單片機(jī)課程設(shè)計(jì)（論文）太陽(yáng)能LED交通警示燈

1、 太陽(yáng)能led交通警示燈摘 要本系統(tǒng)是在光照的條件下照射光伏電池板，使光伏電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，當(dāng)蓄電池的電壓值到達(dá)at89c51單片機(jī)工作時(shí)，單片機(jī)就開(kāi)始控制電路。包括對(duì)車輛數(shù)目的計(jì)數(shù)、傳感及顯示裝置。同時(shí)又有電路對(duì)太陽(yáng)能充電過(guò)程進(jìn)行過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓及欠壓的檢測(cè)、電池充電狀態(tài)量的表示。通過(guò)各種保護(hù)及檢測(cè)電路來(lái)控制光伏蓄電池的充放電時(shí)的電壓、電流特性，從而可以提高蓄電池的壽命。當(dāng)有光照射下，蓄電池進(jìn)行充電，并且單片機(jī)也開(kāi)始工作，此時(shí)可顯示出通過(guò)的車輛數(shù)目。在無(wú)光的情況下，光伏蓄電池停止充電，但單片機(jī)控制led數(shù)碼管，進(jìn)行警示標(biāo)志，顯示為“日”字。關(guān)鍵詞 光伏電池板 單片機(jī) 運(yùn)放電路 可控硅 a

2、bstrctthe system is under the conditions of exposure in light of pv panels so pv panels for recharging the batteries.when the battery voltage reached at89c51 work, began mcu control circuit.count on the number of vehicles, sensing and display devices.it also has solar recharging process overcurrent

3、protection circuit, over-voltage and under-testing, said the state is charging the battery.through various photovoltaic protection and detection circuit to control the charging and discharging battery voltage and current characteristics.thereby improving battery life.when the bright illumination, fo

4、r rechargeable batteries, and scm has begun work at this time indicates that the number of vehicles.in the dark, stop photovoltaic battery charging, but mcu control led control for the warning signs.showed japan.keywords at89s51 microcontroller unit silicon pv panels scm operational amplifier circui

5、ts目錄一、 方案比較與論證 1.過(guò)電壓、過(guò)電流檢測(cè)電路。1 2、放電控制電路。1二、 主要單元電路分析 1、最小系統(tǒng)。2 2、檢測(cè)電路。3 3、充放電控制電路。3 4、過(guò)電流保護(hù)電路。4 5、過(guò)壓與欠壓檢測(cè)電路。5 6、電池電量檢測(cè)。57、顯示電路。6三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1、軟件設(shè)計(jì)原理圖。7四、測(cè)試方法及數(shù)據(jù) 1、測(cè)試與數(shù)據(jù)。7五、測(cè)試結(jié)果及功能分析 結(jié)果與分析。8六、參考文獻(xiàn)。8 附錄太陽(yáng)能led交通警示燈一 方案比較與論證1.過(guò)電壓、過(guò)電流檢測(cè)電路方案一：采用a/d轉(zhuǎn)換電路采集實(shí)際電壓與基準(zhǔn)值比較，利用單片機(jī)來(lái)控制電壓、電流的比較，來(lái)判斷電壓高低，從而輸出反饋信號(hào)給單片機(jī)。其特點(diǎn)是電路結(jié)

6、構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，但轉(zhuǎn)換速度不高，不能達(dá)到所需要求。方案二：采用運(yùn)放電路，其基本功能是對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓。它廣泛應(yīng)用于信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)處理和檢測(cè)電路中。其電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但工作電路中可消除溫度變化，電源的波動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)比較選擇方案二用于電路的檢測(cè)。2、放電控制電路方案一：采用繼電器控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)可控硅導(dǎo)通，但常常因?yàn)殡娫措妷旱陀诶^電器的吸合電壓而使其不能正常工作，將會(huì)影響電路的可靠性。 方案二：采用運(yùn)放放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)可控硅的導(dǎo)通，其特點(diǎn)是電阻非常小，而產(chǎn)生的功率很大，從而可產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。 通過(guò)比較本次設(shè)計(jì)采用方案二二、主要單元電路分析通過(guò)以上分析，本

