UCOSII照明系统设计.docx

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UCOSII照明系统设计

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专业课程设计

基于μC/OSⅡ的照明系统设计

学院：

工学院

专业班级：

姓名：

学号：

小组成员：

指导教师：

完成日期2016年9月

目录

1引言1

1.1课程设计目的2

1.2本论文章节安排2

2总体方案与设计3

2.1任务分析3

2.2方案设计3

2.2.1硬件设计3

2.2.2软件设计4

3系统硬件设计5

3.1光敏传感器模块5

3.2蜂鸣器模块6

3.3LCD显示屏模块7

3.4DS18B20温度传感器模块9

4系统软件设计10

4.1μC/OSⅡ操作系统10

4.2软件任务设计11

5调试结果及性能分析13

5.1调试过程13

6设计总结14

参考文献15

附录16

1引言

照明工具是人们日常生活、工作以及学习中必不可少工具之一。

随着人民生活水平的不断提高，人们对工作和生活环境的要求越来越高，同时对照明系统的要求也越来越高。

照明领域的能源消耗在总的能源消耗中占了相当大的比例，节约能源和提高照明质量是当务之急。

照明用电作为电力消耗的重要部分，已经占到了电力消耗的10%左右，并且随着我国国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，照明用电还将不断增加。

传统照明技术受到了强烈冲击。

一方面，由于信息技术和计算机的发展对照明技术的变化提供了技术支撑；另一方面，由于能源的紧缺，国家对照明节能越来越重视，新型的照明技术得以迅速发展，以满足使用者节约能源、舒适性、方便性的要求。

μC/OS-II是一种基于优先级的抢占式多任务实时操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步（信号量，邮箱，消息队列）和内存管理等功能。

它可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。

μC/OS-II是一个完整的、可移植、可固化、可裁剪的抢占式实时多任务内核。

μC/OS-II已经在世界范围内得到广泛应用，包括很多领域，如手机、路由器、集线器、不间断电源、飞行器、医疗设备及工业控制上。

实际上，μC/OS-II已经通过了非常严格的测试，并且得到了美国航空管理局（FederalAviationAdministration）的认证，可以用在飞行器上。

这说明μC/OS-II是稳定可靠的，可用于与人性命攸关的安全紧要（safetycritical）系统。

除此以外，μC/OS-II的鲜明特点就是源码公开，也便于移植和维护。

多任务系统中，内核负责管理各个任务，或者说为每个任务分配CPU时间，并且负责任务之间的通讯。

内核提供的基本服务是任务切换。

μC/OS-II可以管理多达64个任务。

由于它的作者占用和保留了8个任务，所以留给用户应用程序最多可有56个任务。

赋予各个任务的优先级必须是不相同的。

这意味着μC/OS-II不支持时间片轮转调度法（round-robinscheduling）。

μC/OS-II为每个任务设置独立的堆栈空间，可以快速实现任务切换。

μC/OS-II近似地每时每刻总是让优先级最高的就绪任务处于运行状态，为了保证这一点，它在调用系统API函数、中断结束、定时中断结束时总是执行调度算法，μC/OS-II通过事先计算好数据简化了运算量，通过精心设计就绪表结构使得延时可预知。

1.1课程设计目的

基于对用户照明需求以及方便程度的调查，建立了“智能照明灯”模型.此款“智能灯”可以根据光强改变自己的运行状态，为人们的生活提供方便。

本文简要介绍了以实时操作系统μC/OS-II为基础的智能灯的硬件设计方案，详细介绍了其软件的实现过程，并给出了主函数源代码，最后介绍了本智能照明系统的优势所在。

1.2本论文章节安排

针对本论文《基于μC/OSⅡ的照明系统设计》，本文章节安排为：

第一章介绍μC/OSⅡ系统和课程设计目的。

第二章主要介绍照明系统的总体方案设计。

第三章主要介绍照明系统的硬件部分设计。

第四章是本次论文的重点，介绍照明系统两个任务的软件部分设计。

第五、六章为系统调试以及个人对本次课程设计的感想。

最后是本论文的参考文献和附录代码。

2总体方案与设计

2.1任务分析

本次设计基于MINISTM32F103开发板，通过移植μC/OSⅡ操作系统，在该系统上主要建立两个任务，第一个任务是利用光敏传感器所感应到的光照强度，通过ADC模块进行模数转换，在LCD显示屏上显示出来，光强越大电压越小，同时设定为根据光照强度变化的电压条件小于2v时利用蜂鸣器进行报警并使LED红灯长亮；任务二是通过DS18B20温度传感器感应温度变化，在温度达到30摄氏度的时候报警使LED绿灯闪烁，这两个任务互相独立，最终实现基于μC/OSⅡ的照明系统设计。

