1、 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ）系（院）物理与电子工程学院 专业 电子信息工程 论文题目 光控式道路施工闪烁警示灯设计 学生姓名 指导教师 （姓名及职称）班 级 学 号 完成日期： 年 月1光控式道路施工闪烁警示灯设计物理与电子工程学院 电子信息工程 摘要本设计采用 STC89C52RC 单片机、光控和声控检测设备设计了一个道路施工闪烁警示灯。电路采用模块化设计，主要包括单片机控制模块、光控模块、声控模块、警示灯模块。实现天黑后警示灯自动开启闪烁，而天亮后又能自动关闭的功能，保障夜间道路施工现场的交通和过往行人的安全，达到警示和节能的目的。关键字警示 声控 光控 STC89C52R
2、C 1 设计任务与要求本设计的主要任务是，在夜间，通常要在施工现场设置并开启红色警示灯，以确保交通安全。为了提高警示效果，警示灯最好是要工作在闪烁状态。该设计在天黑后同时外界环境有声音时，该电路能控制警示灯自动开启并使其工作在闪烁状态，二个条件中任何一个或者二个不满足时报警灯自动关闭。基本功能：实现晚上警示灯自动闪烁，白天自动关闭的基本功能。发挥部分：添加一个声控模块，在晚上，当检测到有声音信号时（过往车辆和行人等） ，才点亮闪烁警示灯，否则警示灯不点亮，达到环保节能的效果。2 设计方案本设计通过光敏电阻检测环境光强，采用电容式驻极体传声器检测环境声强信号，检测出光线强时，给出低电平，光线弱时
3、，给出高电平；有声音时给出高电平，没有声音时给出低电平。两个模块发出的电平传送给单片机，当且仅当环境光线降低（低至阀值） ，外界有声音信号两个条件同时满足时，单片机发出指令控制 led 灯处于闪烁状态，并且闪烁一段时间后自动熄灭。设计包括硬件电路和软件设计两部分，其中硬件电路部分主要包括：光控模块、声控模块、单片机控制模块（单片机最小系统） 、警示灯模块；软件部分包括：2Protues 仿真、Keil-C51 软件编程。系统原理框图如图 2-1：图 2-1 系统原理框图3 元器件介绍3.1单片机 STC89C52RCSTC89C52RC 单片机是高性能、低功耗的 8 位微处理控制器，具有 8K
4、 的在系统上可编程的存储器原件。与 89C51 产品在引脚和功能上完全一样并且兼容。此款单片机为众多嵌入式控制和应用系统提供了高灵活、超有效的解决方案。在空闲状态下，CPU 处于停止状态，但是允许 RAM、定时器、串口、中断等继续工作。掉电状态下，RAM 内容会被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。在本次设计中，用到了的单片机的逻辑处理功能。通过光电检测电路将检测到的外界光照强度通过逻辑值传递给单片机的 P2.0 口，当外界光照强度达到设定的阀值时接收一个高电平；声电检测电路检测到的外界声音信息传给单片机 P0.0 口，当外界有声音信号时，单片机接收一个高电平
5、，当两个 IO 口同时为高电平时，单片机的 P3.4 和 P3.5 给出低电平使 LED 点亮处于闪烁状态，并且给单片机设定循环，使之闪烁一段时间后自动停止，本设计中闪烁五次后自动停止。3.2 光敏电阻光敏电阻是一种特殊的电阻，其阻值会随着光照强度的改变而呈现出一定的变化趋势。其工作原理是基于内光电效应。光敏电阻的材料有金属硫化物、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力决定于半导体内载流子数目的多少，光敏电阻就是通过光线来改变半导体内载流子的数目来达到改变光敏电阻阻值的。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后将跃迁到导带，成为自由电子。当光驻极体传声器声控检测电路光敏电阻 光控检
6、测电路 单片机控制 警示闪烁灯3照越强，空穴对就越多，从而阻值就越低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。光敏电阻原理图如图 3-1：图 3-1 光敏电阻原理图当在光敏电阻的两端金属电极上加上电压时，其中便会有电流通过，当光敏电阻受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，实现光电转换。3.3 LM393双电压比较器LM393 是高增益,宽频带的，内部有两个高精度的、独立的电压比较器组成的集成电路。主要特点：工作温度:0C - +70C图 3-3-1 器件实物图4图 3-3-2 内部结构图
7、标号: 393功能号: 393；通道个数: 2输入失调电压小， VIO=2MV，电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2V 36V； 消耗电流小，ICC=0.8mA；双电源：1V18V；共模输入电压范围宽， VIC=0VVCC-1.5V；输出可与 MOS，CMOS 等电路兼容；输出可用开路集电极连“或”门。3.4 电容式驻极体传声器电容驻极体传声器具有电声性能好、体积小、结构简单、价格低等特点，广泛用于无线话筒、盒式录音机及声控等电路。电容式驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是上面被蒸发上一层纯金的薄膜的塑料膜片。经过高压电场驻极后，两面分
