隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) Design of lighting control system for tunnel 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題　目 隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、主要內(nèi)容 隧道照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 二、基本要求 1.能對(duì)周?chē)饩€的強(qiáng)弱做出反應(yīng)，即當(dāng)周?chē)鈴?qiáng)較弱時(shí)，能自動(dòng)打開(kāi)照明裝置并根據(jù)周?chē)饩€強(qiáng)度自動(dòng)分級(jí)調(diào)節(jié)照明亮度； 2.可行性方案論證及設(shè)計(jì)方案論述； 3.畫(huà)出完整的硬件電路圖（包括電源部分）。 三、主要技術(shù)指標(biāo)(或研究方法) 1.確定整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案； 2.選擇元器件，完成系統(tǒng)硬件電路圖； 3.完成各功能模塊的軟件編寫(xiě)； 4.制作出相應(yīng)實(shí)物，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)光控制功能。 5.編寫(xiě)設(shè)計(jì)、使用說(shuō)明書(shū)。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) [1]杜偉略，周志德，80C51單片機(jī)及接口技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社 [2]杜偉略，劉雨棣，單片機(jī)接口技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社 [3]繆曉中，電子CAD---Protel 99se.化學(xué)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(jìn)度計(jì)劃 第1 -2周： 調(diào)研、收集材料、完成開(kāi)題報(bào)告； 第3 -4周： 分析、確定方案； 第5 -7周： 設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖； 第 8 周：　　 中期檢查； 第 9 -11 周： 撰寫(xiě)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(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目 隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課題的研究背景 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)有的交通遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市交通的發(fā)展需求，我國(guó)的各重要城市常常出現(xiàn)交通擁擠的現(xiàn)象，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的的通行時(shí)間嚴(yán)重阻礙各經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之間的交流和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此發(fā)展高等級(jí)公路網(wǎng)是一個(gè)解決交通問(wèn)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(yùn)行效率，為用戶提供了安全、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的交通運(yùn)輸條件，全面促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)繁榮。我國(guó)提出了大力發(fā)展西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略規(guī)劃，所謂要致富先修路，解決路的問(wèn)題就解決了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大部分問(wèn)題。而我國(guó)的西部基本上是山區(qū)，在修鐵路和高速公路的時(shí)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(shì)下，對(duì)隧道工程的需求將會(huì)越來(lái)越大，隧道工程的數(shù)量將大幅度增加，隧道的長(zhǎng)度也將明顯增長(zhǎng)。所以隧道照明具有很大的研究意義以及應(yīng)用前景。 二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外公路隧道的照明技術(shù)研究開(kāi)始早，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，技術(shù)相對(duì)成熟。例如，早在20世紀(jì)60年代，意、法兩國(guó)之間的MontBlanc隧道就已經(jīng)按照交通量的變化進(jìn)行照明調(diào)光 [1] 。 80年代后，世界各國(guó)相繼出臺(tái)了隧道照明規(guī)范，以規(guī)范隧道照明的設(shè)計(jì)和施工，減少交通事故。其中，當(dāng)時(shí)被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。隨后，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別在1990年、1995年進(jìn)行修訂。在此同時(shí)，各國(guó)也相繼實(shí)施了各自的標(biāo)準(zhǔn)，這些發(fā)達(dá)國(guó)家由于照明理論和技術(shù)相對(duì)比較完善，因此已經(jīng)形成規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。 在歷史發(fā)展的今天，大部分國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的隧道照明系統(tǒng)已經(jīng)漸漸由高科技智能化轉(zhuǎn)為可持續(xù)人性化。在東歐各國(guó)，已普遍實(shí)現(xiàn)“逆光照明”與“二次配光技術(shù)”，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(dá)國(guó)家已淘汰了高壓鈉燈，使用新型的電磁感應(yīng)無(wú)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(tǒng)。 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)在公路隧道照明領(lǐng)域取得了矚目成果和創(chuàng)新，但是仍存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在： 隧道照明理論的研究要較為薄弱，尚未有中國(guó)的隧道照明理論流派在國(guó)際隧道照明學(xué)界能有一席之地，對(duì)于隧道照明理論的原始創(chuàng)新還需要有更大的突破，對(duì)于中間視覺(jué)理論、洞外亮度參數(shù)、入口段亮度折減系數(shù)等問(wèn)題均需進(jìn)一步深入研究。 對(duì)隧道照明專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)不夠重視，致使隧道照明專(zhuān)業(yè)人才相當(dāng)短缺，制約著隧道照明設(shè)計(jì)技術(shù)的提高和技術(shù)理論的創(chuàng)新。 我國(guó)隧道照明的現(xiàn)代化和自動(dòng)化水平還有待進(jìn)一步提高，洞外亮度檢測(cè)儀，等國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性與國(guó)外產(chǎn)品還有一定的差距。 