【正文】 統(tǒng)流程圖 ............................................................................................ 16 定時(shí)器溢出中斷處理函數(shù)流程圖 ............................................................. 17 按鍵掃描流程圖 ..................................................................................... 19 4. 系統(tǒng)測(cè)試 ................................................................................................................. 20 測(cè)試儀器 ........................................................................................................ 20 指標(biāo)測(cè)試 ........................................................................................................ 20 各部分測(cè)試的指標(biāo) .............................................................................. 20 4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 ................................................................................... 21 5. 結(jié)論 ........................................................................................................................ 23 附錄 ............................................................................................................................... 25 附錄 1 程序代碼 ................................................................................................... 25 附錄 2 硬件原理圖 ................................................................................................. 67 附錄 3 PCB 圖（部分） ......................................................................................... 69 5 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要 求 一、 任務(wù) （來自原題） 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。 輸 入 、 顯 示裝 置支 路 控 制 器單 元 控 制 器 1單 元 控 制 器 2L E D 燈 1L E D 燈 2 圖 1 路燈控制系統(tǒng)示意圖 L E D 燈 1L E D 燈 24 02 04 0SABCS ’4 04 04 0M定 位 點(diǎn) 圖 2 路燈布置示意圖（單位： cm） 二、設(shè)計(jì)要求 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 6 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． 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）性價(jià)比高，工作穩(wěn)定，符合電磁兼容（ EMC）方面的要求，無對(duì)外干擾或干擾小 。 總體設(shè)計(jì)方案 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)：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。 方案論證與比較 時(shí)鐘功能及定時(shí)開關(guān)機(jī)。 方案一：采用專用時(shí)鐘芯片。 7 現(xiàn)在流行的串行時(shí)鐘電路很多，如 DS130 DS130 PCF8485 等。 其優(yōu)勢(shì)是可 以單獨(dú)使用，直接連接單片機(jī)外圍，有自己獨(dú)立的時(shí)鐘晶振，精度較高。單片機(jī)通過串行接口讀取和寫入當(dāng)前的時(shí)鐘值，時(shí)鐘芯片的運(yùn)行受單片機(jī)死機(jī)的影響少。其缺點(diǎn)一是消耗了單片機(jī)IO 口資源。二是在編程時(shí)需要增加讀寫串行口的內(nèi)容，消耗了單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。三是增加了成本。增加了時(shí)鐘芯片及其外圍電路的開支。 DS1302 的典型應(yīng)用電路如圖 3 所示： 圖 3 DS1302 的典型應(yīng)用電路 方案二：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)。 8 方案二沒有增加外置電路，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)。 本系統(tǒng)的時(shí)鐘功能實(shí)現(xiàn)采用方案二。 根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動(dòng)開燈和關(guān)燈 功能。 方案一：采用比較器的解決方案。 光敏電阻與固定電阻串聯(lián)，加一級(jí)電壓跟隨器后輸入比較器，與比較器負(fù)輸入端的電壓值進(jìn)行比較，得到一個(gè)高電平或低電平輸出，進(jìn)入單片機(jī)的 IO 口。 優(yōu)點(diǎn)是電路比較直觀，操作比較方便，可直接通過電位器調(diào)節(jié)路燈的開啟亮度。對(duì)維護(hù)人員的要求不高。 缺點(diǎn)是不方便進(jìn)行數(shù)碼控制。 方案二：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。 本系統(tǒng)采用方案二。 是三是根據(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。 方案一：采用工業(yè)級(jí)的光電傳感器。這種光電傳感器普遍運(yùn)用于電梯、生產(chǎn)線等工業(yè)場(chǎng)所。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，型號(hào)很多，輸出量是開關(guān)量，不需調(diào)理電路。缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。 方案二：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。 本系統(tǒng)采用方案二。 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。 恒流源驅(qū)動(dòng) LED 及 20％到 100％范圍內(nèi)可調(diào)亮度。 方案一：采用恒流源驅(qū)動(dòng)芯片，目前市場(chǎng)上成品的恒流源 驅(qū)動(dòng)芯片比較多，一般采用使 9 用取樣電阻調(diào)節(jié)輸出電流的方式。這些芯片使用方便，性能較好，但價(jià)格較貴。 方案二：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。方案二利用了單片機(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。 本系統(tǒng)采用方案二。 系統(tǒng)各模塊的最終方案 系統(tǒng)功能說明書（用戶使用說明書） 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)每種工作模式簡單介紹如下： （ 1） 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。 （ 2） 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 10 路燈 2 關(guān)燈的時(shí)間相等時(shí)開啟路燈 2。 （ 3） 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。 （ 4） 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 ），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。 （ 5） 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(cè) 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。 ? 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。 11 2. 單元電路設(shè)計(jì) 每部分模塊的電路設(shè)計(jì) 電源供電電路 T12 5 0 V A C /1 0 0 0 m A1234D 1 D 4B R ID G E 1V in1GND2V o u