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隧道照明控制系统设计 Design of lighting control system for tunnel 毕业设计任务书题目隧道照明控制系统设计一、主要内容隧道照明控制系统的设计二、基本要求 1.能对周围光线的强弱做出反应，即当周围光强较弱时，能自动打开照明装置并根据周围光线强度自动分级调节照明亮度； 2.可行性方案论证及设计方案论述；3.画出完整的硬件电路图（包括电源部分）。三、主要技术指标(或研究方法) 1.确定整个系统的设计方案； 2.选择元器件，完成系统硬件电路图； 3.完成各功能模块的软件编写； 4.制作出相应实物，并实现相应的调光控制功能。5.编写设计、使用说明书。四、应收集的资料及参考文献 1杜伟略，周志德，80C51单片机及接口技术.化学工业出版社 2杜伟略，刘雨棣，单片机接口技术.西安电子科技大学出版社 3缪晓中，电子CAD-Protel 99se.化学工业出版社 4胡宴如，高频电子线路（第4版).高等教育出版社五、进度计划第1 -2周： 调研、收集材料、完成开题报告；第3 -4周： 分析、确定方案；第5 -7周： 设计、计算、绘图；第 8 周： 中期检查；第 9 -11 周： 撰写论文；第12 -14周： 论文审核定稿；第15 -16周： 答辩。 2016年 1月8日 毕业设计开题报告题 目隧道照明控制系统设计一、课题的研究背景 随着我国经济的高速发展，现有的交通远远不能满足城市交通的发展需求，我国的各重要城市常常出现交通拥挤的现象，同时过长的的通行时间严重阻碍各经济发达地区之间的交流和经济发展，因此发展高等级公路网是一个解决交通问题的重要手段，而公路隧道在其中发挥了突出作用，它不但可以承受具大的交通量，还可以缩短各城市的距离大大提高运行效率，为用户提供了安全、方便、快捷、经济的交通运输条件，全面促进城市的经济繁荣。我国提出了大力发展西部地区经济的战略规划，所谓要致富先修路，解决路的问题就解决了经济发展的大部分问题。而我国的西部基本上是山区，在修铁路和高速公路的时候必须穿越许多的山地，因此必须修建大量的隧道。在这种形势下，对隧道工程的需求将会越来越大，隧道工程的数量将大幅度增加，隧道的长度也将明显增长。所以隧道照明具有很大的研究意义以及应用前景。二、国内外研究现状 国外公路隧道的照明技术研究开始早，经过多年的研究和实践，技术相对成熟。例如，早在20世纪60年代，意、法两国之间的MontBlanc隧道就已经按照交通量的变化进行照明调光 1 。 80年代后，世界各国相继出台了隧道照明规范，以规范隧道照明的设计和施工，减少交通事故。其中，当时被广泛接受的标准时CIE（国际照明委员会）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。随后，这个标准分别在1990年、1995年进行修订。在此同时，各国也相继实施了各自的标准，这些发达国家由于照明理论和技术相对比较完善，因此已经形成规范性的标准。 在历史发展的今天，大部分国外发达国家的隧道照明系统已经渐渐由高科技智能化转为可持续人性化。在东欧各国，已普遍实现“逆光照明”与“二次配光技术”，不仅可节约能源和灯具，而且使光源得到了充分利用；欧美发达国家已淘汰了高压钠灯，使用新型的电磁感应无极灯、光纤维隧道灯、欧司朗的 Kz 系列光源和飞利浦的 Cosmo 照明系统。 经过几十年的发展，我国在公路隧道照明领域取得了瞩目成果和创新，但是仍存在很多问题，主要表现在： 隧道照明理论的研究要较为薄弱，尚未有中国的隧道照明理论流派在国际隧道照明学界能有一席之地，对于隧道照明理论的原始创新还需要有更大的突破，对于中间视觉理论、洞外亮度参数、入口段亮度折减系数等问题均需进一步深入研究。 对隧道照明专业人才的培养不够重视，致使隧道照明专业人才相当短缺，制约着隧道照明设计技术的提高和技术理论的创新。 我国隧道照明的现代化和自动化水平还有待进一步提高，洞外亮度检测仪，等国产设备的可靠性和准确性与国外产品还有一定的差距。 虽然目前我国公路隧道正处于迅猛发展时期，但与国外成熟的技术相比，国内公路隧道的照明技术研究起步较晚，技术也相对基础，实施经验和基础性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我国在现有经验的基础上，借鉴国外公路隧道的成功经验和先进技术，颁布了公路隧道通风照明设计规范(JTJ0261999)，规范中对照明系统构成、隧道各照明段的亮度和长度、洞外亮度和减光措施、照明纵向和总均匀度、光源分级、调光分级、照度与亮度计算推荐方法、灯具及布置等都做了详细的规范说明。