隧道照明設(shè)計

1、公路隧道照明控制器設(shè)計設(shè)計總說明 隨著我國山區(qū)高速公路的快速建設(shè)和發(fā)展，隧道工程在公路工程建設(shè)中所占的比例越來越大，與此同時，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計和維護(hù)也變得越來越重要。隧道照明與普通道路照明不同，最大體現(xiàn)在白天也要照明，白天的照明強(qiáng)度比夜間的反而更強(qiáng)，加上隧道照明不同于一般的道路照明，有其明顯的特殊性，白天照明比夜間照明更加復(fù)雜，包含人對明暗的適應(yīng)能力、明暗過渡的視覺問題。 本次設(shè)計是以光敏傳感器采集光照信號通過AD轉(zhuǎn)換給予單片機(jī)能識別的數(shù)字信號，以此來控制八盞燈的亮滅情況。而用八盞燈的亮滅情況來模擬公路隧道照明的亮暗程度，當(dāng)采集光照信號強(qiáng)時八盞燈全部亮；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到中時，間隔四盞燈亮；當(dāng)光

2、照強(qiáng)度弱時，中間兩盞燈亮。以這種方式來避免進(jìn)出隧道所產(chǎn)生的“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”。關(guān)鍵詞：單片機(jī) ；燈光控制 ；采集光照Highway tunnel lighting controller design Design General Information With the rapid development of Chinas construction and mountainous highways , tunnels and highway construction projects in the proportion is growing, at the same time , t

3、unnel lighting system design and maintenance are becoming increasingly important. Road tunnel lighting and general lighting is different, the largest lighting also reflected in the day , the day than at night the lighting intensity but stronger, plus tunnel lighting from a general road lighting, has

4、 its obvious particularity lighting during the day than at night lighting more complex , including people s ability to adapt to light and dark, light and dark transition visual problems.The design is based on light-sensitive sensor to collect light signals given STC89C52 can identify digital signal

5、by the AD converter , in order to control the lamp light off eight cases . And with eight lamp light off situation to simulate how light or dark highway tunnel lighting when collecting light signal strength when eight lights all lit ; When the light intensity reached , the interval four lamps lit ;

6、when the light intensity is weak, the middle two lamps lit. In this way to avoid the black hole effect and white hole effect arising out of the tunnel .Keywords: SCM ，lighting control ，Collecting light目錄目錄31緒論11.1課題研究背景及意義11.2隧道照明控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1國外研究現(xiàn)狀11.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.3設(shè)計要求及其主要內(nèi)容22隧道照明控制分析42.1隧道照明視覺問

7、題分析42.2隧道照明控制模式介紹42.2.1分級調(diào)光控制模式42.2.2無級調(diào)光控制模式42.3 公路隧道照明控制器設(shè)計方案53系統(tǒng)硬件電路設(shè)計63.1 器件選型63.1.1 STC89C52單片機(jī)基本介紹63.1.2 PCF8591芯片介紹83.1.3 74HC373芯片介紹93.1.4 SR420361K數(shù)碼管93.2單片機(jī)最小系統(tǒng)113.3公路隧道照明控制器設(shè)計原理框圖113.3四位數(shù)碼管的顯示模塊123.4隧道照明燈光控制模塊124系統(tǒng)軟件設(shè)計144.1 Keil uvision4軟件介紹144.2主程序設(shè)計144.3顯示子程序設(shè)計164.4隧道燈光控制子程序175仿真與調(diào)試195.

8、1 PROTEUS軟件介紹195.2 系統(tǒng)仿真調(diào)試與結(jié)果分析196實物搭建與調(diào)試216.1 實物搭建216.2 實物調(diào)試與結(jié)果分析217總結(jié)23致謝24參考文獻(xiàn)25附錄1 元器件清單26附錄2 系統(tǒng)仿真圖26附錄3 系統(tǒng)實物圖27附錄4 系統(tǒng)的程序281緒論1.1課題研究背景及意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)有的交通遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市交通的發(fā)展需求，我國的各重要城市常常出現(xiàn)交通擁擠的現(xiàn)象，同時過長的的通行時間嚴(yán)重阻礙各經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之間的交流和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此發(fā)展高等級公路網(wǎng)是一個解決交通問題的重要手段，而公路隧道在其中發(fā)揮了突出作用，它不但可以承受具大的交通量，還可以縮短各城市的距離大大提高運行效

