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隧道照明控制系統設計 Design of lighting control system for tunnel 畢業(yè)設計任務書 題　目 隧道照明控制系統設計 一、主要內容 隧道照明控制系統的設計 二、基本要求 1.能對周圍光線的強弱做出反應，即當周圍光強較弱時，能自動打開照明裝置并根據周圍光線強度自動分級調節(jié)照明亮度； 2.可行性方案論證及設計方案論述； 3.畫出完整的硬件電路圖（包括電源部分）。 三、主要技術指標(或研究方法) 1.確定整個系統的設計方案； 2.選擇元器件，完成系統硬件電路圖； 3.完成各功能模塊的軟件編寫； 4.制作出相應實物，并實現相應的調光控制功能。 5.編寫設計、使用說明書。 四、應收集的資料及參考文獻 [1]杜偉略，周志德，80C51單片機及接口技術.化學工業(yè)出版社 [2]杜偉略，劉雨棣，單片機接口技術.西安電子科技大學出版社 [3]繆曉中，電子CAD---Protel 99se.化學工業(yè)出版社 [4]胡宴如，高頻電子線路（第4版).高等教育出版社 五、進度計劃 第1 -2周： 調研、收集材料、完成開題報告； 第3 -4周： 分析、確定方案； 第5 -7周： 設計、計算、繪圖； 第 8 周：　　 中期檢查； 第 9 -11 周： 撰寫論文； 第12 -14周： 論文審核定稿； 第15 -16周： 答辯。 2016年 1　月　8　日 畢業(yè)設計開題報告 題 目 隧道照明控制系統設計 一、課題的研究背景 隨著我國經濟的高速發(fā)展，現有的交通遠遠不能滿足城市交通的發(fā)展需求，我國的各重要城市常常出現交通擁擠的現象，同時過長的的通行時間嚴重阻礙各經濟發(fā)達地區(qū)之間的交流和經濟發(fā)展，因此發(fā)展高等級公路網是一個解決交通問題的重要手段，而公路隧道在其中發(fā)揮了突出作用，它不但可以承受具大的交通量，還可以縮短各城市的距離大大提高運行效率，為用戶提供了安全、方便、快捷、經濟的交通運輸條件，全面促進城市的經濟繁榮。我國提出了大力發(fā)展西部地區(qū)經濟的戰(zhàn)略規(guī)劃，所謂要致富先修路，解決路的問題就解決了經濟發(fā)展的大部分問題。而我國的西部基本上是山區(qū)，在修鐵路和高速公路的時候必須穿越許多的山地，因此必須修建大量的隧道。在這種形勢下，對隧道工程的需求將會越來越大，隧道工程的數量將大幅度增加，隧道的長度也將明顯增長。所以隧道照明具有很大的研究意義以及應用前景。 二、國內外研究現狀 國外公路隧道的照明技術研究開始早，經過多年的研究和實踐，技術相對成熟。例如，早在20世紀60年代，意、法兩國之間的MontBlanc隧道就已經按照交通量的變化進行照明調光 [1] 。 80年代后，世界各國相繼出臺了隧道照明規(guī)范，以規(guī)范隧道照明的設計和施工，減少交通事故。其中，當時被廣泛接受的標準時CIE（國際照明委員會）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。隨后，這個標準分別在1990年、1995年進行修訂。在此同時，各國也相繼實施了各自的標準，這些發(fā)達國家由于照明理論和技術相對比較完善，因此已經形成規(guī)范性的標準。 在歷史發(fā)展的今天，大部分國外發(fā)達國家的隧道照明系統已經漸漸由高科技智能化轉為可持續(xù)人性化。在東歐各國，已普遍實現“逆光照明”與“二次配光技術”，不僅可節(jié)約能源和燈具，而且使光源得到了充分利用；歐美發(fā)達國家已淘汰了高壓鈉燈，使用新型的電磁感應無極燈、光纖維隧道燈、歐司朗的 Kz 系列光源和飛利浦的 Cosmo 照明系統。 經過幾十年的發(fā)展，我國在公路隧道照明領域取得了矚目成果和創(chuàng)新，但是仍存在很多問題，主要表現在： 隧道照明理論的研究要較為薄弱，尚未有中國的隧道照明理論流派在國際隧道照明學界能有一席之地，對于隧道照明理論的原始創(chuàng)新還需要有更大的突破，對于中間視覺理論、洞外亮度參數、入口段亮度折減系數等問題均需進一步深入研究。 對隧道照明專業(yè)人才的培養(yǎng)不夠重視，致使隧道照明專業(yè)人才相當短缺，制約著隧道照明設計技術的提高和技術理論的創(chuàng)新。 我國隧道照明的現代化和自動化水平還有待進一步提高，洞外亮度檢測儀，等國產設備的可靠性和準確性與國外產品還有一定的差距。 雖然目前我國公路隧道正處于迅猛發(fā)展時期，但與國外成熟的技術相比，國內公路隧道的照明技術研究起步較晚，技術也相對基礎，實施經驗和基礎性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我國在現有經驗的基礎上，借鑒國外公路隧道的成功經驗和先進技術，頒布了《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(JTJ026—1999)，規(guī)范中對照明系統構成、隧道各照明段的亮度和長度、洞外亮度和減光措施、照明縱向和總均勻度、光源分級、調光分級、照度與亮度計算推薦方法、燈具及布置等都做了詳細的規(guī)范說明。另外，由于近年來的電能浪費尤為嚴重，受到有關部門的廣泛重視，目前主要的研究方向已不再是討論如何設計照明系統，而是轉向如何能夠在滿足規(guī)范要求的前提下行之有效的對照明系統進行優(yōu)化控制，才能實現照明系統的智能化與節(jié)能降耗[3]。 