另外，由于近年来的电能浪费尤为严重，受到有关部门的广泛重视，目前主要的研究方向已不再是讨论如何设计照明系统，而是转向如何能够在满足规范要求的前提下行之有效的对照明系统进行优化控制，才能实现照明系统的智能化与节能降耗3。 近年来，在半导体电子产品迅猛发展的推动作用下，许多可调光、智能化的隧道照明控制方法应运而生，我国高速公路隧道照明节能技术研究因此取得了一定的成果。2010 年重庆交通科研院的韩直研究员编著了公路隧道节能一书，从隧道照明光源、照明方式及控制方式等不同角度分析了公路隧道照明节能技术的研究方向7；长安大学的郭兰英通过缩小手动、分段时序以及自动控制中每级的亮度变化，在视觉上实现隧道照明系统的连续调光，既提高了系统的安全性，又节约了电能。三、研究方案单片机最小系统 通过对隧道照明控制系统的需求分析和架构研究，可知系统需要采集光强度信号，并进行硬件电路处理后，发送给单片机最小系统，经单片机进行数据处理后，控制隧道照明驱动电路，因此可知系统的硬件结构框图如图1所示。光强度采集电路隧道照明驱动电路图1 隧道照明控制系统结构框图 由隧道照明控制系统的结构框图可知，系统配套的软件程序有：主程序、A/D转换子程序、光强度采集子程序、隧道照明驱动子程序等组成。根据以上研究方案，最终完成隧道照明控制的硬件电路和软件的设计及实现。该系统能够检测每天每时每刻的天气情况，根据不同的天气情况，自动调节隧道内灯光的照明亮度。四、预期达到的目标 本设计最终设计并制作出隧道照明控制系统的硬件电路，主要有光强度采集电路、单片机最小系统、隧道照明驱动电路，并编写出相应的软件程序，具体有主程序、A/D转换子程序、光强度采集子程序、隧道照明驱动子程序等。保证在隧道内各段采用不同强度的照明来改善隧道内的光照及其分布，创造洞内良好的工作视觉环境，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度能够安全地接近、穿越和通过隧道，预防隧道内交通事故的发生，保证隧道的正常运营，就是隧道照明控制系统要解决的问题。同时隧道照明也是隧道运营费用中最大的日常开支项目之一，安全、舒适又经济节能的照明技术也是研究的目标。 2016年 3 月 18 日摘要随着我国山区高速公路的快速建设和发展，隧道工程在公路工程建设中所占的比例越来越大，与此同时，隧道照明系统的设计和维护也变得越来越重要。隧道照明与普通道路照明不同，最大体现在白天也要照明，白天的照明强度比夜间的反而更强，加上隧道照明不同于一般的道路照明，有其明显的特殊性，白天照明比夜间照明更加复杂，包含人对明暗的适应能力、明暗过渡的视觉问题。本文主要对隧道照明控制系统的分析，给出控制系统的设计方案，设计出系统以AT89C51单片机为核心的硬件电路，并完成数模转换、光强度采集、隧道照明驱动控制程序的软件程序编写，最后进行实物制作，实现相应的隧道照明控制功能。本设计提升了照明效率和电能使用率，其工作方式是通过安装在照明控制系统配电回路中照明供电调节控制系统，实现对电压、电流和频率的智能调控。其次，利用安装在照明控制系统中配电的回路通断实现有规律的智能调控，达到降低事故的发生率,也相应的减少了维修量、节约了资金，使用效果良好。关键词：单片机 ；灯光控制 ；采集光照Highway tunnel lighting controller design Design General Information With the rapid development of Chinas 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 录第1章 绪论11.1课题研究背景及意义11.2隧道照明控制技术国内外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状21.3本文研究的主要内容2第2章 隧道照明控制分析和总体设计方案42.1隧道照明视觉问题分析42.2隧道照明控制模式介绍42.2.1分级调光控制模式42.2.2无级调光控制模式42.3 公路隧道照明控制系统设计方案52.3.1方案一52.3.2方案二5 2.3.3总体方案设计6第3章 隧道照明控制系统硬件电路设计73.1单片机最小系统设计73.1.1单片机的选型7 3.1.2单片机最小系统设计93.2光强度采集电路设计10 3.2.1光强度采集传感器选型103.2.2光强度采集电路设计10 3.3数模转换电路设计10 3.3.1数目转换电路元件选型10 3.3.2数模转换电路设计12 3.4隧道照明驱动电路设计123.5电源电路设计13第4章 隧道照明控制系统软件设计164.1主程序设计 164.2数模转换子程序设计174.3光强度采集子程序设计184.4隧道照明系统驱动子程序设计19第5章 实物制作与系统调试205.1 实物制作205.2 系统调试20第6章 结论22致 谢23参考文献24附录A 外文资料25附录B 电路原理图32附录C 源程序32第1章 绪论1.1课题研究背景及意义 随着我国经济的高速发展，现有的交通远远不能满足城市交通的发展需求，我国的各重要城市常常出现交通拥挤的现象，同时过长的的通行时间严重阻碍各经济发达地区之间的交流和经济发展，因此发展高等级公路网是一个解决交通问题的重要手段，而公路隧道在其中发挥了突出作用，它不但可以承受具大的交通量，还可以缩短各城市的距离大大提高运行效率，为用户提供了安全、方便、快捷、经济的交通运输条件，全面促进城市的经济繁荣。