第一篇：淺論基于WTB/MVB總線的軌道車輛LED照明控制系統(tǒng)設(shè)計論文

目前大部分軌道車輛車廂內(nèi)使用的還是傳統(tǒng)的熒光燈作為光源，其能耗大，使用效率低。LED具有效率高、綠色環(huán)保、壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率高、抗振性能好等優(yōu)點(diǎn)，其在軌道車輛領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越受到關(guān)注?？紤]到軌道車輛車廂照明系統(tǒng)在沖擊震動、電磁兼容、溫度及供電范圍等方面都有特殊要求，現(xiàn)有的LED照明系統(tǒng)硬件不能直接應(yīng)用于軌道車輛車廂當(dāng)中，研究開發(fā)抗干擾能力強(qiáng)、散熱性好、工作穩(wěn)定的軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)硬件對于改進(jìn)軌道車輛車廂照明系統(tǒng)具有非常重要的意義。另外，隨著生活質(zhì)量的提高，人們對軌道車輛舒適性的要求也越來越高，實(shí)現(xiàn)軌道車輛照明系統(tǒng)的自動調(diào)光將會大幅提高能源利用率，改善車廂照明條件，提高軌道客車的照明舒適性。

因此，本文針對鐵軌道車輛車廂LED照明控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計基于WTB(絞線式列車總線)和MVB(多功能車輛總線)相結(jié)合的軌道車輛車廂LED照明控制系統(tǒng)。

1LED照明控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

設(shè)計的硬件系統(tǒng)主要分成三部分：(1)車廂內(nèi)照明部分，采用LED作為發(fā)光源，設(shè)計了LED的驅(qū)動電源來控制LED的驅(qū)動電流;(2)信號采集與處理部分，亮度傳感器采集的亮度信息通過單片機(jī)處理反饋給安裝在車頭控制室內(nèi)的上位機(jī)IPC機(jī)，利用上位機(jī)軟件完成數(shù)據(jù)融合處理;(3)信息傳遞部分，IPC機(jī)處理后的數(shù)據(jù)信息通過WTB總線傳給各節(jié)車廂的MVB總線，以保證控制信號的高效傳輸。

利用分布在各節(jié)車廂的單片機(jī)執(zhí)行IPC機(jī)的控制指令控制驅(qū)動電源，實(shí)現(xiàn)LED燈的自動控制。通過各部分的共同作用，實(shí)現(xiàn)了對軌道車輛LED照明系統(tǒng)的控制。

2LED照明控制系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

2.1通信模塊的設(shè)計

WTB總線用于構(gòu)成經(jīng)常動態(tài)編組以及多節(jié)車輛級聯(lián)的開放式列車，可實(shí)現(xiàn)車輛間的數(shù)據(jù)通信;MVB總線用于一個車輛內(nèi)設(shè)備或者一個固定的車輛組內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，在一個車輛組內(nèi)最多可以連接4096個傳感器并且可以實(shí)現(xiàn)信息的高速傳輸。WTB總線與MVB總線之間通過網(wǎng)關(guān)連接。選擇這兩種通信總線結(jié)合使用的方式，既能保證傳輸?shù)母咝院蜏?zhǔn)確性，也因?yàn)閮煞N總線的成熟應(yīng)用節(jié)省了重新選擇總線所帶來的各種問題。

2.2硬件散熱殼體的設(shè)計

LED發(fā)光過程中將約62%的電能轉(zhuǎn)化成熱能。因此，解決LED燈的散熱問題對LED的使用壽命非常重要。在基板與LED燈之間增加一層鋁制薄板來增加散熱效率，采用這樣的設(shè)計使得LED燈的散熱效果良好，有效降低了LED工作時溫度，延長了使用壽命。

2.3LED排列方式的選擇

LED燈的排列方式一般有三種類型：串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、混聯(lián)方式。將所有的LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制LED燈的使用數(shù)量，而且并聯(lián)LED負(fù)載電流較大，驅(qū)動器的成本也會增加。綜合考慮串/并聯(lián)兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，采用串/并聯(lián)混合連接方式。同時，為了提高照明系統(tǒng)的容錯性，采用交叉混聯(lián)排列方式。在同一條串聯(lián)支路中，若有一個LED燈損壞，使一條串聯(lián)的LED燈不能調(diào)節(jié)時使用交叉式排列，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的同一行，間隔性的還有LED燈正常工作，從而克服了串聯(lián)LED燈損壞導(dǎo)致整行亮度不能調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)。

2.4亮度采集模塊設(shè)計

在保證照明控制系統(tǒng)對環(huán)境亮度信息的高速處理能力同時節(jié)約成本的前提下，結(jié)合軌道車廂的環(huán)境要求，選擇STC89C52單片機(jī)作為亮度采集模塊的微處理核心。與單片機(jī)的P2引腳連接的模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片是ADC0804，實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換;選擇三洋系列LA0150CS照度傳感器，分布在車廂的不同位置，實(shí)現(xiàn)對亮度信息的高速處理。

2.5硬件驅(qū)動電源設(shè)計

由于軌道車輛采用外部供電，高壓電經(jīng)過變壓后供車廂內(nèi)部電路使用，在降壓過程中會產(chǎn)生諧波干擾，為了消除電網(wǎng)中的電磁干擾，設(shè)計了EMC(電磁兼容性)濾波電路。采用橋式整流濾波電路，將220V的工頻電流轉(zhuǎn)換成一定的直流電后進(jìn)行降壓變換，再經(jīng)過正激式DC/DC變換器變換為特定電壓的穩(wěn)壓直流電，以供LED照明。

選擇PT4107作為驅(qū)動芯片，PT4107能夠輸出范圍為18V～450V的電壓，能夠驅(qū)動上百個LED的混聯(lián)應(yīng)用，可外部設(shè)定過溫保護(hù)，可通過PWM數(shù)字脈沖控制達(dá)到改變LED亮度的目的，滿足軌道車輛車廂LED照明驅(qū)動要求。同時，設(shè)置了PFC(功率因數(shù)校正)電路，克服了橋式整流濾波電路后功率因數(shù)降低的問題，使電源的功率因數(shù)大大提高。

3硬件驅(qū)動電源仿真及實(shí)驗(yàn)