雖然目前我國(guó)公路隧道正處于迅猛發(fā)展時(shí)期，但與國(guó)外成熟的技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)公路隧道的照明技術(shù)研究起步較晚，技術(shù)也相對(duì)基礎(chǔ)，實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我國(guó)在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外公路隧道的成功經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，頒布了《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ026—1999)，規(guī)范中對(duì)照明系統(tǒng)構(gòu)成、隧道各照明段的亮度和長(zhǎng)度、洞外亮度和減光措施、照明縱向和總均勻度、光源分級(jí)、調(diào)光分級(jí)、照度與亮度計(jì)算推薦方法、燈具及布置等都做了詳細(xì)的規(guī)范說(shuō)明。另外，由于近年來(lái)的電能浪費(fèi)尤為嚴(yán)重，受到有關(guān)部門(mén)的廣泛重視，目前主要的研究方向已不再是討論如何設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)，而是轉(zhuǎn)向如何能夠在滿足規(guī)范要求的前提下行之有效的對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，才能實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能化與節(jié)能降耗[3]。 近年來(lái)，在半導(dǎo)體電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展的推動(dòng)作用下，許多可調(diào)光、智能化的隧道照明控制方法應(yīng)運(yùn)而生，我國(guó)高速公路隧道照明節(jié)能技術(shù)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(shū)，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(shù)的研究方向[7]；長(zhǎng)安大學(xué)的郭蘭英通過(guò)縮小手動(dòng)、分段時(shí)序以及自動(dòng)控制中每級(jí)的亮度變化，在視覺(jué)上實(shí)現(xiàn)隧道照明系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)光，既提高了系統(tǒng)的安全性，又節(jié)約了電能。 三、研究方案 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 通過(guò)對(duì)隧道照明控制系統(tǒng)的需求分析和架構(gòu)研究，可知系統(tǒng)需要采集光強(qiáng)度信號(hào)，并進(jìn)行硬件電路處理后，發(fā)送給單片機(jī)最小系統(tǒng)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，控制隧道照明驅(qū)動(dòng)電路，因此可知系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 光強(qiáng)度 采集電路 隧道照明 驅(qū)動(dòng)電路 圖1 隧道照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 由隧道照明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖可知，系統(tǒng)配套的軟件程序有：主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、光強(qiáng)度采集子程序、隧道照明驅(qū)動(dòng)子程序等組成。 根據(jù)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(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)每天每時(shí)每刻的天氣情況，根據(jù)不同的天氣情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)燈光的照明亮度。 四、預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 本設(shè)計(jì)最終設(shè)計(jì)并制作出隧道照明控制系統(tǒng)的硬件電路，主要有光強(qiáng)度采集電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、隧道照明驅(qū)動(dòng)電路，并編寫(xiě)出相應(yīng)的軟件程序，具體有主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、光強(qiáng)度采集子程序、隧道照明驅(qū)動(dòng)子程序等。 保證在隧道內(nèi)各段采用不同強(qiáng)度的照明來(lái)改善隧道內(nèi)的光照及其分布，創(chuàng)造洞內(nèi)良好的工作視覺(jué)環(huán)境，確保在白天和夜間行駛的車(chē)輛以設(shè)計(jì)速度能夠安全地接近、穿越和通過(guò)隧道，預(yù)防隧道內(nèi)交通事故的發(fā)生，保證隧道的正常運(yùn)營(yíng)，就是隧道照明控制系統(tǒng)要解決的問(wèn)題。同時(shí)隧道照明也是隧道運(yùn)營(yíng)費(fèi)用中最大的日常開(kāi)支項(xiàng)目之一，安全、舒適又經(jīng)濟(jì)節(jié)能的照明技術(shù)也是研究的目標(biāo)。 2016年 3 月 18 日 摘要 隨著我國(guó)山區(qū)高速公路的快速建設(shè)和發(fā)展，隧道工程在公路工程建設(shè)中所占的比例越來(lái)越大，與此同時(shí)，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)也變得越來(lái)越重要。隧道照明與普通道路照明不同，最大體現(xiàn)在白天也要照明，白天的照明強(qiáng)度比夜間的反而更強(qiáng)，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(fù)雜，包含人對(duì)明暗的適應(yīng)能力、明暗過(guò)渡的視覺(jué)問(wèn)題。 本文主要對(duì)隧道照明控制系統(tǒng)的分析，給出控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心的硬件電路，并完成數(shù)模轉(zhuǎn)換、光強(qiáng)度采集、隧道照明驅(qū)動(dòng)控制程序的軟件程序編寫(xiě)，最后進(jìn)行實(shí)物制作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的隧道照明控制功能。本設(shè)計(jì)提升了照明效率和電能使用率，其工作方式是通過(guò)安裝在照明控制系統(tǒng)配電回路中照明供電調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流和頻率的智能調(diào)控。其次，利用安裝在照明控制系統(tǒng)中配電的回路通斷實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的智能調(diào)控，達(dá)到降低事故的發(fā)生率,也相應(yīng)的減少了維修量、節(jié)約了資金，使用效果良好。