9、率，為用戶提供了安全、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的交通運輸條件，全面促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)繁榮。我國提出了大力發(fā)展西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略規(guī)劃，所謂要致富先修路，解決路的問題就解決了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大部分問題。而我國的西部基本上是山區(qū)，在修鐵路和高速公路的時候必須穿越許多的山地，因此必須修建大量的隧道。在這種形勢下，對隧道工程的需求將會越來越大，隧道工程的數(shù)量將大幅度增加，隧道的長度也將明顯增長。所以隧道照明具有很大的研究意義以及應(yīng)用前景。1.2隧道照明控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀 國外公路隧道的照明技術(shù)研究開始早，經(jīng)過多年的研究和實踐，技術(shù)相對成熟。例如，早在20世紀(jì)60年代，意、法兩國之間的MontBl

10、anc隧道就已經(jīng)按照交通量的變化進(jìn)行照明調(diào)光 1 。 80年代后，世界各國相繼出臺了隧道照明規(guī)范，以規(guī)范隧道照明的設(shè)計和施工，減少交通事故。其中，當(dāng)時被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)時CIE（國際照明委員會）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。隨后，這個標(biāo)準(zhǔn)分別在1990年、1995年進(jìn)行修訂。在此同時，各國也相繼實施了各自的標(biāo)準(zhǔn)，這些發(fā)達(dá)國家由于照明理論和技術(shù)相對比較完善，因此已經(jīng)形成規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。 在歷史發(fā)展的今天，大部分國外發(fā)達(dá)國家的隧道照明系統(tǒng)已經(jīng)漸漸由高科技智能化轉(zhuǎn)為可持續(xù)人性化。在東歐各國，已普遍實現(xiàn)“逆光照明”與“二次配光技術(shù)”，不僅可節(jié)約能源和燈具，而且使光源得到了充分利用；

11、歐美發(fā)達(dá)國家已淘汰了高壓鈉燈，使用新型的電磁感應(yīng)無極燈、光纖維隧道燈、歐司朗的 Kz 系列光源和飛利浦的 Cosmo 照明系統(tǒng)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在公路隧道照明領(lǐng)域取得了矚目成果和創(chuàng)新，但是仍存在很多問題，主要表現(xiàn)在：（1） 隧道照明理論的研究要較為薄弱，尚未有中國的隧道照明理論流派在國際隧道照明學(xué)界能有一席之地，對于隧道照明理論的原始創(chuàng)新還需要有更大的突破，對于中間視覺理論、洞外亮度參數(shù)、入口段亮度折減系數(shù)等問題均需進(jìn)一步深入研究。（2） 對隧道照明專業(yè)人才的培養(yǎng)不夠重視，致使隧道照明專業(yè)人才相當(dāng)短缺，制約著隧道照明設(shè)計技術(shù)的提高和技術(shù)理論的創(chuàng)新。（3）我國隧道照

12、明的現(xiàn)代化和自動化水平還有待進(jìn)一步提高，洞外亮度檢測儀，等國產(chǎn)設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性與國外產(chǎn)品還有一定的差距。 雖然目前我國公路隧道正處于迅猛發(fā)展時期，但與國外成熟的技術(shù)相比，國內(nèi)公路隧道的照明技術(shù)研究起步較晚，技術(shù)也相對基礎(chǔ)，實施經(jīng)驗和基礎(chǔ)性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我國在現(xiàn)有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借鑒國外公路隧道的成功經(jīng)驗和先進(jìn)技術(shù)，頒布了公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范(JTJ0261999)，規(guī)范中對照明系統(tǒng)構(gòu)成、隧道各照明段的亮度和長度、洞外亮度和減光措施、照明縱向和總均勻度、光源分級、調(diào)光分級、照度與亮度計算推薦方法、燈具及布置等都做了詳細(xì)的規(guī)范說明。另外，由于近年來的電能浪費

