模擬路燈控制器設(shè)計(jì)報(bào)告-副本

1、湖南文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程名稱：專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：通信工程1202班學(xué)號(hào)（）學(xué)生姓名：某某指導(dǎo)教師：葉華完成時(shí)間：2015年6月25日?qǐng)?bào)告成績:評(píng)閱意見：評(píng)閱教師日期湖南文理學(xué)院制目錄一、設(shè)計(jì)題目 3二、設(shè)計(jì)要求 32.1 基本要求 42.2 發(fā)揮部分 4三、設(shè)計(jì)的作用與目的 4四、設(shè)計(jì)方案 54.1 功能分解及設(shè)計(jì)思路 54.1.1 時(shí)鐘功能及定時(shí)開關(guān)機(jī) 54.1.2 根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈功能 64.1.3 根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài) 74.1.4 聲光報(bào)警功能 74.1.5 恒流源驅(qū)動(dòng) LED 及 20到 100范圍內(nèi)可調(diào)亮度 74.2 系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)方案 7五、

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 85.1 路燈的工作模式 85.2 按鍵操作說明 95.3 單元電路設(shè)計(jì) 95.3.1 電源供電電路 95.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 105.3.3 輸入與輸出 105.3.4 電流源驅(qū)動(dòng)及電流檢測 115.3.5 光電檢測電路 11六、軟件設(shè)計(jì) 126.1 子程序 126.2 系統(tǒng)主程序流程圖 136.2.1 系統(tǒng)流程圖 136.2.2定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖 146.2.3按鍵掃描流程圖 15七、系統(tǒng)測試 157.1 指標(biāo)測試 157.1.1各部分測試的指標(biāo) 157.1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 167.2 測試結(jié)論 17八、心得體會(huì) 18九、參考文獻(xiàn) 18附錄一、硬件原理圖 1

3、9附錄二 、PCB 圖（部分） 203、設(shè)計(jì)題目模擬路燈控制器的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，路燈布置如圖2所示4#LED燈 1LED燈2#圖1路燈控制系統(tǒng)示意圖#2.1基本要求（1）支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時(shí)間，并控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈。（2）支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。（3）支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)可移動(dòng)物體 M （在物體前 端標(biāo)出定位點(diǎn)，由定位點(diǎn)確定物體位置）由左至右到達(dá) S點(diǎn)時(shí)（見圖2），燈1亮；當(dāng)物 體M到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動(dòng)時(shí)，則亮燈次序與上相反。（ 4）支

4、路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時(shí)間。（5）當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并顯示有故 障路燈的地址編號(hào)。2.2 發(fā)揮部分（1）自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動(dòng)電源。（2）單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自 動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在20%100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差W 2%。（ 3）其它（性價(jià)比等） 。三、設(shè)計(jì)的作用與目的隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，越來越多的控制系統(tǒng)趨向智能化和人性化，跟隨它的發(fā) 展，模擬路燈控制系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了智能化和人性化。無論從實(shí)現(xiàn)功能還是從成本來講，都達(dá) 到了最優(yōu)。模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是緊隨了市場的

5、要求和發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也反映出電子 的快速發(fā)展，電子已深入生活的方方面面。本系統(tǒng)以FREESCALE公司的MCU芯片MC68HC908JL3為核心，加以簡單的外圍電路 JL3 單片機(jī)在工業(yè)上的應(yīng)用比較廣泛，其可靠性、抗干擾能力和溫度穩(wěn)定性都比較強(qiáng)，性 價(jià)比高。這是一個(gè)低成本的路燈控制解決方案，除了選用廉價(jià)的單片機(jī)芯片，還采用了廉 價(jià)得微型激光發(fā)射器與光敏電阻組合的方式代替昂貴的工業(yè)控制光電傳感器，大大降低了 系統(tǒng)成本。整個(gè)系統(tǒng)的電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊。經(jīng)過檢測，該系統(tǒng)能長時(shí)間穩(wěn)定工作。四、設(shè)計(jì)方案4.1 功能分解及設(shè)計(jì)思路本模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案要實(shí)現(xiàn)的主要功能主要分解為以下五個(gè)方面：一是時(shí)鐘功

