1、 文理學院課程設(shè)計報告課程名稱： 專業(yè)綜合課程設(shè)計專業(yè)班級： 通信工程1202班 學號() 學生：某某指導教師： 葉 華 完成時間： 2015年6月25日 報告成績：評閱意見： 評閱教師 日期 文理學院制目錄一、設(shè)計題目3二、設(shè)計要求32.1基本要求42.2發(fā)揮部分4三、設(shè)計的作用與目的4四、設(shè)計方案54.1 功能分解及設(shè)計思路54.1.1 時鐘功能及定時開關(guān)機54.1.2 根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈功能64.1.3 根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)74.1.4 聲光報警功能74.1.5 恒流源驅(qū)動LED及20到100圍可調(diào)亮度74.2系統(tǒng)各模塊的設(shè)計方案7五、系統(tǒng)硬件設(shè)計85.1 路燈的工

2、作模式85.2 按鍵操作說明95.3 單元電路設(shè)計95.3.1 電源供電電路95.3.2 單片機最小系統(tǒng)105.3.3 輸入與輸出105.3.4 電流源驅(qū)動及電流檢測115.3.5 光電檢測電路11六、軟件設(shè)計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 指標測試157.1.1各部分測試的指標157.1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能167.2 測試結(jié)論17八、心得體會18九、參考文獻18附錄一、硬件原理圖19附錄二、PCB圖（部分）20一、設(shè)計題目模擬路燈控制器的設(shè)計二、設(shè)計要求設(shè)計

3、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。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）支路控制器有時鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間，并控制整條支路按時開燈和關(guān)燈。（2）支路控制器應能根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。（3）支路控制器應能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當可移動物體M（在物體前端標出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達S點時（見圖2），燈1亮；當物體M到達B點時，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動時，則亮燈次序與上相反。（4）支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開燈和關(guān)燈時間。（5）當路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），支

4、路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。2.2發(fā)揮部分（1）自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動電源。（2）單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小，該功率應能在20%100%圍設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差2%。（3）其它（性價比等）。三、設(shè)計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)也實現(xiàn)了智能化和人性化。無論從實現(xiàn)功能還是從成本來講，都達到了最優(yōu)。模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計是緊隨了市場的要求和發(fā)展趨勢，同時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MC

5、U芯片MC68HC908JL3為核心，加以簡單的外圍電路。JL3單片機在工業(yè)上的應用比較廣泛，其可靠性、抗干擾能力和溫度穩(wěn)定性都比較強，性價比高。這是一個低成本的路燈控制解決方案，除了選用廉價的單片機芯片，還采用了廉價得微型激光發(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)能長時間穩(wěn)定工作。四、設(shè)計方案4.1 功能分解及設(shè)計思路本模擬路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計方案要實現(xiàn)的主要功能主要分解為以下五個方面：一是時鐘功能及定時開關(guān)燈。二是根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(guān)燈。三是根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當汽車靠近路燈時，路燈能自動

6、點亮；當汽車遠離時，路燈自動熄滅。四聲光報警功能，當路燈出現(xiàn)故障時而不亮時，控制器發(fā)出信號，并顯示有故障路燈的地址編號。五是根據(jù)綠色節(jié)能照明要求，采用恒流源驅(qū)動LED路燈發(fā)亮且能調(diào)光，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在20%100%圍設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差2%。以上功能的實現(xiàn)，都是以單片機為核心，在單片機系統(tǒng)實現(xiàn)的輸入輸出和顯示功能的基礎(chǔ)上，由單片機的置邏輯和運算功能，加上一定的外圍電路得以實現(xiàn)。征對以上的五個功能，基于模塊化的設(shè)計思想，以下分別敘述之。4.1.1 時鐘功能及定時開關(guān)機采用單片機置時鐘振蕩電路及定時器構(gòu)建時間平臺。本方案直接利用單片機的置定時器，通過定時器的中斷和簡單運算實現(xiàn)時鐘功能。例如