采用臨界比例度法對PID進(jìn)行參數(shù)整定并進(jìn)行驅(qū)動電源的仿真分析。利用PID算法對PWM占空比進(jìn)行控制，從而控制驅(qū)動電源的輸出電流，使LED的發(fā)光達(dá)到預(yù)定值。利用Matlab對控制算法進(jìn)行仿真，將調(diào)節(jié)器的積分時間T1置于最大(T1=∞)，微分時間置零(τ=0)，比例度δ適當(dāng)，平衡操作一段時間，把系統(tǒng)投入自動運(yùn)行。將比例度δ逐漸減小，記下臨界比例度δk和臨界振蕩周期Tk的值。根據(jù)δk和Tk的值，采用表1中的經(jīng)驗(yàn)公式，計算出調(diào)節(jié)器的各個參數(shù)，即δ、T1和τ的值。

按先比例后積分最后微分的操作程序?qū)⒄{(diào)節(jié)器整定參數(shù)調(diào)到計算值上。通過臨界比例度法對PID傳遞函數(shù)中的參數(shù)進(jìn)行整定，整定后的傳遞函數(shù)是：

G(s)=500(s2+10s+50)(s+10)

可以看出，通過對PID參數(shù)的整定，控制曲線在1s以內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，無超調(diào)。

為了檢驗(yàn)驅(qū)動電源的自動調(diào)節(jié)能力，通過模擬傍晚天色逐漸變暗的過程得出了LED燈電流的仿真曲線圖，圖中實(shí)曲線是系統(tǒng)根據(jù)亮度變化過程應(yīng)該輸出的電流值，帶點(diǎn)曲線是仿真中得到的系統(tǒng)輸出電流的曲線?？梢缘贸?，系統(tǒng)實(shí)際輸出電流值與理論輸出電流值相差很小，能夠滿足亮度自動調(diào)節(jié)的要求。

將傳感器采集的數(shù)據(jù)量傳給IPC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，系統(tǒng)再根據(jù)融合得到的環(huán)境亮度值對LED燈發(fā)送不同占空比的PWM信號進(jìn)行調(diào)光。

可見，設(shè)計的硬件系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對車廂內(nèi)LED燈亮度的自動調(diào)節(jié)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，系統(tǒng)對車廂亮度的調(diào)節(jié)誤差小于1%，滿足系統(tǒng)對軌道車輛車廂的LED照明控制的要求。

本文設(shè)計的基于WTB總線和MVB總線的軌道車輛車廂LED照明系統(tǒng)采用集中式控制方式，根據(jù)車廂LED照明調(diào)光要求對LED燈樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通過模擬傍晚由明到暗的過程對設(shè)計的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)光實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計的硬件系統(tǒng)工作狀態(tài)良好，無噪音，LED燈發(fā)光均勻穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)光，驗(yàn)證了本文硬件設(shè)計的正確性和合理性。

第二篇：智能led照明控制系統(tǒng)設(shè)計說明書(精)

目錄

1.引言??????????????????????????????2 2.方案論證????????????????????????????3 2.1方案一???????????????????????????5 2.2方案二???????????????????????????6 2.3各方案的比較................................錯誤！未定義書簽。

3.各電路設(shè)計和論證..................................................6 3.1 電源電路的方案設(shè)計與論證....................................6 3.2信號采集部分電路的設(shè)計和論證.................................7 3.3單片機(jī)部分電路的設(shè)計和論證..................................12 3.4輸出部分電路的設(shè)計和論證....................................14 4.軟件設(shè)計........................................................15 4.1程序流程....................................................15 4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖......................................15 4.1.2傳感器子程序流程圖....................................16 4.2程序........................................................17 4.2.1主程序................................................17 4.2.2定時器中斷子程序......................................18 4.2.3數(shù)據(jù)處理程序..........................................18 4.2.4 ADC0809連續(xù)對2個通道采樣程序........................19 5．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試................................................19 5.1硬件調(diào)試....................................................19 5.2軟件調(diào)試....................................................19 6． 附錄...........................................................20

7．參考文獻(xiàn)........................................錯誤！未定義書簽。高亮度LED 樓道照明燈電路的設(shè)計

摘要：本系統(tǒng)以單片機(jī)80C51為核心部件，利用光線度檢測技術(shù)、光電傳感器接收技術(shù)并

配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了路燈自動開關(guān)、聲光控制電路等功能。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，聯(lián)系實(shí)際路燈狀況，力求硬件線路簡單，元件價格經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)、光明二極管、話筒、A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器。1．引言

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已滲透到航天、國防、工業(yè)。農(nóng)業(yè)、日常生活等各個領(lǐng)域，成為當(dāng)今世界科技現(xiàn)代化不可缺少的重要工具和強(qiáng)有力武器。用單片機(jī)研制的各個智能化測量控制儀表周期短、成本低，在一起、儀表與機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計中具有明顯的優(yōu)勢。這次用單片機(jī)設(shè)計制作一個走廊路燈控制系統(tǒng)。

光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比如城市中的路燈或樓道照明等一般都是由人工操作的, 如果采用光控電路, 根據(jù)光線的強(qiáng)弱來自動開啟和關(guān)閉照明燈, 做到無人自動控制, 可以減輕工人的勞動強(qiáng)度, 有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷, 就是夜晚無光線的時候, 照明燈將一直工作著, 這樣會造成資源的浪費(fèi), 也會縮短照明燈的壽命。

這時若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個聲控電路, 使得照明電路在無光線的時候, 只受聲音的控制, 當(dāng)有腳步聲或其它較強(qiáng)聲響的時候, 照明電路自動工作。當(dāng)聲音消失的時候, 照明燈自動熄滅, 這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個延時電路, 使照明燈點(diǎn)亮后, 延時一定時間后自動熄滅。

以上電路的設(shè)計非常簡單，是通過RC 震蕩來完成電路的延時作用，它沒有經(jīng)過單片機(jī)的控制，所以電路完成的功能有限而且也不是非常穩(wěn)定，所以我們把單片機(jī)加入走廊路燈控制電路能使得電路更加的完美和穩(wěn)定。如果在此電路基礎(chǔ)上加入ADC0809轉(zhuǎn)換器就可以拓展單片機(jī)的作用，使得電路的功能得到進(jìn)一步的提升，達(dá)到本課題的設(shè)計要求。

使用這種照明電路, 人們就不必在黑暗中摸索開關(guān), 也不必再擔(dān)心點(diǎn)長明燈費(fèi)電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強(qiáng)的聲響時, 燈便自動點(diǎn)亮, 延時一定時間后自動熄滅。特別適用自動控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時照明。

