模拟路灯控制器设计报告 - 副本

1、湖南文理学院课程设计报告课程名称： 专业综合课程设计 专业班级： 通信工程1202班 学号( ) 学生姓名： 某某 指导教师： 叶 华 完成时间： 2015年6月25日 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 湖南文理学院制目录一、设计题目3二、设计要求32.1基本要求42.2发挥部分4三、设计的作用与目的4四、设计方案54.1 功能分解及设计思路54.1.1 时钟功能及定时开关机54.1.2 根据环境明暗变化，自动开灯和关灯功能64.1.3 根据交通情况自动调节亮灯状态74.1.4 声光报警功能74.1.5 恒流源驱动LED及20到100范围内可调亮度74.2系统各模块的设计方案7五、系统硬

2、件设计85.1 路灯的工作模式85.2 按键操作说明95.3 单元电路设计95.3.1 电源供电电路95.3.2 单片机最小系统105.3.3 输入与输出105.3.4 电流源驱动及电流检测115.3.5 光电检测电路11六、软件设计126.1 子程序126.2系统主程序流程图136.2.1 系统流程图136.2.2定时器溢出中断处理函数流程图146.2.3按键扫描流程图15七、系统测试157.1 指标测试157.1.1各部分测试的指标157.1.2 系统实现的功能167.2 测试结论17八、心得体会18九、参考文献18附录一、硬件原理图19附录二 、PCB图（部分）20一、设计题目模拟路灯控

3、制器的设计二、设计要求设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。图1 路灯控制系统示意图图2 路灯布置示意图（单位：cm）2.1基本要求（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。（5）当路

4、灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。2.2发挥部分（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。（3）其它（性价比等）。三、设计的作用与目的随着大规模集成电路的发展，越来越多的控制系统趋向智能化和人性化，跟随它的发展，模拟路灯控制系统也实现了智能化和人性化。无论从实现功能还是从成本来讲，都达到了最优。模拟路灯控制系统的设计是紧随了市场的要求和发展趋势，同时也反映出电子的快速发展，电子已深入生活的方方面面。本系统

5、以FREESCALE公司的MCU芯片MC68HC908JL3为核心，加以简单的外围电路。JL3单片机在工业上的应用比较广泛，其可靠性、抗干扰能力和温度稳定性都比较强，性价比高。这是一个低成本的路灯控制解决方案，除了选用廉价的单片机芯片，还采用了廉价得微型激光发射器与光敏电阻组合的方式代替昂贵的工业控制光电传感器，大大降低了系统成本。整个系统的电路简单，结构紧凑。经过检测，该系统能长时间稳定工作。四、设计方案4.1 功能分解及设计思路本模拟路灯控制系统的设计方案要实现的主要功能主要分解为以下五个方面：一是时钟功能及定时开关灯。二是根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。三是根据交通情况自动调节亮灯状态

6、：当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。四声光报警功能，当路灯出现故障时而不亮时，控制器发出信号，并显示有故障路灯的地址编号。五是根据绿色节能照明要求，采用恒流源驱动LED路灯发亮且能调光，路灯驱动电源输出功率能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。以上功能的实现，都是以单片机为核心，在单片机系统实现的输入输出和显示功能的基础上，由单片机的内置逻辑和运算功能，加上一定的外围电路得以实现。征对以上的五个功能，基于模块化的设计思想，以下分别叙述之。4.1.1 时钟功能及定时开关机采用单片机内置时钟振荡电路及定时器构建时间平台。本方案直接利用单片机的内置定时器，通过

7、定时器的中断和简单运算实现时钟功能。例如： JL3单片机，在4M时钟时，单个指令的运行时间是1微秒，设置定时器1每125个指令周期产生一个中断，即125微秒，8个中断后，时间平台是1毫秒，设置以下时间计数变量分别为：uchar To1mS = 0x00; /当该变量增加到某个数值时,表示经过了1毫秒uchar To2mS = 0x00; /当该变量增加到某个数值时,表示经过了2毫秒uchar Is2mS = 0; /到达2毫秒时刻uchar To20mS = 0x00; /当该变量增加到某个数值时,表示经过了20毫秒uchar Is20mS = 0; /到达20毫秒时刻uchar To1S =

