太陽能LED交通警示板

1、太陽能LED交通警示板摘要本系統(tǒng)是以太陽能為能源的交通警示裝置。系統(tǒng)通過太陽能光伏板將太陽能轉化為電能存儲在鉛酸蓄電池中并給工作電路提供電源。做為交通警示裝置，系統(tǒng)工作時，白天對通過該路段的車輛進行計數，夜晚通過閃爍燈對通過的車輛提出危險警示。另外系統(tǒng)還以顯示時間日期，溫度等。由于系統(tǒng)以太陽光為能源，具有清潔，可再生的特點，整個系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，具有一定的實用性。關鍵詞：太陽能，蓄電池，交通警示。AbstractThis system is a solar energy based on traffic warning device. The system converts solar

2、energy to electricity which will be stored in lead-acid batteries through a photovoltaic panel and circuits to provide power to work. The traffic warning device can remember a few vehicles that through the area during the day and give a warning to drivers during the night when it is working. In addi

3、tion, the system can display time, data , temperature and so on. The system has clean, renewable features as a result of utilizing solar energy. The entire system is simple and costs low, so it has a certain degree of practicality.Keyword: solar energy, battery, traffic warning.目錄1任務和要求-311任務-3 12要求

4、-3 2方案設計選擇-43系統(tǒng)設計- 431 系統(tǒng)硬件電路設計-5 太陽能充電-5 光控電路-6 過充保護電路-6 過放保護電路-7 計數及警示電路-8 車輛檢測電路-832 系統(tǒng)軟件設計-94系統(tǒng)調試-1141 硬件調試-1142 軟件調試-115.系統(tǒng)測試-12總結-13參考文獻-14附錄-151任務和要求1、1任務設計并制作一個交通警示板。該裝置以太陽能為能源，鉛酸蓄電池為蓄能部件和電路工作電源。該警示板設置在夜間有事故隱患的路段，LED不間斷地閃爍。白天可關閉。12要求1、 基本要求 （1）設計并制作太陽能光伏板對電池的充電裝置。 （2）設計并制作以電池為電源的LED閃爍工作的裝置。

5、（3）設計并制作以太陽能光伏板為傳感器的光控電路，控制LED在白天關閉、夜間開啟。2、發(fā)揮部分 （1）在基本要求的基礎上，利用LED作顯示單元，設計制作該路段的白天通過車輛數量的傳感、計數、顯示裝置。最大顯示數為99。該裝置在光控開關控制下，白天開啟、晚上關閉。 （2）給蓄電池加上充、放電保護裝置。防止過充電和過放電。 （3）給光控電路增加避免瞬時光照（如夜間閃電、過往車輛燈光等）引起誤動作的功能電路。 （4）采取各種措施降低蓄電池的工作電流，延長電池工作時間。 （5）其它自選功能。說明1、 推薦選用6V，2AH鉛酸蓄電池。2、 基于上述蓄電池，建議太陽能光伏板的參數為：峰值電壓8.5V、峰值

6、電流310mA、峰值功率2.5W。3、 警示LED與顯示LED可共用。推薦選用1英寸LED數碼管。作警示燈光時，可顯示為日字。2方案設計選擇根據任務要求系統(tǒng)的工作部分包括蓄電池充電電路，車輛計數電路，交通警示電路等部分等。其中車輛計數電路用計數、譯碼再通過數碼顯示，警示電路用數碼管顯示日，上述電路簡單實用不另行設計。根據蓄電池充電要求，蓄電池在充電過程中有預充電，快速充電，浮充電要求，所以充電電路設計也要講究。下面提出兩種方案選擇。方案1：采用專用集成芯片設計充電電路，由于集成芯片具有電壓識別功能，在充電過程中能自動進行預充電，快速充電，浮充，過壓保護，過放保護的功能，具有一定的智能，另外電路