我国提出了大力发展西部地区经济的战略规划，所谓要致富先修路，解决路的问题就解决了经济发展的大部分问题。而我国的西部基本上是山区，在修铁路和高速公路的时候必须穿越许多的山地，因此必须修建大量的隧道。在这种形势下，对隧道工程的需求将会越来越大，隧道工程的数量将大幅度增加，隧道的长度也将明显增长。所以隧道照明具有很大的研究意义以及应用前景。（不能完全跟开题一样，应该内容更多一些）1.2隧道照明控制技术国内外研究现状1.2.1国外研究现状 早在20世纪50年代，国外就开展了公路隧道照明技术的研究，至今已有六十余年。诸多国家经过不断的探索与创新，其高速公路隧道照明技术已经相当成熟。当时间发展至现代，国外发达国家隧道照明系统渐渐从高科技智能向可持续人性化方面发展。仅东欧各国，高速公路隧道已经普遍开始使用“二次配光”和“逆光照明”技术。在充分利用光源的同时，节约了电力能源与照明工具等资源。在照明工具选择上，欧美等发达国家摒弃了高压钠灯，转而使用光纤维隧道灯、电子感应无极灯等新型设备。 国外公路隧道的照明技术研究开始早，经过多年的研究和实践，技术相对成熟。例如，早在20世纪60年代，意、法两国之间的MontBlanc隧道就已经按照交通量的变化进行照明调光 1 。 80年代后，世界各国相继出台了隧道照明规范，以规范隧道照明的设计和施工，减少交通事故。其中，当时被广泛接受的标准时CIE（国际照明委员会）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。随后，这个标准分别在1990年、1995年进行修订。在此同时，各国也相继实施了各自的标准，这些发达国家由于照明理论和技术相对比较完善，因此已经形成规范性的标准。 在历史发展的今天，大部分国外发达国家的隧道照明系统已经渐渐由高科技智能化转为可持续人性化。在东欧各国，已普遍实现“逆光照明”与“二次配光技术”，不仅可节约能源和灯具，而且使光源得到了充分利用；欧美发达国家已淘汰了高压钠灯，使用新型的电磁感应无极灯、光纤维隧道灯、欧司朗的 Kz 系列光源和飞利浦的 Cosmo 照明系统。1.2.2国内研究现状 国内隧道照明系统发展起步较晚，虽然当前时代下，我国公路隧道发展势头十分迅猛，但依旧比不上国外成熟的技术与理念。差距不仅表现在技术与经验上，基础性的工程建设也存在一定的不足。我国于2000年1月颁布了公路隧道通风照明设计规范，详细规定了隧道调光分级、光源分级、总均匀度以及灯具布置等。但是由于最近几年电能资源浪费极为严重，有关部门已经开始广泛关注隧道照明系统节能设计问题。我国在深入研究理论的同时，在高速公路隧道建设中也运用了相应的节能设计，例如广东龙头山隧道、河北司马台隧道、安徽前家山隧道等已先后将LED灯与无极调光技术应用于公路隧道照明中。 经过几十年的发展，我国在公路隧道照明领域取得了瞩目成果和创新，但是仍存在很多问题，主要表现在： 隧道照明理论的研究要较为薄弱，尚未有中国的隧道照明理论流派在国际隧道照明学界能有一席之地，对于隧道照明理论的原始创新还需要有更大的突破，对于中间视觉理论、洞外亮度参数、入口段亮度折减系数等问题均需进一步深入研究。对隧道照明专业人才的培养不够重视，致使隧道照明专业人才相当短缺，制约着隧道照明设计技术的提高和技术理论的创新。（3）我国隧道照明的现代化和自动化水平还有待进一步提高，洞外亮度检测仪，等国产设备的可靠性和准确性与国外产品还有一定的差距。 虽然目前我国公路隧道正处于迅猛发展时期，但与国外成熟的技术相比，国内公路隧道的照明技术研究起步较晚，技术也相对基础，实施经验和基础性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我国在现有经验的基础上，借鉴国外公路隧道的成功经验和先进技术，颁布了公路隧道通风照明设计规范(JTJ0261999)，规范中对照明系统构成、隧道各照明段的亮度和长度、洞外亮度和减光措施、照明纵向和总均匀度、光源分级、调光分级、照度与亮度计算推荐方法、灯具及布置等都做了详细的规范说明。