13、尤為嚴(yán)重，受到有關(guān)部門的廣泛重視，目前主要的研究方向已不再是討論如何設(shè)計照明系統(tǒng)，而是轉(zhuǎn)向如何能夠在滿足規(guī)范要求的前提下行之有效的對照明系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，才能實現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能化與節(jié)能降耗3。 近年來，在半導(dǎo)體電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展的推動作用下，許多可調(diào)光、智能化的隧道照明控制方法應(yīng)運而生，我國高速公路隧道照明節(jié)能技術(shù)研究因此取得了一定的成果。2010 年重慶交通科研院的韓直研究員編著了公路隧道節(jié)能一書，從隧道照明光源、照明方式及控制方式等不同角度分析了公路隧道照明節(jié)能技術(shù)的研究方向7；長安大學(xué)的郭蘭英通過縮小手動、分段時序以及自動控制中每級的亮度變化，在視覺上實現(xiàn)隧道照明系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)光，既提高了系

14、統(tǒng)的安全性，又節(jié)約了電能。1.3設(shè)計要求及其主要內(nèi)容 設(shè)計一個公路隧道照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠檢測每天每時每刻的天氣情況，根據(jù)不同的天氣情況，自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)燈光的照明亮度。1.確定整個系統(tǒng)的設(shè)計方案； 2.選擇元器件，完成系統(tǒng)硬件電路圖；3.完成各功能模塊的軟件編寫；4.使用Protues對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以驗證設(shè)計的正確性，搭建系統(tǒng)，完成實物調(diào)試。 本次設(shè)計以單片機(jī)為核心，光敏傳感器采集光照強(qiáng)度通過AD轉(zhuǎn)換輸送給單片機(jī)，以此來控制八盞燈的亮滅情況來模擬公路隧道燈光照明亮度。2隧道照明控制分析2.1隧道照明視覺問題分析 公路隧道作為公路的一個特殊路段，其管狀結(jié)構(gòu)決定了洞內(nèi)外亮度相差懸殊，降

15、低了道路的通行能力，威脅到車輛的行車安全。為了提高這一瓶頸路段的通行能力，確保行車安全，需要科學(xué)設(shè)置燈光照明系統(tǒng)。 隧道照明與普通道路照明不同，最大體現(xiàn)在白天也要照明，白天的照明強(qiáng)度比夜間的反而更強(qiáng)，加上隧道照明不同于一般的道路照明，有其明顯的特殊性，白天照明比夜間照明更加復(fù)雜，包含人對明暗的適應(yīng)能力。 如汽車駕駛員在白天從明亮的環(huán)境接近、進(jìn)入和通過隧道的過程中，將發(fā)生種種特殊的視覺問題：進(jìn)入隧道前由于隧道內(nèi)外亮度差別極大，從隧道外部去看照明很不充分的隧道，入口處會看到一個“黑洞”；汽車由明亮的外部進(jìn)入隧道后，由于亮度的急劇變化，會出現(xiàn)視覺“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”；在隧道出口處，出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光，產(chǎn)生

16、一個很亮的洞口，這樣才能提高行車安全，避免發(fā)生安全事故4。2.2隧道照明控制模式介紹2.2.1分級調(diào)光控制模式 分級調(diào)光控制是指隧道照明系統(tǒng)分為晴天、陰天、夜間三級照明控制模式，每級照明模式對應(yīng)相應(yīng)的照明回路控制，系統(tǒng)根據(jù)不同的天氣情況對隧道照明燈具進(jìn)行開關(guān)量調(diào)節(jié)。在公路隧道照明控制系統(tǒng)中，主要使用分級調(diào)光控制模式，通過控制照明回路的開關(guān)，調(diào)節(jié)隧道照明亮度。但是這種控制模式對隧道燈具的布設(shè)要求較高，調(diào)整范圍較大，控制效果過于粗放，容易在隧道內(nèi)形成“斑馬線”，使得行車舒適性差，給行車安全造成隱患，同時還存在過度照明，隧道照明系統(tǒng)內(nèi)有70%左右的能耗被過度照明消耗9。2.2.2無級調(diào)光控制模式 無

