IALA256航空障碍灯系统设计
IALA256航空障碍灯系统设计[20200406131658]
摘 要
航空障碍灯是夜间航行安全的重要保证，是高层建筑中并不可少的部分，在生活中起到了广泛的作用。
本文先对航空障碍灯的现实背景、定义、研究目的及状况进行了介绍；然后着重介绍了以STM8S103K3芯片为控制核心的航空障碍灯智能控制系统，包括灯质设置模块、光照检测模块、同步输入/输出模块、输出驱动模块；首先进行系统概述，提出要实现的功能，明确任务；接着根据任务设计行航空障碍灯智能控制系统方案；对于该设计方案，先进行原理图总体说明，随即分块介绍各硬件单元电路；接着总的阐明软件模块,再进行IALA256灯质设置等核心模块的代码展示及说明；最后进行实物展示以及相应调试，并对调试的结果进行相关分析。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:航空障碍灯STM8S103K3智能控制调试
目录
1引言 1
1.1航空障碍灯的研究背景和相关介绍 1
1.2研究航空障碍灯的目的和意义 1
1.3航空障碍灯的研究状况 1
2研究思路和方案设计 3
2.1航空障碍灯系统阐述 3
2.2方案分析及系统设计 3
3硬件设计 5
3.1硬件系统整体概述 5
3.2设计软件 Altium Designer 6
3.3硬件系统分块介绍 7
3.3.1MCU模块 7
3.3.2 下载电路 8
3.3.3 复位电路 8
3.3.4整流电路 9
3.3.5稳压电路 10
3.3.6灯质设置电路 11
3.3.7光照检测电路 11
3.3.8 同步线输入/输出电路 12
3.3.9 LED驱动输出 12
3.4器件清单 13
3.5处理器端口与功能配置 14
4软件设计 15
4.1软件总体设计概述 15
4.2软件设计环境 16
4.2.1 STVD和STVP 16
4.3核心模块介绍 17
4.3.1发光种类设置 17
4.3.2灯质读取 18
4.3.3PWM输出 19
4.3.4同步闪烁 20
4.3.5光照检测 21
4.4系统全局变量与函数功能表 24
4.5可靠性措施 24
5调试及实验结果分析 25
5.1调试仿真工具ST-Link 25
5.2 调试 25
5.2.1硬件调试 25
5.2.2软件调试 25
5.3实物结果展示 26
结束语 27
参考文献 28
致谢 29
1引言
1.1航空障碍灯的研究背景和相关介绍
随着生活中对时间的需求，人们远距离的出行方式不再局限于传统的地面方式，航空业也因此获得极大发展。但是安全出行问题是必须关注的，必须利用有效的方式来加以保证。同样，房地产业也在迅速发展，高楼大厦越来越多，夜晚时，如何降低飞机撞到高层建筑的可能性，避免造成相当严重的事故，必须在高层建筑顶上放置航空障碍灯。航空障碍灯能将建筑物显现出来并加以照明，给飞行员以提醒，从而降低对航行飞机或建筑物的危害。[1]对应于不同的高度，航空障碍灯采用不同的亮度。
1.2研究航空障碍灯的目的和意义
为了保证夜间航空运行的安全以及对高层建筑的保护，使得航空障碍灯被研究及使用。过去的单一的作用及可靠性低，不能满足现在智能化、多功能、可靠性等需求，也需要不断进行航空障碍灯的新研究。研究航空障碍灯，可以了解它的基本构成，学习到相关电路模块和内部软件是如何结合在一起实现相应功能，认识到它还存在哪些方面的不足，为研制更好，更适应社会发展的产品打下基础。
1.3航空障碍灯的研究状况
