模拟路灯控制论文

淮北师范大学第五届“挑战杯”大学生课外学术科技

作品设计报告

项目名称：模拟路灯控制系统

内容摘要

本系统采用cyclone ii作为模拟路灯控制系统的核心。由光敏反馈电路、键盘输入、LED灯电路构成LED指示灯电路。采用光敏电阻感应外部环境亮暗的变化以及检测LED灯的状态，利用红外热式传感器检测路上信息，RF905无线发射与接收控制路灯亮灭，以及控制LED等的亮度。比较合理的利用现有元件达到比较好的控制效果，并且能直观的显示当前路灯状态。

关键词：cyclone ii最小系统 RF905无线发射与接收红外热式传感。

目录

一．引言 (4)

二．方案设计要求 (4)

(一).设计任务 (5)

(二).设计要求 (5)

(一).系统模块 (5)

1.无线模块 (5)

2.光敏模块 (5)

3.红外感应模块 (5)

三．电路分析 (5)

(一).光敏模块电路图 (5)

(二).无线模块图 (5)

(三).位置模块 (6)

(四).红外感应模块 (6)

(五).主控程序流程图 (7)

四．技术参数与分析 (9)

(一).光敏模块 (9)

(二).位置模块 (9)

(三).红外感应模块 (9)

(四).无线模块 (10)

(五).LED灯亮度调节 (10)

五.程序设计 (10)

(一).路灯控制原理图 (10)

(二).LED亮度调节程序 (11)

(三).按键控制程序 (12)

(四).RF905无线模块程序 (12)

六．结论 (16)

参考文献 (16)

模拟路灯控制系统

路灯，已成为我们的城市、我们的生活必不可少的一部分。“华灯初上”时，是谁为你照亮前方的路，让你的脚步没有彷徨？是路灯！这么广泛的应用在平凡中凸显了路灯的重要，而且现在的路灯的自动控制还不是最理想的状态，所以尝试做一个模拟路灯控制系统。

自动控制所追求的是能源的节约、生活的方便、以及去完成人工不能或不方便完成的工作等。现在的路灯大多是点亮就是亮一夜，哪怕有几段时间，没有行人或者是车辆通过也是一样的，这就造成的电能的浪费。如此广泛应用的公共设施，就算一路灯每天浪费一度电，这样累加起来是一个多么庞大的电力能源啊！所以，这个模拟路灯控制系统主要解决的问题是节约电能！本着这个目的，这个模拟路灯控制系统的控制要求是:

二.方案设计要求

(一).设计任务

设计并制作一款简易的LED路灯。要求根据光线亮度控制路灯亮灭和热式红外感应控制灯的亮度；用无线方式控制灯的亮灭。

(二).设计要求

(1).能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。

(2).能根据交通情况自动调节亮灯状态。

(3).无线终端控制路灯亮灭。

(4).控制LED灯亮度。

(三).系统模块化

1.无线模块

方案采用RF905无线发射与接收，控制路灯的亮灭状态；模块具有体积小，距离远，低功耗，通信稳定，抗干扰型强。

2.光敏模块

方案采用光敏电阻自己制作的光电传感器。光敏电阻的阻值可以随周围环境光线的变化而变化。阻值会发生明显的变化。将阻值的变化直值通过比较器就可以输出高低电平。它具有灵敏度高，误差极小，感应距离很长等优点。

3. 红外感应模块

方案人进入感应范围输出高电平，离开感应范围后输出低电平。当感应到高电平

后，在延时时间段内，如果有人在感应范围内，降一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。

三.电路分析

（一）.光敏模块

光敏电阻是一种典型的光电导器件。所谓光电导效应是表示材料（或器件）受到光辐射后，材料（或器件）的电导率发生变化。光敏电阻具有灵敏度高，光谱特性好，使用寿命长，稳定性高，无极性之分，使用方便，体积小以及制造工艺简单等特点。基于此，在本系统中的光控部分才有了光敏电阻。

LM393作为比较电路，2脚作为基准电压，3脚接输入电压，1脚接I/O口，作为标志位，控制路灯（LED灯）的亮灭。

图1 光敏模块

（二）.无线模块

采用RF905无线发射与接收，实现远程控制路灯亮灭。RF905具有体积小，低功耗，抗干扰性强，通信稳定等优点。

图2 RF905引脚号

图3 RF905无线模块

（三）.位置模块

当物体到S点时红外热式感应感应到物体，LED灯点亮；到B点后，感应不到物体，LED灯灭。

图4 位置模块

（四）.红外感应模块

自动感应：人进入感应范围输出高电平，离开感应范围后输出低电平。

图5 红外感应范围

触发方式：当感应到高电平后，在延时时间段内，如果有人在感应范围内，降一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平。