17、級調(diào)光控制是指根據(jù)照明參數(shù)的變化而連續(xù)調(diào)節(jié)照明燈具的使用功率，從而實現(xiàn)不同亮度等級的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)隧道照明較為平滑的調(diào)控。無級調(diào)光控制模式較分級調(diào)光模式更為準(zhǔn)確，可以按照要求調(diào)節(jié)隧道照明燈具的功率，不需要燈具滿負(fù)荷的工作，改變了傳統(tǒng)公路隧道照明系統(tǒng)亮度需求和燈具能耗的不可控制性，有效地避免了過度照明，不但能使隧道內(nèi)照度更加均勻變化，而且節(jié)約電能10。2.3 公路隧道照明控制器設(shè)計方案 本次設(shè)計的控制模式選擇的是分級調(diào)光控制模式，隧道照明系統(tǒng)分為晴天、陰天、夜間三級照明控制模式，相對應(yīng)的燈光控制設(shè)計為八盞燈全亮、間隔四盞燈亮、中間兩盞燈亮。本次設(shè)計的控制思想是以光敏傳感器采集光照信號通過AD轉(zhuǎn)換給予

18、單片機(jī)能識別的信號，以此來控制八盞燈的亮滅情況。以八盞燈的亮滅情況來模擬公路隧道照明的亮暗程度，當(dāng)采集光照信號強(qiáng)時八盞燈全部亮；當(dāng)采集光照強(qiáng)度達(dá)到中時，間隔四盞燈亮；當(dāng)采集光照強(qiáng)度弱時，中間兩盞燈亮。以這種燈光控制方式來避免進(jìn)出隧道所產(chǎn)生的“黑洞效應(yīng)”和“白洞效應(yīng)”，來達(dá)到安全行駛的目的。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1 器件選型3.1.1 STC89C52單片機(jī)基本介紹 STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。STC89C52RC引腳功能說明：主電源引腳VSS和VSSVSS（40腳）接+5V電壓；VSS（20腳）接地。2、外接晶體引

19、腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對SHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮?？刂苹蚺c其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPPRST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的

20、高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VSS引腳之間連接一個約10F的電容，以保證可靠地復(fù)位。VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VSS主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（50.5V）VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，

21、將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。對于EPROM單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PS（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80S51）或1FFFH（對8052）

22、時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。對于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）?？刂苹蚺c其它電源復(fù)用引腳RST/Vpd，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp。 RST/Vpd當(dāng)振蕩器運行時。在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器同期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。在VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源，由Vpd向內(nèi)部RAM提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE

23、/PROG正常操作時為ALE功能（允許地址錢存），提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ALE引腳以不變的頻率（振蕩周期的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。對于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（PROG功能）。 PSEN外部程序存儲器讀選通信號輸出端。在從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）期間；PSEN在每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN同樣可以驅(qū)動八個LSTTL輸入。 EAVppEA為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇

24、端。當(dāng)EA為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器（PS值小于4K）。當(dāng)EA為低電平時，則訪問外部程序存儲器。對于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21VEPROM編程電源（Vpp）。5、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負(fù)載。P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。對8052、8032，P1.0

25、引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MSS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。 圖3-1 STC89C52引腳圖 3.1.2 PCF859

26、1芯片介紹 PCF8591是一個單片集成、單獨供電、低功耗、8-bitCMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個模擬輸入、1個模擬輸出和1個串行IC總線接口。PCF8591的3個地址引腳A0,A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個IC總線上接入8個PCF8591器件，而無需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號都是通過雙線雙向IC總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。PCF8591的功能包括多路模擬輸入、內(nèi)置跟蹤保持、8-bit模數(shù)轉(zhuǎn)換和8-bit數(shù)模轉(zhuǎn)換。PCF8591的最大轉(zhuǎn)化速率由IC總線的最大速率決定。引腳圖示如3-2AIN0AIN3：模擬信號輸入端。A0A3：引腳地