聲光控?zé)粼谑袌錾鲜呛艹Ｒ姷?，我們生活中也有很多單位用著這種燈，在樓道上，在門廳口，以及在各種人員流動不太頻繁也不太稀少的地方，其原理是：利用聲音與光來共同控制燈的明滅，當(dāng)白天時(光線比較強(qiáng)烈時 即便有再強(qiáng)的聲音，燈也不會亮，而當(dāng)夜晚時(光線達(dá)到臨界狀態(tài)時 聲控裝置才會真正的被啟動年，而這時，就是這種“聲光控?zé)簟贝箫@身手的時候。即，當(dāng)有聲音響動的時候，燈才會亮起來，如果是人們活動，則有很強(qiáng)的適應(yīng)性與活動性，當(dāng)沒人活動的時候，也不會造成無端的能源浪費(fèi)。如果與普通的手動燈比較，當(dāng)人在黑暗中的時候，很難找到開關(guān)的位置，亂找不一定能找到，甚至有時候會傷害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向，亂撞很可能會撞上對人體有害的東西，比如被硬物絆倒被摔傷，碰到尖銳的東西被割傷等，而對于聲光控?zé)魜碚f，人們只需要造出某種聲音，比如拍手，大喊一聲等，就可以啟動聲光控控制燈，從而辦完自己想辦的事情(要延長燈的亮著的時間得要在適當(dāng)?shù)臅r刻發(fā)出聲音即延續(xù)。

圖1 聲光控延時開關(guān)的電路原理圖

為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻rg 等元件組成光控電路，r5和rg 組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無光時，光敏電阻的阻值很大，rg 兩端的電壓高，即為高電平間t=2πr8c3，改變r8或c3的值，可改變延時時間，滿足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級整形電路，將方波信號進(jìn)行整形。當(dāng)c3充電到一定電平時，信號經(jīng)與非門vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；c3充滿電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時，經(jīng)與非門

畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）

vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過程。

二極管vd1～vd4將交流220v 進(jìn)行橋式整流，變成脈動直流電，又經(jīng)r1降壓，c2濾波后即為電路的直流電源，為bm、vt、ic 等供電。

用聲光控延時開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場所，它具有體積小、外形美觀、應(yīng)用廣泛、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.1.單片機(jī)控制部分電路

單片機(jī)控制模塊：單片機(jī)選用我們常用的AT89C51。無論是信號采集還是信號輸出都要經(jīng)過單片機(jī)的出來。另外定時也是通過單片機(jī)的定時來做，這樣可以減少外部元器件的數(shù)量。

2.1.2.信號采集部分電路的設(shè)計

判斷外界光線采用光敏電阻，利用集成運(yùn)放LM324將電阻輸出的電壓轉(zhuǎn)換成TTL 電平以供單片機(jī)處理。檢測外界聲音的使用微型話筒，信號處理方法和光敏電阻出來的信號處理方法類似，并且下文有詳細(xì)的介紹，在這里就不多作介紹。

系統(tǒng)組成框圖如圖2所示：

圖2 信號采集部分電路系統(tǒng)組成框圖

光敏電阻接在P1.0上，話筒接在P1.1上，繼電器接在P1.2上，蜂鳴器接在P1.3上。房單片機(jī)運(yùn)行時，單片機(jī)會不停的掃描P1.0和P1.1口上的邏輯狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這兩個IO 口發(fā)生改變時，立即使判斷是光敏電阻發(fā)生的信號，還是

話筒的信號。發(fā)送在P1.2或者P1.3IO 口上輸出控制信號區(qū)控制繼電器動作或者控制蜂鳴器蜂鳴。如果是要打開路燈，那么單片機(jī)的內(nèi)部定時器就開始工作每當(dāng)定時時間到了以后就會立即關(guān)閉路燈。這就是方案二的工作過程。

2.2 方案二

用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境。2.2.1方案二

方案二的組成框圖如圖3所示

方案二的主體電路和方案一類似，但是方案二中比方案一多了一個AD 轉(zhuǎn)換器ADC0809，光敏二極管或者話筒輸出的信號不是直接輸入到單片機(jī)，而是經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再輸入到單片機(jī)。方案二中單片機(jī)收到的是經(jīng)過簡單判斷的光線或者聲音信號了，這種工作狀態(tài)單片機(jī)永遠(yuǎn)只知道兩種狀態(tài)。而方案二單片機(jī)可以具體的知道外界光線的強(qiáng)弱或者外界的聲音大小。這樣方案二在處

理輸入信號上更具有優(yōu)勢。同時由于加入ADC0809轉(zhuǎn)換器，可以對輸入的光線信號和聲音信號從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，這樣可以具體的判斷出外界的環(huán)境情況，可以知道外界光線的具體強(qiáng)度大小和外界具體聲音的強(qiáng)弱，這樣使得走廊路燈具有功能更加強(qiáng)大的只能控制，開燈外界光線的強(qiáng)度和關(guān)燈外界光線的強(qiáng)度有一個差值，同樣開燈外界聲音的大小和關(guān)燈外界聲音的大小也具有一個差值，具有降低誤差的功能。

2.3兩個方案比較

在這兩個方案中方案一運(yùn)用了單片機(jī)，定時通過單片機(jī)的內(nèi)部定時器來完成，電路有了邏輯分析的能力，由于該方案前面的輸入只有0和1兩種狀態(tài)所以該電路在處理光線或者聲音在臨界狀態(tài)不斷變化的情況會遇到比較大的麻煩，所以設(shè)計出方案二，方案二是用ADC0809可以由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境是什么樣子的，方案一處理不了的情況。所以放棄了方案一而選擇了方案二。

3各電路設(shè)計和論證

下面詳細(xì)對本次畢業(yè)設(shè)計所考慮的方案進(jìn)行初步的論證和簡要的分析。3.1 電源電路的方案設(shè)計與論證

由于但路中需要12V 和5V 兩種電壓，所以分別采用三端穩(wěn)壓器7812和7805 圖3 方案二的組成框圖

新余學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）圖5 光信號采集部分電路 聲音信號部分電路： 由于話筒必須和一個10K 的電阻串聯(lián)接到5V 的電壓才能有信號的輸出，所以話筒的信號輸出電路的形式如圖6所示。由于輸入信號有很大的直流部分，所以必須使用一個隔離電容C6將直流成分隔離掉，然后送入到三極管Q3,Q4進(jìn)行信號的初步放大。下面的處理電路和光線信號的處理電路相同，最終也是輸出一個0-5V 的電壓，最后送入到單片機(jī)進(jìn)行處理。圖6 聲音信號部分電路

A/D轉(zhuǎn)換工作原理：

A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。

模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。

A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理

主要介紹以下三種方法：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。

在集成電路器件中普遍采用逐次逼近型，現(xiàn)簡要介紹下逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的基本工作原理。

逐次逼近法

逐次逼近式A/D是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，如圖3.2.3.1所示。

基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。

逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為Ｖo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖi 進(jìn)行比較，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 Ｖo 再與Ｖi 比較，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進(jìn)行的。