另外，由于近年来的电能浪费尤为严重，受到有关部门的广泛重视，目前主要的研究方向已不再是讨论如何设计照明系统，而是转向如何能够在满足规范要求的前提下行之有效的对照明系统进行优化控制，才能实现照明系统的智能化与节能降耗3。 近年来，在半导体电子产品迅猛发展的推动作用下，许多可调光、智能化的隧道照明控制方法应运而生，我国高速公路隧道照明节能技术研究因此取得了一定的成果。2010 年重庆交通科研院的韩直研究员编著了公路隧道节能一书，从隧道照明光源、照明方式及控制方式等不同角度分析了公路隧道照明节能技术的研究方向7；长安大学的郭兰英通过缩小手动、分段时序以及自动控制中每级的亮度变化，在视觉上实现隧道照明系统的连续调光，既提高了系统的安全性，又节约了电能。 高速公路隧道照明质量影响着行车安全，多年以来，高速公路隧道建设者们一直将照明质量作为工程设计的核心内容与研究重点，却忽视了能源浪费问题。因此，我国现阶段高速公路隧道照明系统在保证行车安全的前提下，进行节能降耗设计是公路隧道照明系统发展的必然要求，人性化、经济化、科学化是照明技术发展以及社会发展的必然趋势。1.3本文研究的主要内容 设计一个公路隧道照明控制系统。该系统能对周围光线的强弱做出反应，即当周围光强较弱时，能自动打开照明装置并根据周围光线强度自动分级调节照明亮度，自动调节隧道内灯光的照明亮度。本文研究的主要内容有：1.确定整个系统的设计方案； 2.完成各功能电路设计，并选择元器件，最后完成系统硬件电路设计；3.完成各功能模块的软件编写；4.进行实物制作，并完成系统功能调试。 本次设计以单片机为核心，利用光敏传感器采集光照强度，并通过A/D转换电路后传送给单片机，并以此来控制灯的亮灭情况，模拟公路隧道灯光照明的控制。第2章 隧道照明控制分析2.1隧道照明视觉问题分析 公路隧道作为公路的一个特殊路段，其管状结构决定了洞内外亮度相差悬殊，降低了道路的通行能力，威胁到车辆的行车安全。为了提高这一瓶颈路段的通行能力，确保行车安全，需要科学设置灯光照明系统。 隧道照明与普通道路照明不同，最大体现在白天也要照明，白天的照明强度比夜间的反而更强，加上隧道照明不同于一般的道路照明，有其明显的特殊性，白天照明比夜间照明更加复杂，包含人对明暗的适应能力。 如汽车驾驶员在白天从明亮的环境接近、进入和通过隧道的过程中，将发生种种特殊的视觉问题：进入隧道前由于隧道内外亮度差别极大，从隧道外部去看照明很不充分的隧道，入口处会看到一个“黑洞”；汽车由明亮的外部进入隧道后，由于亮度的急剧变化，会出现视觉“适应的滞后现象”；在隧道出口处，出现极强的眩光，产生一个很亮的洞口，这样才能提高行车安全，避免发生安全事故4。2.2隧道照明控制模式介绍2.2.1分级调光控制模式 分级调光控制是指隧道照明系统分为晴天、阴天、夜间三级照明控制模式，每级照明模式对应相应的照明回路控制，系统根据不同的天气情况对隧道照明灯具进行开关量调节。在公路隧道照明控制系统中，主要使用分级调光控制模式，通过控制照明回路的开关，调节隧道照明亮度。但是这种控制模式对隧道灯具的布设要求较高，调整范围较大，控制效果过于粗放，容易在隧道内形成“斑马线”，使得行车舒适性差，给行车安全造成隐患，同时还存在过度照明，隧道照明系统内有70%左右的能耗被过度照明消耗9。2.2.2无级调光控制模式 无级调光控制是指根据照明参数的变化而连续调节照明灯具的使用功率，从而实现不同亮度等级的转变，实现隧道照明较为平滑的调控。无级调光控制模式较分级调光模式更为准确，可以按照要求调节隧道照明灯具的功率，不需要灯具满负荷的工作，改变了传统公路隧道照明系统亮度需求和灯具能耗的不可控制性，有效地避免了过度照明，不但能使隧道内照度更加均匀变化，而且节约电能10。2.3 公路隧道照明控制系统总体设计方案2.3.1方案一本方案的设计主要由光控电路，开关控制电路构成。工作时，利用光敏电阻对光敏感的特性和开关管的开关特性来实现，而电路电源由电源经过桥式整流以后，再经过降压电路降压以后来提供，电路中其他需要供电的电路由降压以后再进行稳压来供电，负载的供电直接由交流电源来提供。总体结构框图如下图2-1所示，工作流程如箭头所示：交流电源电路 照明电路 光控电路直流电源电路 图2-1电路总体框图 利用光照强度为传感器，目前最为常用且性价比较高的就是光敏电阻，利用光敏电阻对光敏感的特性和开关管的开关特性实现，即在白天或光线较亮的时候，灯不亮，而在晚上或光线较暗时灯亮，再利用电桥，可将光线信号转换成电信号。这类设计只要能将光信号取出，整个设计也便完成了大半，至于控制部分，可采用继电器或晶闸管控制输出。2.3.2方案二本方案的设计主要以单片机为核心构成，组成一个智能的光控电路。