过去传统的航空障碍灯经常采用的是单一的白炽灯，灯质设置是在芯片内烧入少量的固定模式，并且只有少量闪烁标准，不足以应对实际突发情况；通过光敏电阻实现光照采集，配以简单的电路转换，多采用单次采集，会产生一定的误差；楼顶上添置多个灯之后，运用简单的模拟电路实现同步闪烁，精确度大大不足。灯与灯之间的联系比较简单，安全可靠性低，需要大量的人去管理和维护，没有考虑到环境和景观照明。[2]现代LED光源以其发光效率高、对环境友好、功耗低、运行稳定等优势，成为航空障碍灯首选光源。[3]光照采集采用连续的多次采集，还配以滤波措施提高精确性。闪烁标准也采用了IALA256国际通用标准，大大增强了应对复杂情况的能力。灯质设置大为改观，利用现代化的GPRS技术，可在芯片内预先存放好多种灯质标准，然后根据现实状况采用不同灯质，大大提高了精确度。同步闪烁通过依靠卫星控制的精确时钟实现。该精确时钟产生信号，给系统中所有设备设定时间，当装置中有不同步的现象时，系统利用该时钟信号源发出相同的同步指令，让装置的时钟恢复至原始状态，并重新进行同步工作。[4]输出端增设驱动电路。可采用三极管放大电路驱动，还可以通过添加一定的元器件或构造相应电路网络，大大增加它的驱动功率。[5]
现在应用最新的技术和新的优良设备，可以制造性能更加优异，功能更加完善的航空障碍灯。这类航空障碍灯不仅仅只是在夜晚作为警示设备，让飞行员看到建筑物的存在，还可以用作其他用途。例如可以在航空障碍灯上捆绑气象观测设备，这样就可以当时的气象状况捕捉下来，然后观测站就能把气象情况告知该机飞机员，让其能及时关注气象状况并作出相应应对措施。[6]这样航空障碍灯就能有多种用途，也不必为其他用途额外添加成本。
航空障碍灯如今广为应用，随着技术及设备的不断改善和更新，越来越多的智能化的航空障碍灯走向应用的前沿。航空障碍灯不仅仅作为警示灯，也作为城市美化的一部分，应用的越来越普遍。
2研究思路和方案设计
2.1航空障碍灯系统阐述
航空障碍灯系统是以单片机为控制核心，实现夜间LED闪烁，对航空飞行器予以安全提示。本设计要求实现灯质设定、光照采集、灯驱动、同步闪等技术。其中灯质闪烁采用国际IALA256标准，实现通用性。因此本课题的任务是在了解航空障碍灯功能的基础上进行灯质设定、光照采集、灯驱动、同步闪等电路的设计与仿真，在实现基本功能的基础上统筹考虑系统的供电方式与安装结构，系统应有一定的电压、电流保护措施和可扩展性。在完成实验室调试的基础上实现现场应用。
2.2方案分析及系统设计
对于上述要求，现有两套方案可供选择，系统框图如下：
图2-1方案一系统框图
由图2-1得，该方案采用STM8S103K3单片机系统为控制核心，包含拨码开关灯质设置、模拟同步电路、光照检测、LED输出四大模块。灯质设置是在单片机系统外部进行设置，同步电路采用简单模拟电路实现，不对现场环境进行实时分析。该方案的优点是电路较简单，成本低，易于实现。缺点是在复杂环境下可靠性不足，精确度低，不能实现实时性。
图2-2方案二系统框图
由图2-2得，该方案采用计算机终端控制系统为控制核心，包括实时景象接收、GPRS同步系统、光照检测、LED输出四大模块。灯质设置是内部自动设置，同步系统是采用GPRS卫星系统实现，利用实时景象接收系统能对现场环境进行实时分析。该方案的优点是可靠性好，实时性也可实现，精确度高。缺点是整个系统复杂，成本高，不易实现。
两种方案都能实现上述要求，由于主要是在实验室实现此系统，受到成本以及技术能力的限制，只能以第一种方案为主，在此基础上进行第二种方案有限拓展。
选定方案分析如下：
硬件方面分为四大块
1灯质设置方面，航空障碍灯有256种情况实现，采用拨码开关实现。
2光照检测方面，航空障碍灯应该夜晚发光，采用光敏电阻接受外来光照情况，相应的电路信号经同相放大后输出高低电平，再通过单片机内置A/D转换电路给予相应判断。
3 LED输出方面，使用三极管设计驱动电路弥补单片机功率不够的问题，使得LED灯正常闪烁。
