警示燈課程設計報告

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　現(xiàn)在，隨著微電子技術和集成電路技術的快速發(fā)展，單片機技術無處不在。單片機作為計算機科學與技術的重要組成部分，作為嵌入式系統(tǒng)的先頭兵，片上系統(tǒng)的先行者，已經(jīng)被廣泛應用到了各行各業(yè)，尤其是與控制相關的領域，極大的提高了產(chǎn)品的智能化程度和技術水平，已經(jīng)成為了當今社會十分重要的技術領域。隨著社會需求和單片機應用領域的不斷擴展，各類智

2、能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機技術為核心來進行開發(fā)設計的。</p><p>　　本系統(tǒng)采用MSC—51系列單片機89C51和相關的光電檢測設備及設計智能路燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際光線條件通過8051芯片的P3.7口控制高速公路警示燈的開關功能，并且實現(xiàn)對亮燈規(guī)律的控制。隨著社會文明的不斷發(fā)展，高速公路的警示燈已不簡單是為了給司機朋友提神，更應該是一種美的享受。</p><p>　　關鍵詞：

3、警示燈 單片機技術 規(guī)律 設計</p><p><b>　　1 引 言</b></p><p><b>　　1.1 問題的提出</b></p><p>　　隨著我國加入世界貿(mào)易組織（WTO），為了創(chuàng)造一個良好的投資環(huán)境，塑造一個美麗的國際化城市，更好的與國際接軌，全國各大城市的市政建設步伐

4、都逐步加快，高速公路系統(tǒng)蓬勃發(fā)展，因此為公路提供更高安全可能的警示燈工程得以迅猛發(fā)展。</p><p>　　由于單片機具有集成度高，處理能力強，可靠性高，系統(tǒng)結構簡單，價格低廉等優(yōu)點，因此在路燈警示燈的工程中被廣泛應用。近年來隨著計算機在社會領域的滲透，單片機的應用正在不斷走向深入。單片機技術中的計時系統(tǒng)是單片機的一個典型的應用。</p><p>　　隨著城市化進程的加快，城市之間高速公路

5、的增多，為防止司機過于疲勞減</p><p>　　小在高速公路上發(fā)生意外的可能，特別是司機疲勞駕駛時發(fā)生意外的可能性更大，通常要開啟警示燈以確保安全。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機89C51和相關的光電檢測設備及繼電設備來設計智能光控路燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際光線條件通過8051芯片的P3.7口控制路燈開關的功能。為提高警示效果，警示燈盡量工作在閃爍狀態(tài)。本次設計的是一款太陽能警示燈，電路采用太陽能電池板，具

6、有手控和光控兩種功能。自動控制狀態(tài)下，天黑以后該電路能控制警示燈自動開啟，并使其工作在閃爍狀態(tài)，而在白天又能將警示燈自動關閉。也可采用手動控制，白天也可使其工作，便于調整，成本低廉,使用方便。利用51系列單片機可編程控制八位邏輯I/O端口實現(xiàn)路燈的智能化，達到節(jié)能，自動控制的目的。</p><p><b>　　1.2任務與分析</b></p><p>　　本次設計的系

7、統(tǒng)的控制中心是89C51單片機。首先，在Protel軟件環(huán)境中進行硬件電路圖的設計。然后在8051軟件環(huán)境中進行系統(tǒng)的軟件編程，并進行程序源文件的編譯和調試，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運行實現(xiàn)的源代碼來源。把.hex文件加載到AT89C51單片機芯片，然后在Proteus軟件環(huán)境中運行硬件電路，警示燈就可以正常工作了。</p><p>　　本設計的系統(tǒng)主要由：AT89C51為中央處理芯片，用于

8、數(shù)據(jù)的處理和初值的設定。光敏電阻為本例的核心模塊，由他提供外界環(huán)境的信息并傳遞給89C51用于處理，處理后的信號傳遞給警示燈。</p><p>　　本系統(tǒng)可分為以下三大模塊：</p><p>　　1、AT89C51模塊：用于數(shù)據(jù)處理，和外圍的時鐘芯片通信，并控制時鐘傳輸過程，采集時間信息并予以處理。</p><p>　　2、光敏電阻模塊：用于實現(xiàn)對外界環(huán)境的解讀，并

9、且傳遞外界的信號給89C51，這是一種簡單的傳遞方式，在現(xiàn)實生活中也比較的適合。</p><p>　　3、程序：包括單片機控制時鐘芯片的接口程序（實現(xiàn)單片機和時鐘芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸過程）和單片機控制和輸入信號的接口程序，以及用于控制警示燈閃爍的程序。</p><p><b>　　二 方案介紹</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)設計方案&l