7、： JL3單片機，在4M時鐘時，單個指令的運行時間是1微秒，設(shè)置定時器1每125個指令周期產(chǎn)生一個中斷，即125微秒，8個中斷后，時間平臺是1毫秒，設(shè)置以下時間計數(shù)變量分別為：uchar To1mS = 0x00; /當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了1毫秒uchar To2mS = 0x00; /當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了2毫秒uchar Is2mS = 0; /到達2毫秒時刻uchar To20mS = 0x00; /當該變量增加到某個數(shù)值時,表示經(jīng)過了20毫秒uchar Is20mS = 0; /到達20毫秒時刻uchar To1S = 0x00; /當該變量增加到某個數(shù)值時

8、,表示經(jīng)過了1秒uchar Is1S = 0; /到達1秒時刻在秒時間平臺，用ToMIN變量，計數(shù)60秒后進入分鐘平臺，計數(shù)60分鐘后，進入小時平臺。本方案沒有增加外置電路，充分利用了單片機的定時器功能，實施簡潔方便，主要的缺點是當控制系統(tǒng)斷電或死機以后，需要人工重新定時。4.1.2 根據(jù)環(huán)境明暗變化，自動開燈和關(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)，由單片機置的AD變換接口讀入當前的電壓值，然后根據(jù)讀取的電壓值判斷當前的環(huán)境亮度。路燈的開啟電平由部的變量控制。方案二的優(yōu)點在于可以方便以實現(xiàn)對路燈開啟電平的數(shù)碼控制和遠程控制。4.1.3 根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)當汽車靠近路燈時

9、，路燈能自動點亮；當汽車遠離時，路燈自動熄滅。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。激光的特點是傳輸距離遠，能量集中。當沒有物體遮擋時，激光直射到光敏電阻上，光敏電阻的阻值較小，當有物體經(jīng)過時，激光被遮住，此時光敏電阻的阻值較大。由于光敏電阻對環(huán)境光同樣敏感，本設(shè)計運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 聲光報警功能采用光敏電阻檢測路燈的亮度，同時排除環(huán)境光的干擾。利用單片機的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LED及20到100圍可調(diào)亮度采用PWM方式驅(qū)動功率三極管輸出驅(qū)動電流，用電流取樣電阻串入LED供電回

10、路，用AD口讀取當前的電流值，實現(xiàn)閉環(huán)控制。利用了單片機的AD變換資源，同時采用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)計方案4.2圖 系統(tǒng)各模塊功能說明五、系統(tǒng)硬件設(shè)計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，分別是自動群控模式、自動分控模式、根據(jù)照度自動控制模式、根據(jù)交通情況自動控制模式、手動控制模式，下面對每種工作模式簡單介紹如下：自動群控模式在該模式下，支路控制器根據(jù)設(shè)定好的定時信息，自動地同時打開或者關(guān)閉兩盞路燈。系統(tǒng)啟動后默認進入該模式。自動分控模式在該模式下，支路控制器根據(jù)設(shè)定好的定時信息，分別控制兩盞路燈的開關(guān)

11、，例如，當系統(tǒng)的時間和路燈1開燈的時間相等時，開啟路燈1；當系統(tǒng)的時間和路燈2關(guān)燈的時間相等時開啟路燈2。根據(jù)照度自動控制模式在該模式下，當環(huán)境照度低于一定的值時開啟兩盞路燈，當環(huán)境照度高于一定的值時關(guān)閉兩盞路燈。根據(jù)交通情況自動控制模式在該模式下，當可移動物體M由左到右到達S點時（見圖2路燈布置示意圖），燈1亮；當物體M到達B點時，燈1滅，燈2亮；若物體M由右到左移動時，則亮燈的次序與上相反。手動控制模式在手動模式時，兩盞路燈只能由支路控制器用增加和減少鍵手動的調(diào)整亮度，路燈的亮度可以在0100自由的上下調(diào)整，步進為10。（1）（4）等四種工作模式是互斥的，即在某一時刻只能具有其中的一種功能

12、，不過各種模式可以手動的切換，手動調(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n 支路控制器具備6個按鍵，分別為時間調(diào)整鍵、模式選擇鍵、亮度調(diào)整鍵、增加鍵、減少鍵、確認鍵。n 時間調(diào)整鍵：按時間調(diào)整鍵時，可以循環(huán)地選擇系統(tǒng)時間、路燈1和2共同的開關(guān)燈時間、路燈1的開關(guān)燈時間和路燈2的開關(guān)燈時間。n 模式選擇鍵：按模式選擇鍵可以進行系統(tǒng)工作模式的切換，順序為自動群控模式自動分控模式根據(jù)照度自動控制模式根據(jù)交通情況自動控制模式手動控制模式。n 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