6、能及定時(shí)開關(guān)燈。二是根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。三是根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當(dāng)汽車靠近路燈時(shí)，路燈能自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)汽車 遠(yuǎn)離時(shí)，路燈自動(dòng)熄滅。四聲光報(bào)警功能，當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)而不亮?xí)r，控制器發(fā)出信號(hào)，并顯示有故障路燈 的地址編號(hào)。五是根據(jù)綠色節(jié)能照明要求，采用恒流源驅(qū)動(dòng) LED路燈發(fā)亮且能調(diào)光，路燈驅(qū)動(dòng)電源 輸出功率能在20%- 100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差W 2%以上功能的實(shí)現(xiàn)，都是以單片機(jī)為核心，在單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的輸入輸出和顯示功能的 基礎(chǔ)上，由單片機(jī)的內(nèi)置邏輯和運(yùn)算功能，加上一定的外圍電路得以實(shí)現(xiàn)。征對(duì)以上的五 個(gè)功能，基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，以下分別敘述之。4.1.1 時(shí)

7、鐘功能及定時(shí)開關(guān)機(jī)采用單片機(jī)內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路及定時(shí)器構(gòu)建時(shí)間平臺(tái)。本方案直接利用單片機(jī)的內(nèi)置定時(shí)器，通過定時(shí)器的中斷和簡單運(yùn)算實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能例如：JL3單片機(jī)，在4M時(shí)鐘時(shí)，單個(gè)指令的運(yùn)行時(shí)間是1微秒，設(shè)置定時(shí)器1每125個(gè)指令周期產(chǎn)生一個(gè)中斷，即125 微秒， 8 個(gè)中斷后，時(shí)間平臺(tái)是1 毫秒，設(shè)置以下時(shí)間計(jì)數(shù)變量分別為：uchar To1mS = 0x00;/ 當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí),表示經(jīng)過了 1 毫秒uchar To2mS = 0x00;/ 當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí),表示經(jīng)過了 2 毫秒uchar Is2mS= 0;/ 到達(dá) 2 毫秒時(shí)刻uchar To20mS = 0x00;/ 當(dāng)該

8、變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí),表示經(jīng)過了 20 毫秒uchar Is20mS = 0;/ 到達(dá) 20 毫秒時(shí)刻uchar To1S = 0x00;/ 當(dāng)該變量增加到某個(gè)數(shù)值時(shí),表示經(jīng)過了 1 秒uchar Is1S= 0;/ 到達(dá) 1 秒時(shí)刻在秒時(shí)間平臺(tái)，用 ToMIN變量，計(jì)數(shù) 60 秒后進(jìn)入分鐘平臺(tái)，計(jì)數(shù) 60 分鐘后，進(jìn)入小時(shí)平臺(tái)。本方案沒有增加外置電路，充分利用了單片機(jī)的定時(shí)器功能，實(shí)施簡潔方便，主要的 缺點(diǎn)是當(dāng)控制系統(tǒng)斷電或死機(jī)以后，需要人工重新定時(shí)。4.1.2 根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈功能本系統(tǒng)采用 AD 變換。光敏電阻與固定電阻串聯(lián)，由單片機(jī)內(nèi)置的 AD 變換接口讀入當(dāng)前的電壓值

9、，然后根 據(jù)讀取的電壓值判斷當(dāng)前的環(huán)境亮度。路燈的開啟電平由內(nèi)部的變量控制。方案二的優(yōu)點(diǎn) 在于可以方便以實(shí)現(xiàn)對(duì)路燈開啟電平的數(shù)碼控制和遠(yuǎn)程控制。4.1.3根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)當(dāng)汽車靠近路燈時(shí)，路燈能自動(dòng)點(diǎn)亮；當(dāng)汽車遠(yuǎn)離時(shí)，路燈自動(dòng)熄滅。本系統(tǒng)采用微型激光發(fā)射器與光敏電阻組合形成發(fā)射接收對(duì)。激光的特點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，能量集中。當(dāng)沒有物體遮擋時(shí)，激光直射到光敏電阻上， 光敏電阻的阻值較小，當(dāng)有物體經(jīng)過時(shí)，激光被遮住，此時(shí)光敏電阻的阻值較大。由于光 敏電阻對(duì)環(huán)境光同樣敏感，本設(shè)計(jì)運(yùn)用了較長黑色套管遮擋環(huán)境光線。只有激光才能直射 到光敏電阻的表面。4.1.4聲光報(bào)警功能采用光敏電阻檢測路燈的亮度

10、，同時(shí)排除環(huán)境光的干擾。利用單片機(jī)的AD 口，讀入光敏電阻上檢測到的路燈亮度值。4.1.5恒流源驅(qū)動(dòng)LED及20%到100%范圍內(nèi)可調(diào)亮度采用PWM方式驅(qū)動(dòng)功率三極管輸出驅(qū)動(dòng)電流，用電流取樣電阻串入LED供電回路，用AD 口讀取當(dāng)前的電流值，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。利用了單片機(jī)的AD變換資源，同時(shí)采用PWM 方式，可以使LED工作在斷斷續(xù)續(xù)的狀態(tài)，可以延長 LED的使用壽命。4.2系統(tǒng)各模塊的設(shè)計(jì)方案4.2圖系統(tǒng)各模塊功能說明五、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 路燈的工作模式本模擬路燈控制系統(tǒng)具備 5 種工作模式，分別是自動(dòng)群控模式、自動(dòng)分控模式、根據(jù) 照度自動(dòng)控制模式、根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式、手動(dòng)控制模式，下面

