畢業(yè)論文太陽能LED交通警示板設(shè)計

1、太陽能LED交通警示板設(shè)計摘 要本設(shè)計采用軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)，硬件電路主要包括：充電電路（帶充電保護功能）、放電保護電路、傳感電路、計數(shù)與顯示電路、穩(wěn)壓電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、太陽能光伏板自動跟蹤控制系統(tǒng)七個模塊。AT89S52單片機是整個系統(tǒng)的核心部件，通過軟件控制多個硬件電路的執(zhí)行。在編程時根據(jù)模塊化的設(shè)計思路，采用C51語言來編寫程序，主要包括：晝夜的判斷、白天時通過車輛的計數(shù)并用LED動態(tài)顯示、夜間警示LED閃爍、防瞬時光照、控制電機跟蹤、恢復(fù)電機到初始位置等模塊。設(shè)計中實現(xiàn)了白天計數(shù)，晚上閃爍，在光控開關(guān)控制下，白天開啟、晚上關(guān)閉的功能，以及防閃電、車燈干擾的功能，并加有過充、過放保

2、護裝置。除上述發(fā)揮部分外，又新增兩個功能：將太陽能光伏板安裝在電機上，白天時通過控制電機旋轉(zhuǎn)來跟蹤太陽，充分利用太陽能，對電池進行充電；黑夜到來時，將電機復(fù)位到初始狀態(tài)，第二天重新對太陽進行跟蹤。關(guān)鍵字：充電，保護，單片機，計數(shù)顯示The LED Solar Traffic Warning Board DesignAbstract This design uses the way realization which the software and hardware unifies, the hardware electric circuit mainly includes: The char

3、ging circuit (belt charge protection function), the electric discharge protection circuit, the sensing circuit, the counting and the display circuit, the voltage-stabilizer circuit, the A/D switching circuit, the solar energy light bend down the board automatic following control system seven modules

4、. The AT89S52 monolithic integrated circuit is the overall system core part, controls many hardware electric circuit through the software the execution. When programming acts according to modular the design mentality, uses the C51 language to compile the procedure, mainly includes: When diurnal judg

5、ment, daytime through the vehicles counting and with the LED dynamic demonstration, at night police shows the LED twinkle, guards against the instantaneous illumination, the control electrical machinery track, restores the electrical machinery to modules and so on initial point.In the design realize

6、d the daytime to count, evening glittered, controlled under the switch control in the light, daytime opened the function which, the evening closed, as well as guarded against the function which the lightning, the headlight disturbed, and Canada had has imitated has put the protective device. Besides

7、 above display part, also increases two functions: Bends down the board the solar energy light to install on the electrical machinery, when daytime tracks the sun through control electrical machinery revolving, uses the solar energy fully, carries on the charge to the battery；When dark night arrival

8、s, repositions the electrical machinery to the original state, second days carry on the track again to the sun.Key words: Charge，Protection，Monolithic integrated circuit 目 錄第1章 緒 論11.1設(shè)計的目的和意義11.2設(shè)計任務(wù)與要求1第2章 方案設(shè)計選擇2第3章 系統(tǒng)設(shè)計43.1系統(tǒng)硬件設(shè)計4充電電路（帶充電保護功能）4放電保護電路5傳感電路6計數(shù)、顯示電路7穩(wěn)壓電路83.1.6 A/D轉(zhuǎn)換電路.9太陽能光伏板自動跟蹤控制

9、系統(tǒng)103.2系統(tǒng)軟件設(shè)計12晝夜判別12白天時段流程圖13黑夜時段流程圖15第4章 系統(tǒng)調(diào)試174.1充電電路部分174.2放電保護電路部分174.3計數(shù)、顯示電路174.4穩(wěn)壓電路174.5太陽能光伏板自動跟蹤控制系統(tǒng)174.6總系統(tǒng)運行調(diào)試18結(jié) 論19致 謝20參考文獻21附錄A具體程序22附錄B總原理圖29第1章 緒 論1.1設(shè)計的目的和意義 太陽能LED交通警示板具有不用電、節(jié)能、快閃等特點，適合不便于安裝交流電源的路段，主要設(shè)置在路口、橋頭等，夜間自身能夠頻閃紅色光亮，提示過往車輛注意行駛安全，特別是在能源短缺的我國更加具有實用價值。1我所設(shè)計的太陽能LED交通警示板，能夠全自動

