警示燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)警示燈設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)2010112030620 張恒電子信息工程物電學(xué)院1006班2013/6/24摘 要現(xiàn)在，隨著微電子技術(shù)和集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)無(wú)處不在。單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)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(yīng)用到了各行各業(yè)，尤其是與控制相關(guān)的領(lǐng)域，極大的提高了產(chǎn)品的智能化程度和技術(shù)水平，已經(jīng)成為了當(dāng)今社會(huì)十分重要的技術(shù)領(lǐng)域。隨著社會(huì)需求和單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，各類智能產(chǎn)品、控制系統(tǒng)都是以單片機(jī)技術(shù)為核心來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)采用MSC51系列單片機(jī)89C51和相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備及設(shè)計(jì)智能路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際光線條

2、件通過(guò)8051芯片的P3.7口控制高速公路警示燈的開(kāi)關(guān)功能，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)亮燈規(guī)律的控制。隨著社會(huì)文明的不斷發(fā)展，高速公路的警示燈已不簡(jiǎn)單是為了給司機(jī)朋友提神，更應(yīng)該是一種美的享受。關(guān)鍵詞：警示燈 單片機(jī)技術(shù) 規(guī)律 設(shè)計(jì)1 引 言1.1 問(wèn)題的提出隨著我國(guó)加入世界貿(mào)易組織（WTO），為了創(chuàng)造一個(gè)良好的投資環(huán)境，塑造一個(gè)美麗的國(guó)際化城市，更好的與國(guó)際接軌，全國(guó)各大城市的市政建設(shè)步伐都逐步加快，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。由于單片機(jī)具有集成度高，處理能力強(qiáng)，可靠性高，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此在路燈警示燈的工程中被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)

3、域的滲透，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷走向深入。單片機(jī)技術(shù)中的計(jì)時(shí)系統(tǒng)是單片機(jī)的一個(gè)典型的應(yīng)用。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市之間高速公路的增多，為防止司機(jī)過(guò)于疲勞減小在高速公路上發(fā)生意外的可能，特別是司機(jī)疲勞駕駛時(shí)發(fā)生意外的可能性更大，通常要開(kāi)啟警示燈以確保安全。本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)89C51和相關(guān)的光電檢測(cè)設(shè)備及繼電設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)智能光控路燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際光線條件通過(guò)8051芯片的P3.7口控制路燈開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)的是一款太陽(yáng)能警示燈，電路采用太陽(yáng)能電池板，具有手控和光控兩種功能。自動(dòng)控制狀態(tài)下，天黑以后該電路能控制警示燈自動(dòng)開(kāi)啟，并使其

4、工作在閃爍狀態(tài)，而在白天又能將警示燈自動(dòng)關(guān)閉。也可采用手動(dòng)控制，白天也可使其工作，便于調(diào)整，成本低廉,使用方便。利用51系列單片機(jī)可編程控制八位邏輯I/O端口實(shí)現(xiàn)路燈的智能化，達(dá)到節(jié)能，自動(dòng)控制的目的。1.2任務(wù)與分析本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的控制中心是89C51單片機(jī)。首先，在Protel軟件環(huán)境中進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)。然后在8051軟件環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程，并進(jìn)行程序源文件的編譯和調(diào)試，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的源代碼來(lái)源。把.hex文件加載到AT89C51單片機(jī)芯片，然后在Proteus軟件環(huán)境中運(yùn)行硬件電路，警示燈就可以正常工作了。 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由：AT89

5、C51為中央處理芯片，用于數(shù)據(jù)的處理和初值的設(shè)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(hào)傳遞給警示燈。 本系統(tǒng)可分為以下三大模塊：1、AT89C51模塊：用于數(shù)據(jù)處理，和外圍的時(shí)鐘芯片通信，并控制時(shí)鐘傳輸過(guò)程，采集時(shí)間信息并予以處理。2、光敏電阻模塊：用于實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的解讀，并且傳遞外界的信號(hào)給89C51，這是一種簡(jiǎn)單的傳遞方式，在現(xiàn)實(shí)生活中也比較的適合。3、程序：包括單片機(jī)控制時(shí)鐘芯片的接口程序（實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和時(shí)鐘芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程）和單片機(jī)控制和輸入信號(hào)的接口程序，以及用于控制警示燈閃爍的程序。二 方案介紹2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通過(guò)查閱相