27、址端。VDD、VSS：電源端（2.56V）SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。OSC：外部時鐘輸入端，內(nèi)部時鐘輸出端。EXT：內(nèi)部、外部時鐘選擇線，使用內(nèi)部時鐘時EXT接地。AGND：模擬信號地。AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端。VREF：基準(zhǔn)電源端。 圖3-2 PCF8591引腳圖 3.1.3 74HC373芯片介紹 74HC373是8數(shù)據(jù)鎖存器，主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制，如圖3-3所示。OE：output_enable,輸出使能;LE：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思;Dn：第n路輸入數(shù)據(jù);On：第n路輸出數(shù)據(jù);74HC373 的輸出端 O0O7 可直

28、接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時，O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 圖3-3 74HC373引腳圖3.1.4 SR420361K數(shù)碼管 本設(shè)計用的是0.36英寸紅色四位數(shù)碼管SR420361K： 圖3-4 數(shù)碼管圖 四位數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；

29、按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 圖3-5 數(shù)碼管引腳圖 本設(shè)計中的SR420361K數(shù)碼管從正面看（數(shù)字朝上，小數(shù)點靠近自己），

30、上方的六根管腳（從左到右）依次是1af23b，下面的六根管腳（從左到右）依次是edpcg4，其中1234是四位數(shù)碼管 的位選，因為本數(shù)碼管是共陰的，故低電平有效，反之，共陽的高電平有效，p管腳為小數(shù)點顯示，另外的abcdefg是單個數(shù)碼管的段顯示。引腳排列依然是從左下角的那個腳（1腳）開始，以逆時針方向依次為1-12腳，下圖中的數(shù)字與之一一對應(yīng)。3.2單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，如圖3-6所示。 對51系列單片機(jī)來說,單片機(jī)+晶振電路+復(fù)位電路,便組成了一個最小系統(tǒng)。但是一般我們在設(shè)計中總是喜歡把按鍵輸入、顯示輸出等加到上述

31、電路中,成為小系統(tǒng)，分為四個部分：1、晶振：至于大小有你的單片機(jī)時鐘周期要求而決定(運用于計時，與兩個電容并聯(lián)使用，電容大小由你的晶振決定。)2、復(fù)位電路3、電源（用于供電，一般用電腦的USB口供電）4、燒制程序的口（可用串口配合MAX232配合使用，也可以做個并口輸入，這個要根據(jù)你使用單片機(jī)的種類決定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口輸入等等） 圖3-6 最小系統(tǒng)圖3.3公路隧道照明控制器設(shè)計原理框圖 本次設(shè)計的原理框圖如圖3-7所示分為顯示模塊、燈光控制、光源采集三個模塊，其核心控制元件是單片機(jī)最小系統(tǒng)。 單 片 機(jī)顯示模塊燈光控制光源采集 圖3-7 隧道照明控制器原理框圖 3.3四

32、位數(shù)碼管的顯示模塊 數(shù)碼管驅(qū)動芯片，為三態(tài)輸出的八透明鎖存器，控制段顯，RN1為限流電阻，保證數(shù)碼管長期工作和合適的亮度。p0口上拉電阻，保證沒有數(shù)據(jù)輸入，輸出時，P0口始終保持高電平，當(dāng)有輸出時，提供足夠的輸出電流，如圖3-8所示。 圖3-8 數(shù)碼管顯示模塊圖3.4隧道照明燈光控制模塊 燈光控制電路是公路隧道照明控制器設(shè)計的發(fā)光部分，也是整個硬件電路的基本組成部分之一，這一部分電路相對來說比較簡單，起控制作用的元件是單片機(jī)，其控制功能主要通過指令系統(tǒng)的指令來實現(xiàn)。這一部分電路主要有8個LED燈、8個電阻、單片機(jī)組成的。仿真原理圖中用光敏電阻來模擬光敏傳感器，PCF8591AD轉(zhuǎn)換模塊的主要功

33、能就是將光照強(qiáng)度信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能識別的信號。如圖3-9所示。 圖3-9 燈光控制模塊圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 Keil uvision4軟件介紹 Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。2

