光控式道路建筑施工閃爍警示燈設(shè)計(jì)

1、3 9第8砰矮喙傀工 esd n Qeacfleis Coikg本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)系院物理與電子工程學(xué)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(shè)計(jì)學(xué)生XX指導(dǎo)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(shè)計(jì)物理與電子工程學(xué)院電子信息工程摘要本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC單片機(jī)、光控和聲控檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)了一個(gè)道路施工閃爍警示 燈。電路采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括單片機(jī)控制模塊、光控模塊、聲控模塊、警示燈模塊。實(shí)現(xiàn)天黑后警示燈自動(dòng)開啟閃爍， 而天亮后又能自動(dòng)關(guān)閉的功能，保障夜間道路施工現(xiàn)場(chǎng)的交通和過往行人的平安，到達(dá)警示和節(jié)能的目的。關(guān)鍵字警示聲控光控 STC89C52

2、RC1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是，在夜間，通常要在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(shè)計(jì) 在天黑后同時(shí)外界環(huán)境有聲音時(shí)，該電路能控制警示燈自動(dòng)開啟并使其工作在閃 爍狀態(tài)，二個(gè)條件中任何一個(gè)或者二個(gè)不滿足時(shí)報(bào)警燈自動(dòng)關(guān)閉。根本功能：實(shí)現(xiàn)晚上警示燈自動(dòng)閃爍，白天自動(dòng)關(guān)閉的根本功能。發(fā)揮局部：添加一個(gè)聲控模塊，在晚上，當(dāng)檢測(cè)到有聲音信號(hào)時(shí)過往車輛 和行人等，才點(diǎn)亮閃爍警示燈，否那么警示燈不點(diǎn)亮，到達(dá)環(huán)保節(jié)能的效果。2設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)通過光敏電阻檢測(cè)環(huán)境光強(qiáng)，采用電容式駐極體傳聲器檢測(cè)環(huán)境聲強(qiáng) 信號(hào)，檢測(cè)出光線強(qiáng)時(shí)，給出低電平，光線弱

3、時(shí)，給出高電平；有聲音時(shí)給出高 電平，沒有聲音時(shí)給出低電平。兩個(gè)模塊發(fā)出的電平傳送給單片機(jī)，當(dāng)且僅當(dāng)環(huán)境光線降低低至閥值，外界有聲音信號(hào)兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指 令控制led燈處于閃爍狀態(tài)，并且閃爍一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。設(shè)計(jì)包括硬件電路 和軟件設(shè)計(jì)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(jī) 控制模塊單片機(jī)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(cè)電路駐極體傳聲控檢測(cè) 電路單片機(jī)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(jī) STC89C52RCSTC89C52RCI片機(jī)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(chǔ)器原件。與 89C51產(chǎn)品在引腳和功能上完全一樣并且兼容。 此款單片機(jī)為眾多嵌入式控制和應(yīng)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(shí)器、串口、中斷等繼續(xù) 工作。掉電狀態(tài)下，RAM容會(huì)被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停頓， 直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。在本次設(shè)計(jì)中，用到了的單片機(jī)的邏輯處理功能。通過光電檢測(cè)電路將檢測(cè) 到的外界光照強(qiáng)度通過邏輯值傳遞給單片機(jī)的P2.0 口，當(dāng)外界光照強(qiáng)度到達(dá)設(shè)定的閥值時(shí)接收一個(gè)高電平；聲電檢測(cè)電路檢測(cè)到的外界聲音信息傳給單片機(jī) P0.0口，當(dāng)外