本系统通过对隧道照明控制系统的需求分析和架构研究，可知系统需要采集光强度信号，并进行硬件电路处理后，发送给单片机最小系统，经单片机进行数据处理后，控制隧道照明驱动电路，通过采用相关的光电检测设备来设计智能光控路灯控制器，实现了能根据实际光线条件通单片机实现控制路灯开关的功能。本设计方案的结构框图如图2-2所示。由隧道照明控制系统的结构框图可知，系统配套的软件程序有：主程序、A/D转换子程序、光强度采集子程序、隧道照明驱动子程序等组成。根据以上研究方案，最终完成隧道照明控制的硬件电路和软件的设计及实现。该系统能够检测每天每时每刻的天气情况，根据不同的天气情况，自动调节隧道内灯光的照明亮度。单片机最小系统光强度采集电路隧道照明驱动电路图2-2 隧道照明控制系统结构框图2.3.3隧道照明控制系统总体设计方案基于两种方案的分析研究，可知方案一采用纯硬件电路设计完成，实现简单，但是控制效果不佳，不能根据实际视觉效果智能调节光照强度；而方案二智能性较强，能够达到自动控制的目的，使路灯控制更方便实用性强，扩展功能强。因此本设计采用方案二的设计方案。第3章 隧道照明控制系统硬件电路设计引言3. 1单片机最小系统设计引言3. 1. 1单片机的选型本设计要实现隧道照明控制系统，在处理器上可以选择PC机，单片机等处理设备，PC机目前常见的芯片已经达到64位具有很高的处理速度，能同时处理64位数据在功能上十分强大，价格十分昂贵，对散热有较高的要求。单片机有8位，16位等不同型号可以根据现场情况选取不同的单片机，在应用上有广大的前景，可以适应不同场合，价格低廉。本设计需要检测的数据量较小，对速度没有较高要求所以采用单片机作为处理器。在选取单片机时要参考多种因素，如引脚个数，引脚功能，工作电压的情况等。本设计在功能上需要进行显示，通信，报警，A/D转换等。在选型时应按使用环境与实现功能综合考虑。单片机引脚接口如图3-1所示。图3-1单片机引脚接口图STC89C52是低功耗而且性能非常高的CMOS八位微型控制器，其内部拥有8K系统能编程的FLASH存储器，跟80C51单片机实用的指令相同并且和所用引脚兼容。3.1.2单片机最小系统设计STC12C5204AD单片机具有结构简单功率低引脚功能强大的特点。是在8052单片机的基础上发展而来，与8052相比性能有很大的提高。P1管脚具有AD转换的功能，在结构设计上可以直接使用单片机管脚进行A/D转换，单片机引脚电压可以达到5V，在数据传输时不需要接上拉电阻来提高管脚电压，单片机具有内部晶振，外部晶振可以不接。在功能上比较强大，结构上比较简单。综合以上原因本设计采用STC12C5204AD单片机作为系统控制器。STC12C5204AD单片机的晶振电路的内部振荡器主要由一个反相放大器为核心而组成的，XTAL1，XTAL2是反相放大器的输入端和输出端，振荡器是由外接晶振或者陶瓷谐振器还有电容组成，晶振值f0为11.0592MHz。晶振的频率决定了系统的时钟频率。电容的主要作用是，一是让振荡器起振，二是可以进行微调振荡器频率f，电容C3和电容C4如果都变大的话那么频率就会变小，微调电容的大小按公式(3-1)，(3-2)，(3-3)计算。(3-1)(3-2)(3-3)式中，fs-振荡器的串联谐振频率； C0-振荡器的静电电容； L-振荡器的等效电感； C-振荡器的等效电容。经计算微调电容的大小应为33pF。单片机晶振电路如图3-2所示。图3-2单片机晶振电路复位电路的功能是死机或上电时，能对单片机进行初始化操作的电路。复位引脚有高电平时进行复位。高电平持续应大于两个机器周期即2us5。当单片机上电，电源向电容充电，电容向RST引脚提供一个短暂的高电平，复位电路进入工作状态，单片机内部的各寄存器回到初始化状态，电容充电时间长短决定高电平持续时间，电容越大充电时间越长。复位时间应满足公式(3-4)所示。(3-4)因此复位电阻选取1k，复位电容选取22uF。单片机复位电路如图3-3所示。图3-3单片机复位电路单片机最小系统包括单片机，复位电路，晶振电路三部分。3.2光强度采集电路设计（引言）3.2.1光强度采集传感器选型传感器位于测控系统的输入端，一般由敏感元件、转换元件和信号调理电路等部分组成。光强度采集传感器我选择光敏电阻，原理是在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，收到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。3.2.2光强度采集电路设计 采样电路由光敏电阻和放大电路两个模块构成。利用光敏电阻对光敏感的特性，其特性是它的内阻随光照的强弱变化而变化，当外部光线改变时，光敏电阻阻值将变化，一般是光线强时电阻减小，光线弱时电阻增大，当电阻变化时电阻两端的电压也会随之变化，此电压经过LM358放大后送入采样单元。