10、t;/p><p>　　通過查閱相關的資料，設計初期我主要從是通過外界環(huán)境控制還是人為控制做了一定的糾結，最后將兩個控制系統(tǒng)都添加進去了，由于警示燈的閃爍頻率是由系統(tǒng)的程序設定出的，為此，我專門在網(wǎng)上查找了很多資料，最后確定了紅燈閃爍5下，藍燈閃爍5下，然后共同閃爍的循環(huán)工作方式。</p><p>　　設計的時候有兩種方案供我選擇，分別是采用方案一：使用光敏電阻直接提供給51單片機輸入信號，并進

11、行相應的后續(xù)程序操作；</p><p>　　方案二：使用光敏電阻和三極管聯(lián)合驅動的方式，提供給單片機輸入傳感信號。</p><p>　　（1）使用光敏電阻直接提供給51單片機輸入信號，并進行相應的后續(xù)程序操作</p><p>　　此系統(tǒng)的硬件部分主要是由89C2051單片機，74LS48芯片，ULN2003芯片所組成。該系統(tǒng)硬件結構簡單，但是難以實現(xiàn)且不符合系統(tǒng)在現(xiàn)

12、實生活中的實用性等原則。</p><p>　?。?）使用光敏電阻和三極管聯(lián)合驅動的方式，提供給單片機輸入傳感信號。</p><p>　　此系統(tǒng)的硬件部分主要是由89C51單片機和其他一些時鐘控制系統(tǒng)組成的。系統(tǒng)結構簡單，接口較多，既能實現(xiàn)需要的功能，同時也可以在其基礎上擴展出更多的。軟件設計的部分，程序也比較簡單，符合設計要求。</p><p>　　最后確定設計的方

13、案采用第二種。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　當程序啟動后，程序進入初始化階段。單片機將從光控電路中讀出的光照強度，并經(jīng)轉化后形成高低電平送入單片機中，并控制警示燈的閃爍。當需要人工調節(jié)警示燈的開關時，只需要按下人工控制電路的開關即可；如果需要調節(jié)光照強度對警示燈的控制情況，只需要調節(jié)光控電

14、路中的調節(jié)變阻器即可調節(jié)，電阻越小，警示燈開始工作的時間越早。</p><p>　　三 系統(tǒng)硬件電路設計</p><p>　　3.1 89C51單片機</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS

15、 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且

16、價廉的方案。</p><p>　　圖3.1 89C51單片機引腳圖</p><p>　　89C51單片機與早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，只不過用Flash ROM 替代了ROM/EPROM而已[3]。89C51單片機內部結構如圖所示。</p><p>　　3.2 光敏電阻介紹</p><p>　

17、　光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。</p><p>　　光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，

18、電阻增大。</p><p>　　光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達1～10M歐,在強光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4～0.76）μm的響應很接近

19、，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設計大為簡化。</p><p><b>　　四 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件分析 </p><p>　　任何一個應用系統(tǒng)，它們都有著自己的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，少了任何一個部分都不可能稱之為一個完整的應用系統(tǒng)，

20、它們之間是相互依存的一個整體，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個基礎和前提，為軟件系統(tǒng)提供了一個操作平臺；而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂，它對硬件系統(tǒng)起到擴充和完善的作用。可想而知軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要，下面為系統(tǒng)軟件設計過程：</p><p><b>　　警示燈的閃爍頻率</b></p><p>　　這是通過延時函數(shù)來控制燈的閃爍頻率，延時函數(shù)和系統(tǒng)本身的機器周期有著密切的關

21、系，延時函數(shù)是在51單片機的最小系統(tǒng)的晶振的控制之下來實現(xiàn)功能的。</p><p>　　2.警示燈的閃爍規(guī)律</p><p>　　警示燈在高速公路上，通過它的燈光閃爍來提醒周圍司機謹慎駕駛，而警示燈的閃爍規(guī)律對司機的提醒程度是不同的，找到一個有效地閃爍規(guī)律是很有必要的。所以通過程序的讓警示燈同程度的閃爍就可以達到上面的效果。</p><p>　　3.警示燈光控和手控

22、</p><p>　　光控是通過掃面與光敏電阻相連的IO口的高低電平的變化來控制警示燈的亮滅。然而在現(xiàn)實生活中往往會出現(xiàn)某些特殊情況，白天也需要警示燈的閃爍，所以就設置了一個手動控制開光。</p><p><b>　　4.2程序流程圖</b></p><p><b>　?。?）主程序流程圖</b></p>&

23、lt;p>　　圖4.1 程序流程圖</p><p><b>　　主程序流程圖說明：</b></p><p>　　因為警示燈的開啟條件是在需要沒有光照的條件下進行，既是在黑暗的條件下。程序的初始化以后就是對接口P3.7的一個檢查過程，由于P3.7口會輸出一個高電平，所以應該使得在P3.7口為低電平的時候，警示燈亮，這就是光敏電阻電路所需要實現(xiàn)的一個功能，既判斷背景