13、。n 增加、減少鍵：按這兩個鍵可以對時間或者亮度進行增減，長按時時間或者亮度可以連續(xù)變換。l 確認鍵：確認鍵只在時間調(diào)整時有效，分別確認小時、分鐘、秒的輸入。5.3 單元電路設(shè)計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)動及電流檢測5.3.5 光電檢測電路六、軟件設(shè)計軟件采用C語言編寫，可移植性和可讀性強。軟件編寫體現(xiàn)了模塊化的任務驅(qū)動方式。代碼盡量符合變量定義規(guī)。6.1 子程序本系統(tǒng)包含以下子程序/鍵盤

14、處理-void KeyboardScan(void);/鍵盤掃描函數(shù)void KeyboardOperate(uchar KeyNum);/按鍵處理函數(shù)/定時器處理-void InitTimer(void);/定時器參數(shù)設(shè)定及啟動/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(uchar LightNum, uchar Brightness)；/* 溢出中斷處理程序 */ voi

15、d 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)測試7.1 指標測試7.1.1各部分測試的指標功率測試設(shè)置功率/W路燈兩端電壓/V路燈電流/A實際功率/W誤差/%0.25.580.0360.2010.40.35.710.0530.3030.90.45.810.0680.3951.20.55.910.0840.4960.70.66.020.1010.6081.30.76.060.1150.6970.40.86.090.1320.8040.50.96.120.14

16、70.9000.016.170.1631.0060.6功能測試序號指標（目標值）實測值1故障指示（編號）LCD上顯示正確2過中點后前燈亮后燈滅，試驗成功率（100）1003自動開關(guān)燈功能，試驗成功率1004實時誤差，采用時間加速方法（誤差小于5MIN）誤差1MIN5單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小，該功率應能在20%100%圍設(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)實現(xiàn)的功能1基本要求序號功能是否實現(xiàn)1支路控制器有時鐘功能，能設(shè)定、顯示開關(guān)燈時間，并控制整條支路按時開燈和關(guān)燈。是2支路控制器應能根據(jù)環(huán)境明暗變化，

17、自動開燈和關(guān)燈。是3支路控制器應能根據(jù)交通情況自動調(diào)節(jié)亮燈狀態(tài)：當可移動物體M（在物體前端標出定位點，由定位點確定物體位置）由左至右到達S點時（見圖2），燈1亮；當物體M到達B點時，燈1滅，燈2亮；若物體M由右至左移動時，則亮燈次序與上相反。是4支路控制器能分別獨立控制每只路燈的開和關(guān)燈時間。是5當路燈出現(xiàn)故障時（燈不亮），支路控制器應發(fā)出聲光報警信號，并顯示有故障路燈的地址編號。是2發(fā)揮部分序號功能是否實現(xiàn)1自制單元控制器中的LED燈恒流驅(qū)動電源是2單元控制器具有調(diào)光功能，路燈驅(qū)動電源輸出功率能在規(guī)定時間按設(shè)定要求自動減小，該功率應能在20%100%圍設(shè)定并調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)誤差2%。是3特色功能序

18、號功能是否實現(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利用單片機的AD變換功能，實現(xiàn)用一個IO口讀多個按鍵是3使用單片機部的定時器代替時鐘芯片，實現(xiàn)時鐘功能和定時開關(guān)機功能是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)計基本完成設(shè)計要求，經(jīng)過功率擴大、電網(wǎng)通訊等方面的改良，可以用于實際路燈控制，是一個低成本，高可靠性的解雇方案。八、心得體會硬件設(shè)計和軟件設(shè)計是電子設(shè)計中不可缺少的容，為了滿足設(shè)計的功能和指標的要求，我們必須在開始設(shè)計時就考慮到硬件與軟件的協(xié)調(diào)；不然會增加軟件實現(xiàn)時困難和復雜程度，有時即使硬件和軟件單獨能用，卻不能使他們組成的系統(tǒng)工作，故在設(shè)計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，實現(xiàn)軟硬件的信號過渡。 九、參考