【《太阳能公交车站控制系统的硬件和软件设计案例》2300字】

太阳能公交车站控制系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u17934太阳能公交车站控制系统的硬件和软件设计案例 1297081.1STM32单片机模块与开发平台的选择 1310931.2TFTLCD显示模块 2165141.3无线传输模块 354261.4光强检测模块 4190841.5上位机平台的硬件设计 5157291.6太阳能电池板模块 6256872系统的软件设计 819392.1电池电压等级检测的设计 9209982.2电池保护及功能控制的设计 1088122.3监控系统前面板设计 111系统的硬件设计太阳能公交车站控制系统设计的硬件设计如下。系统运行后，首先，STM32模块开始对BH1750光照传感器初始化设置，并扫描光照传感器所获取的光照强度信息；然后,STM32再将数据处理后使用NRF24L01无线传输模块上传到上位机，然后上位机实时显示光照强度，蓄电池电压值数据信号，到站信息等数据信息。最后在上位机程序上设定相应的光照强度阈值，低于这个值就会实现夜间照明的功能。下面以太阳能公交车站系统为例，介绍了电池电压检测及降压电路，主控制器模块，TFTLCD显示模块以及接口设计、NRF24L01无线传输模块以及接口设计和STM32F103VET6控制器与光强传感器BH1750的接口设计。1.1STM32单片机模块与开发平台的选择STM32作为一种单片机电子设计平台，它的嵌入式应用设计的ARMCortex-M3内核是性能高、功耗低、成本低的，CPU可达72MHz的高速度。STM32程序都是模块化的，接口相对简单些，自带多功能。在本文设计的系统中采用STM32F103VET6作为太阳能公交车站下位机的主控制器，此单片机系统功耗低，也可以很大的减少太阳能公交车站的成本。STM32主控制器原理图如图1.1所示。图1.1STM32主控制原理图STM32的开发环境则采用KeilMDK5，这个集成开发环境提供了代码编写、编译、库管理、程序调试、仿真调试的功能，将这些功能组合在一起通过一个集成开发环境（uVision5）可以实现ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>宋玉娥</Author><Year>2020</Year><RecNum>36</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>36</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="axpevt2wjwxed7e5dwypaafzttfxw0sz2s2d"timestamp="1622781979">36</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>宋玉娥</author><author>刘业辉</author><author>张小燕</author><author>王承国</author><author>林豪男</author></authors></contributors><auth-address>北京工业职业技术学院电气与信息工程学院;中国农业大学烟台研究院;</auth-address><titles><title>基于STM32的智能导盲杖的设计</title><secondary-title>电子器件</secondary-title></titles><periodical><full-title>电子器件</full-title></periodical><pages>1180-1184</pages><volume>43</volume><number>05</number><keywords><keyword>超声波传感器</keyword><keyword>STM32</keyword><keyword>导盲杖</keyword><keyword>温度传感器</keyword><keyword>积水探测传感器</keyword><keyword>光照度传感器</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1005-9490</isbn><call-num>32-1416/TN</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[4]。其优势：Keil中大多数语句生成的目标代码是方便理解的所以具有高效率的特点。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。1.2TFTLCD显示模块TFTLCD（ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay）指薄膜液晶显示器，目前TFT-LCD液晶显示技术在工业自动化领域有很广泛的应用，其中应用最多的领域就是工业自动化当中的各类人机交互界面。在TFTLCD中一般采用背光技术，可以“主动的”控制屏幕上的各个独立的象素，显示屏幕的信息是高速度、高亮度、高对比度的。本系统的显示模块采用ILI9325芯片进行驱动。TFTLCD模块原理图如图1.2所示。图1.2TFTLCD模块原理图TFTLCD接口设计电路图如图1.3所示。图1.3TFTLCD接口设计电路图1.3无线传输模块本系统上位机、下位机无线接收发模块采用的基于NRF24L01的无线数据传输。无线传输模块进行数据收发与单片机和上位机同步的过程可以分为2个部分实现，下位机发送数据至上位机时，单片机接收的数据通过串口发送至上位机，上位机可以通过串口向下位机发送命令如蜂鸣器报警等，完成上位机和下位机之间的通信ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>周中鑫</Author><Year>2020</Year><RecNum>44</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>44</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="axpevt2wjwxed7e5dwypaafzttfxw0sz2s2d"timestamp="1622862915">44</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>周中鑫</author><author>张印强</author><author>李丽娟</author><author>郭培志</author></authors></contributors><auth-address>南京工业大学电气工程与控制科学学院;中电环保股份有限公司;</auth-address><titles><title>基于NRF24L01和LabVIEW的无线预警与自动喷淋系统设计与实现</title><secondary-title>仪表技术与传感器</secondary-title></titles><periodical><full-title>仪表技术与传感器</full-title></periodical><pages>68-72</pages><number>06</number><keywords><keyword>LabVIEW</keyword><keyword>温度监测</keyword><keyword>NRF24L01</keyword><keyword>无线传输</keyword></keywords><dates><year>2020</year></dates><isbn>1002-1841</isbn><call-num>21-1154/TH</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[5]。