摘 要
航空障碍灯是夜间航行安全的重要保证，是高层建筑中并不可少的部分，在生活中起到了广泛的作用。
本文先对航空障碍灯的现实背景、定义、研究目的及状况进行了介绍；然后着重介绍了以STM8S103K3芯片为控制核心的航空障碍灯智能控制系统，包括灯质设置模块、光照检测模块、同步输入/输出模块、输出驱动模块；首先进行系统概述，提出要实现的功能，明确任务；接着根据任务设计行航空障碍灯智能控制系统方案；对于该设计方案，先进行原理图总体说明，随即分块介绍各硬件单元电路；接着总的阐明软件模块,再进行IALA256灯质设置等核心模块的代码展示及说明；最后进行实物展示以及相应调试，并对调试的结果进行相关分析。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:航空障碍灯STM8S103K3智能控制调试
目录
1引言 1
1.1航空障碍灯的研究背景和相关介绍 1
1.2研究航空障碍灯的目的和意义 1
1.3航空障碍灯的研究状况 1
2研究思路和方案设计 3
2.1航空障碍灯系统阐述 3
2.2方案分析及系统设计 3
3硬件设计 5
3.1硬件系统整体概述 5
3.2设计软件 Altium Designer 6
3.3硬件系统分块介绍 7
3.3.1MCU模块 7
3.3.2 下载电路 8
3.3.3 复位电路 8
3.3.4整流电路 9
3.3.5稳压电路 10
3.3.6灯质设置电路 11
3.3.7光照检测电路 11
3.3.8 同步线输入/输出电路 12
3.3.9 LED驱动输出 12
3.4器件清单 13
3.5处理器端口与功能配置 14
4软件设计 15
4.1软件总体设计概述 15
4.2软件设计环境 16
4.2.1 STVD和STVP 16
4.3核心模块介绍 17
4.3.1发光种类设置 17
4.3.2灯质读取 18
4.3.3PWM输出 19
4.3.4同步闪烁 20
4.3.5光照检测 21
4.4系统全局变量与函数功能表 24
4.5可靠性措施 24
5调试及实验结果分析 25
5.1调试仿真工具ST-Link 25
5.2 调试 25
5.2.1硬件调试 25
5.2.2软件调试 25
5.3实物结果展示 26
结束语 27
参考文献 28
致谢 29
1引言
1.1航空障碍灯的研究背景和相关介绍
随着生活中对时间的需求，人们远距离的出行方式不再局限于传统的地面方式，航空业也因此获得极大发展。但是安全出行问题是必须关注的，必须利用有效的方式来加以保证。同样，房地产业也在迅速发展，高楼大厦越来越多，夜晚时，如何降低飞机撞到高层建筑的可能性，避免造成相当严重的事故，必须在高层建筑顶上放置航空障碍灯。航空障碍灯能将建筑物显现出来并加以照明，给飞行员以提醒，从而降低对航行飞机或建筑物的危害。[1]对应于不同的高度，航空障碍灯采用不同的亮度。
1.2研究航空障碍灯的目的和意义
为了保证夜间航空运行的安全以及对高层建筑的保护，使得航空障碍灯被研究及使用。过去的单一的作用及可靠性低，不能满足现在智能化、多功能、可靠性等需求，也需要不断进行航空障碍灯的新研究。研究航空障碍灯，可以了解它的基本构成，学习到相关电路模块和内部软件是如何结合在一起实现相应功能，认识到它还存在哪些方面的不足，为研制更好，更适应社会发展的产品打下基础。
1.3航空障碍灯的研究状况