ADC0809簡介: 1．主要特性：8路8位A ／D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有轉(zhuǎn)換起停控制端；轉(zhuǎn)換時間為100μs ；單個＋5V 電源供電；模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 ；低功耗，約15mW。

圖7 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2．模擬信號輸入IN0～I(xiàn)N7： IN0-IN7 為八路模擬電壓輸入線，加在模擬開關(guān)上，工作時采用時分割的方式，輪流進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。

3．地址輸入和控制線 ：地址輸入和控制線共4 條，其中ADDA、ADDB 和ADDC 為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7 上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE 線為高電平時，ADDA、ADDB 和ADDC 三條地址線上地址信號得以鎖存，經(jīng)譯碼器控制八路模擬開關(guān)通路工作。

4．?dāng)?shù)字量輸出及控制線（11 條）：START 為“啟動脈沖”輸入線，上升沿清零，下降沿啟動ADC0809 工作。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線高電平表示AD 轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出鎖存器”。D0-D7 為數(shù)字量輸出線，D7 為最高位。ENABLE 為“輸出允許”線，高電平時能使D0-D7 引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。

5．電源線及其他（5 條）：CLOCK 為時鐘輸入線，用于為ADC0809 提供逐次比較所需，一般為640kHz 時鐘脈沖。Vcc 為+5V 電源輸入線，GND 為地線。+VREF 和-VREF 為參考電壓輸入線，用于給電阻網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。+VREF 常和

VDD 相連，-VREF 常接地。ADC0809 芯片性能特點(diǎn): 是一個逐次逼近型的A/D 轉(zhuǎn)換器, 外部供給基準(zhǔn)電壓;單通道轉(zhuǎn)換時間116us ；分辨率為8 位, 帶有三態(tài)輸出鎖存器, 轉(zhuǎn)換結(jié)束時, 可由CPU 打開三態(tài)門, 讀出8 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果;有8 個模擬量的輸入端, 可引入8 路待轉(zhuǎn)換的模擬量。ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有可控的三態(tài)緩沖器, 所以它的數(shù)字量輸出信號線可以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連。內(nèi)部的三態(tài)緩沖器由OE 控制, 當(dāng)OE 為高電平時, 三態(tài)緩沖器打開, 將轉(zhuǎn)換結(jié)果送出;當(dāng)OE 為低電平時, 三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài), 內(nèi)部數(shù)據(jù)對外部的數(shù)據(jù)總線沒有影響。因此, 在實(shí)際應(yīng)用中, 如果轉(zhuǎn)換結(jié)束, 要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果, 則只要在OE 引腳上加一個正脈沖,ADC0809 就會將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上。在本系統(tǒng)中ADC0809 在電路中的連接如下圖所示，在模擬量之前加入濾波電路是為了使采集數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，對于模擬輸入通道，還需要采用一些消除干擾的措施，這點(diǎn)將在下一小節(jié)提到ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。

6．ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

由下圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。

圖8 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 7．ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809各腳功能如下： D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC ：+5V工作電壓。GND ：地。

REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START ：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE ：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC ：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。

OE ：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK ：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C ：地址輸入線。8．外部特性（引腳功能）

ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖13．23所示。下面說明各引腳功能。

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。

ADDA、ADDB、ADDC ：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE ：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。

START ： A／D 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。

EOC ： A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A ／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。

OE ：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A ／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。

CLK ：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc ：電源，單一＋5V。

GND ：地。

9．ADC0809的工作過程是：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 A／D 轉(zhuǎn)換，之后EOC 輸出信號變低，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?，指示A ／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。

ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。

在本課題設(shè)計中ADC0809的通道選擇是通過A7、A8、A9來選擇的，A7、A8、A9與通道選擇關(guān)系為：

光信號從IN0輸入，聲音信號從IN1輸入，所以光信號的A/D轉(zhuǎn)換地址70FFH，聲音信號A/D轉(zhuǎn)換地址71FFH。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳EOC 引腳接在單片機(jī)的IN0引腳上。所以這也就意味著既可以采用中斷方式也可以使用查詢方式對ADC0809轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作。采用中斷方式可以節(jié)約大量的時間，這樣大大減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)。

3.3單片機(jī)部分電路的設(shè)計和論證

單片機(jī)部分使用的是AT89C51，我們對此款單片機(jī)非常熟悉，所以使用起來也相對熟練一些。下面是AT89C51的簡介：

AT89C51單片機(jī)內(nèi)部包含部件概括如下：一個8位CPU，一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路，ROM 程序儲存器，RAM 數(shù)據(jù)儲存器，兩個16位定時器/計數(shù)器，可尋址64K 外部數(shù)據(jù)存儲空間和64K 外部程序存儲的控制電路，32條可編程的I/O總線（四個8為并行I/O端口），一個可編程全雙工串行口，具有5個中斷、2個優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)。

AT89C51用CHMOS 工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式（DIP）40腳封裝，端子信號完全相同。這40根端子大致可分為：電源（Vcc、Vss、Vpp、Vpd）、時鐘（XTAL1、XTAL2）、I/O口（P0-P3）、地址總線（P0口、P2口）和控制總線（ALE、RST、/PROG、/PSEN、/EA）等幾部分。它們的功能簡述如下：

1．電源：Vcc（端子號40），芯片電源，接+5V；Vss（端子號20），電源接地端。

2．時鐘：XTAL1（端子號18）、XTAL2（端子）分別是內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端、輸出端，是外接晶振的端子。

3．控制總線：ALE（端子號30）用來把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器；/psen（端子號29）外部程序存儲器讀選通信號；RST（端子號9）復(fù)位信號輸入端；/EA為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器的選擇端；

4．I/O線：P0口（端子號32-39）單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線；P1口（端子號1-8）雙向輸入/輸出口，用來驅(qū)動4個LSTTL 負(fù)載;P2口（端子號21-28）雙向輸入/輸出口，在訪問存儲器時，用作高8位地址總線；P3口（端子號10-17）雙向輸入輸出口能驅(qū)動4個LSTTL 負(fù)載。P3口的每一個端子還有其他的功能。

P3.0——RXD ：串行口輸入端； P3.1——TXD ：串行口輸出端；

P3.2——/INT0：外部中斷0中斷請求輸入端： P3.3——/INT1：外部中斷1中斷請求輸入端： P3.4——T0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端;P3.5——T1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端;P3.6——/WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號； P3.7——/RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號；

