根据AVR的太阳能高速公路智能电子显示屏规划

一、项目概述

1.1 导言

近几年来，跟着我国国民经济的快速增长，电子信息类产品得到日新月异的开展，五花八门的电子信息类产品渗透到社会的各个领域，给人们的日子带来了便当。可是电子产品在给人们的日子带来方便、便当、高效的一起，也存在过度耗费现有动力和环境污染的问题，因而，怎么运用技能立异，大力开展环保、节能的电子产品，已成为电子信息职业的首要问题。本项目就是在这一大环境下，经过运用太阳能技能装备动力供应，融入立异思想，有效地到达了环保节能与立异的意图。

1.2 项目布景/选题动机

现在，LED电子显现屏被广泛的运用在高速公路的信息提示牌中，作为新一代的信息显现东西LED电子显现屏以其无与伦比的优势显现出了极大的魅力。可是关于高速公路上LED电子显现屏的运用存在如下问题：① LED电子显现屏耗电量大，为了确保LED电子显现屏的正常显现作用，大部分状况下要经过焚烧很多的化石动力发生满足的电量，造成了环境污染；② 高速公路上车流量相对较小，LED电子显现屏现行的全天候作业形式使其在没有车辆经过期仍然作业，造成了不必要的能量丢失；③ 高速公路路程长，周围环境空阔，有必要经过长间隔的供电电缆给每一个LED电子显现屏供电，增加了工程的本钱。

为了到达环保、立异的要求，本规划依据ATMEGA128单片机，合作太阳能电池板和超声波传感器完结了对高速路电子显现屏的智能化操控。规划中经过太阳能电池板将太阳能转化为电能作为整套设备的动力，到达了环保的意图；一起在规划中融入立异思想，运用超声波传感器对间隔屏必定区域处的车辆进行检测，完结了区域内“有车屏亮，无车屏灭”，到达了立异的意图。才外该规划还将依据周围环境的亮度对电子显现屏做16级亮度调整。

二、需求剖析

2.1 功用要求

1．整套体系由太阳能供电，不需要外接电源；

2．对必定区域内的车辆进行检测，有车屏亮，无车屏灭；

3．依据外部环境的亮度对显现屏进行实时的亮度调整；

5．内嵌LCD和键盘完结功用调整；

2.2 功用要求

1．无光照环境下体系接连运转10天；

2．牢靠检测速度在200km/h以下的小型车辆；

3．任何光强下可明晰阅览电子屏内容；

4．时刻精度到达±2分钟/年；

三、方案规划

3.1 体系功用完结原理

图1 体系结构框图

如图1所示为该体系结构框图。由框图能够看出该体系能够分为上下两个部分：① 上半部分由太阳能供电副模块、ATMEGA8、超声波传感器和无线发射组成，整个上半部分合称为超声波检测模块；② 下半部分由ATMEGA128、无线接纳、太阳能供电模块、LED显现模块、LCD调整模块和时钟模块组成，整个下半部分合称为主控模块。

规划中各个部分的作用为：① ATMEGA128担任收集无线接纳、LCD调整模块和时钟模块的信息，经处理后对LED显现模块做出相应的调整；② 超声波检测模块检测间隔LED电子屏200处车辆的状况并向主控模块发送相应的信息；③ 太阳能供电模块贮存太阳能作为整套体系的动力；④ LED显现模块显现时刻和提示信息；⑤ LCD调整模块经过按键对体系进行参数的设定；⑥ 时钟模块供给当时时刻。

该体系作业原理为：在间隔LED电子显现屏200米处架起超声波传感器，当没有车辆经过期，超声波每次发射和回来的时刻坚持不变，超声波检测模块不会像主控模块发送信号，此刻的LED电子显现屏处于封闭状况，LCD屏上显现无车辆并显现当时时刻；当200米区域处有车辆经过期，超声波发射和回来的时刻变短，此刻超声波检测模块向主控模块发送信号，当主控模块接纳到此信号时，首先在LED显现屏上显现时刻然后刷屏显现提示信息，并在LCD屏上显现有车经过和LED屏已点亮的时刻。作为整套体系的动力由太阳能供电模块供给，当外界光线较强时，太阳能转化的电能一部分作为体系的动力，一部分贮存在锂电池中；当外界光线较弱时，则体系动力悉数由锂电池供给。

3.2 硬件渠道选用及资源装备

1．ATMEGA128

选用ATMEGA128单片机作为操控中心，该单片机有64个引脚，片内有128KB的FLASH和4KB的SRAM，支撑中止、定时器和模数转化等功用，支撑ISP下载、JTAG调试，其功用强大足以满足本规划的要求。

在该规划中ATMEGA128首要完结以下四个功用：① 运用ATMEGA128的中止功用接纳超声波检测模块发来的车辆检测信号，当接纳到此信号时触发中止，在LED上显现出时刻和提示信息；② 运用ATMEGA128的模数转化功用检测周围环境的亮度，依据周围环境的亮度对LED电子显现屏亮度做出实时的调整；③ 运用ATMEGA128的I/O口接纳LCD调整模块的调整信息，及时对体系的各项参数进行调整；④ 此外ATMEGA128还用于收集时钟模块的计时信息，以对LCD屏上的信息作出及时的更新。