7、設計簡單可靠。方案2：采用4DH7恒流管進行低壓低電流充電，過壓浮充電，在滿足快速充電要求下，采用直接快速充電，用比較器進行過壓，過放保護。根據太陽能光伏板，鉛酸蓄電池的參數，不必對充電過程進行復雜的控制。所以在充電電路設計上選擇方案2。3系統(tǒng)設計 系統(tǒng)包括電池充電，過壓，過放保護，計數，警示時間日期等電路，原理框圖如圖3.0。光伏板將太陽能轉化為電能通過充電電路存儲到蓄電池中，光控電路控制計數，警示電路的電源，不工作時將電源切斷，以實現較小電流的工作，提高蓄電池工作時間。光伏板光控電路充電、過壓、過放保護電路蓄電池控制電路工作電源，防止閃電，車燈干擾計數，警示時間日期電路 供電圖3.03.1

8、硬件系統(tǒng)設計充電電路充電電路將光伏板轉化的電能存儲到蓄電池里，系統(tǒng)主要考慮過壓保護和過放保護。電路圖如圖。圖中4007防止蓄電池電流倒流而損失電能，J為繼電器觸點，常閉點表示電池板斷開給蓄電池直接充電，系統(tǒng)在過壓和蓄電池電壓過低無法使繼電器工作時處在常閉狀態(tài)，這時蓄電池通過由4DHT組成的恒流電路充電，一方面在電壓過低時可以起到預充電，另一方面在電壓充滿的時候又可以起到浮充電。4DH7是浙江大學研制的高穩(wěn)定度，低溫度系數的恒流管。在滿足兩端3和1腳的電壓差在大于3V時，通過它的電流恒定為IH=1240/RmA，曲線關系如圖圖圖中VS約為3V，而VM為50V。系統(tǒng)設定為1240/10=124mA

9、，這是蓄電池電壓低時預充電的電流，此設計一方面可以起到預充電做用，另一方面又可以克服由于電壓過低無法使繼電器工作而無法對蓄電池充電的缺點。當蓄電池充滿，繼電器觸電回到常閉點，此時4DH7最大壓差為8.9-7.5=1.4V（設定蓄電池滿壓為7.5V，而光伏板最高電壓為8.9V），由圖關系可知，此時通過4DH7一個很小的電流給蓄電池充電，起到浮充的作用。當繼電器觸點向上時4DH7上無壓差，無電流經過，蓄電池直接充電。圖光控電路根據要求光控電路主要實現控制LED白天工作，晚上關閉，系統(tǒng)在電路設計上增加了避免瞬時光照引起的誤動作，電路原理圖如圖.1所示。光伏板輸出的電壓信號通過電阻對電容進行積分，再輸

10、到比較器3腳，與2腳設定電壓進行比較，這里2腳設定電壓為0.7V左右，可根據具體情況設置。白天時顯然3腳電壓要高于2腳，所以Port口輸出高電平去控制其他電路，夜晚則相反。此電路還具有避免瞬時光照引起的干擾，當光伏板受到瞬時光照時輸出一個脈沖波形，通過電阻對電容進行緩慢充電，光照過后光伏板變?yōu)?電壓，此時電容又通過電阻放電，只要設置好RC參數就可以起到抗干擾作用。由T=-RCLnVi/Vo，Vo為充電電壓即光伏板電壓，Vi為電容充電達到的電壓，這里為2腳的比較電壓所以理論計算時間（設光伏板瞬時充電電壓為5V）T=-47*1Ln0.7/5=20.4s，也就是說5V電壓給電容充電時要過20秒才能達

11、到比較電壓，這樣是時間已經滿足要求，也可改變參數來改變時間。 圖.13.1.3過充保護電路 系統(tǒng)用比較器對蓄電池進行過壓保護，原理圖.1。光伏板在陽光強烈的情況輸出最大值是9V，蓄電池過充電壓為V/2*2.5=7.5V，通過穩(wěn)壓二極管設定比較電壓為3.49V，電壓比較器的正向輸入電壓值由R1、RP1的值決定，當蓄電池電壓達到7.5V時調節(jié)RP1使其電壓達到3.49V。在充電前電壓比較器LM393輸出為低電平，Q1截止，Q2導通工作，電磁繼電器J吸合，對蓄電池充電，當蓄電池電壓超過7.5V時，電壓比較器LM393輸出為高電平。此時Q1導通，Q2截止，電磁繼電器斷開不工作，太陽能光伏板停止對蓄電池