7、系統(tǒng)主要由單片機(jī)、光伏電池板、蓄電池、過(guò)電流保護(hù)電路、過(guò)壓、欠壓電路等組成。系統(tǒng)的總體組成框圖如圖下所示： 1、最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、振蕩電路、電源、ea引腳。本設(shè)計(jì)使用at89c51單片機(jī)。at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器,該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器， at89c51芯片，它內(nèi)部自帶程序存儲(chǔ)器，一般情況下，這4k的存儲(chǔ)空間足夠我們使用，所以我們將at89c51芯片的第31腳固定接高電平。

8、單片機(jī)的工作電壓一般在4.5v5.0v之間，它的時(shí)鐘電路有一個(gè)12m的晶振和兩個(gè)20pf的小電容組成，它們決定了單片機(jī)的工作時(shí)間精度為1s。復(fù)位電路由22f的電容和1k的電阻及200電阻組成，以前教科書(shū)上常推薦用10uf電容和10k電阻組成復(fù)位電路，這里我們根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選用22uf的電容和1k的電阻，其好處是在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如下所示：2、檢測(cè)電路該電路主要是用于光伏電池板充電工作后進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)白天有光照射的情況下，光伏電池板開(kāi)始充電，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)高電平，給單片機(jī)提供信號(hào)，使得單片機(jī)開(kāi)始工作。其電路

9、主要包括兩個(gè)大電阻分別為100k和120k 進(jìn)行限流，光伏電池板輸出9v的電壓供給蓄電池。 具體電路圖如下所示： 3、充放電控制電路當(dāng)有光線照到光伏電池板上時(shí)，光伏板就一邊吸收光線，一邊給蓄電池充電。其中采用單片機(jī)pwm(脈沖寬度調(diào)制)控制，發(fā)出關(guān)充電電路信號(hào)。并且采用irf540cmos管來(lái)控制電路的導(dǎo)通與否，從而控制蓄電池的充電過(guò)程。放電電路主要是由控制電路來(lái)控制可控硅bt151的通斷進(jìn)行的，當(dāng)蓄電池中的電壓大于5v時(shí)，控制電路就發(fā)出電源開(kāi)啟信號(hào)，從而使可控硅的管腳導(dǎo)通，供給單片機(jī)工作。一般情況下，光伏電池板在白天接受光線，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)，它又對(duì)單片機(jī)進(jìn)行供電，控制led數(shù)碼管，對(duì)

10、白天通過(guò)車輛數(shù)量的傳感、計(jì)數(shù)、顯示等功能，當(dāng)光線不足時(shí)，光伏電池板停止充電，此時(shí)蓄電池開(kāi)始向單片機(jī)供電，控制led顯示“日“字進(jìn)行報(bào)警。充放電控制電路如下圖所示： 4、過(guò)電流保護(hù)電路光伏電池板在充電的過(guò)程中，為防止過(guò)電流引起的功率消耗，我組采用差分電路和電壓比較器來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。在充電支路上采用壓降差進(jìn)行比較，通過(guò)差分放大電路lm339得出基準(zhǔn)電壓為2.5v。再通過(guò)lm339比較器進(jìn)行，若大于2.5v則為過(guò)電路電路，此時(shí)電路就會(huì)發(fā)出過(guò)電流信號(hào)，把信號(hào)傳給單片機(jī)p1.2后，通過(guò)單片機(jī)控制來(lái)限制電流，然后一直比較直至電壓降到2.5v以下。采用的電路圖如下所示： 5、過(guò)壓與欠壓檢測(cè)電路 光伏電池板在充電

11、的過(guò)程中，若出現(xiàn)電路過(guò)電壓或欠電壓時(shí)會(huì)影響蓄電池的工作壽命及工作特性。因此我們考慮設(shè)計(jì)對(duì)過(guò)壓和欠壓情況進(jìn)行檢測(cè)。在電路中運(yùn)用電壓比較器進(jìn)行檢測(cè)，采用tl431穩(wěn)壓后的參考電壓和電路中實(shí)際的電壓比教。通過(guò)lm338運(yùn)放電路輸出信號(hào)，再把信號(hào)反饋給單片機(jī)進(jìn)行控制。采用的電路圖如下所示： 6、電池電量檢測(cè)為了直觀反映蓄電池電量的大小，我組采用發(fā)光二極管來(lái)表示其狀態(tài)量。通過(guò)其運(yùn)放的比較來(lái)區(qū)分不同電壓的范圍，分別是tl431穩(wěn)壓后的基準(zhǔn)電壓和和實(shí)際電路中經(jīng)不同電阻分壓后的電壓比較。其中電壓等級(jí)分別是5.05.5v、5.56.0v、以及大于6v，若大于6v則三個(gè)發(fā)光二極管都發(fā)亮。說(shuō)明蓄電池已經(jīng)充電飽和。其

