光控式道路建筑施工閃爍警示燈設計

1、3 9第8砰矮喙傀工 esd n Qeacfleis Coikg本科生畢業(yè)論文設計系院物理與電子工程學院 專業(yè) 電子信息工程論文題目 光控式道路施工閃爍警示燈設計學生XX指導教師XX及職稱專業(yè)資料完成日期：年 月光控式道路施工閃爍警示燈設計物理與電子工程學院電子信息工程摘要本設計采用STC89C52RC單片機、光控和聲控檢測設備設計了一個道路施工閃爍警示 燈。電路采用模塊化設計，主要包括單片機控制模塊、光控模塊、聲控模塊、警示燈模塊。實現(xiàn)天黑后警示燈自動開啟閃爍， 而天亮后又能自動關閉的功能，保障夜間道路施工現(xiàn)場的交通和過往行人的平安，到達警示和節(jié)能的目的。關鍵字警示聲控光控 STC89C52

2、RC1設計任務與要求本設計的主要任務是，在夜間，通常要在施工現(xiàn)場設置并開啟紅色警示燈， 以確保交通平安。為了提高警示效果，警示燈最好是要工作在閃爍狀態(tài)。該設計 在天黑后同時外界環(huán)境有聲音時，該電路能控制警示燈自動開啟并使其工作在閃 爍狀態(tài)，二個條件中任何一個或者二個不滿足時報警燈自動關閉。根本功能：實現(xiàn)晚上警示燈自動閃爍，白天自動關閉的根本功能。發(fā)揮局部：添加一個聲控模塊，在晚上，當檢測到有聲音信號時過往車輛 和行人等，才點亮閃爍警示燈，否那么警示燈不點亮，到達環(huán)保節(jié)能的效果。2設計方案本設計通過光敏電阻檢測環(huán)境光強，采用電容式駐極體傳聲器檢測環(huán)境聲強 信號，檢測出光線強時，給出低電平，光線弱

3、時，給出高電平；有聲音時給出高 電平，沒有聲音時給出低電平。兩個模塊發(fā)出的電平傳送給單片機，當且僅當環(huán)境光線降低低至閥值，外界有聲音信號兩個條件同時滿足時，單片機發(fā)出指 令控制led燈處于閃爍狀態(tài)，并且閃爍一段時間后自動熄滅。設計包括硬件電路 和軟件設計兩局部，其中硬件電路局部主要包括：光控模塊、聲控模塊、單片機 控制模塊單片機最小系統(tǒng)、警示燈模塊；軟件局部包括：Protues仿真、Keil-C51 軟件編程。系統(tǒng)原理框圖如圖 2-1：光敏電阻光控檢測電路駐極體傳聲控檢測 電路單片機控制警示閃爍燈圖2-1系統(tǒng)原理框圖3元器件介紹3.1 單片機 STC89C52RCSTC89C52RCI片機是高

4、性能、低功耗的8位微處理控制器，具有8K的在 系統(tǒng)上可編程的存儲器原件。與 89C51產品在引腳和功能上完全一樣并且兼容。 此款單片機為眾多嵌入式控制和應用系統(tǒng)提供了高靈活、超有效的解決方案。在空閑狀態(tài)下，CPU處于停頓狀態(tài)，但是允許 RAM、定時器、串口、中斷等繼續(xù) 工作。掉電狀態(tài)下，RAM容會被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停頓， 直到下一個中斷或硬件復位為止。在本次設計中，用到了的單片機的邏輯處理功能。通過光電檢測電路將檢測 到的外界光照強度通過邏輯值傳遞給單片機的P2.0 口，當外界光照強度到達設定的閥值時接收一個高電平；聲電檢測電路檢測到的外界聲音信息傳給單片機 P0.0口，當外

5、界有聲音信號時，單片機接收一個高電平，當兩個 IO 口同時為高 電平時，單片機的P3.4和P3.5給出低電平使LED點亮處于閃爍狀態(tài)，并且給單 片機設定循環(huán)，使之閃爍一段時間后自動停頓，本設計中閃爍五次后自動停頓。3.2 光敏電阻光敏電阻是一種特殊的電阻，其阻值會隨著光照強度的改變而呈現(xiàn)出一定的 變化趨勢。其工作原理是基于光電效應。光敏電阻的材料有金屬硫化物、硒化物、 硫化物等半導體。半導體的導電能力決定于半導體載流子數(shù)目的多少，光敏電阻就是通過光線來改變半導體載流子的數(shù)目來到達改變光敏電阻阻值的。當光敏電阻受到光照 時，價帶中的電子吸收光子能量后將躍遷到導帶，成為自由電子。當光照越強， 空穴