12、充電，因此起到了過充保護的效果。過放保護電路當電源供電電壓過低時，整個系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，電路故障也隨著增加，對電源本身也不利，因此，設計本系統(tǒng)時我們就考慮了電源過放保護電路。電路原理如圖.1，基本原理同過壓保護。 圖.1圖.1計數警示電路 電路由計數器，譯碼器和數碼管組成如圖.1，工作計數器根據外部脈沖信號（圖3.1.6.1的Port1口）進行計數，并送譯碼顯示。譯碼器1的LT和譯碼器2的BL受光控電路的Port口控制，當Port口為低電平時數碼管1顯示日字，數碼管2關閉。圖.1車輛檢測電路 電路由激光發(fā)射管，光電池，和ICL7650自穩(wěn)0運放組成，原理如圖.1，當有車通過時，激光線被擋住，IC

13、L7650輸出低電平，車輛過去侯回到高電平，這樣來檢測車流量。此電路的供電電源受光控電路Port口控制，晚上時關閉整個電路電源以達到省電的目的。圖.13.2. 系統(tǒng)軟件設計 用單片機來控制液晶顯示屏（單片機芯片選用89s52型號，液晶顯示屏選用LCD1602型號），可在液晶顯示屏上顯示時間（24進制）、日期、和警示語，并可通過鍵盤對時間和日期進行調整。時間日期與警示語分兩次輪流顯示，每10秒做一次變化，20秒為一個周期。單片機所需電源由鉛蓄電池提供，電壓為5V。采用液晶（LCD）顯示，界面形象清晰，內容豐富，可顯示復雜字符，易于和單片機接口，且耗電少。圖5.1.1和圖是系統(tǒng)工作流程。流程說明：

14、 系統(tǒng)工作時，會在液晶顯示屏上顯示固定的時間和日期，此時可根據需要對時間日期進行調整。確定后，既可看到時間（日期）與警示語的輪流顯示，同時能一直顯示溫度。圖5.1.1 輪流顯示時間（日期）和警示語程序主流程圖流程說明：按鍵可顯示09，“/”，“：”十一個符號，另有一個按鍵做為確定鍵（按其他鍵無反應）。系統(tǒng)一工作時，就會進入時間調整狀態(tài)，此時若需對時間和日期進行調整則調整好后按確定鍵退出，否則直接按確定鍵退出。圖 鍵盤調整時間日期子程序流程4. 系統(tǒng)調試根據系統(tǒng)設計，系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，對其分別調試。1 硬件調試硬件調試包括充電電路，過壓保護電路，過放保護電路，光控電路，計數電路和警示電

15、路等。調試過程中，過壓保護和過放保護達到設計要求，在超過7.5V和低于5.5V時兩保護繼電器均工作正常。光控電路調試時，給6V的電壓，經過約5秒時間Port1口輸出高電平，表明達到設計的抗夜間瞬時光照干擾。計數，顯示電路工作理想。2 軟件調試軟件調試滿足設計思想，可進行時間設置，顯示，可間隔顯示警示語,也可測量顯示溫度。系統(tǒng)測試1 測試和制作工具示波器YB43020B 1臺數字萬用表 1個仿真器 1個穩(wěn)壓電源 1個電源變壓器 1個電烙鐵 1個太陽能光伏板 1個鉛蓄電池 1個液晶LCD顯示屏 1個各種類型芯片 若干數碼管 若干2測試內容及結果 太陽能光伏板充電及過壓過放保護電路 達到設計要求光控