24、光的亮度是否低于預設值，是的話，就開啟警示燈。</p><p>　?。?）人工調節(jié)警示燈的開啟流程圖。</p><p>　　圖4.2 警示燈人工控制開關流程圖</p><p>　　人工控制警示燈開關流程圖說明：</p><p>　　當未按下控制開關時，警示燈受到光感電路控制，在白天的時候熄滅，晚上的時候亮起，在按下開關以后，系統(tǒng)為P3.7口提

25、供一個低電平，用于實現(xiàn)控制警示燈的閃爍，按下開關以后，警示燈無條件開啟，實現(xiàn)白天的對警示燈的開關控制。</p><p>　　(3)警示燈閃爍控制</p><p>　　圖4.3 警示燈閃爍控制流程圖</p><p>　　警示燈閃爍控制說明：</p><p>　　警示燈通過開關開啟過后，就應該有一定的閃爍規(guī)律使其能夠得到一定的效果，我們這次的設計

26、以紅藍交替閃爍為起點，循環(huán)往復閃爍，直到警示燈被芯片控制關閉。</p><p>　?。?）人工控制開關優(yōu)先級高于光控電路開關。</p><p>　　圖4.4 人工控制與光控電路光照控制的優(yōu)先級</p><p>　　人工控制與光控電路光照控制的優(yōu)先級說明：</p><p>　　由于人為控制燈光開關的時間是隨時的，而光控電路通過光照控制時間是有限

27、的，所以從追求功能更完善的角度來說，應當優(yōu)先考慮是否人工控制，然后再考慮光控是否成功。這也是控制功能中比較重要的一步，它決定了警示燈是否能夠在白天或者任何時刻工作的能力。</p><p><b>　　五 系統(tǒng)調試過程</b></p><p>　　通過上面的硬件設計和軟件設計過程，設計的工作已經(jīng)基本完成，接下來的工作就是對所設計好的應用系統(tǒng)進行調試。通過調試可以檢查出系

28、統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤，從而進行下一步的修改。</p><p>　　在Protel 99 SE中，對硬件電路圖進行ERC電氣規(guī)則檢查。</p><p>　　圖5.1警示燈原理圖</p><p>　　程序經(jīng)過調試顯示“0錯誤，0警告”。表示程序調試通過。</p><p>　　圖5.2程序調試結果</p><p><b&g

29、t;　　protues調試</b></p><p>　　圖5.3警示燈仿真圖</p><p><b>　　(3)電路板的規(guī)劃</b></p><p>　　圖5.4 警示燈PCB板</p><p><b>　　(4)實物檢測</b></p><p><b>

30、;　　(5)程序</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit W=P3^7; </p><p>　　sbit red=P1^0;</p><p>　　sbit blue=

31、P1^1;</p><p>　　void delay(uchar x);</p><p>　　void shanshuo();</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while(1)</b></p

32、><p><b>　　{</b></p><p>　　if(W==0)</p><p>　　shanshuo();</p><p><b>　　if(W==1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>&

33、lt;b>　　red=1;</b></p><p><b>　　blue =1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p>&l

34、t;p>　　void delay(uchar x) //延時500ms誤差 0us</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char a,b,c;</p><p>　　for(c=23;c>0;c--)</p><p>　　for(b=152;b>0;b--)&

35、lt;/p><p>　　for(a=x;a>0;a--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void shanshuo()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar a=5,b=5,c=3;</p>&

36、lt;p>　　while(a--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　red=0;</b></p><p>　　delay(10);</p><p><b>　　red=1;</b></p><p>　　delay

37、(10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(b--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　blue=0;</b></p><p>　　delay(10);</p>&l

38、t;p><b>　　blue=1;</b></p><p>　　delay(10);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(c--)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　r

39、ed=0;</b></p><p><b>　　blue=0;</b></p><p>　　delay(24);</p><p><b>　　red=1;</b></p><p><b>　　blue=1;</b></p><p>　　del

40、ay(30);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　結 論</b></p><p>　　本次設計在對警示燈的光感控制方面的基本要求之外，加入了更多趣味性元素，比如燈的閃爍頻率、次數(shù)、個數(shù)等控制方面，還能對

41、警示燈進行自動控制，這是一個很有意義的題目，感謝我的指導老師陳飛老師為我提供了一個這么好的題目。我在本次設計首次采用了DS1302時鐘芯片，此芯片穩(wěn)定性好，并且功能強大。而主要的芯片AT89C51單片機，在系統(tǒng)中作為一個處理裝置，一口接受到外界給予的控制信號，并對其作出判斷識別，并且執(zhí)行相應的處理；本系統(tǒng)采用的是硬件和軟件共同組合的辦法，其最大特點是：軟件設計獨特、可靠，硬件電路簡單，安裝方便易于實現(xiàn)，相對也比較簡單，沒有太多的危險。&