6、對就越多，從而阻值就越低。當光敏電阻兩端加上電壓后，流過光敏電阻的 電流隨光照增大而增大。入射光消失，電子 -空穴對逐漸復合，電阻也逐漸恢復 原值，電流也逐漸減小。光敏電阻原理圖如圖 3-1:圖3-1光敏電阻原理圖當在光敏電阻的兩端金屬電極上加上電壓時，其中便會有電流通過，當光敏電阻受到適當波長的光線照射時，電流就會隨光強的增加而變大，實現(xiàn)光電轉換。3.3 LM393雙電壓比擬器LM393是高增益，寬頻帶的，部有兩個高精度的、獨立的電壓比擬器組成的 集成電路。主要特點：工作溫度 :0 - 070° C圖3-3-1器件實物圖圖3-3-2部構造圖Vee標號:393功能號:393;通道個數(shù)

7、:2輸入失調電壓小,VIO= ±2 MV,電源電壓圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2V36V;消耗電流小，ICC=0.8mA;雙電源：±1 V± 18V;共模輸入電壓圍寬，VIC=0VVCC-1.5V;輸出可與MOS, CMOS等電路兼容;輸出可用開路集電極連”或門。3.4 電容式駐極體傳聲器電容駐極體傳聲器具有電聲性能好、體積小、構造簡單、價格低等特點，廣 泛用于無線話筒、盒式錄音機及聲控等電路。電容式駐極體話筒由聲電轉換和阻抗變換兩局部組成。聲電轉換的關鍵元件 是駐極體振動膜。它是上面被蒸發(fā)上一層純金的薄膜的塑料膜片。經過高壓電場 駐極后，兩面分別帶有

8、等量的異性電荷，薄膜片上被蒸發(fā)上純金的一面朝向外， 與器件金屬外殼相連通，薄膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣物質隔離 開。這樣，在蒸金膜與金屬極板之間就形成了一個電容。 當駐極體膜片遇到聲波 振動時，因為和背極的距離也跟著變化，所以就會改變電容的大小從而改變電容 兩端的電壓，由于聲波的變化是極不規(guī)律，所以產生的電壓將會是一個交變電壓， 這樣就實現(xiàn)了聲電的轉換。根據(jù)物理知識，電容兩端的電壓 V=Q/C。因為極板兩端沒有放點回路，所 以駐極體兩端總的電荷量是永遠不變的， 當極板受到聲波壓力而后退時，電容大 小減小，根據(jù)公式，電容兩極間的電壓就會成反比的升高，相反，當電容大小增 加時，電容兩極間

9、的電壓就會降低。再通過器件部的阻抗非常高的場效應將電容 兩端的電壓取出來后再經過電壓放大， 就能夠得到和聲音對對應的電壓了。 因為 器件部的場效應管屬于有源器件，所以需要一定的偏置和電流才可以工作在放大 狀態(tài)，因此，駐電容式駐極體話筒通常都需要外加一個直流偏置電路才能正常工 作。原理圖如圖3-2:圖3-2駐極體話筒的電路原理圖構造圖如圖3-3如下:拄川場效應管圖3-3駐極體話筒的構造圖4設計原理4.1 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)是單片機中非常重要的一局部，其他外部電路都是在最小系 統(tǒng)的根底上實現(xiàn)的。單片機最小系統(tǒng)由單片機、時鐘電路、復位電路、電源和地 端組成。單片機系統(tǒng)一般都是采用外部接入石

10、英晶體和部運放組成的時鐘振蕩器 當做硬件時鐘源。然而，在多機系統(tǒng)中，單片機通常只作為功能模塊中的一個使 用，這樣做是為了節(jié)省硬件資源和統(tǒng)一系統(tǒng)的時鐘信號，常采用外部時鐘源。單片機最小系統(tǒng)是單片機控制硬件電路的核心局部。單片機最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 4-1:圖4-1單片機最小系統(tǒng)電路圖4.2 光控電路光控模塊：采用LM393電壓比擬器，一端輸入值通過電位器調節(jié)輸入，即控靈敏度的調節(jié)；另一端輸入為光敏電阻采集的電壓信息， 當環(huán)境亮度降低時光敏電阻阻值升高，輸入電壓變大，當?shù)竭_設定的閥值時LM393實現(xiàn)電平跳轉,再傳輸給單片機控制局部。LM393同相輸入電壓大于反相輸入電壓時，輸出為高 電平，否那么

11、為低電平。光控電路圖如圖 4-2:圖4-2光控電路4.3 聲控電路外界產生的聲音信號，由電容式駐極體傳聲器BM將聲音信號轉換為電信號，再經過電容耦合至三極管 9014進展電壓放大，然后傳給單片機的輸入口。 LMP393的輸出為集電極開路，主要目的是為了適應不同電平的需要。按照電路 構造分析，在正常使用情況下，輸出時必須接上拉電阻。聲控電路圖如圖4-3:圖4-3聲控電路4.4 系統(tǒng)總電路仿真中，由于找不到駐極體傳聲器，就用一個開關連接電源代替，當有聲音 信號時，跳變?yōu)楦唠娖郊撮_關按下?？傠娐贩抡鎴D如圖4-4:C119X1a,£C2910uFR1R6(2)R6410056D2100LED