12、電路圖如下所示：7、顯示電路光伏電池板在有光線時(shí)充電，提供了單片機(jī)的正常工作，此時(shí)單片機(jī)控制led數(shù)碼管進(jìn)行計(jì)數(shù)，傳感，因此需要將數(shù)字進(jìn)行顯示。并且根據(jù)要求我們選用兩位的數(shù)碼管顯示，用74ls164來(lái)擴(kuò)展并行i/o口進(jìn)行連接，從而能產(chǎn)生兩位的顯示，其電路如下所示： 三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件流圖如下圖所示， 四、測(cè)試方法及數(shù)據(jù) 當(dāng)光伏蓄電池收到光照的時(shí)候，用萬(wàn)用表測(cè)量蓄電池兩端的電壓變化，可見(jiàn)蓄電池從0v漫漫變化為6v左右，其變化過(guò)程還可分為快速充電階段，緩慢充電階段，以及恒定充電方式三階段，此處只做說(shuō)明并不做詳細(xì)介紹。在恒定充電方式下，可長(zhǎng)時(shí)間對(duì)蓄電池充電，從而能最大限度地延長(zhǎng)蓄電池壽命。在過(guò)

13、流保護(hù)電路幾過(guò)壓欠壓檢測(cè)電路中測(cè)得的基準(zhǔn)電壓都為2.5v。并且電池電量檢測(cè)電路中，測(cè)的當(dāng)蓄電池充電在5.0v5.5v之間電壓，第一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)亮，當(dāng)測(cè)的電壓為5.5v6.0v之間時(shí)，有兩個(gè)發(fā)光二極管發(fā)亮。當(dāng)測(cè)得電壓為大于6.0v時(shí)，三個(gè)發(fā)光二極管都發(fā)亮。五、測(cè)試結(jié)果及功能分析 測(cè)試結(jié)果基本與蓄電池工作特性相似，在光伏電池板對(duì)蓄電池進(jìn)行充電后，蓄電池的電壓從0v慢慢上升到5v時(shí)，可控硅就會(huì)導(dǎo)通，給單片機(jī)提供了電能。然后蓄電池繼續(xù)可充電至6v。從而可以控制過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)壓及欠壓電路的工作，在白天能通過(guò)led顯示計(jì)數(shù)，在晚上時(shí)，蓄電池不充電，放電供單片機(jī)工作。此時(shí)電壓值慢慢下降，使led發(fā)出警示

14、信號(hào)。因此實(shí)現(xiàn)了基本所需的要求。六參考文獻(xiàn)1、模擬電子技術(shù)（第二版） 胡宴如主編 高等教育出版社 20002、電子元器件 孟貴華主編 中國(guó)電力出版社 20063、單片機(jī)基礎(chǔ) 鮑小南主編 浙江大學(xué)出版社 20024、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 何立民主編 北京航空航天大學(xué)出版社 19975、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題解析 黃正靖主編 東南大學(xué)出版社 20036、電子技術(shù)實(shí)訓(xùn) 陳梓城主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2005附錄：總電路原理圖：參考程序程序如下：c51 compiler v7.50, compilation of module chongobject module placed in chong.objcomp

15、iler invoked by: c:keilc51binc51.exe chong.c browse debug objectextendline level source 1 #include 2 #include 3 #include 4 #include 5 #include 6 /* 7 sbit wdi =p10; 8 sbit input1 =p11;/onoff 9 sbit input2 =p12;/overi 10 sbit input3 =p13;/overu 11 sbit input4 =p14;/lacku 12 sbit input5 =p15;/led1 13

16、sbit input6 =p16;/led2 14 sbit input7 =p17;/led3 15 sbit ledout1 =p20; 16 sbit ledout2 =p21; 17 sbit ledout3 =p22; 18 sbit buzz =p23; 19 sbit warn =p24; 20 sbit onoff =p25; 21 sbit clk =p26; 22 sbit txd =p27; 23 24 25 */ 26 void uart(unsigned char a); 27 void initmcu(void); 28 void input(void); 29 v

