UCOS II照明系统设计

I.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：通信工程13秋2班姓名：鲁博文学号：13150222小组成员：张彦昭、鲁博文指导教师：徐振、周丽婕完成日期2016年9月II目录1引言--------------------------------------------------------------------------------------------11.1课程设计目的-----------------------------------------------------------------------------21.2本论文章节安排--------------------------------------------------------------------------22总体方案与设计----------------------------------------------------------------------------32.1任务分析-----------------------------------------------------------------------------------32.2方案设计-----------------------------------------------------------------------------------32.2.1硬件设计------------------------------------------------------------------------------32.2.2软件设计------------------------------------------------------------------------------43系统硬件设计--------------------------------------------------------------------------------53.1光敏传感器模块--------------------------------------------------------------------------53.2蜂鸣器模块--------------------------------------------------------------------------------63.3LCD显示屏模块-----------------------------------------------------------------------73.4DS18B20温度传感器模块--------------------------------------------------------------94系统软件设计------------------------------------------------------------------------------104.1μC/OSⅡ操作系统----------------------------------------------------------------------104.2软件任务设计---------------------------------------------------------------------------115调试结果及性能分析---------------------------------------------------------------------135.1调试过程---------------------------------------------------------------------------------136设计总结------------------------------------------------------------------------------------14参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------15附录-----------------------------------------------------------------------------------------------16《现代通信技术》课程设计11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《现代通信技术》课程设计2（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。《现代通信技术》课程设计32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。图2.1系统设计结构图光敏传感器MINISTM32蜂鸣器μC/OSⅡ操作系统DS18B20温度传感器ADC转换模块《现代通信技术》课程设计42.2.2软件设计是是图2.2系统运行流程图如图2.2为系统整体运行的流程图。开始任务二LED1闪烁系统初始化蜂鸣器报警LED0长亮MINISTM32开发板电压值2v？μC/OSⅡ操作系统结束光敏测光强任务一模数转换DS18B20测温度温度30摄氏度？《现代通信技术》课程设计53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《现代通信技术》课程设计6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《现代通信技术》课程设计7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ALIENTEKMiniS