8、 0x00; /当该变量增加到某个数值时,表示经过了1秒uchar Is1S = 0; /到达1秒时刻在秒时间平台，用ToMIN变量，计数60秒后进入分钟平台，计数60分钟后，进入小时平台。本方案没有增加外置电路，充分利用了单片机的定时器功能，实施简洁方便，主要的缺点是当控制系统断电或死机以后，需要人工重新定时。4.1.2 根据环境明暗变化，自动开灯和关灯功能本系统采用AD变换。光敏电阻与固定电阻串联，由单片机内置的AD变换接口读入当前的电压值，然后根据读取的电压值判断当前的环境亮度。路灯的开启电平由内部的变量控制。方案二的优点在于可以方便以实现对路灯开启电平的数码控制和远程控制。4.1.3

9、根据交通情况自动调节亮灯状态当汽车靠近路灯时，路灯能自动点亮；当汽车远离时，路灯自动熄灭。本系统采用微型激光发射器与光敏电阻组合形成发射接收对。激光的特点是传输距离远，能量集中。当没有物体遮挡时，激光直射到光敏电阻上，光敏电阻的阻值较小，当有物体经过时，激光被遮住，此时光敏电阻的阻值较大。由于光敏电阻对环境光同样敏感，本设计运用了较长黑色套管遮挡环境光线。只有激光才能直射到光敏电阻的表面。4.1.4 声光报警功能采用光敏电阻检测路灯的亮度，同时排除环境光的干扰。利用单片机的AD口，读入光敏电阻上检测到的路灯亮度值。4.1.5 恒流源驱动LED及20到100范围内可调亮度采用PWM方式驱动功率三

10、极管输出驱动电流，用电流取样电阻串入LED供电回路，用AD口读取当前的电流值，实现闭环控制。利用了单片机的AD变换资源，同时采用PWM方式，可以使LED工作在断断续续的状态，可以延长LED的使用寿命。4.2系统各模块的设计方案4.2图 系统各模块功能说明五、系统硬件设计5.1 路灯的工作模式本模拟路灯控制系统具备5种工作模式，分别是自动群控模式、自动分控模式、根据照度自动控制模式、根据交通情况自动控制模式、手动控制模式，下面对每种工作模式简单介绍如下：自动群控模式在该模式下，支路控制器根据设定好的定时信息，自动地同时打开或者关闭两盏路灯。系统启动后默认进入该模式。自动分控模式在该模式下，支路控

11、制器根据设定好的定时信息，分别控制两盏路灯的开关，例如，当系统的时间和路灯1开灯的时间相等时，开启路灯1；当系统的时间和路灯2关灯的时间相等时开启路灯2。根据照度自动控制模式在该模式下，当环境照度低于一定的值时开启两盏路灯，当环境照度高于一定的值时关闭两盏路灯。根据交通情况自动控制模式在该模式下，当可移动物体M由左到右到达S点时（见图2 路灯布置示意图），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右到左移动时，则亮灯的次序与上相反。手动控制模式在手动模式时，两盏路灯只能由支路控制器用增加和减少键手动的调整亮度，路灯的亮度可以在0100自由的上下调整，步进为10。（1）（4）等四种工

12、作模式是互斥的，即在某一时刻只能具有其中的一种功能，不过各种模式可以手动的切换，手动调整路灯亮度的功能在这四种模式中都是有效的。另外，路灯的系统还具备故障检测5.2 按键操作说明n 支路控制器具备6个按键，分别为时间调整键、模式选择键、亮度调整键、增加键、减少键、确认键。n 时间调整键：按时间调整键时，可以循环地选择系统时间、路灯1和2共同的开关灯时间、路灯1的开关灯时间和路灯2的开关灯时间。n 模式选择键：按模式选择键可以进行系统工作模式的切换，顺序为自动群控模式à自动分控模式à根据照度自动控制模式à根据交通情况自动控制模式à手动控制模式。n 亮度调整