17、oid logic(void); 30 bit timedelay(unsigned int no,bit logic, unsigned int time); 31 /void timer0(void) interrupt 1; 32 /void int1(void) interrupt 3; 33 34 bit onoff,overi,overu,lacku,led1,led2,led3,light; 35 bit on_mark,logic_mark,flash_mark; 36 unsigned int count,delay,temp,temp1,temp2; 37 unsigned

18、 int i=0; 38 unsigned char buff10=0x03,0xf3,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09; 39 40 41 42 /* 43 led 顯示 44 */ 45 void uart(unsigned char a) 46 47 1 unsigned char i; 48 1 ctl =0; 49 1 clk =0; 50 1 for(i=0;i=1; 65 2 66 1 67 1 clk=0; 68 1 69 1 70 71 72 /* 73 cpu初始化 74 */ 75 76 void initmcu(void)

19、77 78 1 /input_mark =0; 79 1 logic_mark =0; 80 1 flash_mark =0; 81 1 on_mark =0; 82 1 count =0; 83 1 delay =0; 84 1 / no =0; 85 1 power =1; /開(kāi)啟可控硅信號(hào) 86 1 buzz =0; 87 1 tmod = 0x01;/定時(shí)器0工作在方式1 88 1 pcon = 0x00; 89 1 th0 = 0xd8; /10ms 90 1 tl0 = 0xf0; 91 1 et0 =1;/啟動(dòng)定時(shí)器0 92 1 tr0 =1; 93 1 ex1 =0; 94 1

20、 ip |=0x04;/外部中斷優(yōu)先 95 1 it1 =1;/外部為低脈沖觸發(fā) 96 1 ea =1; 97 1 98 1 99 1 100 101 /* 102 信號(hào)處理 103 */ 104 void logic(void) 105 106 107 1 unsigned char disph,displ; 108 1 109 1 input1 =1; 110 1 input2 =1; 111 1 input3 =1; 112 1 input4 =1; 113 1 input5 =1; 114 1 input6 =1; 115 1 input7 =1; 116 1 117 1 onoff

21、=input1;/白天晚上判斷51 compiler v7.50 chong 12/03/2006 08:34:55 page 3 118 1 overi =input2;/過(guò)流判斷 119 1 overu =input3; /過(guò)壓判斷 120 1 lacku =input4;/欠壓判斷 121 1 led1 =input5;/電能容量指示 122 1 led2 =input6; 123 1 led3 =input7; 124 1 if(led1=1) 125 1 126 2 ledout1 =1;/5v-5.5v 127 2 128 1 else 129 1 130 2 ledout1 =0

22、; 131 2 132 1 if(led2=1) 133 1 134 2 ledout2 =1;/5.5v-6v 135 2 136 1 else 137 1 138 2 ledout2 =0; 139 2 140 1 if(led3=1) 141 1 142 2 ledout3 =1; /6v- 143 2 144 1 else 145 1 146 2 ledout3 =0; 147 2 148 1 if(lacku=1)/欠壓 149 1 150 2 wdi =1; /繼續(xù)沖電 151 2 152 2 153 1 else if(overu=1)/過(guò)壓 154 1 155 2 wdi =0

23、; /停止沖電 156 2 157 1 else /欠壓與過(guò)流之間 158 1 159 2 wdi =1; 160 2 161 1 /light = timedelay(no,onoff,1000);/delay 10s 防止誤觸發(fā) 162 1 if(onoff=1)/判斷白天黑夜 163 1 164 2 on_mark =1; 165 2 166 1 else 167 1 168 2 on_mark =0; 169 2 170 1 if(light=1)/ 白天 171 1 172 2 ex1=1;/開(kāi)外部中斷1檢測(cè)車流 173 2 /count =0;/計(jì)數(shù)復(fù)位為0 174 2 it1=1

24、; 175 2 flash_mark =0; 176 2 disph =(unsigned char)(count/256); 177 2 displ =(unsigned char)count; 178 2 uart(buffdispl);/低位顯示 179 2 uart(buffdisph);/高位顯示51 compiler v7.50 chong 12/03/2006 08:34:55 page 4 180 2 181 2 182 1 else 183 1 184 2 ex1 =0; 185 2 count =0; 186 2 uart(0x01);/全亮 187 2 uart(0x01); 188 2 flash_mark =1;/閃爍標(biāo)志 189 2 190 1 191 192 193 /* 194 定時(shí)器0中斷 195 */ 196 void timer0(void) interrupt 1 197 198 1 /unsigned int i=0; 199 1 /input_mark =1; 200 1 temp+; 201 1