某型水下照明燈智能控制平臺的設計與實現

摘要：針對某水下成像過程中水下照明燈的控制問題，設計了可視化軟件控制平臺。該平臺基于VC環境下的串口編程技術，通過多串口卡與單片機之間數據包傳遞的方式，實現了PC機同MCS51單片機通訊，從而達到了對燈亮度自動調節的目的。實際應用表明，該軟件平臺工作穩定、可靠，可實時根據水下成像照度要求對水下照明燈進行智能控制。

關鍵詞：水下照明燈；智能控制平臺；串口編程；單片機

引言

在某水下工程應用中，需要一定的環境照度才能達到成像所需的最低光照條件，而自然光在海水中傳播時衰減很快，成指數衰減規律，在晴天陽光直射，水質較好的條件下，40米處的照度也只有10Lux左右，幾乎沒有太陽光到達[1]。為此，在一定水深下，水下成像需要適當強度的輔助照明光來增加目標照度，提高成像質量。本文采用在VC環境下串口編程技術進行智能控制軟件平臺設計，結合控制硬件設備，該控制平臺可以根據照度計測量的環境照度值，實現水下成像設備輔助照明光源的自動調節，以滿足水下成像的需要。

1 控制單片機功能設置

1.1 單片機實現的功能

控制單片機需要實現以下幾個功能：控制對象選擇；兩盞燈的遠程開關控制；遠程調光控制；接收反饋信息。控制實現的流程如圖1所示。

1.2單片機端口說明

單片機通過80C51的P0口輸出8位數字量，其中P0.0作為燈的開關控制量，P0.1-P0.6作為燈的數字化亮度，分32級在最大與最小亮度之間調節，P1.0-P1.3作為輸入量，在狀態查詢和自檢操作時通過讀取P1.0-P1.3的狀態來作出相應判斷，P2.0-P2.3用于選通對何盞燈執行操作[2][3]。

1.3 通訊數據格式說明

單片機接收包說明

單片機命令字中：各位為1時有效，7、6、5、4位為命令位、3、2位為選燈位，為1時說明命令對該燈有效；保留字中高7位保留，第0位為1，單片機進行自檢；狀態格式如表1，其中高3位保留， 4、3、2、1、0位為調節的亮度，只有調節亮度和開燈命令有效，狀態檢測時為0；校驗字是前五個字節加和，不考慮進位。單片機返回包命令字格式類似定義。

2 PC機與單片機通信協議設計

用戶使用PC機控制單片機，完成對燈的開關、亮度調節、燈狀態檢測。

2.1 通訊方式設置

PC機采用MOXA CI-134四串口卡同MCS51單片機通訊，選取COM3作為通信端口，采用雙工、點對點的通信方式，數據速率為9600bps，使用數據和對通訊數據進行校驗，數據流由1位起始位+8位數據位+1位校驗位+1位停止位(奇校驗)組成[4]。

2.2 數據格式設定

依據單片機接收包、發送包的格式，為PC機定義與單片機通信的數據結構，各保留位均為0。

2.2.1 調光命令包

typedef struct tagCMDLIGHTPACK

{

BYTE byHead; //包頭0X7E

BYTE byCommand;//命令字

BYTE byReserved; //保留字

BYTE bySatLump1; //燈1狀態字

BYTE bySatLump2; //燈2狀態字

BYTE byCRC;//校驗字

}

2.2.2 調光返回包

typedef struct tagRTNLIGHTPACK

{

BYTE byHead;//包頭0X7E

BYTE byCommand; //命令字

BYTE byReturn;//返回值

BYTE bySatLump; //狀態字

BYTE byCRC; //校驗字

}

3 控制平臺軟件設計

3.1 控制命令的實現

控制的實現主要通過PC機與控制單片機之間的命令傳遞來進行的，控制命令可以是用戶消息命令，也可以是由控制平臺自己產生控制命令，該控制平臺主要由對水下環境照度的監測值，通過數據分析，而自動產生燈的調節命令，由程序分析調節何盞燈，亮度值調為多少，給出形成命令包的初始條件，并產生消息，然后在消息響應函數利用事先定義的結構體變量及指針，實現對發送包、接收包的管理，完成相應操作內容。本文設計的控制軟件要完成以下操作命令：開/關燈命令；調光命令；狀態查詢命令；自檢命令。

3.2 控制功能的源代碼實現

VC開發的控制軟件通過向串口寫數據來實現對單片機的通信，在PC機中插入多串口卡，安裝驅動程序后，可以將多串口卡的庫文件加入工程，直接調用操作串口的WINAPI函數，實現串口的初始化和數據讀寫[5]，主要函數有：

intWINAPI sio_write(int port， char *buf， int len);

intWINAPI sio_read(int port， char *buf， int len);

控制平臺主體程序流程如圖2所示。

結束語

本文針對單片機控制照明燈所要實現功能，進行了單片機數據格式和與PC機通訊協議設置，采用VC的串口編程技術，實現發送、接收數據包的設計，通過串口數據包的讀寫，實現對燈的開關以及亮度調節等功能，本文設計出來的控制平臺穩定可靠，采用的設計方法實用且容易實現，對其他遠距離智能控制系統的設計有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]侍茂崇，高郭平，鮑獻文.海洋調查方法[M].青島：青島海洋大學出版社，2000.

[2]賀廉云.用單片機實現交通燈的控制[J].電腦學習， 2008，(01)：16～18.

[3]孫涵芳，徐愛卿.MCS-51系列單片機原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.

[4]梁中華，王子威，祁春清，索跡.PC機與單片機串行通信的研究[J].沈陽工業大學學報，2005， (03)：22～24.

[5]李現勇.Visual C++串口通信技術與工程實踐[M].北京：人民郵電出版社，2002.