图6 红外感应示意图

（五）.主控制程序流程图

图7 程序流程图

开始

光敏模块中的光敏电阻

有光 初始化

控制器

无光

物体移动

去A 去B 灯亮

灯灭

PWM

灯

灯灭 灯亮

四.技术参数与分析

(一).光敏模块

1.挡住/光照光控路灯电路中的光敏电阻，模拟黑天/白天，观察此灯能否自动开/关。

2.分析：有光时，光敏电阻阻值减小，光控路灯电路输出高电平，电路控制路灯熄灭；无光时，光敏电阻阻值恢复，光控路灯电路输出低电平，电路控制路灯点亮。

3.用途：光线亮度检测,光线亮度传感器，智能小车寻光模块。

4.模块特色：

(1).采用灵敏型光敏电阻传感器

(2).比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA。

(3).配可调电位器可调节检测光线亮度

(4).工作电压3.3V-5V

(5).输出形式：数字开关量输出（0和1）

(6).设有固定螺栓孔，方便安装

(7).使用宽电压LM393比较器

(二).位置模块

1.移动物体由A到B，观察LED灯的亮灭情况。

2.分析：当物体移动到A时，红外感应检测到信号输出高电平，控制路灯点亮，离开B后，红外感应不到信号输出低电平，系统控制路灯灭。

(三).红外感应模块

1.技术参数：

(1).工作电压：DC5V至20V

(2).静态功耗：65微安

(3).电平输出：高3.3V，低0V

(4).延时时间：可调(0.3秒~18秒)

(5).封锁时间：0.2秒

(6).触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H

(7).感应范围：小于120度锥角，7米以内

(8).工作温度：-15~+70度

(四).无线模块

1.NRF905基本特点:

(1).接收发送功能合一，收发完成中断标志

(2).433/868/915工作频段，433MHZ开放ISM频段免许可使用

(3).发射速率５０KBPS，外置433天线，空旷通讯距离可达300米左右，室内通信3-6层可实现可靠通信，抗干扰性能强，很强的扰障碍穿透性能。

(4).每次最多可发送接收32字节，并可软件设置发送/接收缓冲区大小2/4/8/16/32字节

(5).170个频道，可满足多点通讯和跳频通讯需求，实现组网通讯，TDMA-CDMA-FDMA

(6).内置硬件8/16位CRC校验，开发更简单，数据传输可靠稳定。

(7).1.9-3.6V工作，低功耗，待机模式仅2.5uA.

(8).内置SPI接口，也可通过I/O口模拟SPI实现。最高SPI时钟可大10M

(五).LED灯亮度调节

通过软件编程PWM波的方法控制LED等的亮度情况。

五.程序设计

(一).路灯控制原理图

图8 程序原理图

(二).LED灯亮度调节程序

module pwm(

clk,rst_n,

pwm,

hw,gm,key

);

input hw;

input gm;

input key;

input clk;

input rst_n;

output pwm;

wire pwm1;

wire pwm2;

wire pwm3;

reg pwm;

reg [19:0] cnt;

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n) cnt <= 0;

else

if(cnt < 20'd500000)cnt <= cnt + 1'b1;

else cnt <= 0;

end

assign pwm1 = (cnt < 20'd25000 ) ? 1 : 0; assign pwm2 = (cnt < 20'd125000 ) ? 1 : 0; assign pwm3 = (cnt < 20'd500000 ) ? 1 : 0;

always @(key,gm,hw)

if(key) pwm <= pwm2;

else if(gm & ~hw) pwm <= pwm1;

else if(gm & hw) pwm <= pwm3;

else if (~(gm | hw | key)) pwm <= 0;

endmodule

(三).按键控制程序

module jk(key,dout);

input key;

output dout;

//reg dout1;

//reg dout2;

reg cnt;

wire dout;

always @(negedge key)

if(!key)

begin

//dout1 <= 1'b1;

cnt = cnt + 1'b1;

end

assign dout = ~cnt;

/*

always @(negedge cnt)

if(!cnt)

dout2 <= dout2 + 1'b1;

assign dout = dout1 & ~dout2 ;

*/

endmodule

(四).RF905无线模块程序

nRF905的驱动程序

module wuxian(

clk,rst_n，

MOSI,MISO,SCK,CS_n,

AM,DR,CD,PWR,TX_EN,TRX_CE,

LED,

KEY,

);

input KEY; //发送数据

//input

input clk; //系统时钟 50MHz;

input rst_n；//系统复位;

//SPI总线接口

input MOSI; //nRF905输入信号

output MISO; //SPI输出

output SCK; //时钟使能

output CS_n; //片选使能

//nRF905接口

input AM; //地址检测

input DR; //接收或发送数据完成

input CD; //载波检测

output PWR; //芯片上电

output TX_EN; //芯片工作模式

output TRX_CE; //模式切换

output LED; //低电平点亮

//---------端口寄存器定义

reg PWR;

reg DR;

reg AM;

reg CD;

reg MISO;

reg SCK;

reg CS_n;

reg TX_EN;

reg TRX_CE;

reg LED;

