基于可視化設(shè)計(jì)的數(shù)控自適應(yīng)路燈的設(shè)計(jì)

李波 屈原

摘要

本文提出了將Arduino工程的可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用在設(shè)計(jì)數(shù)控路燈上，首先給出了數(shù)控自適應(yīng)路燈的設(shè)計(jì)任務(wù)，然后和學(xué)生一起對該任務(wù)進(jìn)行分析，確定設(shè)計(jì)方案，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軟件和硬件的設(shè)計(jì)，最后通過仿真論證了設(shè)計(jì)的正確性和可行性。

【關(guān)鍵詞】Arduino 可視化設(shè)計(jì) 數(shù)控自適應(yīng)路燈

Arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬件平臺，用戶可以在此平臺上設(shè)計(jì)和制作一些基于微控制器的數(shù)字裝置和交互式系統(tǒng)。

1 數(shù)控自適應(yīng)路燈的設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一種基于可視化設(shè)計(jì)的數(shù)控自適應(yīng)路燈，當(dāng)夜晚時(shí)，光照強(qiáng)度小于300且有人通過路燈，距離小于20厘米時(shí)路燈亮，其他情況下路燈滅。

2 對數(shù)控自適應(yīng)路燈任務(wù)的分析

根據(jù)以上設(shè)計(jì)任務(wù)，我們確定主控芯片選擇Atmeg328型單片機(jī)，自適應(yīng)路燈需要三個(gè)模塊是：GROVE亮度傳感器模塊、LED模塊和紅外測距傳感器模塊組成。當(dāng)夜晚光照強(qiáng)度小于300且人距離路燈20厘米時(shí)路燈亮，人距離路燈大于20厘米時(shí)路燈仍然不亮，白天光照強(qiáng)度大于300，不管是否有人通過路過路燈都是熄滅。我們需要滿足兩個(gè)判斷條件：一是光照強(qiáng)度，二是人與路燈的距離，在設(shè)計(jì)時(shí)GROVE亮度傳感器模塊、LED模塊和紅外測距傳感器模塊的ID不能重復(fù)。

3 數(shù)控自適應(yīng)路燈的設(shè)計(jì)方案

可視化流程圖編程時(shí)，需要學(xué)生知道Atmeg328型單片機(jī)有14路數(shù)字I/O口，6路模擬輸入端口，不需要深入了解其內(nèi)部繁雜的工作原理。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

和我們一般的教學(xué)平臺一樣，我們首先建立工程，在Arduino Uno板的原理圖中添加GROVE亮度傳感器模塊、LED模塊和紅外測距傳感器模塊，然后切換到原理圖捕獲標(biāo)簽頁上，就會發(fā)現(xiàn)外設(shè)硬件電路自動連好添加到原理圖中了，如圖1所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

通過任務(wù)分析可知，軟件設(shè)計(jì)時(shí)先讀取完光照強(qiáng)度還要讀取人與路燈的距離，因此設(shè)置判定條件為“Lux<300”和“cm<20”，流程圖如圖2所示。

3.3 仿真結(jié)果與分析

完成硬件系統(tǒng)和軟件程序設(shè)計(jì)后，利用可視化設(shè)計(jì)仿真功能來調(diào)試程序，通過調(diào)節(jié)兩個(gè)傳感器的返回值，來驗(yàn)證程序邏輯的正確性。我們可以從仿真結(jié)果直觀的看到系統(tǒng)運(yùn)行效果是否和我們的設(shè)計(jì)任務(wù)相符。

（1）調(diào)節(jié)亮度傳感器的“+”鍵，使得云層不遮陽光，模擬白天的光線強(qiáng)度，紅外傳感器的距離為為19，可以看到LED燈熄滅，如圖3所示，可知天亮即使有人走過路燈不會亮。

（2）調(diào)節(jié)亮度傳感器的“-”鍵，使得云層遮住陽光，模擬夜晚的光線強(qiáng)度。調(diào)節(jié)紅外測距傳感器的“+”鍵，使得距離返回值大于20即可，模擬夜晚沒人路過的情況，如圖4所示，可知夜晚沒人路過時(shí)路燈也不會亮。

（3）保持亮度傳感器的返回值不變，調(diào)節(jié)紅外測距傳感器的返回值小于20，來模擬夜晚有人經(jīng)過的情況，如圖5，可知夜晚有人經(jīng)過路燈會亮。

4 結(jié)論

本文主要介紹自適應(yīng)路燈在可視化設(shè)計(jì)平臺上的實(shí)現(xiàn)方法，使用Arduino平臺學(xué)生可以很容易的完成教學(xué)任務(wù)，從設(shè)計(jì)任務(wù)、任務(wù)分析、設(shè)計(jì)方案和仿真結(jié)果分析可以得出可視化設(shè)計(jì)不僅簡單易上手而且準(zhǔn)確性很高的結(jié)論，仿真結(jié)果與我們的任務(wù)要求完全一致，學(xué)生學(xué)習(xí)起來興趣越來越濃厚，教學(xué)效果較好。

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