16、電路 光伏板電壓6V時，電容5S時間充電到0.7V 計數，警示電路 達到設計要求，并符合降低功耗設計思想 車輛檢測電路 達到設計要求，并符合降低功耗設計思想 單片機控制LCD液晶顯示部分 達到設計要求總結系統(tǒng)的設計采用的過壓，過流保護裝置，使系統(tǒng)能工作在穩(wěn)定狀態(tài)，同時系統(tǒng)又采用了4DH7恒流管在蓄電池低壓和滿壓時對其進行預充電和浮充電，延長了電池的壽命。系統(tǒng)在滿足功能要求的情況下，通過切斷不工作部分電路的電源，以及數碼管和警示管共用方式降低了蓄電池的工作電流，延長了電池的工作時間。系統(tǒng)使用太陽能，清潔，可再生，給交通提供方便的同時系統(tǒng)設計也達到環(huán)保要求。參考文獻 1謝嘉圭 宣月清 馮軍 電子線

17、路 高等教育出版社 2李青 電路與電子技術基礎數學電子技術基礎 浙江科學技術出版社 3李青 電路與電子技術基礎電路基礎 浙江科學技術出版社 4萬福軍 潘松峰 單片微機原理系統(tǒng)設計與應用 中國科學技術大學出版社 5陳清山 世界最新集成運算放大器 湖南科學技術出版社 6繆家鼎 徐文娟 牟同升 光電技術 浙江大學出版社 7張延淇 常用電子電路280例 中國電力出版社 8馬忠梅 籍順心 張凱 馬巖 單片機的C語言應用程序設計 北京航空航天大學出版社 附錄程序清單以下是在LED液晶屏上輪流顯示時間（日期）和警市示語的源程序。它所能實現的功能如下：1. 在液晶屏上顯示時間（24進制）和日期；2. 在液晶屏

18、上顯示當前溫度；3. 在液晶屏上顯示警示語“dangerous! Stop please!”;4. 每隔十秒種實現時間日期和警示語的輪流顯示； 5. 若時間日期不正確，可在啟用系統(tǒng)時用鍵盤進行調整；若正確則直接按確定鍵，系統(tǒng)正常工作。 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #include /頭文件#include #include xdata unsigned char CW _at_ 0xf9fc; /液晶控制地址 xdata unsigned char CR _at_ 0xf9fe; xdata unsigned ch

19、ar DW _at_ 0xf9fd; xdata unsigned char DR _at_ 0xf9ff; unsigned char time8=0x31,0x33,0x3a,0x33,0x30,0x3a,0x35,0x37; /時間數組 unsigned char datap8=0x30,0x36,0x2f,0x31,0x30,0x2f,0x31,0x39; /日期數組 unsigned char code a10=0x10,0x20,0x40,0x80,0x11,0x21,0x41,0x81,0x12,0x22; /鍵值 unsigned char code b10=0,1,2,3,4

20、,5,6,7,8,9; /鍵值所對應的含義 unsigned char *p,*q; /時間和日期指針 unsigned int c,ct; unsigned int m,n; unsigned char sign; /顯示時間或警示 unsigned char key; /鍵值變量 bit flag; sbit DQ=P32; /標志位/-void delay_18b20(unsigned int us)while(us-);/-初始化DS18B20子程序-/bit ow_reset(void) bit presence=0;DQ=1;DQ=0;delay_18b20(80); /保持低電平

21、480us以上DQ=1;delay_18b20(13); /等待DS18B20響應presence=DQ;return presence;/-從DS18b20讀出1位-/bit read_bit(void) DQ=0;delay_18b20(0); /保持低電平1us以上DQ=1;if(DQ)return 1;elsereturn 0;/-向DSB18B20寫入1位-/void write_bit(unsigned char bitval) DQ=0;delay_18b20(0); /主機在大于1us小于15us之內寫數據 if(bitval) DQ=1;delay_18b20(9); /DS