6、關(guān)的資料，設(shè)計(jì)初期我主要從是通過(guò)外界環(huán)境控制還是人為控制做了一定的糾結(jié)，最后將兩個(gè)控制系統(tǒng)都添加進(jìn)去了，由于警示燈的閃爍頻率是由系統(tǒng)的程序設(shè)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(lán)燈閃爍5下，然后共同閃爍的循環(huán)工作方式。 設(shè)計(jì)的時(shí)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(jī)輸入信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)程序操作；方案二：使用光敏電阻和三極管聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的方式，提供給單片機(jī)輸入傳感信號(hào)。（1）使用光敏電阻直接提供給51單片機(jī)輸入信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的后續(xù)程序操作此系統(tǒng)的硬件部分主要是由89C2051單片機(jī)，74LS48芯片，ULN2003芯片所組成。該

7、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是難以實(shí)現(xiàn)且不符合系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)用性等原則。（2）使用光敏電阻和三極管聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的方式，提供給單片機(jī)輸入傳感信號(hào)。 此系統(tǒng)的硬件部分主要是由89C51單片機(jī)和其他一些時(shí)鐘控制系統(tǒng)組成的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接口較多，既能實(shí)現(xiàn)需要的功能，同時(shí)也可以在其基礎(chǔ)上擴(kuò)展出更多的。軟件設(shè)計(jì)的部分，程序也比較簡(jiǎn)單，符合設(shè)計(jì)要求。最后確定設(shè)計(jì)的方案采用第二種。2.2 系統(tǒng)總體框圖時(shí)鐘芯片復(fù)位電路光控電路XTALRST P1.0AT89C51單片機(jī) P1.1 P3.7警示燈（紅警示燈（藍(lán)人工控制圖2.1 系統(tǒng)總體框圖 當(dāng)程序啟動(dòng)后，程序進(jìn)入初始化階段。單片機(jī)將從光控電路中讀出的光照強(qiáng)度，并經(jīng)轉(zhuǎn)

8、化后形成高低電平送入單片機(jī)中，并控制警示燈的閃爍。當(dāng)需要人工調(diào)節(jié)警示燈的開(kāi)關(guān)時(shí)，只需要按下人工控制電路的開(kāi)關(guān)即可；如果需要調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度對(duì)警示燈的控制情況，只需要調(diào)節(jié)光控電路中的調(diào)節(jié)變阻器即可調(diào)節(jié)，電阻越小，警示燈開(kāi)始工作的時(shí)間越早。三 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦

9、除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖3.1 89C51單片機(jī)引腳圖89C51單片機(jī)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(guò)用Flash ROM 替代了ROM/EPROM而已3。89C51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。3.2 光敏電阻介紹光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫

10、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(zhǎng)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(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)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(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在

11、強(qiáng)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(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化。四 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件分析 任何一個(gè)應(yīng)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(gè)部分都不可能稱之為一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)，它們之間是相互依存的一個(gè)整體，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的一個(gè)基礎(chǔ)和前提，為軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)操作平臺(tái)；而軟件系統(tǒng)是硬件系統(tǒng)的靈魂，它對(duì)硬件系統(tǒng)起到擴(kuò)充和完善的作用?？上攵浖到y(tǒng)與硬件系統(tǒng)同等重要，

12、下面為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程：1 警示燈的閃爍頻率這是通過(guò)延時(shí)函數(shù)來(lái)控制燈的閃爍頻率，延時(shí)函數(shù)和系統(tǒng)本身的機(jī)器周期有著密切的關(guān)系，延時(shí)函數(shù)是在51單片機(jī)的最小系統(tǒng)的晶振的控制之下來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的。2.警示燈的閃爍規(guī)律警示燈在高速公路上，通過(guò)它的燈光閃爍來(lái)提醒周圍司機(jī)謹(jǐn)慎駕駛，而警示燈的閃爍規(guī)律對(duì)司機(jī)的提醒程度是不同的，找到一個(gè)有效地閃爍規(guī)律是很有必要的。所以通過(guò)程序的讓警示燈同程度的閃爍就可以達(dá)到上面的效果。3.警示燈光控和手控光控是通過(guò)掃面與光敏電阻相連的IO口的高低電平的變化來(lái)控制警示燈的亮滅。然而在現(xiàn)實(shí)生活中往往會(huì)出現(xiàn)某些特殊情況，白天也需要警示燈的閃爍，所以就設(shè)置了一個(gè)手動(dòng)控制開(kāi)光。4.2程序流