12、-YELLOWCRYSTAL 18LED-YELLOW10k22pFR7R7022PlU1C3 2T3D1bXTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INT0-P1.3P3.3/INT1-P1 4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WR-P1.7P3.7/RD-

13、1-22930-3139FF36FF33一212U2:A3LM393R210kLDR1torch-040.1uF圖4-4系統(tǒng)總電路圖5設計過程該設計主要包括光控模塊、聲控模塊、單片機局部，所以在焊接硬件電路時 主要是分模塊進展焊接。合理的排好版后，依次焊接光控模塊、聲控模塊、單片 機局部，最后連接好各模塊電源。分模塊完成硬件電路，簡化了硬件電路焊接過 程。焊接完成后，發(fā)現(xiàn)沒安裝電源總開關，在調試時很不方便，然后根據(jù)電路原 理安裝了電源總開關，下載好單片機程序后，結合萬用表調試好光控電路和聲控 電路的閥值靈敏度，檢測硬件電路，發(fā)現(xiàn)焊接的電路無誤，光控和聲控的靈敏度 也很適宜，實現(xiàn)全部功能。調試圖

14、如圖 5-1和圖5-2:圖5-1白天警示燈不亮當外界環(huán)境處于白天時LED不亮，如上圖6-3圖5-2夜間有聲響警示燈亮當外界環(huán)境處于黑暗狀態(tài)時圖中用紙遮住光敏電阻模擬黑夜，且有聲音時LED點亮，如上圖6-46設計結果仿真圖如圖6-1,焊接后實物圖正反面如圖6-2和圖6-3,9 8 7 6 5 43 2 2”3=;7二 0 二:8:黑0L圖6-1軟件仿真圖圖6-2實物正面圖個m姓司，.plOCO 公-ioeeo©；JO ；POOO1 1L" IUHHI 彳 T .3U34D9 1 卡，j jogoaoooooooeooc L.一 一 10口 CDQC-i. m1nqe 0口七口

15、口口 ： 06。00 ，. Fi HOO,QlOClM * 匕。0，He日Ai' e4 fiaoeo ： e1 1 M*j0Co ' aUVGeO 中1 y 整 e . HI C '% j boo ee ,- *eifc t |. I" 口，（！ 口， h，L LB ll .*100e060 工心電?/ ,.典 ft 科，,*-*"- 150 !> I Y- -1 d at- 11: e ee©"Cfion C<* Bieo E- eA “修 oc cooev DCQOOBr O B - SfiQ i.OODCr>

16、;ooooc ;00061?？凇?-oobo t l.g -口口口oooo.aoeoo -.* fj . rOOOO ooooc r nt tooao bOooo ；?！?0省 U?？诳诎装装譗k，.工【仆0 5f W圖6-3實物反面圖可修編程序流程圖如圖5-1所示:開場定義I/O對象定義軟件變量報警圖6-4系統(tǒng)主程序流程圖7總結本次畢業(yè)設計是以基于單片機的光控式道路施工閃爍警示燈控制電路為研究對象，通過對控制系統(tǒng)所要完成的功能進展分析， 確定所要用到的各種元器件和芯片，然后根據(jù)工作原理將各個功能局部進展組合連接，并且利用相關的軟件 完成電路仿真，再根據(jù)仿真電路完成其硬件圖。利用 Keil編程

17、軟件根據(jù)系統(tǒng)的 功能要求進展編程，導入單片機中，最后進展調試及仿真。在設計中，我遇到了很多問題。比方說，在仿真的時候找不到元器件，在選 擇硬件時所要用到的元器件也找不到、編程出錯等。但是經過努力，總算圓滿的 了此次畢業(yè)設計。另外，通過本次畢業(yè)設計我收獲頗多。更深一步的學習了單片機的一些工作 原理及常見的用途。最重要的，通過本次設計，教會了我一種解決問題的方法， 這將對我以后的學習和工作絕對是大有幫助。參考文獻1嵐，葉慶云.電路分析根底M.:高等教育,2010.12玉杰.單片機原理與應用技術M.:航空航天大學,20074吳友宇.模擬電子技術根底.M:清華教育，2009.55郭天祥.51單片機C語

18、言教程M.:電子工業(yè),2009.126丘關源.電路第五版M.:高等教育，20047華兵.MCS-51單片機原理應用.：華中科技大學，2002 .58光東.單片機微型計算機原理與接口技術（第二版）.：華中理工大學，1999.4Light type road construction flashing warning lamp designJiang GaoqiangCollege of physics and electronic engineering 10270145Abstract along with the progress of society, the demand andappl

19、ication field expanded, all kinds of intelligent products,control systems are based on single chip microputer as the core to carry out development and design. This design uses STC89C52RC microcontroller and related optical and acousticdetection equipment for road construction flashing warning lights, the implementation of modular circuit design, including the MCU control module, control module, voice module, warning lampmodule. The warning light flashing automatically openafte