5．時鐘電力：AT89C51內(nèi)有一個高增益發(fā)相反放大器，其頻率范圍為1.2MHz —12MHz，XTAL1和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出端時鐘電路可以有內(nèi)部方式或外部外部方式。在本設(shè)計中系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了及提高單片機(jī)的運(yùn)行速度，又能最大程度的保證單片機(jī)的 運(yùn)行速度，所以AT89C51的晶振使用12MHz。由此我們可以計算出AT89C51在該晶振下的時鐘周期、機(jī)器周期和指令周期的計算方法如下：

1．指令周期

CPU 執(zhí)行一條指令所用的時間稱為指令周期。一個指令周期由1~4個機(jī)器周期組成。

2．機(jī)器周期

CPU 執(zhí)行一個基本操作所用的時間稱為機(jī)器周期，一個機(jī)器周期由6狀態(tài)S1~S6組成，每個狀態(tài)由2時鐘脈沖組成，前一個脈沖叫相位P1，后一個脈沖叫相位P2，因此，一個機(jī)器周期由12個時鐘脈沖S1P1,S1P2??S6P1,S6P2組成。

3．時鐘周期

時鐘脈沖周期T 為計算機(jī)系統(tǒng)主頻f 的倒數(shù)，即：t=1/f。若系統(tǒng)主頻為12MHz，則T=1/12us。在80C51指令系統(tǒng)中，指令長度為1~3個字節(jié)。在單字節(jié)和雙字節(jié)的指令中，除了乘法和除法指令為4周期外，都是單周期或雙周期的。三字節(jié)指令都是雙周期的。若系統(tǒng)主頻為12M，則單周期指令執(zhí)行的時間為12T=12*1/12=1us。雙周期指令執(zhí)行時間為24T=24*1/12=2us。

6．復(fù)位電路：復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動復(fù)位兩種，本方案是采用兩種復(fù)位電路相結(jié)合。電容C3和電阻R2構(gòu)成了上電復(fù)位，當(dāng)開機(jī)上電時，電容C2的正端的電壓為5V，又因?yàn)殡娙輧啥说碾妷壕哂胁豢绍S變性，所以電容C3和電阻R2之間的電壓也為5V，所以單片機(jī)會復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，由于直流電壓無法通過電容，所以單片機(jī)的復(fù)位引腳相當(dāng)于通過電阻R2接地，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的復(fù)位高電平的有效，所以單片機(jī)不會復(fù)位。按鍵S1、電阻R1、R2構(gòu)成了按鍵復(fù)位電路。在系統(tǒng)正常工作時，只要將按鍵按下，即可使單片機(jī)的復(fù)位引腳成高電平，單片機(jī)可復(fù)位。

在電路中采用了6個電容并聯(lián)，給單片機(jī)的電源進(jìn)行濾波，使單片機(jī)的電源更加平滑和穩(wěn)定，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行PCB 布板時，要注意將電容近貼著單片機(jī)放置。

單片機(jī)引腳的IO 口的使用：P1.2和P1.3外接繼電器和蜂鳴器，P0口作為ADC0809的數(shù)據(jù)輸入口,P0和P2作為地址輸出口。

圖9 單片機(jī)部分電路圖 3.4輸出部分電路的設(shè)計和論證

輸出部分的電路由繼電器和蜂鳴器構(gòu)成。繼電器電路的工作過程：

由于繼電器是控制220VAC 的電壓，通過的電壓和電流相對較大，所以要選用功率較大的繼電器。在本課題的設(shè)計中使用的是12V 的繼電器。繼電器室通過三極管Q1來控制，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時，三極管截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開常閉觸點(diǎn)閉合，路燈被關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時，三極管導(dǎo)通繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開，路燈被打開。因?yàn)槔^電器在動作時會產(chǎn)生高電壓脈沖干擾信號。為了消除這種影響，在繼電器線圈的的兩端并聯(lián)一個蓄流二極管1N4148，二極管的正極接在線圈的附極，二極管的負(fù)極接在線圈的正極，當(dāng)

繼電器失電時電流從線圈的負(fù)極流向二極管的正極，然后再從正極流到二極管的負(fù)極，之后再次流到線圈的正極，這樣使線圈上存儲的能量最終消耗在線圈的內(nèi)部，達(dá)到保護(hù)其它部分電路的目的。

蜂鳴器電路的工作過程

當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時，由于采用的是PNP 型三極管，所以三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器蜂鳴。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時三極管出于截至狀態(tài)，蜂鳴器停止蜂鳴。在本部分電路中采用PNP 型三極管的原因是單片機(jī)輸出灌電流的能力要比輸出拉電流的能力強(qiáng)，所以采用PNP 型三極管是電流從外部流向單片機(jī)。

圖10 蜂鳴器部分電源電路圖 4.軟件設(shè)計 4.1程序流程

4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖

圖11 系統(tǒng)主程序流程圖 4.1.2傳感器子程序流程圖

4.2程序 4.2.1主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0030H MOV SP,#60H MAIN: CLR P1.2 SETB

P1.3 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH SETB ET0 SETB EA CLR TR0 MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 47H,#0 MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN0_address 圖12 傳感器子程序流程圖 MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOV A,@DPTR MOV 45H,A MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN1_address

MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOVX A,@DPTR MOV 46H,A LCALL DATA_PROCESS SETB TR0 MOV A,50H NEQ: CJNE A,#1,NEQ MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 50H,#0 SJMP MAIN 4.2.2定時器中斷子程序

;子程序名稱：定時器中斷程序INT_T0;入口參數(shù)：50H 定時器時間到標(biāo)志;子程序功能：完成中斷計時 INT_T0: MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH

INC 47H MOV A,47H CJNE A,#20,NEQ2 MOV 50H,#1 MOV 47H,#0 CLR TR0 NEQ2: RETI 4.2.3數(shù)據(jù)處理程序

;子程序名稱：DATA_PROCESS;入口參數(shù)：46H，47H;子程序功能：完成對數(shù)據(jù)的處理 DATA_PROCESS: MOV A,46H MOV B,#50 將亮度分為50個等級 DIV AB LCALL L_PROCESS 判斷開燈還是關(guān)燈子程序 MOV A,47H MOV B,#50

DIV AB 將聲音分為50個等級 LCALL V_PROCESS RET 4.2.4 ADC0809連續(xù)對2個通道采樣程序 MOV R0,#30H MOV R4,#02H MOV DPTR,#0C000H 選擇ADC0809的IN0輸入 LOOP: MOVX @DPTR,A 啟動AD 轉(zhuǎn)化 LOO : JB P1.3, LOO 用查詢方式等待轉(zhuǎn)換結(jié)束

MOVX A,@DPTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將數(shù)字量送入累加器A MOV @R0,A 數(shù)字量存入30H 單元中