22、18B20在15us到60 us內采樣數據DQ=1;/-從DS18B20讀出1個字節(jié)-/unsigned char read_byte(void) uchar i;uchar value=0;for(i=0;i8;i+)if(read_bit()value|=(0x01i);delay_18b20(9); /讀時序至少60usreturn(value);/-向DS18B20寫入1個字節(jié)-/void write_byte(uchar val) uchar i;uchar temp;for(i=0;ii;temp&=0x01;write_bit(temp);/-讀取溫度子程序-/uint get_

23、temperature(void)uchar tempture_msb;uchar tempture_lsb;uint temperature=0;ow_reset(); /發(fā)送復位信號delay_18b20(20);write_byte(0xcc); /跳過ROMwrite_byte(0x44); /發(fā)送轉換溫度命令ow_reset();delay_18b20(14);write_byte(0xcc);write_byte(0xBE);tempture_lsb=read_byte();tempture_msb=read_byte();ow_reset();temperature|=tempt

24、ure_msb;temperature0)ld_write(*s);s+; /- void inttilcs(void) /液晶初始化子程序readbf();lc_write(0x38);delay(500);readbf();lc_write(0x01);readbf();delay(500);lc_write(0x0f);readbf();delay(500);lc_write(0x06);delay(500);/- void con_datap(void) /控制日期變化子程序 datap7+; if (datap70x39) datap7=0x30; datap6+; if (data

25、p6=0x33)&(datap70x30) datap6=0x30; datap7=0x31; datap4+; if (datap40x39) datap4=0x30; datap3+; if (datap3=0x31)&(datap40x32) datap4=0x31; datap3=0x30; datap1+; if (datap10x39) datap1=0x30; datap0+; void con_time(void) /控制時間變化子程序 time7+; if (time70x39) time7=0x30; time6+; if (time6=0x36) time6=0x30;

26、time4+; if (time40x39) time4=0x30; time3+; if (time3=0x36) time3=0x30; time1+; if (time10x39) time1=0x30; time0+; if (time0=0x32)&(time1=0x34) time0=0x30; time1=0x30; con_datap(); /- void amend(void) /調整時間或日期子程序 unsigned char i,s; TR0=0; lc_write(0x80); while(1) for(i=0;i10;i+) / 09 if(key=ai) ld_wr

27、ite(bi+0x30); delay(10); if(m=1) /m為一調整時間，為零調整日期 times=bi+0x30; /時間數組隨著改變 else dataps=bi+0x30; /日期數組隨著改變 key=0; s+; if(key=0x24) / :號ld_write(0x3a);delay(10);times=0x3a;key=0;s+;if(key=0x14) / /號ld_write(0x2f);delay(10);dataps=0x2f;key=0;s+;if(key=0x44) /跳到第二行改時間lc_write(0xc0);m=1; /調整日期和時間判斷位s=0;de

28、lay(10);key=0;if(key=0x84) /查詢到確定鍵退出查詢，數值輸入完畢key=0;m=0;delay(10);break; /-/ void main(void) /主程序 uint temperature=0; float real_temp=0; unsigned int i; EA=1; ET0=1; EX1=1; TR0=1; TMOD=0x01; TH0=-500/256-1; TL0=-500%256; /一些初始化設置、定時器、中斷等 XBYTE0xf800; /鍵盤初始化設置 inttilcs(); lc_write(0x80); / 液晶屏第一行首地址 q

29、=datap; for (i=0;i8;i+) ld_write(*q); q+; lc_write (0x0e); lc_write(0xc0); / 液晶屏第二行首地址 p=time; for (i=0;i8;i+) ld_write(*p); p+; amend(); /若時間有錯調整 TR0=1; /每10s時間日期和警示語輪流顯示 while(1) temperature=get_temperature();if(temperature!=0xffff) real_temp=temperature*0.0625; lc_write(0x8b); ld_write(0x54); ld_write(0x3a); ld_write(int)real_temp/10+0x30); ld_