NRF24L01模块原理图如图1.4所示。图1.4NRF24L01模块原理图1.4光强检测模块光强检测采用BH1750FVI传感器，体积小，光照强度范围为0-65535lx，内置16bitAD转换器，直接数字输出，广泛用于光照检测。OST为内部的振荡器提供内部逻辑时钟，通过相应的指令操作即可读取出内部存储的光照数据，数据传输使用标准的I2C总线，可以避免Ａ/Ｄ转换系统带来的误差，按照时序要求操作起来也非常方便ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>云中华</Author><Year>2012</Year><RecNum>39</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>39</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="axpevt2wjwxed7e5dwypaafzttfxw0sz2s2d"timestamp="1622792754">39</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>云中华</author><author>白天蕊</author></authors></contributors><auth-address>西南交通大学信息科学与技术学院;</auth-address><titles><title>基于BH1750FVI的室内光照强度测量仪</title><secondary-title>单片机与嵌入式系统应用</secondary-title></titles><periodical><full-title>单片机与嵌入式系统应用</full-title></periodical><pages>27-29</pages><volume>12</volume><number>06</number><keywords><keyword>BH1750FVI</keyword><keyword>NOKIA5110液晶</keyword><keyword>I2C总线接口</keyword><keyword>实时测量</keyword><keyword>MCU</keyword></keywords><dates><year>2012</year></dates><isbn>1009-623X</isbn><call-num>11-4530/V</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]。光强传感器BH1750原理图如图1.5所示。图1.5BH1750原理图I2C接口电路图如图1.6所示。图1.6I2C接口电路图1.5上位机平台的硬件设计该系统是基于NRF24L01+PA+LNA和LabVIEW的监测系统，先使下位机STM32F103控制芯片将采集的光照强度信息发送给NRF24L01+PA+LNA无线数据传输模块，无线接收系统结合串行通信接口，把数据送往上位机PC端观察照明灯的关、开状态，外界光照强度和蓄电池电压实时曲线与实时数值显示、到站信息显示等功能。无线通信模块采用电平转换芯片CH340G实现计算机和STM32间的RS232串口通信。上位机无线通信原理图如图1.7所示。图1.7上位机无线通信原理图1.6太阳能电池板模块太阳能电池板模块采用的是大小为长420mm，宽350mm，高为17mm的太阳能电池板。它的最大功率为20W，工作电压为18V。太阳能电池将光能直接转换成电能，然后将太阳能转换的电能为铅酸蓄电池进行充电，为保证分压后的电压信号不超过5Ｖ，要进行阻值选取。当蓄电池电量较低时蜂鸣器下的LED1会亮，发出报警信号。电池电压检测及降压电路电路图如图1.8所示。图1.8电池电压检测及降压电路图4系统的软件设计本控制系统采用单片机作为下位机，主程序包括电池电压等级检测、电池保护及功能控制的子程序，并循环执行主程序的函数内子程序，直到指定功能完成后再次循环，通过子程序实现具体功能。下位机的数据通过TFTLCD显示模块实时显示；上位机软件设计是在window10操作系统上基于LabVIEW软件环境运行开发的，主要包括接受并储存下位机传输的信息、通过串口与下位机进行通信。太阳能公交车站系统通过下位机的测试模拟各个下位机节点所采集铅酸蓄电池电压及光照强度的实时数据，再通过利用NRF24L01无线传输模块向上位机传输数据。系统整体程序主流程图如图2.1所示。图2.1系统程序主流程图2.1电池电压等级检测的设计太阳能电池板首先给蓄电池充电。蓄电池的上电等级默认为0，但是实际上电可能是满电也就是等级2的情况，但是不允许等级一次跳两级的，所以采用等级差和电压差这个判断来避免。蓄电池的电压值我将它分为3个等级，电压阈值2小于电压阈值1。0-11.8V为等级0，11.8-12.6V为等级1，12.6-其他为等级2。电池电压等级检测的程序流程图如图2.2所示。图2.2电池电压等级检测的程序流程图2.2电池保护及功能控制的设计在太阳能公交车站系统中，电池可以使LED路灯发亮，以及给乘客手机充电。电池的电压等级不同，其实现的功能控制也是不同的。电池保护及功能控制程序图如图2.3所示。图2.3电池保护及功能控制的流程图2.3监控系统前面板设计上位机平台的软件设计是基于LabVIEW环境开发的，监控系统前面板如图2.4所示，根据使用顺序和功能划分为4个模块，分别是参数设置模块、串口设置、光照强度数据实时模块、电压实时数据显示模块、到站提醒模块ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>谢檬</Author><Year>2020</Year><RecNum>46</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>46</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="axpevt2wjwxed7e5dwypaafzttfxw0sz2s2d"timestamp="1622863288">46</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><con