2.2方案设计

2.2.1硬件设计

如图2.1为照明系统硬件部分的结构设计框图。

MINISTM32

光敏传感器

μC/OSⅡ操作系统

蜂鸣器

DS18B20温度传感器

ADC转换模块

图2.1系统设计结构图

2.2.2软件设计

MINISTM32开发板

系统初始化

μC/OSⅡ操作系统

任务一

任务二

DS18B20测温度

光敏测光强

模数转换

是是

LED1闪烁

蜂鸣器报警

LED0长亮

图2.2系统运行流程图

如图2.2为系统整体运行的流程图。

3系统硬件设计

3.1光敏传感器模块

光敏传感器内装有一个高精度的光电管,光电管内有一块由”针式二管”组成的小平板,当向光电管两端施加一个反向的固定压时,任何光了对它的冲击都将导致其释放出电子,结果是,当光照强度越高,光电管的电流也就越大,电流通过一个电阻时,电阻两端的电压被转换成可被采集器的数模转换器接受的0-3.3V电压,然后采集以适当的形式把结果保存下来简单的说，光敏传感器就是利用光敏电阻受光线强度影响而阻值发生变化的原理向机器人主机发送光线强度的模拟信号。

光敏电阻器又叫光感电阻，其工作原理是基于内光电效应。

光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

它是基于半导体光电效应工作的。

图3.1光敏传感器模块

光敏传感器原理图如图3.1。

光敏电阻无极性，纯粹是一个电阻元件。

使用时可以加直流电压，也可以加交流电压。

光敏电阻的工作原理：

光照时，电阻很小；无光照时，电阻很大。

光照越强，电阻越小；光照停止，电阻又恢复原值。

光谱范围：

从紫外线区到红外线区。

优点：

灵敏度高，体积小，性能稳定，价格较低。

光敏电阻不受光照时的电阻称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

在受到光照时的电阻称为亮电阻，此时电流称为亮电流。

暗电阻越大越好，亮电阻越小越好。

3.2蜂鸣器模块

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。

蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电

磁式蜂鸣器两种类型。

在该设计中主要用到的是有源蜂鸣器，这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。

也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要通电就会叫而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。

必须用2K-5K的方波去驱动它有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。

图3.2有源蜂鸣器原理图

如图3.2有源蜂鸣器原理图所示，一般驱动蜂鸣器的方法有两种：

一种是PWM输出口直接驱动，另一种是利用I/O定时翻转，电平产生的驱动波形对蜂鸣器进行驱动。

通常为了增加驱动能力使蜂鸣器响声更大，可加三极管驱动。

蜂鸣器的实物图如图3.3所示,控制蜂鸣器的端口为PA12引脚，当PA12引脚输入低电平时，蜂鸣器会鸣叫。

由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于MCU的I/O是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，其中的三极管Q1（8050）就是用来放大电流以驱动蜂鸣器的。

图3.3有源蜂鸣器实物图

3.3LCD显示屏模块

ALIENTEKMiniSTM32开发板载有目前比较通用的液晶显示模块接口，还有其比较有特色的兼容性接口，不仅支持ALIENTEK各种尺寸（2.4、2.8、3.5、4.3、7寸等）的TFTLCD，还支持OLED显示器。

同时，该接口支持电阻触摸屏以及电容触摸屏等不同类型的触摸屏接口，其原理图如图3.4所示。

TFT_LCD是一个通用的液晶模块接口。

OLED是一个给OLED显示模块供电的接口，它和TFT_LCD拼接在一起。

当使用TFTLCD时，我们接到TFT_LCD上（靠右插）就可以了，而当我们使用ALIENTEK的OLED模块时，则接OLED排针做电源，同时会连接到TFT_LCD上（靠左插）的部分管脚，从而实现OLED与MCU的连接。

ALIENTEKMiniSTM32的LCD接口兼容ALIENTEK各种尺寸的TFTLCD模块，包括：

2.4寸（320*240，电阻屏）、2.8寸（320*240，电阻屏）、3.5寸（480*320，电阻屏）、4.3寸（800*480，电容屏）、7寸（800*480，电容屏）等，同时还兼容ALIENTEK的0.96寸OLED模块。

彩色LCD显示器：

对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。

通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。

这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。

图3.4LCD显示模块

LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。

CRT显示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以调整，但LCD屏只含有固定数量的液晶单元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示（每个单元就是一个像素）。

为了创造更优质画面构造，新技术采用了用独有TFT型Active素子进行驱动。

大家都知道，异常复杂的液晶显示屏幕中最重要的组成部分除了液晶之外，就要数直接关系到液晶显示亮度的背光屏，以及负责产生颜色的色滤光镜。

在每一个液晶像素上加装上了Active素子来进行点对点控制，使得显示屏幕与全统的CRT显示屏相比有天壤之别，这种控制模式在显示的精度上，会比以往的控制方式高得多，所以就在CRT显示屏会上出现图像的品质不良，色渗以及抖动非常厉害的现象，但在加入了新技术的LCD显示屏上观看时其画面品质却是相当赏心悦目的。

随着技术的日新月异，LCD技术也在不断发展进步。

目前各大LCD显示器生产商纷纷加大对LCD的研发费用，力求突破LCD的技术瓶颈，进一步加快LCD显示器的产业化进程、降低生产成本，实现用户可以接受的价格水平。

3.4DS18B20温度传感器模块

温度传感器是利用一些金属、半导体等材料与温度有关的特性而制成。

这些特性包括热膨胀、电阻、电容、磁性、热电势、热噪音、弹性及光学特性等[4]。

DS18B20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有LTM8877，LTM8874等。

主要根据应用场合的不同而改变其外观。

封装后的DS18B20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。

耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用各种狭小空间设备数字测温和控制领域