基于NiosⅡ嵌入式软核的隧道照明控制系统设计

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高速公路隧道属于特殊路段,隧道洞内外环境差别非常大,需要在隧道内设置照明,以消除司机的“暗适应”与“明适应”视觉问题,保证隧道行车安全。而当前的大部分高速公路隧道照明控制系统简单,照明光源舒适度不高,无法根据洞外环境亮度实时调节隧道洞内照明亮度,存在盲目加大隧道照明的亮度的问题,给行车安全带来隐患,造成能源浪费,不符合设计规范和国家节能的政策要求。本文介绍了当前隧道照明的发展及照明灯具智能控制的研究状况,针对当前隧道照明的控制系统存在的问题,设计了基于NiosⅡ嵌入式软核的隧道照明控制系统。本系统主要应用于中小型隧道,具有调光精准、节能省电的特点。可以实现的功能为:根据隧道外光照强度的变化对隧道内照明进行实时连续调光,实现隧道内光照强度的平滑过渡;自动故障检测,一旦灯具出现故障可直接将故障灯编号显示在液晶触控屏上;夜间模式下隧道内有无车辆检测,当无车辆通过时照明灯具全线关闭。根据隧道照明控制系统的功能要求,将本系统分为隧道外控制系统和隧道内照明灯具终端两部分来分别设计。隧道外照明系统主要包括内嵌于FPGA芯片的NiosⅡ软核控制器、光强传感器、车辆传感器与液晶触控屏。隧道内照明灯具终端包括LED颗粒阵列、LED驱动电路、灯具故障检测电路以及C8051F330D控制终端。NiosⅡ内核控制器与C8051F330D控制终端通过RS485总线进行通信,传递调光信息与故障信息。本文介绍了以上各电路的设计思路和电路设计的实现原理,对电路主要器件的选型,所使用器件的结构、性能特点以及主要技术参数的选择和计算都进行了详细的说明,并且给出了每部分电路的详细电路原理图。软件部分对隧道外控制系统和隧道内照明灯具终端两部分的软件设计方法、流程及所实现的功能都进行了详细地描述。隧道外控制器实现了NiosⅡ内核控制器在FPGA中的嵌入,设计了串口、I2C总线等模块,在驱动程序的基础上,根据隧道照明控制系统的实际功能需求,编写了相应的应用程序。隧道内C8051F330D控制终端通过软件实现了占空比可调的PWM输出以及故障信号的处理与传送。最后,总结了本论文的主要内容,同时指出了设计中的不足和改进。
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