34、009年2月發(fā)布Keil uVision4，Keil uVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。4.2主程序設(shè)計本次設(shè)計的控制思想是以光敏傳感器采集光照信號通過AD轉(zhuǎn)換給予單片機(jī)能識別的信號，以此來控制八盞燈的亮滅情況。以八盞燈的亮滅情況來模擬公路隧道照明的亮暗程度，當(dāng)采集光照信號強(qiáng)時八盞燈全部亮；當(dāng)采集光照強(qiáng)度達(dá)到中時，間隔四盞燈亮；當(dāng)采集光照強(qiáng)度弱時，中間兩盞

35、燈亮。程序流程圖如圖4-1 結(jié)束 圖4-1 主程序流程圖4.3顯示子程序設(shè)計 顯示子程序?qū)崿F(xiàn)了顯示光照強(qiáng)度的功能模塊，如圖4-2流程圖所示。 開始顯示十位顯示個位顯示小數(shù)點 返回 圖4-2 顯示子程序流程圖 4.4隧道燈光控制子程序 隧道燈光控制子程序?qū)崿F(xiàn)了燈光控制模塊功能，根據(jù)采集的光照信號傳送給單片機(jī)給以燈光控制，當(dāng)光照強(qiáng)度大于等于80%時，八盞燈全部亮；當(dāng)光照信號大于50%小于80%時，中間間隔四盞燈全部亮；當(dāng)光照信號小于等于50%時，中間兩盞燈亮，流程圖如4-4所示。 開始調(diào)用AD采集子程序光照強(qiáng)度80%光照強(qiáng)度50%80%光照強(qiáng)度50%控制八盞燈全亮控制中間兩盞燈亮控制四盞燈亮 結(jié)束

36、返回YYYY Y N N 圖4-4 燈光控制子程序流程圖5仿真與調(diào)試此次設(shè)計我們所用的軟件是proteus、keil uvision4。5.1 PROTEUS軟件介紹 Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。該軟件的特點是：集原理圖設(shè)計、仿真和PCB設(shè)計于一體，真正實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整電子設(shè)計工具。具有模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)（不高于ARM7）設(shè)計與仿真功能。具有全速、單步、設(shè)置斷點等多種形式的調(diào)試功能。具有各種信號源和電路分析所需的虛擬儀表。支持KeilC51uVision2、MPLAB等第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境。具有強(qiáng)大的原理圖到PCB

37、板設(shè)計功能，可以輸出多種格式的電路設(shè)計報表。擁有PROTEUS電子設(shè)計工具，就相當(dāng)于擁有了一個電子設(shè)計和分析平臺。5.2 系統(tǒng)仿真調(diào)試與結(jié)果分析 在未做板子之前，我已經(jīng)根據(jù)原理圖做過模擬仿真，但做的都只是模塊化的仿真，板子做出來后，根據(jù)整體程序進(jìn)行仿真。 在進(jìn)行仿真前，檢查好電路，看看是否有虛焊或漏焊，電路是否有短路、斷路問題出現(xiàn)。當(dāng)一切都正常后，調(diào)入一個簡單的測試程序，檢查電路是否工作，開始時，并不是一試就出來，在經(jīng)過電路的檢查，檢查電壓值，發(fā)現(xiàn)硬件沒問題，再去修改軟件，改了兩次，最終電路正常顯示了，說明電路板是正確的，接著進(jìn)行模塊性的測試，模塊都出來后，進(jìn)行整體調(diào)試。 通過對proteus

38、仿真軟件的學(xué)習(xí)，能夠熟悉地使用該軟件的基本操作命令，最后設(shè)計出隧道照明控制器的仿真原理圖。但是最終數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度出現(xiàn)一點問題，一開始數(shù)碼管總是處于閃爍狀況，最后竟沒有了顯示。估計是軟件程序的編程出了問題，如圖5-1。 圖5-1 仿真圖 6實物搭建與調(diào)試6.1 實物搭建 在實物搭建前首先必須得有個合理的布局，這樣不僅會為以后焊接實物省下不少麻煩，還可以方便檢查最終電路出現(xiàn)的問題。在焊接前必須查清楚實物中各個管腳的功能，再與電路圖中一一對應(yīng)，一定要細(xì)心，切記不要搞錯。在下載程序調(diào)試前一定要用萬用表檢查好電路，看看是否有短路、斷路狀況出現(xiàn)，否則可能會影響整個電路板的運行。還有特別注意別有虛焊、漏