MOV @R0 R0的內(nèi)容加1，指向下一單元 INC DPTR 修改模擬輸入通道 DJNZ R4,LOOP 8路未完，循環(huán) 5．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 5.1硬件調(diào)試

1．電源部分的調(diào)試

使用萬用表測量橋式整流電路的輸出端電壓是否在15V 到20V 之間，若在則說明橋式蒸餾部分是正常的，不在需要檢查各二極管的好壞及有無虛焊等，然后再去測量7812和7805的輸出電壓是否為12V 和5V。

2.單片機(jī)部分電路的調(diào)試

主要是測量單片機(jī)的電源紋波是否在控制范圍內(nèi)，單片機(jī)的晶振是否起振，復(fù)位電路是否正常工作等。

3.信號采集部分電路的調(diào)試

信號采集部分電路的調(diào)試比較繁瑣，需要有耐心調(diào)試，由于各種元器件的參數(shù)都有誤差，所以電路處理過的輸出信號可能不是嚴(yán)格的0—5V，而且電路中有兩個電位器，所以要將兩個電位器聯(lián)合調(diào)節(jié)。

5.2軟件調(diào)試

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計是研制過程中任務(wù)最繁重的一項(xiàng)工作，難度也比較大，對于某些較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，不僅要使用匯編語言來編程，有時還要使用高級語言。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件主要包括兩大部分：用于管理單片機(jī)系統(tǒng)工作的監(jiān)控 程序和用于執(zhí)行實(shí)際具體任務(wù)的功能程序。對于前者，應(yīng)盡可能利用現(xiàn)成單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控程序。為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，現(xiàn)代的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能相當(dāng)強(qiáng)，并附有豐富的實(shí)用子程序，可供用戶直接調(diào)用，例如鍵盤管理程序、顯示程序等。因此，在設(shè)計系統(tǒng)硬件邏輯和確定應(yīng)用系統(tǒng)的操作方式時，就應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)。這樣可大大減少軟件設(shè)計的工作量，提高編制程效率。后者要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求編寫程序，例如，外部數(shù)據(jù)采集、控制算法的實(shí)現(xiàn)、外設(shè)驅(qū)動、故障處理及報警程序等。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計千差萬別，不存在統(tǒng)一模式。開發(fā)一個軟件的明智方法是盡可能采用模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)軟件的總體構(gòu)思，按照先粗后細(xì)的方法，把整個系統(tǒng)軟件劃分成多個功能獨(dú)立、大小適當(dāng)?shù)哪K。應(yīng)明確規(guī)定各模塊的功能，盡量使每個模塊功能單一，各模塊間的接口信息簡單、完備，接口關(guān)系統(tǒng)一，盡可能使各模塊間的聯(lián)系減少到最低限度。這樣，各個模塊可以分別獨(dú)立設(shè)計、編制和調(diào)試，最后再將各個程序模塊連接成一個完整的程序進(jìn)行總調(diào)試。

系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)和解決程序錯誤，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。

程式序調(diào)試一般是一個模塊一個模塊地進(jìn)行，一個子程序一個子程序地調(diào)試，最后聯(lián)起來編統(tǒng)調(diào)，利用開發(fā)工具的單步和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查應(yīng)用系統(tǒng)的CPU 現(xiàn)場、RAM 和SFR 的內(nèi)容以及I/O口的狀態(tài)，來檢查程序的執(zhí)行結(jié)果和系統(tǒng)I/O設(shè)備的狀態(tài)變化是否正常，從中發(fā)現(xiàn)程序的邏輯錯誤、轉(zhuǎn)移地址錯誤以及隨機(jī)的錄入錯誤等，也可以發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計與工藝錯誤和軟件算法錯誤。在調(diào)試過程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到正確為止。聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常后，將軟件固化到EPROM 中，脫機(jī)運(yùn)行，并到生產(chǎn)現(xiàn)場投入實(shí)際工作，檢驗(yàn)其可靠性和抗干擾能力，直到完全滿足要求，系統(tǒng)才算研制成功。

6． 附 錄 K1 VCC VCC R? 4 R3 RES2 GND 3 L1 11 LM324 Q2 PNP R6 RES2 R? RES4 R4 R? 2 LAMP VCC 1 ADC0809_IN0 UIA R? 光光光光 R5 RES2 Q1 NPN RELAY-SPST VCC VCC VCC LED CU1 CU2 CU3 CU4 CU5 CU6 R4 RES4 L2 L1 R2 RES2 R? U1 L2 新余學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）1 2 3 4 5 6 7 8 u9 12MHZ R? R4 RES4 4 VCC SPEAKER C1 UIA P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 39 38 37 36 35 34 33 32 XTAL1 XTAL2 13 12 INT1 INT0 C2 15 14 T1 T0 MIC C6 0.1UF DW Q4 NPN 31 Q3 NPN 3 R9 6.2K 1 VCC 2 11 LM324 R10 RES2 ADC0809_IN1 VCC EA/VP X1 X2 RESET 9 RESET C3 17 16 R9 6.2K R8 S1 RD WR RXD TXD ALE/P PSEN 10 11 30 29 + 8051 R7 16K R1 R2 R12 RES4 ALE 5 U4 1 2 3 4 5 U3F ADC0809_ALE_START 6 7 12 13 8

D3 74LS04 ADC0809_OE 9 10 VCC ADC0809_CLK 11 12 ADC0809VREF 13 14 INT0 R7 10k D1 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC Vref+ GND D1 ADC0809 /RD IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 VrefD2 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 ADC0809_IN2 ADC0809_IN1 A9 A10 A11 ADC0809_ALE_START D7 D6 D5 D4 D0 12VGND D2 9 74LS04 U1A 2 /WR 3 1 AD_CS 74LS32 U1B 4 6 5 74LS32 74LS04 U3D 8 U3C 6 U1C 9 10 74LS32 U1D 12 13 74LS32 10 8 SD 2 D Q U2A 5 11 CLK 11 3 CD SD 4 12 21 19 18 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 21 22 23 24 25 26 27 28 D Q U2B 9 ADC0809_CLK CLK Q 8 CD U3A 1 74LS04 U3B 3 74LS04 2 ADC0809_ALE_START 1 74LS74 U3E RESET 11 10 4 ADC0809_OE 74LS04 13 Q 6 74LS74 新余學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）7.參 考 文 獻(xiàn) [1]楊恒,LED 照明驅(qū)動器設(shè)計步驟詳解:中國電力出版社.2010 [2]楊清德,LED 照明工程與施工:金盾出版社.2009 [3]王港元，電工電子實(shí)踐指導(dǎo).江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2009.[4]謝自美，電子線路設(shè)計、實(shí)驗(yàn)、測試.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2003.[5]趙志杰，集成電路應(yīng)用識圖方法.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.[6] 王慶有，光電傳感器應(yīng)用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 22