近年來，在半導體電子產品迅猛發(fā)展的推動作用下，許多可調光、智能化的隧道照明控制方法應運而生，我國高速公路隧道照明節(jié)能技術研究因此取得了一定的成果。2010 年重慶交通科研院的韓直研究員編著了《公路隧道節(jié)能》一書，從隧道照明光源、照明方式及控制方式等不同角度分析了公路隧道照明節(jié)能技術的研究方向[7]；長安大學的郭蘭英通過縮小手動、分段時序以及自動控制中每級的亮度變化，在視覺上實現隧道照明系統的連續(xù)調光，既提高了系統的安全性，又節(jié)約了電能。 三、研究方案 單片機 最小系統 通過對隧道照明控制系統的需求分析和架構研究，可知系統需要采集光強度信號，并進行硬件電路處理后，發(fā)送給單片機最小系統，經單片機進行數據處理后，控制隧道照明驅動電路，因此可知系統的硬件結構框圖如圖1所示。 光強度 采集電路 隧道照明 驅動電路 圖1 隧道照明控制系統結構框圖 由隧道照明控制系統的結構框圖可知，系統配套的軟件程序有：主程序、A/D轉換子程序、光強度采集子程序、隧道照明驅動子程序等組成。 根據以上研究方案，最終完成隧道照明控制的硬件電路和軟件的設計及實現。該系統能夠檢測每天每時每刻的天氣情況，根據不同的天氣情況，自動調節(jié)隧道內燈光的照明亮度。 四、預期達到的目標 本設計最終設計并制作出隧道照明控制系統的硬件電路，主要有光強度采集電路、單片機最小系統、隧道照明驅動電路，并編寫出相應的軟件程序，具體有主程序、A/D轉換子程序、光強度采集子程序、隧道照明驅動子程序等。 保證在隧道內各段采用不同強度的照明來改善隧道內的光照及其分布，創(chuàng)造洞內良好的工作視覺環(huán)境，確保在白天和夜間行駛的車輛以設計速度能夠安全地接近、穿越和通過隧道，預防隧道內交通事故的發(fā)生，保證隧道的正常運營，就是隧道照明控制系統要解決的問題。同時隧道照明也是隧道運營費用中最大的日常開支項目之一，安全、舒適又經濟節(jié)能的照明技術也是研究的目標。 2016年 3 月 18 日 摘要 隨著我國山區(qū)高速公路的快速建設和發(fā)展，隧道工程在公路工程建設中所占的比例越來越大，與此同時，隧道照明系統的設計和維護也變得越來越重要。隧道照明與普通道路照明不同，最大體現在白天也要照明，白天的照明強度比夜間的反而更強，加上隧道照明不同于一般的道路照明，有其明顯的特殊性，白天照明比夜間照明更加復雜，包含人對明暗的適應能力、明暗過渡的視覺問題。 本文主要對隧道照明控制系統的分析，給出控制系統的設計方案，設計出系統以AT89C51單片機為核心的硬件電路，并完成數模轉換、光強度采集、隧道照明驅動控制程序的軟件程序編寫，最后進行實物制作，實現相應的隧道照明控制功能。本設計提升了照明效率和電能使用率，其工作方式是通過安裝在照明控制系統配電回路中照明供電調節(jié)控制系統，實現對電壓、電流和頻率的智能調控。其次，利用安裝在照明控制系統中配電的回路通斷實現有規(guī)律的智能調控，達到降低事故的發(fā)生率,也相應的減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。 關鍵詞：單片機 ；燈光控制 ；采集光照  Highway tunnel lighting controller design Design General Information With the rapid development of China's construction and mountainous highways , tunnels and highway construction projects in the proportion is growing, at the same time , tunnel lighting system design and maintenance are becoming increasingly important. Road tunnel lighting and general lighting is different, the largest lighting also reflected in the day , the day than at night the lighting intensity but stronger, plus tunnel lighting from a general road lighting, has its obvious particularity lighting during the day than at night lighting more complex , including people 's ability to adapt to light and dark, light and dark transition visual problems. ????The design is based on light-sensitive sensor to collect light signals given STC89C52 can identify digital signal by the AD converter , in order to control the lamp light off eight cases . And with eight lamp light off situation to simulate how light or dark highway tunnel lighting when collecting light signal strength when eight