片机的首选。
STC12C5A60S2单片机的程序代码存储器使用了FLASH ，具有60k字节大小的存储能力，能够存储小规模控制系统的代码量，这点是与本系统较相适应的。其内部还集成了一款1280字节的可读存储器，用于暂存运算过程中的中间数据量，1280字节大小的存储量相对于本系统来说足够使用。
在外围模块方面，STC12C5A60S2单片机在片内集成了许多工程上经常使用到功能模块，两个高精度的定时器，该定时器能够程序的配置下实现计数或者计时方式的设置，定时器几乎在每一个项目中都能使用到；两个外部中断EX0和EX1，该中断集成在了单片机的P3.2和P3.3两个管脚上，通过程序的配置，当该管脚接收到高电平、低电平或者上升沿以及下降沿时，能够立即进入外部中断服务程序；一个高性能的UART出口，它的发送和接受管脚分别被集成在了P3.0和P3.1两个管脚上。
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