39、焊這種狀況發(fā)生，一切正常后，下載程序進(jìn)行調(diào)試。開始時，并不是一試就成功了，通過電路硬件和軟件的多次檢查，最終就是數(shù)碼管顯示模塊沒有達(dá)到設(shè)計要求。在整個實物過程中最重要的就是細(xì)心，不要急，搞清楚再去焊接，這樣出錯的幾率就比較少，也方便以后電路出錯時的檢查。6.2 實物調(diào)試與結(jié)果分析 總體電路調(diào)試主要分為硬件電路調(diào)試和軟件電路調(diào)試兩部分。硬件電路主要發(fā)現(xiàn)以下幾類問題，由于焊接技術(shù)欠佳，造成的虛焊，些許焊點不規(guī)范等問題。在硬件電路的調(diào)試過程中，我明白了硬件調(diào)試的步驟，也同時向老師學(xué)會了一些調(diào)試技巧，若芯片不能正常工作，應(yīng)首先測試其片選、時鐘等信號，然后在考慮起工作時序的問題。并且也學(xué)會了如何找出問題

40、的所在和一些問題的解決方法等。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，我也遇到了許多困難，如程序可以仿真但在實際電路中很不穩(wěn)定，通過查閱相關(guān)資料，最終得到解決。在模擬仿真就出現(xiàn)過數(shù)碼管顯示問題，一開始還有數(shù)字顯示，過一段時間處于閃爍狀況，到最后數(shù)碼管壓根沒有顯示了。我想可能是CPU運行問題，可是最后實物焊接好后，也是這塊出現(xiàn)了問題，數(shù)碼管總是顯示四個八。分析之后覺得可能是程序編程那塊出現(xiàn)了問題，因為是初次焊接，很多線路的布局不是很合理，如圖6-1。 圖6-1 實物圖 7總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計主要講述了單片機(jī)的相關(guān)知識、隧道照明控制器設(shè)計的軟硬件系統(tǒng)及相關(guān)程序和總體電路調(diào)試與功能實現(xiàn)。 在硬件部分設(shè)計中，主要介紹了幾

41、種本文用到的STC89C52單片機(jī)、PCF8591和74HC373芯片，除此之外，還有四位數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度模塊。本次設(shè)計主要是通過光敏傳感器采集光照信號通過PCF8591AD模擬轉(zhuǎn)換給STC89C52能識別的數(shù)字信號，以此控制八盞二極管燈的亮滅狀況，來實現(xiàn)對隧道照明控制器的設(shè)計，達(dá)到本次設(shè)計要求說的根據(jù)外側(cè)環(huán)境來控制隧道燈光亮暗程度。最后展示了本次設(shè)計的原理圖、實物圖。 在相關(guān)軟件及程序設(shè)計部分，主要介紹了proteus、keil uvision4的主要功能。最后列出了本次設(shè)計所要實現(xiàn)功能的程序。本次公路隧道照明控制器設(shè)計通過光源采集模塊能夠很好的控制八盞燈的燈光亮滅情況，達(dá)到設(shè)計要求所說的

42、自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)的燈光照明亮度。但是由于分級控制模式等級少導(dǎo)致過度照明，造成能源浪費。 在實物焊接的時候可能是數(shù)碼管那塊出現(xiàn)出現(xiàn)了問題導(dǎo)致顯示不出來光照強(qiáng)度，沒有達(dá)到設(shè)計要求所說的能夠檢測每時每刻的天氣狀況。 通過這次隧道照明控制器的設(shè)計，讓我更熟練了對單片機(jī)的應(yīng)用以及程序的編程能力，加強(qiáng)了我的動手、思考和解決問題的能力，同時也加強(qiáng)了對板子的調(diào)試能力，懂得如何一步一步去檢查錯誤。開始調(diào)試時不成功，經(jīng)過認(rèn)真思考和檢測，找到了問題所在。致謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在張曉群老師的悉心指導(dǎo)下完成的，畢設(shè)期間由于工作實習(xí)的原因一開始沒把畢設(shè)放在心上，導(dǎo)致畢設(shè)方向老是不明確，中心控制思想不清楚，是我們組里進(jìn)度最慢，