lights all lit ; When the light intensity reached , the interval four lamps lit ; when the light intensity is weak, the middle two lamps lit. In this way to avoid the " black hole effect" and " white hole effect" arising out of the tunnel . Keywords: SCM ，lighting control ，Collecting light 目 錄 第1章 緒論 1 1.1課題研究背景及意義 1 1.2隧道照明控制技術國內外研究現狀 1 1.2.1國外研究現狀 1 1.2.2國內研究現狀 2 1.3本文研究的主要內容 2 第2章 隧道照明控制分析和總體設計方案 4 2.1隧道照明視覺問題分析 4 2.2隧道照明控制模式介紹 4 2.2.1分級調光控制模式 4 2.2.2無級調光控制模式 4 2.3 公路隧道照明控制系統設計方案 5 2.3.1方案一 5 2.3.2方案二 5 2.3.3總體方案設計 6 第3章 隧道照明控制系統硬件電路設計 7 3.1單片機最小系統設計 7 3.1.1單片機的選型 7 3.1.2單片機最小系統設計 9 3.2光強度采集電路設計 10 3.2.1光強度采集傳感器選型 10 3.2.2光強度采集電路設計 10 3.3數模轉換電路設計 10 3.3.1數目轉換電路元件選型 10 3.3.2數模轉換電路設計 12 3.4隧道照明驅動電路設計 12 3.5電源電路設計 13 第4章 隧道照明控制系統軟件設計 16 4.1主程序設計 16 4.2數模轉換子程序設計 17 4.3光強度采集子程序設計 18 4.4隧道照明系統驅動子程序設計 19 第5章 實物制作與系統調試 20 5.1 實物制作 20 5.2 系統調試 20 第6章 結論 22 致 謝 23 參考文獻 24 附錄A 外文資料 25 附錄B 電路原理圖 32 附錄C 源程序 32 第1章 緒論 1.1課題研究背景及意義 隨著我國經濟的高速發(fā)展，現有的交通遠遠不能滿足城市交通的發(fā)展需求，我國的各重要城市常常出現交通擁擠的現象，同時過長的的通行時間嚴重阻礙各經濟發(fā)達地區(qū)之間的交流和經濟發(fā)展，因此發(fā)展高等級公路網是一個解決交通問題的重要手段，而公路隧道在其中發(fā)揮了突出作用，它不但可以承受具大的交通量，還可以縮短各城市的距離大大提高運行效率，為用戶提供了安全、方便、快捷、經濟的交通運輸條件，全面促進城市的經濟繁榮。我國提出了大力發(fā)展西部地區(qū)經濟的戰(zhàn)略規(guī)劃，所謂要致富先修路，解決路的問題就解決了經濟發(fā)展的大部分問題。而我國的西部基本上是山區(qū)，在修鐵路和高速公路的時候必須穿越許多的山地，因此必須修建大量的隧道。在這種形勢下，對隧道工程的需求將會越來越大，隧道工程的數量將大幅度增加，隧道的長度也將明顯增長。所以隧道照明具有很大的研究意義以及應用前景。（不能完全跟開題一樣，應該內容更多一些） 1.2隧道照明控制技術國內外研究現狀 1.2.1國外研究現狀 早在20世紀50年代，國外就開展了公路隧道照明技術的研究，至今已有六十余年。諸多國家經過不斷的探索與創(chuàng)新，其高速公路隧道照明技術已經相當成熟。當時間發(fā)展至現代，國外發(fā)達國家隧道照明系統漸漸從高科技智能向可持續(xù)人性化方面發(fā)展。僅東歐各國，高速公路隧道已經普遍開始使用“二次配光”和“逆光照明”技術。在充分利用光源的同時，節(jié)約了電力能源與照明工具等資源。在照明工具選擇上，歐美等發(fā)達國家摒棄了高壓鈉燈，轉而使用光纖維隧道燈、電子感應無極燈等新型設備。 國外公路隧道的照明技術研究開始早，經過多年的研究和實踐，技術相對成熟。例如，早在20世紀60年代，意、法兩國之間的MontBlanc隧道就已經按照交通量的變化進行照明調光 [1] 。 80年代后，世界各國相繼出臺了隧道照明規(guī)范，以規(guī)范隧道照明的設計和施工，減少交通事故。其中，當時被廣泛接受的標準時CIE（國際照明委員會）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。隨后，這個標準分別在1990年、1995年進行修訂。在此同時，各國也相繼實施了各自的標準，這些發(fā)達國家由于照明理論和技術相對比較完善，因此已經形成規(guī)范性的標準。 在歷史發(fā)展的今天，大部分國外發(fā)達國家的隧道照明系統已經漸漸由高科技智能化轉為可持續(xù)人性化。在東歐各國，已普遍實現“逆光照明”與“二次配光技術”，不僅可節(jié)約能源和燈具，而且使光源得到了充分利用；歐美發(fā)達國家已淘汰了高壓鈉燈，使用新型的電磁感應無極燈、光纖維隧道燈、歐司朗的 Kz 系列光源和飛利浦的 Cosmo 照明系統。 1.2.2國內研究現狀 國內隧道照明系統發(fā)展起步較晚，雖然當前時代下，我國公路隧道發(fā)展勢頭十分迅猛，但依舊比不上國外成熟的技術與理念。差距不僅表現在技術與經驗上，基礎性的工程建設也存在一定的不足。我國于2000年1月頒布了《公路隧道通風照明設計規(guī)范》，詳細規(guī)定了隧道調光分級、光源分級、總均勻度以及燈具布置等。但是由于最近幾年電能資源浪費極為嚴重，有關部門已經開始廣泛關注隧道照明系統節(jié)能設計問題。