采样电路如图所示： 图3.2.2采样电路3.3数模转换电路设计3.3.1数模转换元件选型根据ADC0809的功能和特性，故选用ADC0809用作数模转换元件。 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片1 主要特性1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时） 4）单个+5V电源供电 5）模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40+85摄氏度 7）低功耗，约15mW。 2 内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 毕业设计论文代做平台 580毕业设计网 是专业代做团队 也有大量毕业设计成品提供参考 www.bysj580.com QQ34496499743 外部特性ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。ADC0809的工作过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 （1）定时传送方式 对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 （3）中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。3.3.2数模转换电路设计 转换电路利用集成芯片ADC0809实现电路的设计，ADC0809是采用频率为8位的，以逐次逼近原理进行模数转化的器件。转换电路如图所示： 图3.3.2转换电路3.4隧道照明控制电路设计控制电路由开关管、光耦等元件组成。单片机将采样到的数据与设定的数据进行对比后控制P1口连接的4个开关管。当外部环境光线变暗时单片机驱动其中的一个开关管导通，照明灯发光；当外部光线亮度继续变暗时，剩余的开关管将相继导通，流过照明灯中的电流变大，照明灯的亮度也逐渐提高，实现了对光线的分级调节。控制电路如图所示： 图3.4控制电路3.5电源电路设计为了使电路稳定工作，必须有可靠的电源。采用单片机控制模块提供电源（整流滤波电路）整流、滤波电路设计。 采用220V的交流市电经过半波整流、电容电阻降压、滤波、稳压管稳压后输出稳定的支流电压。首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。优点：系统简明扼要，节约成本。缺点：输出功率不高。电路图如下所示： 图3.1.2a整流滤波电路整流过程：四个二极管两两轮流导通，正半周时电流由D1-RL-D3回到U2的负端，正半周时，电流由D2-RL-D4回到U2的正端；无论是正半周还是负半周流过RL的电流的方向是一致的，所以它的电压：ul=0.9U2; 电流IL=0.9*(U2/RL)电路的输出电压UI应满足下式：UUomax+（UI-UO）min+UI 式中，Uomax为稳压电源输出最大值；（UI-UO）min为集成稳压器输入输出最小电压差；URIP为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取UO、（UI-UO）min之和的确良10%）；UI为电网波动引起的输入电压的变化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。 对于集成三端稳压器，当（UI-UO）min=210V时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：UI15+3+1.8+1.9822(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压 U2。 U2=UI/ 1.11.2(20V) 在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为： I2=(1.52)I1(1.52)IO=1.50.5=0.75(A). 取变压器的效率0.8,则变压器的容量为 P=U2I2/=200.75/0.8=18.75(W) 选择容量为20W的变压器。因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 ：ID=12Imax=1/2IOmax=1/20.5=0.25(A) 选用三极管IN4001，其参数为：ID=1A，URM=100V。