2．超声波检测模块

图2 超声波检测模块框图

如图2所示，为该体系的超声波检测模块框图。该部分由ATMEGA8、无线发射、超声波传感器和太阳能供电副模块组成。之所以选用ATMEGA8，是因为在此模块中功用相对主控模块比较简单，而ATMEGA8与ATMEGA128比较功用上并没有削减，一起其内部的FLASH和SRAM也满足此模块运用，一起选用ATMEGA8节省了本钱，简化了电路的规划。该部分首要对间隔LED电子显现屏200米区域处的车辆进行检测，当有车经过期发生检测信号，该信号经无发射部分传送给主控模块。

规划中各个部分的作用为：① ATMEGA8负操控超声波传感器和无线发射的作业状况；② 无线发射用于向主控模块发送车辆检测信号；③ 超声波传感器向外发射超声波，遇到障碍物时回来；④ 太阳能供电副模块担任为该部分供给动力。

该模块作业原理为：超声波传感器向外发射超声波，当超声波遇到障碍物时回来，在程序中计算该次超声波发射和回来的时刻，并将此刻刻保存起来；当区域内没有车辆经过期，超声波每次发射和回来的时刻坚持不变，ATMEGA8对此不做处理，超声波传感器持续向外发射超声波，当有车辆经过期，超声波发射和回来的时刻变短，此刻ATMEGA8将车辆信号送往无线发射部分，经无线发射发送至主控模块。

3．太阳能供电模块

图3 太阳能供电模块框图

如图3所示为该体系中的太阳能供电模块框图。该模块首要是将太阳能转化为电能，为整套体系供给动力。由太阳能电池板、DC/DC降压模块、脉冲充电模块、锂电维护模块、锂电池和同步整流升压模块组成。

规划中各个部分的作用为：① 太阳能电池板担任收集太阳光，将太阳能转化为电压输出；② DC/DC降压模块用于对太阳能电池板的输出电压进行降压；③ 脉冲充电模块用于对规划中的锂电池充电；④ 锂电池维护模块对锂电池进行充电时的维护，延伸锂电池的寿数；⑤ 锂电池用于贮存电能和为体系供给动力；⑥ 同步整流升压模块对锂电池的电压升压，以供整套体系运用。

该模块作业原理为：太阳能电池板收集太阳光，将光能转化为电压输出，该电压经DC/DC降压模块之后输出安稳的5V电压，之后经过脉冲冲模块对锂电池进行充电。当外界光线很强时，太阳能电池板发生的电流较大，此刻该电流一部分用于给锂电池充电，另一部分经过同步整流升压模块之后给整套体系供给动力，而当外界光线较弱时，太阳能电池板发生的电流较小，此刻体系动力则首要由锂电池供给。

4．LED显现模块

该模块由LED电子显现屏和CH452组成。ATMEGA128经过CH452操控LED显现屏刷屏显现当时时刻和提示信息，此外还可进行分级亮度调整。

5．LCD调整模块

该模块由LCD显现屏和按键组成。该模块首要是经过按键对各项体系参数进行调整，并将调整后的信息及时的在LCD屏上显现。

6．时钟模块

该模块首要由DS1302时钟芯片和DS32KHZ温补晶振组成。该模块首要是用于供给体系时刻。

7.资源装备

3.3体系软件架构

在该体系中选用了两种类型的单片机，ATMEGA128作为主控模块的单片机而ATMEGA8作为超声波检测模块的单片机。在主控模块中，软件模块首要包含初始化、LCD屏显信息、周围环境亮度检测、LCD调整模块体系参数设定以及LED刷屏显现五个部分组成；在超声波检测模块中，软件模块首要包含初始化和区域内车辆检测两个模块。

3.4 体系软件流程

1．主控模块程序流程图

图4 主控模块程序流程图

如图4所示为该体系主控模块程序流程图。上电之后进行初始化操作，包含ATMEGA128定时器和中止的初始化、LED显现屏的初始化、LCD显现屏的初始化以及实时时钟芯片DS1302的初始化。之后主程序开端运转，首先在LCD屏上显现出相应的体系信息，包含当时体系时刻、有无车辆经过以及LED屏已亮时刻等信息。然后对周围环境的亮度进行检测，以便对LED屏的亮度等级做出相应的调整。接着检测LCD调整模块是否有调整动作，包含体系功用的调整和时刻的调整，若有动作则对相应的参数进行调整，并将调整后的信息显现在LCD上，之后进行车辆标志位判别，不然直接进入车辆标志位判别阶段。车辆标志位是在中止中完结的，当主控模块接纳到超声波检测模块送来的信息之后便将车辆标志方位位，一段时刻往后将标志位清零，在标志位为1的时刻段内表明区域内有车便将在LED屏上刷屏显现时刻和提示信息，之后再次回到LCD屏显阶段，不然直接回到屏显阶段。

2．超声波检测模块程序流程图

图5 超声波检测模块程序流程图

如图5所示为该体系超声波检测模块程序流程图。上电之后进行初始化操作，包含ATMEGA8定时器和中止的初始化、超声波传感器和无线发射作业状况的初始化。之后主程序开端运转，超声波传感器不间断的向外发射超声波，当接纳到回来信号时变触发中止，在中止中计算此次发射与接纳的时刻，若采样的时刻变短则表明区域内有车，此刻经过程序将信息写入无线发射，经无线发射将信息发送至主控模块，不然持续对区域内的车辆进行检测。

3.5 体系估计完结成果

1．整套体系由太阳能供电，不需要外接电源；

2．对必定区域内的车辆进行检测，有车屏亮，无车屏灭；

3．依据外部环境的亮度对显现屏进行实时的亮度调整；

4．刷屏显现当时时刻；

5．内嵌LCD和键盘完结功用调整；