我國在深入研究理論的同時，在高速公路隧道建設中也運用了相應的節(jié)能設計，例如廣東龍頭山隧道、河北司馬臺隧道、安徽前家山隧道等已先后將LED燈與無極調光技術應用于公路隧道照明中。 經過幾十年的發(fā)展，我國在公路隧道照明領域取得了矚目成果和創(chuàng)新，但是仍存在很多問題，主要表現在： 隧道照明理論的研究要較為薄弱，尚未有中國的隧道照明理論流派在國際隧道照明學界能有一席之地，對于隧道照明理論的原始創(chuàng)新還需要有更大的突破，對于中間視覺理論、洞外亮度參數、入口段亮度折減系數等問題均需進一步深入研究。 對隧道照明專業(yè)人才的培養(yǎng)不夠重視，致使隧道照明專業(yè)人才相當短缺，制約著隧道照明設計技術的提高和技術理論的創(chuàng)新。 （3）我國隧道照明的現代化和自動化水平還有待進一步提高，洞外亮度檢測儀，等國產設備的可靠性和準確性與國外產品還有一定的差距。 雖然目前我國公路隧道正處于迅猛發(fā)展時期，但與國外成熟的技術相比，國內公路隧道的照明技術研究起步較晚，技術也相對基礎，實施經驗和基礎性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我國在現有經驗的基礎上，借鑒國外公路隧道的成功經驗和先進技術，頒布了《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(JTJ026—1999)，規(guī)范中對照明系統構成、隧道各照明段的亮度和長度、洞外亮度和減光措施、照明縱向和總均勻度、光源分級、調光分級、照度與亮度計算推薦方法、燈具及布置等都做了詳細的規(guī)范說明。另外，由于近年來的電能浪費尤為嚴重，受到有關部門的廣泛重視，目前主要的研究方向已不再是討論如何設計照明系統，而是轉向如何能夠在滿足規(guī)范要求的前提下行之有效的對照明系統進行優(yōu)化控制，才能實現照明系統的智能化與節(jié)能降耗[3]。 近年來，在半導體電子產品迅猛發(fā)展的推動作用下，許多可調光、智能化的隧道照明控制方法應運而生，我國高速公路隧道照明節(jié)能技術研究因此取得了一定的成果。2010 年重慶交通科研院的韓直研究員編著了《公路隧道節(jié)能》一書，從隧道照明光源、照明方式及控制方式等不同角度分析了公路隧道照明節(jié)能技術的研究方向[7]；長安大學的郭蘭英通過縮小手動、分段時序以及自動控制中每級的亮度變化，在視覺上實現隧道照明系統的連續(xù)調光，既提高了系統的安全性，又節(jié)約了電能。 高速公路隧道照明質量影響著行車安全，多年以來，高速公路隧道建設者們一直將照明質量作為工程設計的核心內容與研究重點，卻忽視了能源浪費問題。因此，我國現階段高速公路隧道照明系統在保證行車安全的前提下，進行節(jié)能降耗設計是公路隧道照明系統發(fā)展的必然要求，人性化、經濟化、科學化是照明技術發(fā)展以及社會發(fā)展的必然趨勢。 1.3本文研究的主要內容 設計一個公路隧道照明控制系統。該系統能對周圍光線的強弱做出反應，即當周圍光強較弱時，能自動打開照明裝置并根據周圍光線強度自動分級調節(jié)照明亮度，自動調節(jié)隧道內燈光的照明亮度。本文研究的主要內容有： 1.確定整個系統的設計方案； 2.完成各功能電路設計，并選擇元器件，最后完成系統硬件電路設計； 3.完成各功能模塊的軟件編寫； 4.進行實物制作，并完成系統功能調試。 本次設計以單片機為核心，利用光敏傳感器采集光照強度，并通過A/D轉換電路后傳送給單片機，并以此來控制燈的亮滅情況，模擬公路隧道燈光照明的控制。  第2章 隧道照明控制分析 2.1隧道照明視覺問題分析 公路隧道作為公路的一個特殊路段，其管狀結構決定了洞內外亮度相差懸殊，降低了道路的通行能力，威脅到車輛的行車安全。為了提高這一瓶頸路段的通行能力，確保行車安全，需要科學設置燈光照明系統。 隧道照明與普通道路照明不同，最大體現在白天也要照明，白天的照明強度比夜間的反而更強，加上隧道照明不同于一般的道路照明，有其明顯的特殊性，白天照明比夜間照明更加復雜，包含人對明暗的適應能力。 如汽車駕駛員在白天從明亮的環(huán)境接近、進入和通過隧道的過程中，將發(fā)生種種特殊的視覺問題：進入隧道前由于隧道內外亮度差別極大，從隧道外部去看照明很不充分的隧道，入口處會看到一個“黑洞”；汽車由明亮的外部進入隧道后，由于亮度的急劇變化，會出現視覺“適應的滯后現象”；在隧道出口處，出現極強的眩光，產生一個很亮的洞口，這樣才能提高行車安全，避免發(fā)生安全事故[4]。 2.2隧道照明控制模式介紹 2.2.1分級調光控制模式 分級調光控制是指隧道照明系統分為晴天、陰天、夜間三級照明控制模式，每級照明模式對應相應的照明回路控制，系統根據不同的天氣情況對隧道照明燈具進行開關量調節(jié)。在公路隧道照明控制系統中，主要使用分級調光控制模式，通過控制照明回路的開關，調節(jié)隧道照明亮度。但是這種控制模式對隧道燈具的布設要求較高，調整范圍較大，控制效果過于粗放，容易在隧道內形成“斑馬線”，使得行車舒適性差，給行車安全造成隱患，同時還存在過度照明，隧道照明系統內有70%左右的能耗被過度照明消耗[9]。 2.2.2無級調光控制模式 無級調光控制是指根據照明參數的變化而連續(xù)調節(jié)照明燈具的使用功率，從而實現不同亮度等級的轉變，實現隧道照明較為平滑的調控。無級調光控制模式較分級調光模式更為準確，可以按照要求調節(jié)隧道照明燈具的功率，不需要燈具滿負荷的工作，改變了傳統公路隧道照明系統亮度需求和燈具能耗的不可控制性，有效地避免了過度照明，不但能使隧道內照度更加均勻變化，而且節(jié)約電能[10]。 