可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RLC是其充电周期的确25倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即 RLC（25）T/2=25/2f, 由于2f,故RLC(25),取RLC3则 C=3/RL 其中RL=UI/II，所以滤波电容容量为 ：C3II/2fUI(30.5)/ 250220.681103(F) 取C=1000F。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。 UCmax=1.12U2max=1.122031.1(V)220V交流电经过整流滤波后再由集成三端稳压电路LM7809稳压，以得到恒定的输出。 本电路整体设计框图单片机 转 换 电 路 采 样 电 路 控 制 电 路 电 源 电 路 图3.1.2b电路整体设计框图全波整流电路。将交流220V 电压变成约12V 的直流电压，为后面的控制电路供电。例如桥式整流电路等。半波整流：变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二管所阻，没有电流。这种电路，变压器中有直流分量流过，降低了变压器的效率；整流电流的脉动成分太大，对滤波电路的要求高。只适用于小电流整流电路。 全波整流可以用：一是变压器与半流整流电路相同，但用四个二极管组成桥式电路，将次级线圈的正、负半周都用起来；二是变压器的次级绕组圈数加倍，中间抽头，实际上由两个次级线圈构成。中间抽头接负载一端，另两个端子各串联一个二极管后接负载的另一端。稳压原理：变压整流滤波稳压。第4章 隧道照明软件设计4.1主程序设计 控制与设定数据比较符合？开始 设置定时器 启动ADC0809采样采样三次结束？ 图4.1 系统主程序流程图 4.2 模数转换子程序设计LCALL D_BCDRETLCALL Compara_SetLCALL DISPLAYMOV 52H,38H MOV 53H,39H JB 04H开始MOV R0,#40HMOV R1,#41HLCALL COMCHINC R1LCALL COMCH INC R0LCALL COMCHMOV A,41H MOV B,#50 MUL AB MOV R2,#0 MOV R3,#0 MOV R4,BMOV R5,A MOV R6,#1 MOV R7,#0HLCALL NDIV1MOV A,R5 MOV 3BH,A MOV R0,#38H 图4.2模数转换子程序流程图 MOV A,R0XCHA,R1MOV R0,ARET开始CLR CMOV A,R0 SUBB A,R1JNCRCON4.3光强度采集子程序流程图 图4.3光强度采集子程序流程图4.4隧道照明驱动子程序流程图 SETB P1.1 A=3DSETB P1.2SETB P1.0SETB P1.1 SETB P1.2SETB P1.3 CLR P1.0 A =3CHSETB P1.0 A3D A3CH开始MOVA,3BH 图4.4隧道照明驱动子程序流程第5章 实物制作与系统调试此次设计我们所用的软件是proteus、keil uvision4。5.1 实物制作 Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。该软件的特点是：集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具。具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统（不高于ARM7）设计与仿真功能。具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能。具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表。支持KeilC51uVision2、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境。具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。拥有PROTEUS电子设计工具，就相当于拥有了一个电子设计和分析平台。5.2 系统调试 在未做板子之前，我已经根据原理图做过模拟仿真，但做的都只是模块化的仿真，板子做出来后，根据整体程序进行仿真。 在进行仿真前，检查好电路，看看是否有虚焊或漏焊，电路是否有短路、断路问题出现。当一切都正常后，调入一个简单的测试程序，检查电路是否工作，开始时，并不是一试就出来，在经过电路的检查，检查电压值，发现硬件没问题，再去修改软件，改了两次，最终电路正常显示了，说明电路板是正确的，接着进行模块性的测试，模块都出来后，进行整体调试。 