13、键：按亮度调整键可以循环选择路灯1和2的亮度，选择以后再按亮度调整键，就可以分别调整两盏路灯的亮度。n 增加、减少键：按这两个键可以对时间或者亮度进行增减，长按时时间或者亮度可以连续变换。l 确认键：确认键只在时间调整时有效，分别确认小时、分钟、秒的输入。5.3 单元电路设计5.3.1 电源供电电路采用变压器与三端稳压器相结合5.3.2 单片机最小系统其核心芯片是MC68HC908JL3。5.3.3 输入与输出键盘：采用AD变换输入口为键盘输入口，节省了IO口资源。LCD与LED显示：5.3.4 电流源驱动及电流检测5.3.5 光电检测电路六、软件设计软件采用C语言编写，可移植性和可读性强。软

14、件编写体现了模块化的任务驱动方式。代码尽量符合变量定义规范。6.1 子程序本系统包含以下子程序/键盘处理-void KeyboardScan(void);/键盘扫描函数void KeyboardOperate(uchar KeyNum);/按键处理函数/定时器处理-void InitTimer(void);/定时器参数设定及启动/路灯控制-void BrightnessSet(uchar LightNum, uchar Brightness);/亮度调整/AD采样-void ADExchange(uchar Num);/AD采样/* 亮度调整函数 */void BrightnessSet(uc

15、har LightNum, uchar Brightness)；/* 溢出中断处理程序 */ void interrupt 6 TimerInterrupt(void);6.2系统主程序流程图6.2.1 系统流程图6.2.2定时器溢出中断处理函数流程图6.2.3按键扫描流程图七、系统测试7.1 指标测试7.1.1各部分测试的指标功率测试设置功率/W路灯两端电压/V路灯电流/A实际功率/W误差/%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功能测试序号指标（目标值）实测值1故障指示（编号）LCD上显示正确2过中点后前灯亮后灯灭，试验成功率（100）1003自动开关灯功能，试验成功率1004实时误差，采用时间加速方法（误差小于5MIN）误差<1MIN5单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。电流从0mA至850mAm变化平缓稳定7.1.2 系统实现的功能1基本要求序号功能是否实现1

17、支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。是2支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。是3支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。是4支路控制器能分别独立控制每只路灯的开和关灯时间。是5当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。是2发挥部分序号功能是否实现1自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源是2单元控制器具有调光功能，路灯驱动

18、电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%100%范围内设定并调节，调节误差2%。是3特色功能序号功能是否实现1自制微型激光发射与光敏电阻组合替代工业光电传感器是2利用单片机的AD变换功能，实现用一个IO口读多个按键是3使用单片机内部的定时器代替时钟芯片，实现时钟功能和定时开关机功能是4使用LCD显示屏与LED相结合，显示信息丰富，操作方便是5采用PWM与电流取样方式，实现闭环的恒流源控制是7.2 测试结论本方案的系统设计基本完成设计要求，经过功率扩大、电网通讯等方面的改良，可以用于实际路灯控制，是一个低成本，高可靠性的解雇方案。八、心得体会硬件设计和软件设计是电子设计中不可缺少的内容，为了满足设计的功能和指标的要求，我们必须在开始设计时就考虑到硬件与软件的协调；不然会增加软件实现时困难和复杂程度，有时即使硬件和软件单独能用，却不能使他们组成的系统工作，故在设计的过程中必须考虑软硬件的处理能力以及它们的接口是否兼容，实现软硬件的信号过渡。 九、参考文献【1】 高吉祥.全国大学生电子设计竞赛系列教程【M】.北京：电子