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) ；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(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 1 1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 1.3本文研究的主要內(nèi)容 2 第2章 隧道照明控制分析和總體設(shè)計(jì)方案 4 2.1隧道照明視覺(jué)問(wèn)題分析 4 2.2隧道照明控制模式介紹 4 2.2.1分級(jí)調(diào)光控制模式 4 2.2.2無(wú)級(jí)調(diào)光控制模式 4 2.3 公路隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 6 第3章 隧道照明控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 7 3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 3.1.1單片機(jī)的選型 7 3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3.2光強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì) 10 3.2.1光強(qiáng)度采集傳感器選型 10 3.2.2光強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì) 10 3.3數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 10 3.3.1數(shù)目轉(zhuǎn)換電路元件選型 10 3.3.2數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 12 3.4隧道照明驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 12 3.5電源電路設(shè)計(jì) 13 第4章 隧道照明控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 4.1主程序設(shè)計(jì) 16 4.2數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) 17 4.3光強(qiáng)度采集子程序設(shè)計(jì) 18 4.4隧道照明系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì) 19 第5章 實(shí)物制作與系統(tǒng)調(diào)試 20 5.1 實(shí)物制作 20 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 20 第6章 結(jié)論 22 致 謝 23 參考文獻(xiàn) 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(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，現(xiàn)有的交通遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市交通的發(fā)展需求，我國(guó)的各重要城市常常出現(xiàn)交通擁擠的現(xiàn)象，同時(shí)過(guò)長(zhǎng)的的通行時(shí)間嚴(yán)重阻礙各經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)之間的交流和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此發(fā)展高等級(jí)公路網(wǎng)是一個(gè)解決交通問(wèn)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(yùn)行效率，為用戶提供了安全、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的交通運(yùn)輸條件，全面促進(jìn)城市的經(jīng)濟(jì)繁榮。我國(guó)提出了大力發(fā)展西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略規(guī)劃，所謂要致富先修路，解決路的問(wèn)題就解決了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大部分問(wèn)題。而我國(guó)的西部基本上是山區(qū)，在修鐵路和高速公路的時(shí)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(shì)下，對(duì)隧道工程的需求將會(huì)越來(lái)越大，隧道工程的數(shù)量將大幅度增加，隧道的長(zhǎng)度也將明顯增長(zhǎng)。所以隧道照明具有很大的研究意義以及應(yīng)用前景。（不能完全跟開(kāi)題一樣，應(yīng)該內(nèi)容更多一些） 1.2隧道照明控制技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 早在20世紀(jì)50年代，國(guó)外就開(kāi)展了公路隧道照明技術(shù)的研究，至今已有六十余年。諸多國(guó)家經(jīng)過(guò)不斷的探索與創(chuàng)新，其高速公路隧道照明技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。當(dāng)時(shí)間發(fā)展至現(xiàn)代，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家隧道照明系統(tǒng)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(guó)，高速公路隧道已經(jīng)普遍開(kāi)始使用“二次配光”和“逆光照明”技術(shù)。在充分利用光源的同時(shí)，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(dá)國(guó)家摒棄了高壓鈉燈，轉(zhuǎn)而使用光纖維隧道燈、電子感應(yīng)無(wú)極燈等新型設(shè)備。 國(guó)外公路隧道的照明技術(shù)研究開(kāi)始早，經(jīng)過(guò)多年的研究和實(shí)踐，技術(shù)相對(duì)成熟。例如，早在20世紀(jì)60年代，意、法兩國(guó)之間的MontBlanc隧道就已經(jīng)按照交通量的變化進(jìn)行照明調(diào)光 [1] 。 80年代后，世界各國(guó)相繼出臺(tái)了隧道照明規(guī)范，以規(guī)范隧道照明的設(shè)計(jì)和施工，減少交通事故。其中，當(dāng)時(shí)被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）1982年制定的（CIE NO.30.2,1998）。隨后，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別在1990年、1995年進(jìn)行修訂。在此同時(shí)，各國(guó)也相繼實(shí)施了各自的標(biāo)準(zhǔn)，這些發(fā)達(dá)國(guó)家由于照明理論和技術(shù)相對(duì)比較完善，因此已經(jīng)形成規(guī)范性的標(biāo)準(zhǔn)。 在歷史發(fā)展的今天，大部分國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的隧道照明系統(tǒng)已經(jīng)漸漸由高科技智能化轉(zhuǎn)為可持續(xù)人性化。在東歐各國(guó)，已普遍實(shí)現(xiàn)“逆光照明”與“二次配光技術(shù)”，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(dá)國(guó)家已淘汰了高壓鈉燈，使用新型的電磁感應(yīng)無(wú)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(tǒng)。 1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)隧道照明系統(tǒng)發(fā)展起步較晚，雖然當(dāng)前時(shí)代下，我國(guó)公路隧道發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛，但依舊比不上國(guó)外成熟的技術(shù)與理念。差距不僅表現(xiàn)在技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)上，基礎(chǔ)性的工程建設(shè)也存在一定的不足。