8、别带有等量的异性电荷，薄膜片上被蒸发上纯金的一面朝向外，与器件金属外壳相连通，薄膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘物质隔离开。这样，在蒸金膜与金属极板之间就形成了一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，因为和背极的距离也跟着变化，所以就会改变电容的大小从而改变电容两端的电压，由于声波的变化是极不规律，所以产生的电压将会是一个交变电压，这样就实现了声电的转换。根据物理知识，电容两端的电压 VQ/C。因为极板两端没有放点回路，所以驻极体两端总的电荷量是永远不变的，当极板受到声波压力而后退时，电容大小减小，根据公式，电容两极间的电压就会成反比的升高，相反，当电容大小增加时，电容两极间的电压就会降低。
9、再通过器件内部的阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来后再经过电压放大，就能够得到和声音对对应的电压了。因为器件内部的场效应管属于有源器件，所以需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态，因此，驻电容式驻极体话筒通常都需要外加一个直流偏5置电路才能正常工作。原理图如图 3-2：图 3-2 驻极体话筒的电路原理图结构图如图 3-3 如下：图 3-3 驻极体话筒的结构图64 设计原理4.1 单片机最小系统单片机最小系统是单片机中非常重要的一部分，其他外部电路都是在最小系统的基础上实现的。单片机最小系统由单片机、时钟电路、复位电路、电源和地端组成。单片机系统一般都是采用外部接入石英晶体和内部运放组成
10、的时钟振荡器当做硬件时钟源。然而，在多机系统中，单片机通常只作为功能模块中的一个使用，这样做是为了节省硬件资源和统一系统的时钟信号，常采用外部时钟源。单片机最小系统是单片机控制硬件电路的核心部分。单片机最小系统电路原理图如图 4-1：图 4-1 单片机最小系统电路图4.2 光控电路光控模块：采用 LM393 电压比较器，一端输入值通过电位器调节输入，即光控灵敏度的调节；另一端输入为光敏电阻采集的电压信息，当环境亮度降低时光敏电阻阻值升高，输入电压变大，当达到设定的阀值时 LM393 实现电平跳转，再传输给单片机控制部分。LM393 同相输入电压大于反相输入电压时，输出为高电平，否则为低电平。光
11、控电路图如图 4-2：732 184U1:ALM39350% OUT10k12LDR1TORCH_LDRR110kC10.1uF R21.5k图 4-2 光控电路4.3 声控电路外界产生的声音信号，由电容式驻极体传声器 BM 将声音信号转换为电信号，再经过电容耦合至三极管 9014 进行电压放大，然后传给单片机的输入口。LMP393 的输出为集电极开路，主要目的是为了适应不同电平的需要。按照电路结构分析，在正常使用情况下，输出时必须接上拉电阻。声控电路图如图 4-3：Q19014R1510k R23MC10.1UF50%RV120kOUTBM图 4-3 声控电路84.4 系统总电路仿真中，由于
12、找不到驻极体传声器，就用一个开关连接电源代替，当有声音信号时，跳变为高电平（即开关按下） 。总电路仿真图如图 4-4：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0./AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD63P0.7/AD732P1.01P1.2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD1P3.2/INT012P3./INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/
13、A821P2.1/A92P2./A1023P2.3/A1 24P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1OUTC12pFC22pF X1CRYSTALC310uFR110k 50%10K12LDR1TORCH_LDRR210kC40.1uFR31.5k 32141U2:ALM393D1LED-YELOWD2LED-YELOWR6(2)R7(2)R610R710图 4-4 系统总电路图5 设计过程该设计主要包括光控模块、声控模块、单片机部分，所以在焊接硬件电路时主要是分模块进行焊接。合理的排好版后，依次焊接光控模块、声控模块、单片机部分，最后连接好各模块电源。分模块完成硬件
14、电路，简化了硬件电路焊接过程。焊接完成后，发现没安装电源总开关，在调试时很不方便，然后根据电路原理安装了电源总开关，下载好单片机程序后，结合万用表调试好光控电路和声控电路的阀值灵敏度，检测硬件电路，发现焊接的电路无误，光控和声控的灵敏度也很合适，实现全部功能。调试图如图 5-1 和图 5-2：9图 5-1 白天警示灯不亮当外界环境处于白天时 LED 不亮，如上图 6-3图 5-2 夜间有声响警示灯亮当外界环境处于黑暗状态时（图中用纸张遮住光敏电阻模拟黑夜） ，且有声音时 LED 点亮，如上图 6-46 设计结果仿真图如图 6-1，焊接后实物图正反面如图 6-2 和图 6-3，10XTAL218
