基于可视化设计的数控自适应路灯的设计

李波 屈原

摘要

本文提出了将Arduino工程的可视化设计应用在设计数控路灯上，首先给出了数控自适应路灯的设计任务，然后和学生一起对该任务进行分析，确定设计方案，按照设计方案进行软件和硬件的设计，最后通过仿真论证了设计的正确性和可行性。

【关键词】Arduino 可视化设计 数控自适应路灯

Arduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，用户可以在此平台上设计和制作一些基于微控制器的数字装置和交互式系统。

1 数控自适应路灯的设计任务

设计一种基于可视化设计的数控自适应路灯，当夜晚时，光照强度小于300且有人通过路灯，距离小于20厘米时路灯亮，其他情况下路灯灭。

2 对数控自适应路灯任务的分析

根据以上设计任务，我们确定主控芯片选择Atmeg328型单片机，自适应路灯需要三个模块是：GROVE亮度传感器模块、LED模块和红外测距传感器模块组成。当夜晚光照强度小于300且人距离路灯20厘米时路灯亮，人距离路灯大于20厘米时路灯仍然不亮，白天光照强度大于300，不管是否有人通过路过路灯都是熄灭。我们需要满足两个判断条件：一是光照强度，二是人与路灯的距离，在设计时GROVE亮度传感器模块、LED模块和红外测距传感器模块的ID不能重复。

3 数控自适应路灯的设计方案

可视化流程图编程时，需要学生知道Atmeg328型单片机有14路数字I/O口，6路模拟输入端口，不需要深入了解其内部繁杂的工作原理。

3.1 硬件设计

和我们一般的教学平台一样，我们首先建立工程，在Arduino Uno板的原理图中添加GROVE亮度传感器模块、LED模块和红外测距传感器模块，然后切换到原理图捕获标签页上，就会发现外设硬件电路自动连好添加到原理图中了，如图1所示。

3.2 软件设计

通过任务分析可知，软件设计时先读取完光照强度还要读取人与路灯的距离，因此设置判定条件为“Lux<300”和“cm<20”，流程图如图2所示。

3.3 仿真结果与分析

完成硬件系统和软件程序设计后，利用可视化设计仿真功能来调试程序，通过调节两个传感器的返回值，来验证程序逻辑的正确性。我们可以从仿真结果直观的看到系统运行效果是否和我们的设计任务相符。

（1）调节亮度传感器的“+”键，使得云层不遮阳光，模拟白天的光线强度，红外传感器的距离为为19，可以看到LED灯熄灭，如图3所示，可知天亮即使有人走过路灯不会亮。

（2）调节亮度传感器的“-”键，使得云层遮住阳光，模拟夜晚的光线强度。调节红外测距传感器的“+”键，使得距离返回值大于20即可，模拟夜晚没人路过的情况，如图4所示，可知夜晚没人路过时路灯也不会亮。

（3）保持亮度传感器的返回值不變，调节红外测距传感器的返回值小于20，来模拟夜晚有人经过的情况，如图5，可知夜晚有人经过路灯会亮。

4 结论

本文主要介绍自适应路灯在可视化设计平台上的实现方法，使用Arduino平台学生可以很容易的完成教学任务，从设计任务、任务分析、设计方案和仿真结果分析可以得出可视化设计不仅简单易上手而且准确性很高的结论，仿真结果与我们的任务要求完全一致，学生学习起来兴趣越来越浓厚，教学效果较好。

参考文献

[1]Anonymous.Arduino brings Intelinto its open source community[J].Electronics Weekly，2013，2563.

[2]杨楠.基于Arduino的数控产品原型设计研究[D].江南大学，2014.

[3]Alessandro DAnsilio.Arduino：A low-cost multipurpose tabequipment[J].Behavior ResearchMethods，2012，442.