13、程圖（1）主程序流程圖NY.開(kāi)始背景光檢測(cè)初始化警示燈亮背景光強(qiáng)低于預(yù)設(shè)值圖4.1 程序流程圖主程序流程圖說(shuō)明： 因?yàn)榫緹舻拈_(kāi)啟條件是在需要沒(méi)有光照的條件下進(jìn)行，既是在黑暗的條件下。程序的初始化以后就是對(duì)接口P3.7的一個(gè)檢查過(guò)程，由于P3.7口會(huì)輸出一個(gè)高電平，所以應(yīng)該使得在P3.7口為低電平的時(shí)候，警示燈亮，這就是光敏電阻電路所需要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)功能，既判斷背景光的亮度是否低于預(yù)設(shè)值，是的話，就開(kāi)啟警示燈。（2）人工調(diào)節(jié)警示燈的開(kāi)啟流程圖。YN燈警示燈關(guān)等待響應(yīng)初始化警示燈亮自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)是否開(kāi)啟圖4.2 警示燈人工控制開(kāi)關(guān)流程圖人工控制警示燈開(kāi)關(guān)流程圖說(shuō)明： 當(dāng)未按下控制開(kāi)關(guān)時(shí)，警示燈受到光

14、感電路控制，在白天的時(shí)候熄滅，晚上的時(shí)候亮起，在按下開(kāi)關(guān)以后，系統(tǒng)為P3.7口提供一個(gè)低電平，用于實(shí)現(xiàn)控制警示燈的閃爍，按下開(kāi)關(guān)以后，警示燈無(wú)條件開(kāi)啟，實(shí)現(xiàn)白天的對(duì)警示燈的開(kāi)關(guān)控制。(3)警示燈閃爍控制警示燈開(kāi)啟紅燈閃爍5次，藍(lán)燈關(guān)閉藍(lán)燈閃爍5次，紅燈關(guān)閉兩燈同時(shí)閃爍3次警示燈是否關(guān)閉程序終止YN 圖4.3 警示燈閃爍控制流程圖警示燈閃爍控制說(shuō)明：警示燈通過(guò)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟過(guò)后，就應(yīng)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(shè)計(jì)以紅藍(lán)交替閃爍為起點(diǎn)，循環(huán)往復(fù)閃爍，直到警示燈被芯片控制關(guān)閉。（4）人工控制開(kāi)關(guān)優(yōu)先級(jí)高于光控電路開(kāi)關(guān)。 警示燈關(guān)閉人工控制開(kāi)關(guān)是否開(kāi)啟YN光照是否不足警示燈開(kāi)啟YN

15、圖4.4 人工控制與光控電路光照控制的優(yōu)先級(jí)人工控制與光控電路光照控制的優(yōu)先級(jí)說(shuō)明： 由于人為控制燈光開(kāi)關(guān)的時(shí)間是隨時(shí)的，而光控電路通過(guò)光照控制時(shí)間是有限的，所以從追求功能更完善的角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)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(shí)刻工作的能力。五 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程通過(guò)上面的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)的工作已經(jīng)基本完成，接下來(lái)的工作就是對(duì)所設(shè)計(jì)好的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤，從而進(jìn)行下一步的修改。（1） 在Protel 99 SE中，對(duì)硬件電路圖進(jìn)行ERC電氣規(guī)則檢查。圖5.1警示燈原理圖程

16、序經(jīng)過(guò)調(diào)試顯示“0錯(cuò)誤，0警告”。表示程序調(diào)試通過(guò)。圖5.2程序調(diào)試結(jié)果（2） protues調(diào)試圖5.3警示燈仿真圖 (3)電路板的規(guī)劃圖5.4 警示燈PCB板(4)實(shí)物檢測(cè)(5)程序#include#define uchar unsigned charsbit W=P37; sbit red=P10;sbit blue=P11;void delay(uchar x);void shanshuo();void main() while(1) if(W=0)shanshuo();if(W=1) red=1; blue =1; void delay(uchar x) /延時(shí)500ms誤差 0us

17、 unsigned char a,b,c; for(c=23;c0;c-) for(b=152;b0;b-) for(a=x;a0;a-);void shanshuo() uchar a=5,b=5,c=3;while(a-) red=0;delay(10);red=1;delay(10);while(b-)blue=0;delay(10);blue=1;delay(10);while(c-)red=0;blue=0;delay(24);red=1;blue=1;delay(30);結(jié) 論本次設(shè)計(jì)在對(duì)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(gè)數(shù)等控制方面，還能對(duì)警示燈進(jìn)行自動(dòng)控制，這是一個(gè)很有意義的題目，