5、界有聲音信號(hào)時(shí)，單片機(jī)接收一個(gè)高電平，當(dāng)兩個(gè) IO 口同時(shí)為高 電平時(shí)，單片機(jī)的P3.4和P3.5給出低電平使LED點(diǎn)亮處于閃爍狀態(tài)，并且給單 片機(jī)設(shè)定循環(huán)，使之閃爍一段時(shí)間后自動(dòng)停頓，本設(shè)計(jì)中閃爍五次后自動(dòng)停頓。3.2 光敏電阻光敏電阻是一種特殊的電阻，其阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的改變而呈現(xiàn)出一定的 變化趨勢(shì)。其工作原理是基于光電效應(yīng)。光敏電阻的材料有金屬硫化物、硒化物、 硫化物等半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力決定于半導(dǎo)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(dǎo)體載流子的數(shù)目來到達(dá)改變光敏電阻阻值的。當(dāng)光敏電阻受到光照 時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后將躍遷到導(dǎo)帶，成為自由電子。當(dāng)光照越強(qiáng)， 空穴

6、對(duì)就越多，從而阻值就越低。當(dāng)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(duì)逐漸復(fù)合，電阻也逐漸恢復(fù) 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(dāng)在光敏電阻的兩端金屬電極上加上電壓時(shí)，其中便會(huì)有電流通過，當(dāng)光敏電阻受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。3.3 LM393雙電壓比擬器LM393是高增益，寬頻帶的，部有兩個(gè)高精度的、獨(dú)立的電壓比擬器組成的 集成電路。主要特點(diǎn)：工作溫度 :0 - 070° C圖3-3-1器件實(shí)物圖圖3-3-2部構(gòu)造圖Vee標(biāo)號(hào):393功能號(hào):393;通道個(gè)數(shù)

7、:2輸入失調(diào)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(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低等特點(diǎn)，廣 泛用于無線話筒、盒式錄音機(jī)及聲控等電路。電容式駐極體話筒由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩局部組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件 是駐極體振動(dòng)膜。它是上面被蒸發(fā)上一層純金的薄膜的塑料膜片。經(jīng)過高壓電場(chǎng) 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(zhì)隔離 開。這樣，在蒸金膜與金屬極板之間就形成了一個(gè)電容。 當(dāng)駐極體膜片遇到聲波 振動(dòng)時(shí)，因?yàn)楹捅硺O的距離也跟著變化，所以就會(huì)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(chǎn)生的電壓將會(huì)是一個(gè)交變電壓， 這樣就實(shí)現(xiàn)了聲電的轉(zhuǎn)換。根據(jù)物理知識(shí)，電容兩端的電壓 V=Q/C。因?yàn)闃O板兩端沒有放點(diǎn)回路，所 以駐極體兩端總的電荷量是永遠(yuǎn)不變的， 當(dāng)極板受到聲波壓力而后退時(shí)，電容大 小減小，根據(jù)公式，電容兩極間的電壓就會(huì)成反比的升高，相反，當(dāng)電容大小增 加時(shí)，電容兩極間

9、的電壓就會(huì)降低。再通過器件部的阻抗非常高的場(chǎng)效應(yīng)將電容 兩端的電壓取出來后再經(jīng)過電壓放大， 就能夠得到和聲音對(duì)對(duì)應(yīng)的電壓了。 因?yàn)?器件部的場(chǎng)效應(yīng)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(gè)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(gòu)造圖如圖3-3如下:拄川場(chǎng)效應(yīng)管圖3-3駐極體話筒的構(gòu)造圖4設(shè)計(jì)原理4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)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(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、電源和地 端組成。單片機(jī)系統(tǒng)一般都是采用外部接入石