2.3 公路隧道照明控制系統總體設計方案 2.3.1方案一 本方案的設計主要由光控電路，開關控制電路構成。工作時，利用光敏電阻對光敏感的特性和開關管的開關特性來實現，而電路電源由電源經過橋式整流以后，再經過降壓電路降壓以后來提供，電路中其他需要供電的電路由降壓以后再進行穩(wěn)壓來供電，負載的供電直接由交流電源來提供?？傮w結構框圖如下圖2-1所示，工作流程如箭頭所示： 交流電源電路 照明電路 光控電路 直流電源電路 圖2-1電路總體框圖 利用光照強度為傳感器，目前最為常用且性價比較高的就是光敏電阻，利用光敏電阻對光敏感的特性和開關管的開關特性實現，即在白天或光線較亮的時候，燈不亮，而在晚上或光線較暗時燈亮，再利用電橋，可將光線信號轉換成電信號。這類設計只要能將光信號取出，整個設計也便完成了大半，至于控制部分，可采用繼電器或晶閘管控制輸出。 2.3.2方案二 本方案的設計主要以單片機為核心構成，組成一個智能的光控電路。本系統通過對隧道照明控制系統的需求分析和架構研究，可知系統需要采集光強度信號，并進行硬件電路處理后，發(fā)送給單片機最小系統，經單片機進行數據處理后，控制隧道照明驅動電路，通過采用相關的光電檢測設備來設計智能光控路燈控制器，實現了能根據實際光線條件通單片機實現控制路燈開關的功能。本設計方案的結構框圖如圖2-2所示。 由隧道照明控制系統的結構框圖可知，系統配套的軟件程序有：主程序、A/D轉換子程序、光強度采集子程序、隧道照明驅動子程序等組成。 根據以上研究方案，最終完成隧道照明控制的硬件電路和軟件的設計及實現。該系統能夠檢測每天每時每刻的天氣情況，根據不同的天氣情況，自動調節(jié)隧道內燈光的照明亮度。 單片機 最小系統 光強度 采集電路 隧道照明 驅動電路 圖2-2 隧道照明控制系統結構框圖 2.3.3隧道照明控制系統總體設計方案 基于兩種方案的分析研究，可知方案一采用純硬件電路設計完成，實現簡單，但是控制效果不佳，不能根據實際視覺效果智能調節(jié)光照強度；而方案二智能性較強，能夠達到自動控制的目的，使路燈控制更方便實用性強，擴展功能強。因此本設計采用方案二的設計方案。  第3章 隧道照明控制系統硬件電路設計 引言 3. 1單片機最小系統設計 引言 3. 1. 1單片機的選型 本設計要實現隧道照明控制系統，在處理器上可以選擇PC機，單片機等處理設備，PC機目前常見的芯片已經達到64位具有很高的處理速度，能同時處理64位數據在功能上十分強大，價格十分昂貴，對散熱有較高的要求。單片機有8位，16位等不同型號可以根據現場情況選取不同的單片機，在應用上有廣大的前景，可以適應不同場合，價格低廉。本設計需要檢測的數據量較小，對速度沒有較高要求所以采用單片機作為處理器。 在選取單片機時要參考多種因素，如引腳個數，引腳功能，工作電壓的情況等。本設計在功能上需要進行顯示，通信，報警，A/D轉換等。在選型時應按使用環(huán)境與實現功能綜合考慮。 單片機引腳接口如圖3-1所示。 圖3-1　單片機引腳接口圖 STC89C52是低功耗而且性能非常高的CMOS八位微型控制器，其內部擁有8K系統能編程的FLASH存儲器，跟80C51單片機實用的指令相同并且和所用引腳兼容。 3.1.2單片機最小系統設計 STC12C5204AD單片機具有結構簡單功率低引腳功能強大的特點。是在8052單片機的基礎上發(fā)展而來，與8052相比性能有很大的提高。P1管腳具有AD轉換的功能，在結構設計上可以直接使用單片機管腳進行A/D轉換，單片機引腳電壓可以達到5V，在數據傳輸時不需要接上拉電阻來提高管腳電壓，單片機具有內部晶振，外部晶振可以不接。在功能上比較強大，結構上比較簡單。綜合以上原因本設計采用STC12C5204AD單片機作為系統控制器。 STC12C5204AD單片機的晶振電路的內部振蕩器主要由一個反相放大器為核心而組成的，XTAL1，XTAL2是反相放大器的輸入端和輸出端，振蕩器是由外接晶振或者陶瓷諧振器還有電容組成，晶振值f0為11.0592MHz。晶振的頻率決定了系統的時鐘頻率。電容的主要作用是，一是讓振蕩器起振，二是可以進行微調振蕩器頻率f，電容C3和電容C4如果都變大的話那么頻率就會變小，微調電容的大小按公式(3-1)，(3-2)，(3-3)計算。 (3-1) (3-2) (3-3) 式中，fs--振蕩器的串聯諧振頻率； C0--振蕩器的靜電電容； L--振蕩器的等效電感； C--振蕩器的等效電容。 經計算微調電容的大小應為33pF。單片機晶振電路如圖3-2所示。 圖3-2　單片機晶振電路 復位電路的功能是死機或上電時，能對單片機進行初始化操作的電路。復位引腳有高電平時進行復位。高電平持續(xù)應大于兩個機器周期即2us[5]。當單片機上電，電源向電容充電，電容向RST引腳提供一個短暫的高電平，復位電路進入工作狀態(tài)，單片機內部的各寄存器回到初始化狀態(tài)，電容充電時間長短決定高電平持續(xù)時間，電容越大充電時間越長。復位時間應滿足公式(3-4)所示。 (3-4) 因此復位電阻選取1kΩ，復位電容選取22uF。單片機復位電路如圖3-3所示。 圖3-3　單片機復位電路 單片機最小系統包括單片機，復位電路，晶振電路三部分。 3.2光強度采集電路設計 （引言） 3.2.1光強度采集傳感器選型 傳感器位于測控系統的輸入端，一般由敏感元件、轉換元件和信號調理電路等部分組成。光強度采集傳感器我選擇光敏電阻，原理是在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，收到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。 