//------------nRF905控制字------------ parameter WC = 8'b0000_0000; //0x00 parameter RC = 8'b0001_0000; //0x10 parameter WTP = 8'b0010_0000; //0x20 parameter RTP = 8'b0010_0001; //0x21 parameter WTA = 8'b0010_0010; //0x22 parameter RTA = 8'b0010_0011; //0x23 parameter RRP = 8'b0010_0100; //0x24

//-----------nRF905寄存器配置---------- parameter RFConf1 = 8'b0000_0000; //0x00 parameter RFConf2 = 8'b0100_1100; //0x4c parameter RFConf3 = 8'b0000_1100; //0x0c parameter RFConf4 = 8'b0100_0100; //0x44

parameter RFConf5 = 8'b0000_0100; //0x04

parameter RFConf6 = 8'b0000_0100; //0x04

parameter RFConf7 = 8'b1100_1100; //0xcc

parameter RFConf8 = 8'b1100_1100; //0xcc

parameter RFConf9 = 8'b1100_1100; //0xcc

parameter RFConf10 = 8'b1100_1100; //0xcc

parameter RFConf11 = 8'b0101_1000; //0x58

// 分频时钟--- 12MHz

reg [1:0] cnt;

wire clk_div;

always @(posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) cnt <= 2'd0;

else

cnt <= cnt + 1'b1;

always @(posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) clk_div <= 0;

else

if(cnt == 2'b11) clk_div <= ~clk_div;

//-------650us and 3ms delay

reg [19:0] cnt1；

always @(posedge clk or negedge rst_n)

begin

if(!rst_n) cnt1 <= 20'd0;

else if(nsnate == IDLE) cnt1 < cnt1 + 1'b1;

else cnt1 <= 0;

end

wire delay_3ms = (cnt1 == 20'd200000) ;

wire delay_650us = (cnt1 == 20'd50000) ;

//nRF905的SPI总线传输控制

//状态参数定义

parameter IDLE = 4'd0; //空闲状态

parameter START = 4'd1; //系统的初始化

parameter

//----------------------

reg [3:0] cstate;

reg [3:0] nstate;

//状态迁移

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

if(!rst_n) cstate <= IDLE;

else cstate <= nstate;

always @(cstate or ) //敏感列表 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

case(cstate)

IDLE: if(delay_3ms)nstate <= START; //初始化状态

else nstate <= TSUDL;

TSUDL: nstate = //开始初始化寄存器

//-----------------写WC配置字-------------------

//初始化

always @ (posedge clk or negedge rst_n)

begin

if(!rst_n)begin

CS_n <= 1'b1;

SCK <= 1'b0;

PWR <= 1'b1;

TX_EN <= 1'b0;

TRX_CE <= 1'b0;

end

else

if(nstate == IDLE)begin

CS_n <= 1'b1;

SCK <= 1'b0;

PWR <= 1'b1;

TX_EN <= 1'b0;

TRX_CE <= 1'b0;

end

else

if(nstate == TSUDL) CS_n <= 0;

else

if(nstate == RX)begin //接收状态初始化!!!!Warning:状态初始化后需要延时650us

TX_EN <= 1'b0;

TRX_CE <= 1'b1;

end

else

if(nstate == TX)begin //发送状态初始化 !!!!Warning:状态初始化后需要延时650us

TX_EN <= 1'b1;

TRX_CE <= 1'b0;

end

end

六.结论

在经过模拟路灯控制系统的设计与制作后，感触最深的是解决问题的方法、技巧。在这个过程中，我遇到许许多多问题，对待问题要多方法处理，多角度处理。这不但增强了实践能力，而且懂得了联系实际的重要性，我坚信这对以后的学习和工作会有极大的帮助。当然，我的设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中进一步提高。

参考文献

[6]吴厚航.爱上FPGA开发-特权和你一起学NIOS II.北京：航空航天大学出版社

[7]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程.第二版.北京：航空航天大学出版社

[1] Nios II Processor Reference Handbook.pdf.https://www.360docs.net/doc/f63402413.html,

[2]Nios II Software Developer’s Handbook.pdf.https://www.360docs.net/doc/f63402413.html,

[3]Quartus II Handbook,Volume 4:SOPC Builder.pdf.https://www.360docs.net/doc/f63402413.html,

[4]Quartus II Handbook,Volume 5:EmbeddedPeripherals.pdf.https://www.360docs.net/doc/f63402413.html,

[5]Cyclone II Device Handbook,Volume 1.pdf.https://www.360docs.net/doc/f63402413.html,