我國(guó)于2000年1月頒布了《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，詳細(xì)規(guī)定了隧道調(diào)光分級(jí)、光源分級(jí)、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(fèi)極為嚴(yán)重，有關(guān)部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始廣泛關(guān)注隧道照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)問(wèn)題。我國(guó)在深入研究理論的同時(shí)，在高速公路隧道建設(shè)中也運(yùn)用了相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，例如廣東龍頭山隧道、河北司馬臺(tái)隧道、安徽前家山隧道等已先后將LED燈與無(wú)極調(diào)光技術(shù)應(yīng)用于公路隧道照明中。 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)在公路隧道照明領(lǐng)域取得了矚目成果和創(chuàng)新，但是仍存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在： 隧道照明理論的研究要較為薄弱，尚未有中國(guó)的隧道照明理論流派在國(guó)際隧道照明學(xué)界能有一席之地，對(duì)于隧道照明理論的原始創(chuàng)新還需要有更大的突破，對(duì)于中間視覺(jué)理論、洞外亮度參數(shù)、入口段亮度折減系數(shù)等問(wèn)題均需進(jìn)一步深入研究。 對(duì)隧道照明專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)不夠重視，致使隧道照明專(zhuān)業(yè)人才相當(dāng)短缺，制約著隧道照明設(shè)計(jì)技術(shù)的提高和技術(shù)理論的創(chuàng)新。 （3）我國(guó)隧道照明的現(xiàn)代化和自動(dòng)化水平還有待進(jìn)一步提高，洞外亮度檢測(cè)儀，等國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性與國(guó)外產(chǎn)品還有一定的差距。 雖然目前我國(guó)公路隧道正處于迅猛發(fā)展時(shí)期，但與國(guó)外成熟的技術(shù)相比，國(guó)內(nèi)公路隧道的照明技術(shù)研究起步較晚，技術(shù)也相對(duì)基礎(chǔ)，實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)性的工作仍然存在很大不足。 2000 年 1 月，我國(guó)在現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借鑒國(guó)外公路隧道的成功經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)，頒布了《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ026—1999)，規(guī)范中對(duì)照明系統(tǒng)構(gòu)成、隧道各照明段的亮度和長(zhǎng)度、洞外亮度和減光措施、照明縱向和總均勻度、光源分級(jí)、調(diào)光分級(jí)、照度與亮度計(jì)算推薦方法、燈具及布置等都做了詳細(xì)的規(guī)范說(shuō)明。另外，由于近年來(lái)的電能浪費(fèi)尤為嚴(yán)重，受到有關(guān)部門(mén)的廣泛重視，目前主要的研究方向已不再是討論如何設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)，而是轉(zhuǎn)向如何能夠在滿足規(guī)范要求的前提下行之有效的對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，才能實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能化與節(jié)能降耗[3]。 近年來(lái)，在半導(dǎo)體電子產(chǎn)品迅猛發(fā)展的推動(dòng)作用下，許多可調(diào)光、智能化的隧道照明控制方法應(yīng)運(yùn)而生，我國(guó)高速公路隧道照明節(jié)能技術(shù)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(shū)，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(shù)的研究方向[7]；長(zhǎng)安大學(xué)的郭蘭英通過(guò)縮小手動(dòng)、分段時(shí)序以及自動(dòng)控制中每級(jí)的亮度變化，在視覺(jué)上實(shí)現(xiàn)隧道照明系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)光，既提高了系統(tǒng)的安全性，又節(jié)約了電能。 高速公路隧道照明質(zhì)量影響著行車(chē)安全，多年以來(lái)，高速公路隧道建設(shè)者們一直將照明質(zhì)量作為工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容與研究重點(diǎn)，卻忽視了能源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，我國(guó)現(xiàn)階段高速公路隧道照明系統(tǒng)在保證行車(chē)安全的前提下，進(jìn)行節(jié)能降耗設(shè)計(jì)是公路隧道照明系統(tǒng)發(fā)展的必然要求，人性化、經(jīng)濟(jì)化、科學(xué)化是照明技術(shù)發(fā)展以及社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 1.3本文研究的主要內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)公路隧道照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)周?chē)饩€的強(qiáng)弱做出反應(yīng)，即當(dāng)周?chē)鈴?qiáng)較弱時(shí)，能自動(dòng)打開(kāi)照明裝置并根據(jù)周?chē)饩€強(qiáng)度自動(dòng)分級(jí)調(diào)節(jié)照明亮度，自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)燈光的照明亮度。本文研究的主要內(nèi)容有： 1.確定整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案； 2.完成各功能電路設(shè)計(jì)，并選擇元器件，最后完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)； 3.完成各功能模塊的軟件編寫(xiě)； 4.進(jìn)行實(shí)物制作，并完成系統(tǒng)功能調(diào)試。 本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，利用光敏傳感器采集光照強(qiáng)度，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路后傳送給單片機(jī)，并以此來(lái)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(jué)問(wèn)題分析 公路隧道作為公路的一個(gè)特殊路段，其管狀結(jié)構(gòu)決定了洞內(nèi)外亮度相差懸殊，降低了道路的通行能力，威脅到車(chē)輛的行車(chē)安全。為了提高這一瓶頸路段的通行能力，確保行車(chē)安全，需要科學(xué)設(shè)置燈光照明系統(tǒng)。 隧道照明與普通道路照明不同，最大體現(xiàn)在白天也要照明，白天的照明強(qiáng)度比夜間的反而更強(qiáng)，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(fù)雜，包含人對(duì)明暗的適應(yīng)能力。 