3.2.2光強度采集電路設計 采樣電路由光敏電阻和放大電路兩個模塊構成。 利用光敏電阻對光敏感的特性，其特性是它的內阻隨光照的強弱變化而變化，當外部光線改變時，光敏電阻阻值將變化，一般是光線強時電阻減小，光線弱時電阻增大， 當電阻變化時電阻兩端的電壓也會隨之變化，此電壓經過LM358放大后送入采樣單元。 采樣電路如圖所示： 圖3.2.2采樣電路 3.3數模轉換電路設計 3.3.1數模轉換元件選型 根據ADC0809的功能和特性，故選用ADC0809用作數模轉換元件。 ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。是目前國內應用最廣泛的8位通用A/D芯片 1　 主要特性 　　1）8路輸入通道，8位A/D轉換器，即分辨率為8位。 　　2）具有轉換起?？刂贫?。 　　3）轉換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）　 　　4）單個+5V電源供電 　　5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準。 　　6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。 2　 內部結構 ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內部結構如圖所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。 畢業(yè)設計論文代做平臺 《580畢業(yè)設計網》 是專業(yè)代做團隊 也有大量畢業(yè)設計成品提供參考 www.bysj580.com QQ3449649974 3　 外部特性 ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。 ADC0809的工作過程 首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 　　 轉換數據的傳送 A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 　 （1）定時傳送方式 　　對于一種A/D轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128μs，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期。可據此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。 　　 （2）查詢方式 　　A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數據傳送。 　　 （3）中斷方式 　　把表明轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受。 3.3.2數模轉換電路設計 轉換電路利用集成芯片ADC0809實現電路的設計，ADC0809是采用頻率為8位的，以逐次逼近原理進行模數轉化的器件。轉換電路如圖所示： 圖3.3.2轉換電路 3.4隧道照明控制電路設計 控制電路由開關管、光耦等元件組成。 單片機將采樣到的數據與設定的數據進行對比后控制P1口連接的4個開關管。當外部環(huán)境光線變暗時單片機驅動其中的一個開關管導通，照明燈發(fā)光；當外部光線亮度繼續(xù)變暗時，剩余的開關管將相繼導通，流過照明燈中的電流變大，照明燈的亮度也逐漸提高，實現了對光線的分級調節(jié)?？刂齐娐啡鐖D所示： 圖3.4控制電路 3.5電源電路設計 為了使電路穩(wěn)定工作，必須有可靠的電源。采用單片機控制模塊提供電源（整流濾波電路） 整流、濾波電路設計。 采用220V的交流市電經過半波整流、電容電阻降壓、濾波、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的支流電壓。首先確定整流電路結構為橋式電路；濾波選用電容濾波。 優(yōu)點：系統簡明扼要，節(jié)約成本。 缺點：輸出功率不高。 電路圖如下所示： 圖3.1.2a整流濾波電路 整流過程：四個二極管兩兩輪流導通，正半周時電流由D1---RL---D3回到U2的負端，正半周時，電流由D2---RL---D4回到U2的正端；無論是正半周還是負半周流過RL的電流的方向是一致的，所以它的電壓：ul=0.9U2; 電流IL=0.9*(U2/RL) 電路的輸出電壓UI應滿足下式：U≥Uomax+（UI-UO）min+△UI 式中，Uomax為穩(wěn)壓電源輸出最大值；（UI-UO）min為集成穩(wěn)壓器輸入輸出最小電壓差；URIP為濾波器輸出電壓的紋波電壓值（一般取UO、（UI-UO）min之和的確良10%）；△UI為電網波動引起的輸入電壓的變化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。 對于集成三端穩(wěn)壓器，當（UI-UO）min=2~10V時，具有較好的穩(wěn)壓特性。故濾波器輸出電壓值：UI≥15+3+1.8+1.98≥22(V),取UI=22V.根據UI可確定變壓器次級電壓 U2。 U2=UI/ 1.1～1.2≈(20V) 在橋式整流電路中，變壓器，變壓器次級電流與濾波器輸出電流的關系為： I2=(1.52)I1≈(1.5～2)IO=1.5×0.5=0.75(A). 