一款太陽能警示燈的設計和實現(xiàn)-設計應用

精品文檔-下載后可編輯一款太陽能警示燈的設計和實現(xiàn)-設計應用摘要：為滿足交通安全、市政施工及其他安全警示場合的標志需要，設計了一款太陽能警示燈。采用AT89C2051作為主控制器，LM358構成遲滯比較器，完成了硬件電路和軟件的設計，實現(xiàn)了閃爍報警功能。該系統(tǒng)擴充方便、使用安全、取得了良好的社會效益。用太陽能作為能源，光敏電阻作為感光元件，閃爍時間和頻率易于調節(jié)，有效地起到了警示作用。

隨著城市化進程的加快，城市建設與施工越來越多，為防止過往車輛、行人發(fā)生事故，通常在施工現(xiàn)場都要設置醒目的施工標志，特別是夜晚和下雨、下雪、濃霧等天氣危險性更大，通常要開啟警示燈以確保安全。為提高警示效果，警示燈盡量工作在閃爍狀態(tài)。文中介紹的一款太陽能警示燈，電路采用太陽能電池板和蓄電池供電，具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。

1系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)有手動控制和自動控制兩種工作方式。手動控制狀態(tài)下，按下S1，電路接通，警示燈開始閃爍，提醒車輛或行人注意。自動控制狀態(tài)下，受環(huán)境光線控制，光敏電阻的阻值大小可控制繼電器的通斷，從而控制警示燈的工作狀態(tài)。當白天光線好時，光敏電阻阻值較小，繼電器斷開，警示燈不閃爍。當夜晚光線較暗時，光敏電阻阻值變大，比較器輸出高電平，繼電器閉合，警示燈通電開始閃爍，起到警示作用。

2硬件設計

本系統(tǒng)一共由4部分組成:電源單元、光控單元、主控MCU單元和LED發(fā)光單元。

2.1電源單元

本系統(tǒng)采用太陽能電池板經(jīng)二極管1N5403給12V蓄電池充電，12V蓄電池經(jīng)7805穩(wěn)壓后給AT2051供電，夜晚或陰天時由蓄電池供電。BT2為12V蓄電池，D1為電源指示燈。電源單元如圖1所示。

圖1電源單元

2.2光控單元

MG1為光敏電阻，光敏電阻器是利用半導體光導效應制成的一種特殊電阻器元件，其特點是對光線較敏感，有光線照射時，電阻阻值很小，無光線照射時，電阻阻值迅速增大，呈高阻狀態(tài)。VR1為可調電阻，U21A為LM358，VT21為8050，K1為JZ-23F(4123)型繼電器。VR1、MG1、R21、R22、R24組成遲滯型比較器，D2為繼電器的放電二極管。R24為正反饋電阻，引入該電阻后，比較器具有滯回特性[4]，即具有慣性，因而也就具有一定的抗干擾能力，如去掉該電阻，在光線變化到臨界狀態(tài)時，如有外部干擾或輸入電壓在閾值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，造成繼電器反復吸合，工作狀態(tài)不穩(wěn)定。當白天光線強時，光敏電阻MG1電阻較小，壓降也較小，比較器輸出電平為低，VT21截止，繼電器不導通，LED燈單元不工作。當夜晚光線較暗時，MG1暗電阻較大，可達上百k以上，MG1上電壓較高，比較器輸出為高電平，VT21導通，驅動繼電器導通，LED發(fā)光單元通電后工作。S1為手動開關，如白天想讓其工作時，按下S1即可。光控單元如圖2所示。

圖2光控單元

2.3主控MCU單元

AT89C2051是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含2kB的可反復擦寫的只讀Flash程序存儲器和128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大，僅有20個引腳，其中P1是一個完整的8位雙向I/O口。

該單元采用了AT89C2051單片機作為中央處理芯片，使得該系統(tǒng)的功能修改與擴展比較方便，如需修改閃爍頻率與時間，只要更改相應的軟件即可。

RP1為排電阻，阻值為5k，R1~R4為限流電阻。輸出使用了P10~P13這4個端口，由于LED發(fā)光單元的電流大一些，在輸出端口使用了NPN型*率晶體管BD435來擴流，也可采用PNP型晶體管，修改相應程序即可。主控MCU單元如圖3所示。使用Protel99SE對該電路進行印制板布線，以AT89C2051為布局，電源輸入端在上側，信號輸出端在右側，利用感光法制作出警示燈印制板，印制板圖和實物如圖4所示。

圖3主控MCU單元

圖4警示燈印制板圖和實物

2.4LED發(fā)光單元：

采用LED做為發(fā)光單元，具有耗電小、亮度高、穩(wěn)定性好、壽命長的優(yōu)點。供電電壓為12V，一共由4個發(fā)光板組成。LED的顏色為紅色和藍色，考慮到不同顏色的LED壓降不同，每個發(fā)光板由3個LED串聯(lián)為一組，5組并聯(lián)構成一個發(fā)光板，每個發(fā)光板共由15只LED組成。LED發(fā)光板原理如圖5所示。

圖5LED發(fā)光板

3軟件設計

根據(jù)視覺感受，發(fā)光的時間在50ms時效果較好，閃爍4次后停頓1s，然后依次閃爍。LED燈閃爍的順序為LED1閃爍4次LED1、LED2閃爍4次LED1、LED2、LED3閃爍4次LED1、LED2、LED3、LED4閃爍4次LED1閃爍4次。系統(tǒng)軟件部分主要由延時和循環(huán)構成，程序流程