如汽車(chē)駕駛員在白天從明亮的環(huán)境接近、進(jìn)入和通過(guò)隧道的過(guò)程中，將發(fā)生種種特殊的視覺(jué)問(wèn)題：進(jìn)入隧道前由于隧道內(nèi)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(huì)看到一個(gè)“黑洞”；汽車(chē)由明亮的外部進(jìn)入隧道后，由于亮度的急劇變化，會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)“適應(yīng)的滯后現(xiàn)象”；在隧道出口處，出現(xiàn)極強(qiáng)的眩光，產(chǎn)生一個(gè)很亮的洞口，這樣才能提高行車(chē)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(jí)調(diào)光控制模式 分級(jí)調(diào)光控制是指隧道照明系統(tǒng)分為晴天、陰天、夜間三級(jí)照明控制模式，每級(jí)照明模式對(duì)應(yīng)相應(yīng)的照明回路控制，系統(tǒng)根據(jù)不同的天氣情況對(duì)隧道照明燈具進(jìn)行開(kāi)關(guān)量調(diào)節(jié)。在公路隧道照明控制系統(tǒng)中，主要使用分級(jí)調(diào)光控制模式，通過(guò)控制照明回路的開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)隧道照明亮度。但是這種控制模式對(duì)隧道燈具的布設(shè)要求較高，調(diào)整范圍較大，控制效果過(guò)于粗放，容易在隧道內(nèi)形成“斑馬線”，使得行車(chē)舒適性差，給行車(chē)安全造成隱患，同時(shí)還存在過(guò)度照明，隧道照明系統(tǒng)內(nèi)有70%左右的能耗被過(guò)度照明消耗[9]。 2.2.2無(wú)級(jí)調(diào)光控制模式 無(wú)級(jí)調(diào)光控制是指根據(jù)照明參數(shù)的變化而連續(xù)調(diào)節(jié)照明燈具的使用功率，從而實(shí)現(xiàn)不同亮度等級(jí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)隧道照明較為平滑的調(diào)控。無(wú)級(jí)調(diào)光控制模式較分級(jí)調(diào)光模式更為準(zhǔn)確，可以按照要求調(diào)節(jié)隧道照明燈具的功率，不需要燈具滿負(fù)荷的工作，改變了傳統(tǒng)公路隧道照明系統(tǒng)亮度需求和燈具能耗的不可控制性，有效地避免了過(guò)度照明，不但能使隧道內(nèi)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(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 2.3.1方案一 本方案的設(shè)計(jì)主要由光控電路，開(kāi)關(guān)控制電路構(gòu)成。工作時(shí)，利用光敏電阻對(duì)光敏感的特性和開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電路電源由電源經(jīng)過(guò)橋式整流以后，再經(jīng)過(guò)降壓電路降壓以后來(lái)提供，電路中其他需要供電的電路由降壓以后再進(jìn)行穩(wěn)壓來(lái)供電，負(fù)載的供電直接由交流電源來(lái)提供?？傮w結(jié)構(gòu)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(qiáng)度為傳感器，目前最為常用且性價(jià)比較高的就是光敏電阻，利用光敏電阻對(duì)光敏感的特性和開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)，即在白天或光線較亮的時(shí)候，燈不亮，而在晚上或光線較暗時(shí)燈亮，再利用電橋，可將光線信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這類(lèi)設(shè)計(jì)只要能將光信號(hào)取出，整個(gè)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心構(gòu)成，組成一個(gè)智能的光控電路。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)隧道照明控制系統(tǒng)的需求分析和架構(gòu)研究，可知系統(tǒng)需要采集光強(qiáng)度信號(hào)，并進(jìn)行硬件電路處理后，發(fā)送給單片機(jī)最小系統(tǒng)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，控制隧道照明驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)采用相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)智能光控路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際光線條件通單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制路燈開(kāi)關(guān)的功能。本設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示。 由隧道照明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖可知，系統(tǒng)配套的軟件程序有：主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、光強(qiáng)度采集子程序、隧道照明驅(qū)動(dòng)子程序等組成。 根據(jù)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(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)每天每時(shí)每刻的天氣情況，根據(jù)不同的天氣情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)燈光的照明亮度。 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 光強(qiáng)度 采集電路 隧道照明 驅(qū)動(dòng)電路 圖2-2 隧道照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 2.3.3隧道照明控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)完成，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是控制效果不佳，不能根據(jù)實(shí)際視覺(jué)效果智能調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度；而方案二智能性較強(qiáng)，能夠達(dá)到自動(dòng)控制的目的，使路燈控制更方便實(shí)用性強(qiáng)，擴(kuò)展功能強(qiáng)。因此本設(shè)計(jì)采用方案二的設(shè)計(jì)方案。  第3章 隧道照明控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 引言 3. 1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 引言 3. 1. 1單片機(jī)的選型 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)隧道照明控制系統(tǒng)，在處理器上可以選擇PC機(jī)，單片機(jī)等處理設(shè)備，PC機(jī)目前常見(jiàn)的芯片已經(jīng)達(dá)到64位具有很高的處理速度，能同時(shí)處理64位數(shù)據(jù)在功能上十分強(qiáng)大，價(jià)格十分昂貴，對(duì)散熱有較高的要求。單片機(jī)有8位，16位等不同型號(hào)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選取不同的單片機(jī)，在應(yīng)用上有廣大的前景，可以適應(yīng)不同場(chǎng)合，價(jià)格低廉。本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)量較小，對(duì)速度沒(méi)有較高要求所以采用單片機(jī)作為處理器。 在選取單片機(jī)時(shí)要參考多種因素，如引腳個(gè)數(shù)，引腳功能，工作電壓的情況等。本設(shè)計(jì)在功能上需要進(jìn)行顯示，通信，報(bào)警，A/D轉(zhuǎn)換等。