第三篇：LED照明燈具在軌道車輛上的應(yīng)用

LED照明燈具在軌道車輛上的應(yīng)用

技術(shù)工程部 宋玉慶 高夫基

摘要：本文簡述了LED照明燈具特點(diǎn)及應(yīng)用場合，重點(diǎn)介紹在軌道車輛客室照明系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)構(gòu)及可行性。

1.簡介

近年來，隨著以節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境為宗旨的綠色照明燈具的應(yīng)用。LED是Light Emitting Diode（發(fā)光二極管）的簡稱，早在上世經(jīng)60年代就已經(jīng)出現(xiàn)，80年代后在輔助、指示、信號等低照度的場合成功地廣泛應(yīng)用。從LED產(chǎn)生到現(xiàn)在，其能夠達(dá)到的最高光通量已經(jīng)增加了幾個數(shù)量級，目前達(dá)到了100lm以上，已逐漸開始成為白熾燈甚至熒光燈的實(shí)際替代品。

隨著軌道車輛的技術(shù)發(fā)展，客室照明要求相應(yīng)地日趨嚴(yán)格，LED作為一種新型的固態(tài)光源，正逐漸被應(yīng)用在客室照明系統(tǒng)中，將成為軌道車輛的新一代照明光源。

2.LED發(fā)光的原理及性能特點(diǎn) 電致發(fā)光原理

與其他二極管一樣，LED包含有一片半導(dǎo)體材料基片與雜質(zhì)相互滲秀或摻雜形成的pn結(jié)。穩(wěn)態(tài)時，極性相反的載流子（電子或空穴）因形成了空間電場無法穿過Dpn結(jié)。當(dāng)LED的pn結(jié)正向偏置時，電流可以正分容易地從P區(qū)（陽極）流向N區(qū)（陰極），但不能反向流動。當(dāng)電子空過PN結(jié)從N型材料進(jìn)P型材料時，電子和空穴的復(fù)合過程會產(chǎn)生光子。這一過程稱為電致發(fā)光。因此暴露的的半導(dǎo)體材料表面可以發(fā)光，這就是LED發(fā)光的原理。

燈具的作用

燈具是能起到分配、透過和改變光源的光的設(shè)備，包括除光源外所有用于固定和保護(hù)所需的全部零部件，必要時還可包括其與電源連接的線路附件。其具體作用是

1).合理地分配光，即將光源的光通量重新分配 2).防止光源或燈具所產(chǎn)生的眩光 3).提高光的利用率 4).保護(hù)光源免受損傷 5).美化和裝飾照明環(huán)境。

光學(xué)特性

燈具的光學(xué)特性主要由下列三特性決定。1).燈具效率

燈具效率是在規(guī)定條件下燈具所發(fā)出的光通量ΦL與燈具內(nèi)的全部光源在燈具外點(diǎn)燃時發(fā)射的總光通量Φs之比。以符號η表示。

η=ΦL/ΦS

燈具的效率愈高愈好，一般燈具的效率為0.7時屬于較高效率的燈具；如果燈具效率達(dá)到0.8，則屬于高效率燈具。燈具所用的材料影響燈具的效率，如采用高反射比和透射比的材料，則燈具效率提高甚大。效率也取決于燈具的出光口大小，出光口愈大，則效率愈高。此外燈具效率還取決于燈罩和反射器形狀的光學(xué)設(shè)計。

2).燈具的截光角和遮光角 燈具的截光角（γ）是在燈具垂直軸與剛好看不見高亮度發(fā)光體的視線之間的夾角。而遮光角是截光角的余角（α）。遮光角愈大，則眩光愈小。

3).配光曲線

燈具在空間各個方向上的光強(qiáng)分布情況，用配光曲線來描述。配光特性是衡量燈具光學(xué)特性的重要指標(biāo)。

在城軌車輛的客室照明實(shí)際應(yīng)用中，一般要求燈具光線均勻，不能有防礙視覺的眩光或閃光。同時照度均勻易于控制。在距地板面0.8米處的照度不低于300lx。

LED燈具特點(diǎn)

與軌道車輛上目前廣泛應(yīng)用日光燈相比，LED燈具的優(yōu)點(diǎn)是比較明顯的，作為新一代的照明光源，較其他照明光源，具有以下優(yōu)點(diǎn)：光效高、功率因素高、無頻閃、無紫外光、啟動快、壽命長、抗震性好、綠色環(huán)保。

第一，節(jié)能，在滿足同樣要求照度情況下，采用LED燈的功率僅為普通日光燈的1/2~1/3。節(jié)省效果是很明顯的。這一點(diǎn)在軌道車輛的客室照明系統(tǒng)，將再通過合理的電源選擇形式與應(yīng)急燈設(shè)置方式，可以在簡化線路與控制方式的同時，并大大減少照明系統(tǒng)輔助功率的需求。

第二，耐震性優(yōu)良，作為一種新型的固態(tài)光源確立了在機(jī)動車、軌道交通等車輛中應(yīng)用的絕對優(yōu)勢，目前汽車除前大燈外幾乎都由LED取代。

第三，維護(hù)簡單壽命長。一般普通日光燈的壽命在5000小時左右，由于軌道車輛的交流供電品質(zhì)影響，其實(shí)際壽命會更低。再加上因鎮(zhèn)流器、啟輝器等零件的故障造成車輛使用過程的維護(hù)保養(yǎng)方面花費(fèi)在照明系統(tǒng)的費(fèi)用與時間很大。而LED燈的壽命一般在30000小時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于日光燈的使用壽命，幾乎是軌道車輛系統(tǒng)壽命最長的零部件。而且LED燈采用直流恒壓供電，受電源品質(zhì)的影響也小得多。因此采用LED燈具會極大地減輕軌道車輛在照明系統(tǒng)的維護(hù)精力，提高整個車輛的可靠性。

第四，無頻閃效應(yīng)，照明品質(zhì)高。日光燈的閃爍頻率為電源頻率的兩倍。第五，啟動過程簡單、迅速，并且不會因頻繁啟動而損害LED的工作壽命。

第六，工作時動態(tài)范圍大，從3％工作電流～100％工作電流范圍內(nèi)可大幅度調(diào)光的特性，易實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)光節(jié)能，既節(jié)能又延長LED的使用壽命。這在上海地鐵3號線等有頻繁開關(guān)或調(diào)節(jié)亮度的應(yīng)用中具有絕對優(yōu)勢。