43、表現(xiàn)最差的。最后是張老師的一席話點醒了我，讓我懂得：現(xiàn)在的我應(yīng)該把畢設(shè)放在第一位，以后工作的機(jī)會多得是。在你認(rèn)真做畢設(shè)的時候還能學(xué)到一些以前課本你沒學(xué)到的東西，會對我日后工作有所幫助。之后無論是在學(xué)習(xí)、工作上張老師都給予我無微不至的關(guān)心和照顧，讓我受益匪淺，謹(jǐn)此向張老師致以最崇高的敬意和最衷心的感謝。 在此次畢設(shè)進(jìn)行期間，韓宏權(quán)、趙飛給予了我很大的幫助，尤其是實物焊接細(xì)節(jié)這一塊讓我避免了很多低級錯誤，使畢設(shè)能夠順利的完成，在此對他們表示忠誠地感謝。 最后，衷心感謝那些幫助過我、支持過我的的老師、同學(xué)們。還有，感謝學(xué)院這四年對我的培養(yǎng)和那些一直在背后默默支持我、理解我的家人和朋友們。參考文獻(xiàn)1、

44、JTJ026.1-1999，公路隧道照明設(shè)計規(guī)范S2、趙忠杰 高等級公路隧道照明工程設(shè)計與研究J.西安公路交通大學(xué)學(xué)報，1999,(4),55-57.3、葉黎明 江鶴高速公路蓮花山隧道照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計J.廣州交通科技，2002，（3），44-47.4、照明學(xué)會 編 照明手冊（第二版），2005 ISBN 7-03-015419-35、李建忠主編 單片機(jī)原理及應(yīng)用M 西安電子科技大學(xué)出版2008.2 6、楊堅隧道照明設(shè)計淺談J林業(yè)建設(shè)20089(第32卷第3期)7、交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)，公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范(CJJ452006)S，人民交通出版社，20068、王學(xué)堂，趙展旗隧道照明控制工程研究，

45、西安公路交通大學(xué)學(xué)報，1998，(1)9合肥源輝光電子有限公司，無級調(diào)光控制技術(shù)在公路隧道中的節(jié)能應(yīng)用【J】，智能建筑與城市信息，2010（7）；5-610周健，呂曉峰，楊洋，公路隧道LED燈照明系統(tǒng)無級調(diào)光控制研究【J】，公路隧道，2010（3）；40-4311、DeviceNet Communication Module and Protocol，Volume1，Release2.0，June30,199912、Deng.E,Cuk.s.Negative Incremental Impedance and Stability of Fluorescent LampsJ.IEEE,1997

46、附錄1 元器件清單序號名稱數(shù)量1STC89C52最小系統(tǒng)1個274HC3731個3PCF85911個40.36英寸四位數(shù)碼管1個52K電阻8個6200電阻8個7100K電阻1個8220uf電容1個9104電容3個10光敏傳感器1個11發(fā)光二極管8個 附錄2 系統(tǒng)仿真圖附錄3 系統(tǒng)實物圖 附錄4 系統(tǒng)的程序/* 實驗名 :AD和DA實驗* 使用的IO : * 實驗效果 :LCD1602顯示讀取到的AD值*注意 ：*/#include#includei2c.h#define WRITEADDR 0x90#define READADDR 0x91#define DIGP0sbit LSA=P24;sbit LSB=P25;sbit LSC=P26;sbit LSD=P27;unsigned char code DIG_CODE10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;unsigned char Num=0;unsigned int disp4=0x3f,0x3f,0x3f,0x3f;unsigned char timecount=0;void Pcf8591SendByte(unsigned char channel);unsigned char Pcf8591ReadByte();void Timer