在選型時(shí)應(yīng)按使用環(huán)境與實(shí)現(xiàn)功能綜合考慮。 單片機(jī)引腳接口如圖3-1所示。 圖3-1　單片機(jī)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(nèi)部擁有8K系統(tǒng)能編程的FLASH存儲(chǔ)器，跟80C51單片機(jī)實(shí)用的指令相同并且和所用引腳兼容。 3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) STC12C5204AD單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功率低引腳功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。是在8052單片機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，與8052相比性能有很大的提高。P1管腳具有AD轉(zhuǎn)換的功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可以直接使用單片機(jī)管腳進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)引腳電壓可以達(dá)到5V，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要接上拉電阻來(lái)提高管腳電壓，單片機(jī)具有內(nèi)部晶振，外部晶振可以不接。在功能上比較強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單。綜合以上原因本設(shè)計(jì)采用STC12C5204AD單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。 STC12C5204AD單片機(jī)的晶振電路的內(nèi)部振蕩器主要由一個(gè)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(tǒng)的時(shí)鐘頻率。電容的主要作用是，一是讓振蕩器起振，二是可以進(jìn)行微調(diào)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(huì)變小，微調(diào)電容的大小按公式(3-1)，(3-2)，(3-3)計(jì)算。 (3-1) (3-2) (3-3) 式中，fs--振蕩器的串聯(lián)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(jīng)計(jì)算微調(diào)電容的大小應(yīng)為33pF。單片機(jī)晶振電路如圖3-2所示。 圖3-2　單片機(jī)晶振電路 復(fù)位電路的功能是死機(jī)或上電時(shí)，能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化操作的電路。復(fù)位引腳有高電平時(shí)進(jìn)行復(fù)位。高電平持續(xù)應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期即2us[5]。當(dāng)單片機(jī)上電，電源向電容充電，電容向RST引腳提供一個(gè)短暫的高電平，復(fù)位電路進(jìn)入工作狀態(tài)，單片機(jī)內(nèi)部的各寄存器回到初始化狀態(tài)，電容充電時(shí)間長(zhǎng)短決定高電平持續(xù)時(shí)間，電容越大充電時(shí)間越長(zhǎng)。復(fù)位時(shí)間應(yīng)滿足公式(3-4)所示。 (3-4) 因此復(fù)位電阻選取1kΩ，復(fù)位電容選取22uF。單片機(jī)復(fù)位電路如圖3-3所示。 圖3-3　單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)，復(fù)位電路，晶振電路三部分。 3.2光強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì) （引言） 3.2.1光強(qiáng)度采集傳感器選型 傳感器位于測(cè)控系統(tǒng)的輸入端，一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)調(diào)理電路等部分組成。光強(qiáng)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(guò)，收到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 3.2.2光強(qiáng)度采集電路設(shè)計(jì) 采樣電路由光敏電阻和放大電路兩個(gè)模塊構(gòu)成。 利用光敏電阻對(duì)光敏感的特性，其特性是它的內(nèi)阻隨光照的強(qiáng)弱變化而變化，當(dāng)外部光線改變時(shí)，光敏電阻阻值將變化，一般是光線強(qiáng)時(shí)電阻減小，光線弱時(shí)電阻增大， 當(dāng)電阻變化時(shí)電阻兩端的電壓也會(huì)隨之變化，此電壓經(jīng)過(guò)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(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 3.3.1數(shù)模轉(zhuǎn)換元件選型 根據(jù)ADC0809的功能和特性，故選用ADC0809用作數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。 ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)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(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 　　2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 　　3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130μs（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）　 　　4）單個(gè)+5V電源供電 　　5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 　　6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。 2　 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文代做平臺(tái) 《580畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)》 是專(zhuān)業(yè)代做團(tuán)隊(duì) 也有大量畢業(yè)設(shè)計(jì)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(guò)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(jīng)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(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 　　 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。 　 （1）定時(shí)傳送方式 　　對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 　　 （2）查詢方式 　　A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 　　 （3）中斷方式 　　把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。 3.3.2數(shù)模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)換電路利用集成芯片ADC0809實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)，ADC0809是采用頻率為8位的，以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化的器件。