过去传统的航空障碍灯经常采用的是单一的白炽灯，灯质设置是在芯片内烧入少量的固定模式，并且只有少量闪烁标准，不足以应对实际突发情况；通过光敏电阻实现光照采集，配以简单的电路转换，多采用单次采集，会产生一定的误差；楼顶上添置多个灯之后，运用简单的模拟电路实现同步闪烁，精确度大大不足。灯与灯之间的联系比较简单，安全可靠性低，需要大量的人去管理和维护，没有考虑到环境和景观照明。[2]现代LED光源以其发光效率高、对环境友好、功耗低、运行稳定等优势，成为航空障碍灯首选光源。[3]光照采集采用连续的多次采集，还配以滤波措施提高精确性。闪烁标准也采用了IALA256国际通用标准，大大增强了应对复杂情况的能力。灯质设置大为改观，利用现代化的GPRS技术，可在芯片内预先存放好多种灯质标准，然后根据现实状况采用不同灯质，大大提高了精确度。同步闪烁通过依靠卫星控制的精确时钟实现。该精确时钟产生信号，给系统中所有设备设定时间，当装置中有不同步的现象时，系统利用该时钟信号源发出相同的同步指令，让装置的时钟恢复至原始状态，并重新进行同步工作。[4]输出端增设驱动电路。可采用三极管放大电路驱动，还可以通过添加一定的元器件或构造相应电路网络，大大增加它的驱动功率。[5]
现在应用最新的技术和新的优良设备，可以制造性能更加优异，功能更加完善的航空障碍灯。这类航空障碍灯不仅仅只是在夜晚作为警示设备，让飞行员看到建筑物的存在，还可以用作其他用途。例如可以在航空障碍灯上捆绑气象观测设备，这样就可以当时的气象状况捕捉下来，然后观测站就能把气象情况告知该机飞机员，让其能及时关注气象状况并作出相应应对措施。[6]这样航空障碍灯就能有多种用途，也不必为其他用途额外添加成本。
航空障碍灯如今广为应用，随着技术及设备的不断改善和更新，越来越多的智能化的航空障碍灯走向应用的前沿。航空障碍灯不仅仅作为警示灯，也作为城市美化的一部分，应用的越来越普遍。
2研究思路和方案设计
2.1航空障碍灯系统阐述
航空障碍灯系统是以单片机为控制核心，实现夜间LED闪烁，对航空飞行器予以安全提示。本设计要求实现灯质设定、光照采集、灯驱动、同步闪等技术。其中灯质闪烁采用国际IALA256标准，实现通用性。因此本课题的任务是在了解航空障碍灯功能的基础上进行灯质设定、光照采集、灯驱动、同步闪等电路的设计与仿真，在实现基本功能的基础上统筹考虑系统的供电方式与安装结构，系统应有一定的电压、电流保护措施和可扩展性。在完成实验室调试的基础上实现现场应用。
2.2方案分析及系统设计
对于上述要求，现有两套方案可供选择，系统框图如下：
图2-1方案一系统框图
由图2-1得，该方案采用STM8S103K3单片机系统为控制核心，包含拨码开关灯质设置、模拟同步电路、光照检测、LED输出四大模块。灯质设置是在单片机系统外部进行设置，同步电路采用简单模拟电路实现，不对现场环境进行实时分析。该方案的优点是电路较简单，成本低，易于实现。缺点是在复杂环境下可靠性不足，精确度低，不能实现实时性。
图2-2方案二系统框图
由图2-2得，该方案采用计算机终端控制系统为控制核心，包括实时景象接收、GPRS同步系统、光照检测、LED输出四大模块。灯质设置是内部自动设置，同步系统是采用GPRS卫星系统实现，利用实时景象接收系统能对现场环境进行实时分析。该方案的优点是可靠性好，实时性也可实现，精确度高。缺点是整个系统复杂，成本高，不易实现。
两种方案都能实现上述要求，由于主要是在实验室实现此系统，受到成本以及技术能力的限制，只能以第一种方案为主，在此基础上进行第二种方案有限拓展。
选定方案分析如下：
硬件方面分为四大块
1灯质设置方面，航空障碍灯有256种情况实现，采用拨码开关实现。
2光照检测方面，航空障碍灯应该夜晚发光，采用光敏电阻接受外来光照情况，相应的电路信号经同相放大后输出高低电平，再通过单片机内置A/D转换电路给予相应判断。
3 LED输出方面，使用三极管设计驱动电路弥补单片机功率不够的问题，使得LED灯正常闪烁。
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