基于fpga的路灯控制系统的设计

基于fpga的路灯控制系统的设计内容摘要：

实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。 10 外文应用 能力 能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。 5 论文质量35% 文题相符 较好地完成论文选题的目的要求。 5 写作水平 论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。 15 写作规范 符合学术论文的基本要求。 用语、格式、图表、数据、量 和单位、各种资料引用规范化、符合标准。 10 论文篇幅 10000 字左右。 5 实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分 90— 100 分记为优秀， 80— 89 分记为良好， 70— 79分记为中等， 60— 69 分记为及格， 60 分以下记为不及格。 O 湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表 论文题目 基于 FPGA的路灯控制系统的设计 作者姓名 林鹏 所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程 专业 2020 级 指导教师 姓名、职称 包本刚 副教授 答 辩 会 纪 要 时间 地点 三教 517 答 辩 小 组 成 员 姓 名 职务（职称） 姓 名 职务（职称） 姓 名 职务（职称） 包本刚 副教授 宫彦军 教授 何红松 讲师 陈爱武 讲师 贾竹君 副教授 游珍珍 讲师 答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录： 1： 简 要说明 路灯目前状况。 答： 点多，面广，路灯设施陈旧且分散，灯具数量总类多，设施维修费用高；每年投入由于人工巡检及更换灯具所产生的人工机具车辆等不少费用。 本身路灯所下属编制人员就少，加上每天的人工巡查工作量重，效率低，成本高，在国内属于路灯低级的人工管理水平。 2： 设计的系统不足之处在哪里。 答：设计的系统只能按时开关路灯，不能随着路况而改变路灯的开关，没有能够更好的做到省电节能的目的。 3：设计中遇到的最大问题。 答：对于仿真软件 QuartusII的使用不熟练，导致在仿真的过程中感觉比较头疼。 不能熟 练的进行程序的编写。 会议主持人： 记 录 人： 年 月 日 P 答 辩 小 组 意 见 评语： 评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日 系 学 位 委 员 会 意 见 评语： 论文（设计）最终评定等级： 负责人（签名）： 系部（公章） 年 月 日 校 学 位 委 员 会 意 见 评语： 评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日 I 目 录 1 绪论 .............................................................. 1 引言 ......................................................... 1 国内外的发展状况 ............................................ 6 本课题研究的目的 和意义 ....................................... 4 2 仿真工具的选择与 FPGA 的简介 ....................................... 6 仿真工具的选择 .............................................. 6 现场可编辑逻辑阵列 FPGA 的简介 ............................... 7 系统结构与整体方框图 ................................... 7 3 设计方案 .......................................................... 9 设计要求 ..................................................... 9 设计思路 ................................................... 10 设计方案 ................................................... 10 系统的工作原理 ........................................ 10 系统流程及设计分析 .................................... 11 系统单元模块的设计 .................................... 11 4 仿真 结果分析 ..................................................... 13 分频电路 ................................................... 15 时钟 计数模块 ............................................... 15 动态扫描模块 ............................................... 16 结论 ............................................................... 17 参考文献 .......................................................... 18 附录 A ............................................................. 29 致 谢 ............................................................. 27 II 基于 FPGA 的路灯控制系统 的 设计 摘 要 FPGA 兼容了 PLD 和通用门阵列的优点， 可实现较大规模的电路，编程也很灵活。 本设计是要基于 FPGA 实现一个模拟路灯控制系统，整个路灯控制系统设计分为数字电路部分和模拟电路部分。 通过对所设计的程序进行编译和仿真，在 FPGA 上下载验证，系统能够完成按时开关灯，同时可根据路上光线明亮程度和移动物体状况控制路灯开关的功能。 当路灯出现故障时，系统还会发出故障报警并显示故障路灯的编号。 【关键词 】 路灯 控制系统 VHDL FPGA III The design of road lantern control system based on FPGA Abstract FPGA takes the advantages of both PLD and general gate arrays, it can realize largescale circuit and its programming is very flexible . In this paper , a simulated road lantern control system is designed based on FPGA , including two aprts , which is digital circuit part and analog circuit part .The designed program has passed piling , executing , and verifying on FPGA . The results show that the system can turn on or off the lamps on time according to the illuminatioa conditions and the statuses of moving object , and can also produce fault alarm and show the fault information when where is something wrong with the road lantern . 【 key words】 road lantern control system VHDL FPGA 1 1 绪论 引言 引言随着城市化的进程加快和汽车的普及， 道路状况压力 加剧，事故频发，环境日益恶化， 路灯控制 己经成为困扰全世界的严重问题。 交通秩序的 恶化已影响了现代化的城市建设和国民经济的发展。 其 中路 灯信号是管理交通网络的最重要元素，而街道各路口又是车辆通行瓶颈所在。 研究车辆的通行规律，根据实际情况制定相应的通行规则对缓解交通阻塞，提高路口车辆通行的效率具有非常重要的现实意义。 本文就是通过对城市 道路 的控制情况进行分析，找出共同的特征和规律，并用逻辑控制的思想制定相应的交通规则，以保证各路口车辆的顺利通行 [1]。 逻辑控制中引入了语言叙述的 “ 系统陈述 ” 最基本的方法。 实际上是试图将 “ 系统陈述 ” 从自然语言对系统的描述中解放出来，从而形成突出逻辑规律的可运算的 符号设计方法。 接近人类思维本身而便于复杂系统设计和电路设计。 将逻辑控制用于 路 灯 系统 的控制中，用语言的方式将控制规则陈述出来，其过程简单易懂。 20 世纪末，数字电子技术飞速发展，有力地推动和促进了社会生产力的发展和社会信息化的提高，数字电子技术经渗透到人类生活的各个方面。 从计算机到手机，从数字电话到数字电视，从家用电器到军用设备，从工业自动化航天技术，都尽可能采用了数字电子技术。 现代电子设计技术的核心是 EDA 技术。 EDA 电子设计自动化技术就是以计算机为工具，在 EDA 软件平台上，对硬件语言 HDL 为 系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动的完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作文本选用的开发工具为 Altera 公司的 Quartusll[2]。 EDA 的仿真测试技术只需要通过计算机就能对所设计的电子系统从各种不同层次的系统性能特点完成一系列准确的测试与仿真操作，大大提高了大规模系统电子设计的自动化程度。 利用硬件描述语言如 VHDL 的优势即可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的支持。 实现 路灯 系统的控制方法很多可以用标准逻辑器 件可编程控制器 PLC单片机等方案来实现。 但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。 因此在设计中采用 EDA 技术应用目前广泛应用的 Verilog HDL 硬件电路描述语言实现 路 2 灯 系 统 控 制 器 的 设 计 利 用 Xilinx 公司的 和 软件集成开发环境进行综合、仿真并下载到 FPGA 中完成系统的控制作用 [3]。 将 EDA 技术用于智能 路灯控制上 ，可对 城市道路 的各种变化情况进行一一地编程、测试与分析，从而完成 对整个 路 灯系统设计。 EDA 技术的实现，极大地提高了设计效率，缩短了设计周期，节省了设计成本。 国内外研究现状 实现 路 灯系统控制的方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程控制器 PLC、单片机等方案来实现。 使用单片机则利用 89C51 为控制核心来实现路灯 智能控制，只能执行定时算法，以 RSZ 犯或者 RS485 作为通一讯方式 PLC 多半与模糊控制相结合，设计出模糊控制器但是这些控制方法的功能修改都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了设计难度。 在国外几个先进的国家已经采用智能方式来控制交通信号，其中 主要运用 GPS 全球定位系统等，但相对来说成本较高。 不适合国内目前的发展状况。 但随着。