轉(zhuǎn)換電路如圖所示： 圖3.3.2轉(zhuǎn)換電路 3.4隧道照明控制電路設(shè)計(jì) 控制電路由開(kāi)關(guān)管、光耦等元件組成。 單片機(jī)將采樣到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比后控制P1口連接的4個(gè)開(kāi)關(guān)管。當(dāng)外部環(huán)境光線變暗時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)其中的一個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，照明燈發(fā)光；當(dāng)外部光線亮度繼續(xù)變暗時(shí)，剩余的開(kāi)關(guān)管將相繼導(dǎo)通，流過(guò)照明燈中的電流變大，照明燈的亮度也逐漸提高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光線的分級(jí)調(diào)節(jié)?？刂齐娐啡鐖D所示： 圖3.4控制電路 3.5電源電路設(shè)計(jì) 為了使電路穩(wěn)定工作，必須有可靠的電源。采用單片機(jī)控制模塊提供電源（整流濾波電路） 整流、濾波電路設(shè)計(jì)。 采用220V的交流市電經(jīng)過(guò)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(jié)構(gòu)為橋式電路；濾波選用電容濾波。 優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)明扼要，節(jié)約成本。 缺點(diǎn)：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(guò)程：四個(gè)二極管兩兩輪流導(dǎo)通，正半周時(shí)電流由D1---RL---D3回到U2的負(fù)端，正半周時(shí)，電流由D2---RL---D4回到U2的正端；無(wú)論是正半周還是負(fù)半周流過(guò)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(yīng)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(wǎng)波動(dòng)引起的輸入電壓的變化（一般取UO、（UI-UO）min、URIP之和的10%）。 對(duì)于集成三端穩(wěn)壓器，當(dāng)（UI-UO）min=2~10V時(shí)，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(jù)UI可確定變壓器次級(jí)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(jí)電流與濾波器輸出電流的關(guān)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?yàn)榱鬟^(guò)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(shù)為：ID=1A，URM=100V?？梢?jiàn)能滿足要求。 一般濾波電容的設(shè)計(jì)原則是，取其放電時(shí)間常數(shù)RLC是其充電周期的確2～5倍。對(duì)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(yīng)考慮電網(wǎng)電壓最高、負(fù)載電流最小時(shí)的情況。 UCmax=1.1×2U2max=1.1×2×20≈31.1(V) 220V交流電經(jīng)過(guò)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(shè)計(jì)框圖 單 片 機(jī) 轉(zhuǎn) 換 電 路 采 樣 電 路 控 制 電 路 電 源 電 路 圖3.1.2b電路整體設(shè)計(jì)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(jí)繞組與負(fù)載相接，中間串聯(lián)一個(gè)整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)負(fù)載，另半個(gè)周期被二管所阻，沒(méi)有電流。這種電路，變壓器中有直流分量流過(guò)，降低了變壓器的效率；整流電流的脈動(dòng)成分太大，對(duì)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(gè)二極管組成橋式電路，將次級(jí)線圈的正、負(fù)半周都用起來(lái)；二是變壓器的次級(jí)繞組圈數(shù)加倍，中間抽頭，實(shí)際上由兩個(gè)次級(jí)線圈構(gòu)成。中間抽頭接負(fù)載一端，另兩個(gè)端子各串聯(lián)一個(gè)二極管后接負(fù)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(shè)計(jì) 4.1主程序設(shè)計(jì) 控制 與設(shè)定數(shù)據(jù)比較 符合？ 開(kāi)始 設(shè)置定時(shí)器 啟動(dòng)ADC0809 采樣 采樣三次結(jié)束？ 圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖 4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計(jì) LCALL D_BCD RET LCALL Compara_Set LCALL DISPLAY MOV 52H,38H MOV 53H,39H JB 04H 開(kāi)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(shù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖 MOV A,@R0 XCHA,@R1 MOV @R0,A RET 開(kāi)始 CLR C MOV A,@R0 SUBB A,@R1 JNCRCON 4.3光強(qiáng)度采集子程序流程圖 圖4.3光強(qiáng)度采集子程序流程圖 4.4隧道照明驅(qū)動(dòng)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(kāi)始 MOVA,3BH 圖4.4隧道照明驅(qū)動(dòng)子程序流程 第5章 實(shí)物制作與系統(tǒng)調(diào)試 此次設(shè)計(jì)我們所用的軟件是proteus、keil uvision4。 5.1 實(shí)物制作 Proteus是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與仿真軟件。該軟件的特點(diǎn)是： ①集原理圖設(shè)計(jì)、仿真和PCB設(shè)計(jì)于一體，真正實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整電子設(shè)計(jì)工具。 ②具有模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)（不高于ARM7）設(shè)計(jì)與仿真功能。 ③具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等多種形式的調(diào)試功能。 ④具有各種信號(hào)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(diào)試環(huán)境。 ⑥具有強(qiáng)大的原理圖到PCB板設(shè)計(jì)功能，可以輸出多種格式的電路設(shè)計(jì)報(bào)表。擁有PROTEUS電子設(shè)計(jì)工具，就相當(dāng)于擁有了一個(gè)電子設(shè)計(jì)和分析平臺(tái)。 5.2 系統(tǒng)調(diào)試 在未做板子之前，我已經(jīng)根據(jù)原理圖做過(guò)模擬仿真，但做的都只是模塊化的仿真，板子做出來(lái)后，根據(jù)整體程序進(jìn)行仿真。 在進(jìn)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(wèn)題出現(xiàn)。