第七，LED供電電壓低，在普通照明中要設(shè)置電源轉(zhuǎn)換電路，使燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但是在軌道車輛上通過合理選擇客室照明系統(tǒng)的供電方式，會簡化照明系統(tǒng)的電氣設(shè)計及要求。

第八，LED燈具的制造和使用過程無重金屬污染，而且還能再利用，是具有綠色前景的新一代照明燈具。

3.LED照明燈具的結(jié)構(gòu)形式

LED作為軌道車輛的客室照明形式主要有三種方式

第一種方式最為簡單，制作外形結(jié)構(gòu)與原來熒光燈外形接口一致的LED燈具，直接替換下原來燈具。需要說明的是由于LED的工作方式與原來熒光類大不相同，電源部分需要重新設(shè)計，由于目前市場一般用的超高亮度LED單元，為直流12V或24V。所以這種熒光燈式LED燈在LED單元的背面均設(shè)有電源驅(qū)動轉(zhuǎn)換電路，將交流220V電源轉(zhuǎn)換成LED照明單元所需的直流電源。對于我們軌道車輛來說，因?yàn)檐囕v系統(tǒng)本身有24V的直流電源，因此可以對客室照明系統(tǒng)的供電電路重新進(jìn)行設(shè)計，直接使用車輛的24V系統(tǒng)供電，取消燈具本身的驅(qū)動電路，將會極大增強(qiáng)燈具的可靠性。這種燈管式的LED燈具由于受制于遮光角度問題，難以避免在燈罩背面產(chǎn)生暗區(qū)，目前還難以被廣泛應(yīng)用。但是，在已有車輛的節(jié)能改造中是優(yōu)選的易行方案。

圖2 熒光燈管式LED燈具

第二種方式是邊緣布置LED光源的平板照明形式，這種燈的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要有超高亮度LED燈帶、散熱片、彈性卡簧、平板燈體、封裝膠帶及電源線組成，一般的平板燈的厚度可以做到8mm或者更小，長度和寬度通過組合幾乎不受限制。這種結(jié)構(gòu)的平板燈體將導(dǎo)光板與擴(kuò)散板設(shè)計集于一體，因此不會產(chǎn)生牛頓環(huán)等現(xiàn)象。與通過將單個LED光源通過列組成的平面光源（深圳地鐵5號線）相比，這種結(jié)構(gòu)的簡單，散熱性良好，此外還可以很容易地與頂板或側(cè)頂板集成嵌入安裝，但是由于結(jié)構(gòu)布置上的限制燈具照度較低，導(dǎo)光板的選材上也必須保證其出光率高，光色純正，無眩光，無暗區(qū)，透光率在90%以上，據(jù)報道目前已有可用于LED熱管理系統(tǒng)冷卻組件的聚碳酸脂導(dǎo)光板。在軌道車輛的客室照明上邊緣布置LED光源的平板燈應(yīng)趨于設(shè)計成條狀燈具，可以沿客室縱向布置多條燈具，來擴(kuò)大燈具面積，滿足照度要求。

圖3 LED平板燈結(jié)構(gòu)示意圖

第三種方式是設(shè)計LED燈帶（國外稱Light Bar），安裝在原來的燈安裝位置。這種結(jié)構(gòu)的燈具進(jìn)行線狀設(shè)計，利用LED自身的出光方向性把有效的光投到客室內(nèi)部，出光的利用率高，散熱性好。從根本消除了把幾十顆、甚至上百顆LED串、并聯(lián)集成在很小的面積內(nèi)，造成散熱差，影響光效，抹殺了LED長處的缺點(diǎn)。能充分發(fā)揮LED發(fā)出的光束集中，不需要反射器聚光的長處，或通過利用平面鏡光學(xué)系統(tǒng)，在用較少LED發(fā)光單元情況下照亮很大的面積，同時LED燈帶的截面尺寸可以做得很小，如圖4所示。因此原有的安裝空間完合可以滿足。固定形式可以采用端部或者背部嵌入安裝皆可。

圖4 LED燈帶結(jié)構(gòu)示意圖

圖5雙排布置的燈帶結(jié)構(gòu)

5.LED照明燈具設(shè)計注意的問題

LED照明燈具以其節(jié)能耐振及高可靠性，很適合于在軌道車輛客室照明中的應(yīng)用，但是LED產(chǎn)品本身也有不可避免的缺點(diǎn)：

1）怕高溫，尤其散熱不好時，會造成光效低、使用壽命短，光衰快。2）怕超功率運(yùn)行，那怕是瞬時的超功率也會明顯影響使用壽命。

因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中，重視設(shè)計需求，從產(chǎn)品安全要求（結(jié)構(gòu)、IP等）、性能要求（包括配光要求），EMC（包括EMI和EMS）要求以及用戶使用的要求。采取適宜的措施，對照明系統(tǒng)的燈具、布置、電源、控制系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計，從整車匹配到緊急照明燈的啟用等進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃考慮。杜絕產(chǎn)品缺陷，確?？褪艺彰飨到y(tǒng)壽命與可靠性。才能體現(xiàn)LED的安全、高效和長壽特性。

雖然傳統(tǒng)光源的產(chǎn)熱量遠(yuǎn)高于LED光源，但不會因?yàn)楦邷囟档推涔廨敵?，然而LED的光輸出會因?yàn)榻Y(jié)溫升高而下降，因此散熱問題在LED燈具中設(shè)計中至關(guān)重要。結(jié)合我們軌道車輛的具體情況來看，LED燈具的布置上一般靠近空調(diào)風(fēng)道，因此這對燈具的散熱特性有所改善，使散熱通道短，熱阻小。

電源及控制電路的設(shè)計，電源方面要設(shè)置合理的恒流源供電電路，提高LED燈具的穩(wěn)定性，同時進(jìn)一步加強(qiáng)對照明電源的電流監(jiān)控手段，尤其在有調(diào)光要求的應(yīng)用情況下，提高的系統(tǒng)可靠性。

6.結(jié)論及建議

LED用于軌道車輛的客室照明中，可以減少照明系統(tǒng)的輔助功率需求，通過對照明系統(tǒng)電路的系統(tǒng)的綜合設(shè)計還能簡化整個照明系統(tǒng)的電氣線路，同時以其節(jié)能、高可靠、長壽命的特性將極大地減少客室照明系統(tǒng)燈具的維護(hù)，目前已在深圳5號線，北京14號線等車輛上逐步應(yīng)用，隨著LED照明技術(shù)迅速發(fā)展，此類產(chǎn)品必將以強(qiáng)大生命力更廣泛地應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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〔3〕王聲學(xué)

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