取變壓器的效率η＝0.8,則變壓器的容量為 P=U2I2/η=20×0.75/0.8=18.75(W) 選擇容量為20W的變壓器。因為流過橋式電路中每只整流三極管的電流為 ： ID=1∕2Imax=1/2IOmax=1/2×0.5=0.25(A) 選用三極管IN4001，其參數為：ID=1A，URM=100V?？梢娔軡M足要求。 一般濾波電容的設計原則是，取其放電時間常數RLC是其充電周期的確2～5倍。對于橋式整流電路，濾波電容C的充電周期等于交流周期的一半，即 RLC≥（2～5）T/2=2～5/2f, 由于ω＝2πf,故ωRLC≥(2～5)π,取ωRLC＝3π則 C=3π/ωRL 其中RL=UI/II，所以濾波電容容量為 ： C＝3πII/2πfUI＝(3π×0.5)/ 2π×50×22＝0.681×103(μF) 取C=1000μF。電容耐壓值應考慮電網電壓最高、負載電流最小時的情況。 UCmax=1.1×2U2max=1.1×2×20≈31.1(V) 220V交流電經過整流濾波后再由集成三端穩(wěn)壓電路LM7809穩(wěn)壓，以得到恒定的輸出。 本電路整體設計框圖 單 片 機 轉 換 電 路 采 樣 電 路 控 制 電 路 電 源 電 路 圖3.1.2b電路整體設計框圖 全波整流電路。將交流220V 電壓變成約12V 的直流電壓，為后面的控制電路供電。例如橋式整流電路等。半波整流：變壓器的次級繞組與負載相接，中間串聯一個整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向導電性，只有半個周期內有電流流過負載，另半個周期被二管所阻，沒有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動成分太大，對濾波電路的要求高。只適用于小電流整流電路。 全波整流可以用：一是變壓器與半流整流電路相同，但用四個二極管組成橋式電路，將次級線圈的正、負半周都用起來；二是變壓器的次級繞組圈數加倍，中間抽頭，實際上由兩個次級線圈構成。中間抽頭接負載一端，另兩個端子各串聯一個二極管后接負載的另一端。 穩(wěn)壓原理：變壓→整流→濾波→穩(wěn)壓。 第4章 隧道照明軟件設計 4.1主程序設計 控制 與設定數據比較 符合？ 開始 設置定時器 啟動ADC0809 采樣 采樣三次結束？ 圖4.1 系統主程序流程圖 4.2 模數轉換子程序設計 LCALL D_BCD RET LCALL Compara_Set LCALL DISPLAY MOV 52H,38H MOV 53H,39H JB 04H 開始 MOV R0,#40H MOV R1,#41H LCALL COMCH INC R1 LCALL COMCH INC R0 LCALL COMCH MOV A,41H MOV B,#50 MUL AB MOV R2,#0 MOV R3,#0 MOV R4,B MOV R5,A MOV R6,#1 MOV R7,#0H LCALL NDIV1 MOV A,R5 MOV 3BH,A MOV R0,#38H 圖4.2模數轉換子程序流程圖 MOV A,@R0 XCHA,@R1 MOV @R0,A RET 開始 CLR C MOV A,@R0 SUBB A,@R1 JNCRCON 4.3光強度采集子程序流程圖 圖4.3光強度采集子程序流程圖 4.4隧道照明驅動子程序流程圖 SETB P1.1 A=3D SETB P1.2 SETB P1.0 SETB P1.1 SETB P1.2 SETB P1.3 CLR P1.0 A =3CH SETB P1.0 A>3D A>3CH 開始 MOVA,3BH 圖4.4隧道照明驅動子程序流程 第5章 實物制作與系統調試 此次設計我們所用的軟件是proteus、keil uvision4。 5.1 實物制作 Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與仿真軟件。該軟件的特點是： ①集原理圖設計、仿真和PCB設計于一體，真正實現從概念到產品的完整電子設計工具。 ②具有模擬電路、數字電路、單片機應用系統、嵌入式系統（不高于ARM7）設計與仿真功能。 ③具有全速、單步、設置斷點等多種形式的調試功能。 ④具有各種信號源和電路分析所需的虛擬儀表。 ⑤支持Keil?C51?uVision2、MPLAB等第三方的軟件編譯和調試環(huán)境。 ⑥具有強大的原理圖到PCB板設計功能，可以輸出多種格式的電路設計報表。擁有PROTEUS電子設計工具，就相當于擁有了一個電子設計和分析平臺。 5.2 系統調試 在未做板子之前，我已經根據原理圖做過模擬仿真，但做的都只是模塊化的仿真，板子做出來后，根據整體程序進行仿真。 在進行仿真前，檢查好電路，看看是否有虛焊或漏焊，電路是否有短路、斷路問題出現。當一切都正常后，調入一個簡單的測試程序，檢查電路是否工作，開始時，并不是一試就出來，在經過電路的檢查，檢查電壓值，發(fā)現硬件沒問題，再去修改軟件，改了兩次，最終電路正常顯示了，說明電路板是正確的，接著進行模塊性的測試，模塊都出來后，進行整體調試。 通過對proteus仿真軟件的學習，能夠熟悉地使用該軟件的基本操作命令，最后設計出隧道無線照明控制系統的仿真原理圖。但是最終數碼管顯示光照強度出現一點問題，一開始數碼管總是處于閃爍狀況，最后竟沒有了顯示。估計是軟件程序的編程出了問題，如圖5-1。 圖5.1 仿真圖 第六章 結論 本次畢業(yè)設計主要講述了單片機的相關知識、隧道無線照明控制系統設計的軟硬件系統及相關程序和總體電路調試與功能實現。 