11、對(duì)每種工作模式簡 單介紹如下：自動(dòng)群控模式在該模式下， 支路控制器根據(jù)設(shè)定好的定時(shí)信息， 自動(dòng)地同時(shí)打開或者關(guān)閉兩盞路燈。 系統(tǒng)啟動(dòng)后默認(rèn)進(jìn)入該模式。自動(dòng)分控模式在該模式下，支路控制器根據(jù)設(shè)定好的定時(shí)信息，分別控制兩盞路燈的開關(guān)，例如， 當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間和路燈 1 開燈的時(shí)間相等時(shí)，開啟路燈 1；當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間和路燈 2關(guān)燈的時(shí) 間相等時(shí)開啟路燈 2。根據(jù)照度自動(dòng)控制模式在該模式下，當(dāng)環(huán)境照度低于一定的值時(shí)開啟兩盞路燈，當(dāng)環(huán)境照度高于一定的值時(shí) 關(guān)閉兩盞路燈。根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式在該模式下，當(dāng)可移動(dòng)物體 M由左到右到達(dá)S點(diǎn)時(shí)（見圖2路燈布置示意圖），燈1 亮；當(dāng)物體M到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；

12、若物體M由右到左移動(dòng)時(shí)，則亮燈的次序 與上相反。手動(dòng)控制模式在手動(dòng)模式時(shí)，兩盞路燈只能由支路控制器用增加和減少鍵手動(dòng)的調(diào)整亮度，路燈的 亮度可以在0%100 %自由的上下調(diào)整，步進(jìn)為10%。(1 )(4)等四種工作模式是互斥的，即在某一時(shí)刻只能具有其中的一種功能，不 過各種模式可以手動(dòng)的切換，手動(dòng)調(diào)整路燈亮度的功能在這四種模式中都是有效的。另外，路燈的系統(tǒng)還具備故障檢測5.2按鍵操作說明支路控制器具備6個(gè)按鍵，分別為時(shí)間調(diào)整鍵、模式選擇鍵、亮度調(diào)整鍵、增加 鍵、減少鍵、確認(rèn)鍵。時(shí)間調(diào)整鍵：按時(shí)間調(diào)整鍵時(shí)，可以循環(huán)地選擇系統(tǒng)時(shí)間、路燈1和2共同的開關(guān)燈時(shí)間、路燈1的開關(guān)燈時(shí)間和路燈2的開關(guān)燈時(shí)間

13、。模式選擇鍵：按模式選擇鍵可以進(jìn)行系統(tǒng)工作模式的切換，順序?yàn)樽詣?dòng)群控模式 自動(dòng)分控模式 根據(jù)照度自動(dòng)控制模式 根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式手動(dòng)控制模式。亮度調(diào)整鍵：按亮度調(diào)整鍵可以循環(huán)選擇路燈1和2的亮度，選擇以后再按亮度調(diào)整鍵，就可以分別調(diào)整兩盞路燈的亮度。增加、減少鍵：按這兩個(gè)鍵可以對(duì)時(shí)間或者亮度進(jìn)行增減，長按時(shí)時(shí)間或者亮度 可以連續(xù)變換。確認(rèn)鍵：確認(rèn)鍵只在時(shí)間調(diào)整時(shí)有效，分別確認(rèn)小時(shí)、分鐘、秒的輸入。5.3單元電路設(shè)計(jì)531電源供電電路采用變壓器與三端穩(wěn)壓器相結(jié)合10532單片機(jī)最小系統(tǒng)11# T -J a7B * 1 : -T 農(nóng) 口 tJTtnn i.i!p F p-rrr7 Y pg.