10、英晶體和部運(yùn)放組成的時(shí)鐘振蕩器 當(dāng)做硬件時(shí)鐘源。然而，在多機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)通常只作為功能模塊中的一個(gè)使 用，這樣做是為了節(jié)省硬件資源和統(tǒng)一系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，常采用外部時(shí)鐘源。單片機(jī)最小系統(tǒng)是單片機(jī)控制硬件電路的核心局部。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 4-1:圖4-1單片機(jī)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(diào)節(jié)輸入，即控靈敏度的調(diào)節(jié)；另一端輸入為光敏電阻采集的電壓信息， 當(dāng)環(huán)境亮度降低時(shí)光敏電阻阻值升高，輸入電壓變大，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定的閥值時(shí)LM393實(shí)現(xiàn)電平跳轉(zhuǎn),再傳輸給單片機(jī)控制局部。LM393同相輸入電壓大于反相輸入電壓時(shí)，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(chǎn)生的聲音信號(hào)，由電容式駐極體傳聲器BM將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過電容耦合至三極管 9014進(jìn)展電壓放大，然后傳給單片機(jī)的輸入口。 LMP393的輸出為集電極開路，主要目的是為了適應(yīng)不同電平的需要。按照電路 構(gòu)造分析，在正常使用情況下，輸出時(shí)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(gè)開關(guān)連接電源代替，當(dāng)有聲音 信號(hào)時(shí)，跳變?yōu)楦唠娖郊撮_關(guān)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(shè)計(jì)過程該設(shè)計(jì)主要包括光控模塊、聲控模塊、單片機(jī)局部，所以在焊接硬件電路時(shí) 主要是分模塊進(jìn)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(jī)局部，最后連接好各模塊電源。分模塊完成硬件電路，簡(jiǎn)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(guān)，在調(diào)試時(shí)很不方便，然后根據(jù)電路原 理安裝了電源總開關(guān)，下載好單片機(jī)程序后，結(jié)合萬用表調(diào)試好光控電路和聲控 電路的閥值靈敏度，檢測(cè)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(shí)現(xiàn)全部功能。調(diào)試圖

14、如圖 5-1和圖5-2:圖5-1白天警示燈不亮當(dāng)外界環(huán)境處于白天時(shí)LED不亮，如上圖6-3圖5-2夜間有聲響警示燈亮當(dāng)外界環(huán)境處于黑暗狀態(tài)時(shí)圖中用紙遮住光敏電阻模擬黑夜，且有聲音時(shí)LED點(diǎn)亮，如上圖6-46設(shè)計(jì)結(jié)果仿真圖如圖6-1,焊接后實(shí)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(shí)物正面圖個(gè)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。口。0-oobo t l.g -口口口oooo.aoeoo -.* fj . rOOOO ooooc r nt tooao bOooo ；。“00省 U?？诳诎装装譗k，.工【仆0 5f W圖6-3實(shí)物反面圖可修編程序流程圖如圖5-1所示:開場(chǎng)定義I/O對(duì)象定義軟件變量報(bào)警圖6-4系統(tǒng)主程序流程圖7總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是以基于單片機(jī)的光控式道路施工閃爍警示燈控制電路為研究對(duì)象，通過對(duì)控制系統(tǒng)所要完成的功能進(jìn)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(gè)功能局部進(jìn)展組合連接，并且利用相關(guān)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(jìn)展編程，導(dǎo)入單片機(jī)中，最后進(jìn)展調(diào)試及仿真。在設(shè)計(jì)中，我遇到了很多問題。比方說，在仿真的時(shí)候找不到元器件，在選 擇硬件時(shí)所要用到的元器件也找不到、編程出錯(cuò)等。但是經(jīng)過努力，總算圓滿的 了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。另外，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我收獲頗多。更深一步的學(xué)習(xí)了單片機(jī)的一些工作 原理及常見的用途。最重要的，通過本次設(shè)計(jì)，教會(huì)了我一種解決問題的方法， 這將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作絕對(duì)是大有幫助。參考文獻(xiàn)1嵐，葉慶云.電路分析根底M.:高等教育,2010.12玉杰.單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M.:航空航天大學(xué),20074吳友宇.模擬電子技術(shù)根底.M:清華教育，2009.55郭天祥.51單片機(jī)C語

18、言教程M.:電子工業(yè),2009.126丘關(guān)源.電路第五版M.:高等教育，20047華兵.MCS-51單片機(jī)原理應(yīng)用.：華中科技大學(xué)，2002 .58光東.單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)（第二版）.：華中理工大學(xué)，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