在硬件部分設計中，主要介紹了幾種本文用到的STC89C52單片機、PCF8591和74HC373芯片，除此之外，還有四位數碼管顯示光照強度模塊。本次設計主要是通過光敏傳感器采集光照信號通過PCF8591AD模擬轉換給STC89C52能識別的數字信號，以此控制八盞二極管燈的亮滅狀況，來實現對隧道無線照明控制系統的設計，達到本次設計要求說的根據外側環(huán)境來控制隧道燈光亮暗程度。最后展示了本次設計的原理圖、實物圖。 在相關軟件及程序設計部分，主要介紹了proteus、keil uvision4的主要功能。最后列出了本次設計所要實現功能的程序。本次公路隧道無線照明控制系統設計通過光源采集模塊能夠很好的控制八盞燈的燈光亮滅情況，達到設計要求所說的自動調節(jié)隧道內的燈光照明亮度。但是由于分級控制模式等級少導致過度照明，造成能源浪費。 在實物焊接的時候可能是數碼管那塊出現出現了問題導致顯示不出來光照強度，沒有達到設計要求所說的能夠檢測每時每刻的天氣狀況。 通過這次隧道無線照明控制系統的設計，讓我更熟練了對單片機的應用以及程序的編程能力，加強了我的動手、思考和解決問題的能力，同時也加強了對板子的調試能力，懂得如何一步一步去檢查錯誤。開始調試時不成功，經過認真思考和檢測，找到了問題所在。  致 謝 本次畢業(yè)論文已經順利完成了，在論文寫作的整個過程中，有很多人幫助過我，在這里我要感謝他們。首先我要感謝的是我的指導老師。在為期幾個月的畢業(yè)論文過程中，他一直認真的幫助我，幫我分析課題，解決困難。在這段期間，我曾經有過成功的喜悅，也曾經有過失敗的挫折。無論當我遇到什么困難，他總是給我鼓勵，給我支持，鼓勵我堅持下去，鼓勵我戰(zhàn)勝困難；當我有所成績時，他總是給我繼續(xù)做下去的勇氣和信心。他的幫助和知道給了我極大的鼓舞；他的悉心教導給一個即將進入社會的大學生帶來了太多的勇氣和信心。在此，我致以最誠摯的謝意。 在這次畢業(yè)論文時期，我還要感謝院、系各級領導對我們的關心和支持。沒有您們的默默關懷和支持我們也將難以取得預期的效果。在此，我衷心的表示謝謝。 互相學習是學習的最佳方式和捷徑，在此次畢業(yè)論文我深有體會。有一些同學從剛開始到現在一直都給我很大的幫助，在這里我想對他們說一聲：謝謝，沒有你們的幫助我也就沒有現在的成果。 大學四年的學習有很多授課老師為我們付出了辛勤的汗水，可以說沒有他們的教誨和指導，我們也將不會取得今天的成績。我想對他們說一聲：感謝你們的教導和關心，您們辛苦了。  參考文獻 [1]杜偉略，周志德，80C51單片機及接口技術.化學工業(yè)出版社 [2]杜偉略，劉雨棣，單片機接口技術.西安電子科技大學出版社 [3]繆曉中，電子CAD---Protel 99se.化學工業(yè)出版社 [4]胡宴如，高頻電子線路（第4版).高等教育出版社 [5]林春方，楊建平，模擬電子技術.高等教育出版社 [6]楊志忠，數字電子技術.高等教育出版社 [7]交通部部頒標準，公路隧道通風照明設計規(guī)范(CJJ45—2006)[S]，人民交通出版社，2006． [8]王學堂，趙展旗．隧道照明控制工程研究，西安公路交通大學學報，1998，(1) [9]合肥源輝光電子有限公司，無級調光控制技術在公路隧道中的節(jié)能應用[J]，智能建筑與城市信息，2010（7）；5-6 [10]周健，呂曉峰，楊洋，公路隧道LED燈照明系統無級調光控制研究[J]，公路隧道，2010（3）；40-43 [11]DeviceNet Communication Module and 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At present, the global environment worsening, all countries in the development of clean energy. And along with the rapid growth of the national economy, our country increasingly prominent contradiction between supply and demand of energy, and power supply began there are serious shortages, energy are urgently needed to solve problems. Therefore, the development of new type of high efficiency, energy saving, long life, high color rendering index, environmentally friendly LED lights for city lighting energy saving is of great significance. Road lighting is closely related to people production and living, with the speeding up of urbanization in our country, the LED street light with directional light, low power consumption, good drive performance, fast response speed, high seismic capacity, long service life, green environmental protection advan