14、rF二 Mass亂%21 J#其核心芯片是MC68HC908JL3。533輸入與輸出鍵盤:#+5VDCR61 OkR7R8R92 k4.7 k10kR1030kR1 11 00k#F S1C1 S2£' S3凸S4I1 S5iSW-PB |SW-PB 1SW-PB 1SW-PB |SW-PB kCi|> 1f S6SW-PB采用AD變換輸入口為鍵盤輸入口，節(jié)省了 10 口資源。LCD與LED顯示:#12534電流源驅(qū)動(dòng)及電流檢測535光電檢測電路13六、軟件設(shè)計(jì)軟件采用 C 語言編寫，可移植性和可讀性強(qiáng)。 軟件編寫體現(xiàn)了模塊化的任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式。代碼盡量符合變量定義規(guī)范。6

15、.1 子程序本系統(tǒng)包含以下子程序/ 鍵盤處理 void KeyboardScan(void);/ 鍵盤掃描函數(shù)void KeyboardOperate(uchar KeyNum);/ 按鍵處理函數(shù)/ 定時(shí)器處理 void InitTimer(void);/ 定時(shí)器參數(shù)設(shè)定及啟動(dòng)/ 路燈控制 void BrightnessSet(uchar LightNum, uchar Brightness);/ 亮度調(diào)整/AD 采樣 void ADExchange(uchar Num);/AD 采樣/* 亮度調(diào)整函數(shù)*/void Bright nessSet(uchar LightNum, uchar Br

16、ight ness)；溢出中斷處理程序void in terrupt 6 TimerI nterrupt(void);6.2系統(tǒng)主程序流程圖6.2.1系統(tǒng)流程圖17622定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖18623按鍵掃描流程圖七、系統(tǒng)測試7.1指標(biāo)測試7.1.1各部分測試的指標(biāo)功率測試設(shè)置功率/W路燈兩端電壓N路燈電流/A實(shí)際功率/W誤差/%0.25.580.0360.2010.40.35.710.0530.3030.90.45.810.0680.3951.20.55.910.0840.4960.70.66.020.1010.6081.30.76.060.1150.6970.40.86.090.1

17、320.8040.50.96.120.1470.9000.016.170.1631.0060.6功能測試序號(hào)指標(biāo)（目標(biāo)值）實(shí)測值1故障指示（編號(hào)）LCD上顯示正確2過中點(diǎn)后前燈亮后燈火，試驗(yàn)成功率（100%）100%3自動(dòng)開關(guān)燈功能，試驗(yàn)成功率100%4實(shí)時(shí)誤差，米用時(shí)間加速方法（誤差小于5MIN ）誤差1MIN5單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功 率能在規(guī)定時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小， 該功率應(yīng) 能在20%100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差< 2%。電流從0mA至850mAm變化平緩穩(wěn)定7.1.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能1 .基本要求序號(hào)功能是否實(shí)現(xiàn)1支路控制器有時(shí)鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈

18、時(shí)間，并 控制整條支路按時(shí)開燈和關(guān)燈。是2支路控制器應(yīng)能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈。是3支路控制器應(yīng)能根據(jù)交通情況自動(dòng)調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)： 當(dāng)可 移動(dòng)物體M （在物體前端標(biāo)出定位點(diǎn)，由定位點(diǎn)確定物 體位置）由左至右到達(dá)S點(diǎn)時(shí)（見圖2），燈1亮；當(dāng) 物體M到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，燈1滅，燈2亮；若物體M由右 至左移動(dòng)時(shí)，則亮燈次序與上相反。是4支路控制器能分別獨(dú)立控制每只路燈的開和關(guān)燈時(shí)間。是5當(dāng)路燈出現(xiàn)故障時(shí)（燈不亮），支路控制器應(yīng)發(fā)出聲光 報(bào)警信號(hào)，并顯示有故障路燈的地址編號(hào)。是2 發(fā)揮部分序號(hào)功能是否實(shí)現(xiàn)1自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動(dòng)電源是2單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動(dòng)電源輸出功率能在 規(guī)定

19、時(shí)間按設(shè)定要求自動(dòng)減小，該功率應(yīng)能在20%100%范圍內(nèi)設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差W 2%。是3 特色功能序號(hào)功能是否實(shí)現(xiàn)1自制微型激光發(fā)射與光敏電阻組合替代工業(yè)光電傳感器是2利用單片機(jī)的AD變換功能，實(shí)現(xiàn)用一個(gè)10 口讀多個(gè) 按鍵是3使用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器代替時(shí)鐘芯片，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能 和疋時(shí)開關(guān)機(jī)功能是4使用LCD顯示屏與LED相結(jié)合，顯示信息豐富，操作 方便是5米用PWM與電流取樣方式，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的恒流源控制是7.2測試結(jié)論本方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本完成設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過功率擴(kuò)大、電網(wǎng)通訊等方面的改良，可以 用于實(shí)際路燈控制，是一個(gè)低成本，高可靠性的解雇方案。八、心得體會(huì)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)是電子設(shè)計(jì)中不可缺少的內(nèi)容，為了滿足設(shè)計(jì)的功能和指標(biāo)的要 求，我們必須在開始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到硬件與軟件的協(xié)調(diào)；不然會(huì)增加軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)困難和復(fù) 雜程度，有時(shí)即使硬件