當(dāng)一切都正常后，調(diào)入一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，檢查電路是否工作，開(kāi)始時(shí)，并不是一試就出來(lái)，在經(jīng)過(guò)電路的檢查，檢查電壓值，發(fā)現(xiàn)硬件沒(méi)問(wèn)題，再去修改軟件，改了兩次，最終電路正常顯示了，說(shuō)明電路板是正確的，接著進(jìn)行模塊性的測(cè)試，模塊都出來(lái)后，進(jìn)行整體調(diào)試。 通過(guò)對(duì)proteus仿真軟件的學(xué)習(xí)，能夠熟悉地使用該軟件的基本操作命令，最后設(shè)計(jì)出隧道無(wú)線照明控制系統(tǒng)的仿真原理圖。但是最終數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度出現(xiàn)一點(diǎn)問(wèn)題，一開(kāi)始數(shù)碼管總是處于閃爍狀況，最后竟沒(méi)有了顯示。估計(jì)是軟件程序的編程出了問(wèn)題，如圖5-1。 圖5.1 仿真圖 第六章 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要講述了單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)、隧道無(wú)線照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)及相關(guān)程序和總體電路調(diào)試與功能實(shí)現(xiàn)。 在硬件部分設(shè)計(jì)中，主要介紹了幾種本文用到的STC89C52單片機(jī)、PCF8591和74HC373芯片，除此之外，還有四位數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度模塊。本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)光敏傳感器采集光照信號(hào)通過(guò)PCF8591AD模擬轉(zhuǎn)換給STC89C52能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，以此控制八盞二極管燈的亮滅狀況，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道無(wú)線照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到本次設(shè)計(jì)要求說(shuō)的根據(jù)外側(cè)環(huán)境來(lái)控制隧道燈光亮暗程度。最后展示了本次設(shè)計(jì)的原理圖、實(shí)物圖。 在相關(guān)軟件及程序設(shè)計(jì)部分，主要介紹了proteus、keil uvision4的主要功能。最后列出了本次設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)功能的程序。本次公路隧道無(wú)線照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)光源采集模塊能夠很好的控制八盞燈的燈光亮滅情況，達(dá)到設(shè)計(jì)要求所說(shuō)的自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)的燈光照明亮度。但是由于分級(jí)控制模式等級(jí)少導(dǎo)致過(guò)度照明，造成能源浪費(fèi)。 在實(shí)物焊接的時(shí)候可能是數(shù)碼管那塊出現(xiàn)出現(xiàn)了問(wèn)題導(dǎo)致顯示不出來(lái)光照強(qiáng)度，沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求所說(shuō)的能夠檢測(cè)每時(shí)每刻的天氣狀況。 通過(guò)這次隧道無(wú)線照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓我更熟練了對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用以及程序的編程能力，加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)板子的調(diào)試能力，懂得如何一步一步去檢查錯(cuò)誤。開(kāi)始調(diào)試時(shí)不成功，經(jīng)過(guò)認(rèn)真思考和檢測(cè)，找到了問(wèn)題所在。  致 謝 本次畢業(yè)論文已經(jīng)順利完成了，在論文寫(xiě)作的整個(gè)過(guò)程中，有很多人幫助過(guò)我，在這里我要感謝他們。首先我要感謝的是我的指導(dǎo)老師。在為期幾個(gè)月的畢業(yè)論文過(guò)程中，他一直認(rèn)真的幫助我，幫我分析課題，解決困難。在這段期間，我曾經(jīng)有過(guò)成功的喜悅，也曾經(jīng)有過(guò)失敗的挫折。無(wú)論當(dāng)我遇到什么困難，他總是給我鼓勵(lì)，給我支持，鼓勵(lì)我堅(jiān)持下去，鼓勵(lì)我戰(zhàn)勝困難；當(dāng)我有所成績(jī)時(shí)，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(dǎo)給一個(gè)即將進(jìn)入社會(huì)的大學(xué)生帶來(lái)了太多的勇氣和信心。在此，我致以最誠(chéng)摯的謝意。 在這次畢業(yè)論文時(shí)期，我還要感謝院、系各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)我們的關(guān)心和支持。沒(méi)有您們的默默關(guān)懷和支持我們也將難以取得預(yù)期的效果。在此，我衷心的表示謝謝。 互相學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)的最佳方式和捷徑，在此次畢業(yè)論文我深有體會(huì)。有一些同學(xué)從剛開(kāi)始到現(xiàn)在一直都給我很大的幫助，在這里我想對(duì)他們說(shuō)一聲：謝謝，沒(méi)有你們的幫助我也就沒(méi)有現(xiàn)在的成果。 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)有很多授課老師為我們付出了辛勤的汗水，可以說(shuō)沒(méi)有他們的教誨和指導(dǎo)，我們也將不會(huì)取得今天的成績(jī)。我想對(duì)他們說(shuō)一聲：感謝你們的教導(dǎo)和關(guān)心，您們辛苦了。  參考文獻(xiàn) [1]杜偉略，周志德，80C51單片機(jī)及接口技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社 [2]杜偉略，劉雨棣，單片機(jī)接口技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社 [3]繆曉中，電子CAD---Protel 99se.化學(xué)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(shù).高等教育出版社 [6]楊志忠，數(shù)字電子技術(shù).高等教育出版社 [7]交通部部頒標(biāo)準(zhǔn)，公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范(CJJ45—2006)[S]，人民交通出版社，2006． [8]王學(xué)堂，趙展旗．隧道照明控制工程研究，西安公路交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，(1) [9]合肥源輝光電子有限公司，無(wú)級(jí)調(diào)光控制技術(shù)在公路隧道中的節(jié)能應(yīng)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(tǒng)無(wú)級(jí)調(diào)光控制研究[J]，公路隧道，2010（3）；40-43 [11]DeviceNet Communication Module and Protocol，Volume1，Release2.0，June30,1999 [12]Deng.E,Cuk.s.Negative Incremental Impedance and Stability of Fluorescent Lamps[J].IEEE,1997 附錄A Light Emitting Diode Lamp 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