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 報(bào)告成績(jī)： 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、系統(tǒng)硬

2、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(cè)115.3.5 光電檢測(cè)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(cè)試157.1 指標(biāo)測(cè)試157.1.1各部分測(cè)試的指標(biāo)157.1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能167.2 測(cè)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19附錄二 、PCB圖（部分）20一、設(shè)計(jì)題目模擬路燈控

3、制器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作一套模擬路燈控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，路燈布置如圖2所示。圖1 路燈控制系統(tǒng)示意圖圖2 路燈布置示意圖（單位：cm）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

4、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(chǎng)的要求和發(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)

5、以FREESCALE公司的MCU芯片MC68HC908JL3為核心，加以簡(jiǎn)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(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。經(jīng)過檢測(cè)，該系統(tǒng)能長(zhǎng)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)

6、：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)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

7、定時(shí)器的中斷和簡(jiǎn)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 =

8、 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(jiǎn)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，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

9、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(zhǎng)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(cè)路燈的亮度，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(cè)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

10、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(zhǎng)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，下面對(duì)每種工作模式簡(jiǎn)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

11、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；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0100自由的上下調(diào)整，步進(jìn)為10。（1）（4）等四種工

12、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(cè)5.2 按鍵操作說明n 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。n 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。n 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à自動(dòng)分控模式à根據(jù)照度自動(dòng)控制模式à根據(jù)交通情況自動(dòng)控制模式à手動(dòng)控制模式。n 亮度調(diào)整

13、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。n 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(zhǎng)按時(shí)時(shí)間或者亮度可以連續(xù)變換。l 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)5.3.1 電源供電電路采用變壓器與三端穩(wěn)壓器相結(jié)合5.3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)其核心芯片是MC68HC908JL3。5.3.3 輸入與輸出鍵盤：采用AD變換輸入口為鍵盤輸入口，節(jié)省了IO口資源。LCD與LED顯示：5.3.4 電流源驅(qū)動(dòng)及電流檢測(cè)5.3.5 光電檢測(cè)電路六、軟件設(shè)計(jì)軟件采用C語(yǔ)言編寫，可移植性和可讀性強(qiáng)。軟

14、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。6.1 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 BrightnessSet(uc

15、har LightNum, uchar Brightness)；/* 溢出中斷處理程序 */ void interrupt 6 TimerInterrupt(void);6.2系統(tǒng)主程序流程圖6.2.1 系統(tǒng)流程圖6.2.2定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖6.2.3按鍵掃描流程圖七、系統(tǒng)測(cè)試7.1 指標(biāo)測(cè)試7.1.1各部分測(cè)試的指標(biāo)功率測(cè)試設(shè)置功率/W路燈兩端電壓/V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

16、.76.060.1150.6970.40.86.090.1320.8040.50.96.120.1470.9000.016.170.1631.0060.6功能測(cè)試序號(hào)指標(biāo)（目標(biāo)值）實(shí)測(cè)值1故障指示（編號(hào)）LCD上顯示正確2過中點(diǎn)后前燈亮后燈滅，試驗(yàn)成功率（100）1003自動(dòng)開關(guān)燈功能，試驗(yàn)成功率1004實(shí)時(shí)誤差，采用時(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

17、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。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)

18、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%。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)IO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)鐘功能和定時(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采用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(cè)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)即使硬件和軟件單獨(dú)能用，卻不能使他們組成的系統(tǒng)工作，故在設(shè)計(jì)的過程中必須考慮軟硬件的處理能力以及它們的接口是否兼容，實(shí)現(xiàn)軟硬件的信號(hào)過渡。 九、參考文獻(xiàn)【1】 高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽系列教程【M】.北京：