15、XTAL119ALE301PSN29RST9P0./AD039.1/18P0.2/AD237.3/36P0.4/AD435.5/54P0.6/AD63.7/72P1.01 .2P1.23 .34P1.45 .56P1.67 .78P3.0/RXD10.1/TP3.2/IN012./IT13P3.4/014P3.7/RD17.6/W6.5/T15P2.7/A1528P2.0/A821.1/9P2./A023.3/1 4P2.4/A225.5/136.6/47U1OUTC12pFC22pF X1CRYSTALC310uFR110k 50%10K12LDR1TOCH_LDRR210kC40.1uFR
16、31.5k 321 41U2:ALM393D1LED-YELOWD2LED-YELOWR6(2)R7(2)R610R710图 6-1 软件仿真图图 6-2 实物正面图图 6-3 实物反面图11程序流程图如图 5-1 所示：图 6-4 系统主程序流程图7 总结本次毕业设计是以基于单片机的光控式道路施工闪烁警示灯控制电路为研究对象，通过对控制系统所要完成的功能进行分析，确定所要用到的各种元器件和芯片，然后根据工作原理将各个功能部分进行组合连接,并且利用相关的软件完成电路仿真，再根据仿真电路完成其硬件图。利用 Keil 编程软件根据系统的功能要求进行编程，导入单片机中，最后进行调试及仿真。开始定义
17、I/O 对象定义软件变量复位是否黑夜？是否有声？音？是否是报警否闪亮一段时间12在设计中，我遇到了很多问题。比如说，在仿真的时候找不到元器件，在选择硬件时所要用到的元器件也找不到、编程出错等。但是经过努力，总算圆满的了此次毕业设计。另外，通过本次毕业设计我收获颇多。更深一步的学习了单片机的一些工作原理及常见的用途。最重要的，通过本次设计，教会了我一种解决问题的方法，这将对我以后的学习和工作绝对是大有帮助。参考文献1刘岚, 叶庆云.电路分析基础M. 北京：高等教育出版社,2010.12张玉杰.单片机原理与应用技术M.北京:北京航空航天大学出版社,20074吴友宇 .模拟电子技术基础.M 北京：清
18、华教育出版社,2009.55郭天祥 .51 单片机 C 语言教程M. 北京：电子工业出版社,2009.126丘关源 .电路（第五版）M. 北京：高等教育出版社,20047华兵.MCS-51 单片机原理应用.武汉：武汉华中科技大学出版社，2002 .58陈光东.单片机微型计算机原理与接口技术(第二版).武汉：华中理工大学出版社，1999.4Light type road construction flashing warning lamp designJiang GaoqiangCollege of physics and electronic engineering 10270145Abstr
19、act along with the progress of society, the demand andapplication field expanded, all kinds of intelligent products,control systems are based on single chip microcomputer as the core to carry out development and design. This design uses STC89C52RC microcontroller and related optical and acousticdete
20、ction equipment for road construction flashing warning lights, the implementation of modular circuit design, including the MCU control module, control module, voice module, warning lamp module. The warning light flashing automatically openafter dark, and in the morning and can close automatically,gu
21、arantee the night road construction site traffic and pedestriansafety, to achieve safe and energy-saving effect.Keywords: security, warning, automatic control13附录：源程序#includesbit c=P20; /*端口定义*/sbit q=P00;sbit shuchu1=P34;sbit shuchu2=P35;#define uchar unsigned char#define uint unsigned int yanshi(uint z) /*延时子程序部分*/uint a,b;for(a=z;a0;a-)for(b=150;b0;b-);void main() /*主程序部分*/ int i; /*定义中间变量*/if(c=1) /*判断输入信号值并控制路灯开关*/ if(q=1) for(i=0;i5;i+) /*LED 闪烁循环*/ shuchu1=0; /*LED 闪烁*/shuchu2=0; yanshi(100) ;shuchu1=1; shuchu2=1; yanshi(100) ; 14else shuchu1=1; /*LED 不亮*/shuchu2=1;
