【文章內容簡介】 標 可移動物體 M 上定位點與過“亮燈狀態(tài)變換點”（ S、 B、 S’等點）垂線間的距離，要求該距離≤ 2cm 可調恒流源功率應能在 20%～ 100%范圍內設定并調節(jié)，調節(jié)誤差≤ 2%。 題目評析 根據題目基本要求（ 2），支路控制器能根據環(huán)境的變化，自動開燈和關燈，采用感光器件是必須手段，由于題目中無測量要求，傳感器可采用高靈敏度（低精度，寬范圍）的光敏電阻來完成。 由發(fā)揮部分 （ 2） 中要求 單元控制器具有調光功能，路燈驅動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設定要求自動減小，該功率應能在 20%～ 100%范圍內設定并調節(jié)，調節(jié)誤差≤ 2%的要求可知要制作一個精度要求 ≤ 2%的恒流源，難度較?。? 4 照明器件采用 LED，說明題目中有節(jié)能的要求。采用 LED 驅動的難點在于驅動方式的選擇，高效、節(jié)能、穩(wěn)定的驅動電源是一個比較難以解決的難點。 發(fā)揮部分提出了關于性價比的觀點，說明對實現(xiàn)題目要求的電路的成本必須要考慮，在設計中可以設計出兩種不同的方案，分別滿足不同的需求。 案 比較與論證 支路控制器方案比較與論證 方案一 、 采 用 FGPA（現(xiàn)場可編程門陣列）作為系統(tǒng)的控制器。 FGPA可實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減小了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應用 EDA軟件仿真、在線調試，易于進行功能擴展，響應速度快。但由于本設計對控制器的響應速度要求不高， FGPA的高速處理優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于芯片集成度很高，成本偏高，同時由于引腳較多，電路板的布線比較復雜，加重了電路設計和實際焊接的工作。 方案二 、 采用 ARM 單片機實現(xiàn)控制要求 ，其功能強大，可實現(xiàn)圖形化控制，常在高級控制系統(tǒng)采用。但存在成本高的 缺陷。 方案三、 采用 51 單片機實現(xiàn)控制要求，輔以 1602 液晶顯示，具有顯示直觀，成本低廉（與 ARM 單片機系統(tǒng)相比）的特點。 在能 滿足 題目控制要求的情況下， 結合 考慮 制作成本，采用方案三。 顯示方式 選擇 方案一 、 采用傳統(tǒng)的數碼管進行顯示， 顯示直觀，但顯示的信息量小，程序量大，硬件復雜，制作時間長。 方案二、 采用 LCD1602 液晶顯示器，具有顯示信息量大（與數碼管相比），程序量小，硬件結構簡單，焊接工作量小的特點。 綜合考慮制作時間、調試難度、顯示數據量，選用方案二。 LED 驅動器方案 比較與論證 控制系統(tǒng)主要由支路控制器、單元控制器、 傳感器、白光 LED 以及電源組成。其中，設計一個照明用白光 LED 的驅動方式的挑戰(zhàn)是 構造一個良好的、可編程的、穩(wěn)定的電流源，而且它還應有較高的效率。 常用 LED 的驅動方式有以下 幾 種 方案 一 ：恒壓驅動方式。 使用串聯(lián)電阻器（線性法）調節(jié)電流的最簡單方式就是串聯(lián)一個電阻器，如圖 1 所示 5 圖 1 恒壓驅動方式 其優(yōu)點在于成本低，實施簡單，而且不會由于開關而產生噪聲。這種 電路 的主要缺點是電阻器上的功率損耗將導致系統(tǒng)效率降低，并且不能控制白光 LED 的發(fā)光度。此外，這種方 案需要用穩(wěn)壓源來得到恒定的電流。 方案 二： 恒 流 驅動方式 。 采用線性電源加上一個晶體管和一個運算放大器，可以非常精確地設置電流。 圖 2 恒流驅動方式 方案 三： 采用低端 （開 關模式法）電路，如圖 3 示 圖 3 低端電路 6 采用 高 端（開關模式法）電路，如圖 4 示 圖 4 高端電路 通過允許電感器 L 上的電流在開關導通時上升、在開關斷開時下降，可以調節(jié)流經白光LED 的電流。 采用以上兩種驅動方式的電流波形如圖 5 圖 5 開關電路波形圖 由于人眼的視覺暫留作用，方案三可節(jié)約大量 電能 ，而且， LED 是工作在斷續(xù)發(fā)光狀 態(tài)，其工作壽命可成倍增長，在節(jié)能、環(huán)保方面有 非常 積極 的意義。綜合考慮以上因素，選用方案三。 LED 調光方式方案比較與論證 方案一 、調節(jié) LED 兩端的電壓，這種方法容易實現(xiàn)。可用三段穩(wěn)壓集成 LM317 完成，如圖 6 圖 6 調壓法 7 這種方法 簡單易行，但存在能源損耗大的缺點，浪費嚴重。 方案二 、采用脈寬調制。這種技術采用周期為 T 的固定頻率， 亮度調節(jié)通過改變脈沖寬度來實現(xiàn)。 如圖 7 圖 7 脈寬調制法 這種方法常用在高級調光場合中，調整能力強，多見于在變頻控制中。但存在線路復雜，成本較高。 方案三 、 采用頻率調制。 頻率調制技術采用固定寬度的控制脈沖，它的脈沖總是有固定的寬度，發(fā)光度由脈沖的重復間隔來控制。 圖 8 頻率調制法 這種調光方法并不多見，實現(xiàn)方式相對比較復雜，在使用中也要注意頻率不能太低，否則 可能 會出現(xiàn) LED 閃爍的問題，調整能力有待研究。 方案四 、采用可調恒流脈沖技術。它融合脈沖調制、恒流驅動于一體， 具有高效、電路簡單、容易控制的特征?？烧{恒流脈沖驅動的電流波形大致如圖 9 8 圖 9 可調恒流脈沖 綜合制作難度、成本以及控制器件的性能，選擇方案 四 。 定位點傳感器方案 比較與論證 方案一、 采用自制模塊，電路圖如圖 10 圖 10 自制定位點檢測模塊 此電路靈敏度高，但由于封裝問題，不適合在路面下使用。 方案二、 采用紅外傳感器模塊，外形小巧，適合使用。 綜合考慮使用場合，選用方案二。 3 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)的 總體 設計 9 C89C52 單片機實現(xiàn)時鐘功能，并讓其擁有設定顯示開關燈時間，控制整條支路的能力。利用 5606 光敏電阻對環(huán)境的明暗程度進行檢測，當到達設定的值時，電壓比較器LM339 給單片機輸入信號，單片機對其進行識別、處理，做出相關的反應。定位點的傳感器 采用紅外反射式傳感器，當物體從