通过对proteus仿真软件的学习，能够熟悉地使用该软件的基本操作命令，最后设计出隧道无线照明控制系统的仿真原理图。但是最终数码管显示光照强度出现一点问题，一开始数码管总是处于闪烁状况，最后竟没有了显示。估计是软件程序的编程出了问题，如图5-1。 图5.1 仿真图 第六章 结论 本次毕业设计主要讲述了单片机的相关知识、隧道无线照明控制系统设计的软硬件系统及相关程序和总体电路调试与功能实现。 在硬件部分设计中，主要介绍了几种本文用到的STC89C52单片机、PCF8591和74HC373芯片，除此之外，还有四位数码管显示光照强度模块。本次设计主要是通过光敏传感器采集光照信号通过PCF8591AD模拟转换给STC89C52能识别的数字信号，以此控制八盏二极管灯的亮灭状况，来实现对隧道无线照明控制系统的设计，达到本次设计要求说的根据外侧环境来控制隧道灯光亮暗程度。最后展示了本次设计的原理图、实物图。 在相关软件及程序设计部分，主要介绍了proteus、keil uvision4的主要功能。最后列出了本次设计所要实现功能的程序。本次公路隧道无线照明控制系统设计通过光源采集模块能够很好的控制八盏灯的灯光亮灭情况，达到设计要求所说的自动调节隧道内的灯光照明亮度。但是由于分级控制模式等级少导致过度照明，造成能源浪费。 在实物焊接的时候可能是数码管那块出现出现了问题导致显示不出来光照强度，没有达到设计要求所说的能够检测每时每刻的天气状况。 通过这次隧道无线照明控制系统的设计，让我更熟练了对单片机的应用以及程序的编程能力，加强了我的动手、思考和解决问题的能力，同时也加强了对板子的调试能力，懂得如何一步一步去检查错误。开始调试时不成功，经过认真思考和检测，找到了问题所在。致 谢本次毕业论文已经顺利完成了，在论文写作的整个过程中，有很多人帮助过我，在这里我要感谢他们。首先我要感谢的是我的指导老师。在为期几个月的毕业论文过程中，他一直认真的帮助我，帮我分析课题，解决困难。在这段期间，我曾经有过成功的喜悦，也曾经有过失败的挫折。无论当我遇到什么困难，他总是给我鼓励，给我支持，鼓励我坚持下去，鼓励我战胜困难；当我有所成绩时，他总是给我继续做下去的勇气和信心。他的帮助和知道给了我极大的鼓舞；他的悉心教导给一个即将进入社会的大学生带来了太多的勇气和信心。在此，我致以最诚挚的谢意。在这次毕业论文时期，我还要感谢院、系各级领导对我们的关心和支持。没有您们的默默关怀和支持我们也将难以取得预期的效果。在此，我衷心的表示谢谢。互相学习是学习的最佳方式和捷径，在此次毕业论文我深有体会。有一些同学从刚开始到现在一直都给我很大的帮助，在这里我想对他们说一声：谢谢，没有你们的帮助我也就没有现在的成果。大学四年的学习有很多授课老师为我们付出了辛勤的汗水，可以说没有他们的教诲和指导，我们也将不会取得今天的成绩。我想对他们说一声：感谢你们的教导和关心，您们辛苦了。参考文献1杜伟略，周志德，80C51单片机及接口技术.化学工业出版社 2杜伟略，刘雨棣，单片机接口技术.西安电子科技大学出版社3缪晓中，电子CAD-Protel 99se.化学工业出版社4胡宴如，高频电子线路（第4版).高等教育出版社5林春方，杨建平，模拟电子技术.高等教育出版社6杨志忠，数字电子技术.高等教育出版社7交通部部颁标准，公路隧道通风照明设计规范(CJJ452006)S，人民交通出版社，20068王学堂，赵展旗隧道照明控制工程研究，西安公路交通大学学报，1998，(1)9合肥源辉光电子有限公司，无级调光控制技术在公路隧道中的节能应用J，智能建筑与城市信息，2010（7）；5-610周健，吕晓峰，杨洋，公路隧道LED灯照明系统无级调光控制研究J，公路隧道，2010（3）；40-4311DeviceNet Communication Module and Protocol，Volume1，Release2.0，June30,199912Deng.E,Cuk.s.Negative Incremental Impedance and Stability of Fluorescent LampsJ.IEEE,1997附录ALight Emitting DiodeLamp is an important part of urban lighting, the traditional high pressure sodium lamp, street lamps often USES light high pressure sodium lamp 360 degrees, the light loss big shortcoming caused huge waste of energy. 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