10、跟蹤太陽，最大限度的將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過蓄電池的貯能保證了警示板夜間的正常工作，甚至可以為其他電器設(shè)備供電；同時還設(shè)計了充放電保護電路，延長了蓄電池的使用壽命，減小了故障發(fā)生的概率，為電路的實際應(yīng)用做好了準(zhǔn)備；通過對來往車輛的計數(shù)可以準(zhǔn)確的把握路段的交通狀況，為疏導(dǎo)交通配合整頓交通秩序提供了依據(jù)。1.2設(shè)計任務(wù)與要求1.設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個交通警示板。該裝置以太陽能為能源，鉛酸蓄電池為儲能部件和電路工作電源。該警示板設(shè)置在夜間有事故隱患的路段，LED不間斷地閃爍。白天可關(guān)閉。2.設(shè)計要求基本要求：（1）設(shè)計并制作太陽能光伏板對電池的充電裝置。（2）設(shè)計并制作以電池為電源的LED閃爍工作的

11、裝置。（3）設(shè)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(guān)閉、夜間開啟。發(fā)揮部分：（1）在基本要求的基礎(chǔ)上，利用LED作顯示單元，設(shè)計制作該路段的白天通過車輛數(shù)量的傳感、計數(shù)、顯示裝置。最大顯示數(shù)為99。該裝置在光控開關(guān)控制下，白天開啟、晚上關(guān)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。第2章 方案設(shè)計選擇方案一：模數(shù)結(jié)合本設(shè)計可以單純地通過模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合實現(xiàn)計數(shù)值的顯示、直流電機的驅(qū)動和控制等功能。在太陽能光伏板經(jīng)充電電路對鉛酸蓄電池進行充電后，由該電池經(jīng)放電保護電

12、路對各模擬電路與數(shù)字電路供電，計數(shù)與顯示電路主要是用集成計數(shù)器CC40161、74LS48BCD譯碼器和顯示器組成，所計數(shù)值由光電傳感器組成的傳感電路的脈沖提供。直流電機由三極管設(shè)計的H橋電路進行驅(qū)動，兩端加光敏電阻，通過I-V轉(zhuǎn)換電路經(jīng)OP07比較兩者的大小來控制電機的左右旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過以上的方案大體可以實現(xiàn)設(shè)計要求。2方案二：軟硬結(jié)合本設(shè)計還可以用軟硬件結(jié)合的方式來實現(xiàn)，即通過單片機來設(shè)計一個總的控制系統(tǒng)。在由太陽能光伏板經(jīng)充電電路對蓄電池進行充電后，蓄電池經(jīng)放電保護電路和穩(wěn)壓電路對單片機供電，單片機通過軟硬件控制計數(shù)與顯示電路、太陽能光伏板自動跟蹤控制系統(tǒng)等模塊，其中的計數(shù)脈沖由傳感電路（反

13、射式光電傳感器）從警示板所放路段中感應(yīng)到車輛通過后提供給單片機，計數(shù)值又經(jīng)三極管驅(qū)動后送到顯示器中顯示，通過對單片機程序的編寫可實現(xiàn)LED在晚上以“日”字形閃爍，同時還能防止瞬時光照（如閃電、車燈）的干擾。為了降低蓄電池的工作電流，延長電池工作時間，可通過夜間只顯示一個數(shù)碼管、將數(shù)碼管的亮度調(diào)得較暗、將單片機特殊功能寄存器PCON的第五位PCON.4置1等途徑來實現(xiàn)。在太陽能光伏板自動跟蹤太陽的控制系統(tǒng)中，我們可以通過脈沖來產(chǎn)生PWM信號、再通過程序控制電機左右旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動電路采用H橋電路，當(dāng)由白天進入黑夜后，電動機經(jīng)軟硬件控制 回到初始位置，等待新一天的開始。通過兩個方案的比較，雖然都可以實現(xiàn)

14、設(shè)計任務(wù)，但是前者使用器件比較多，電路比較復(fù)雜。而后者相對來說比較簡潔，控制比較方便，軟件編程是主要設(shè)計的任務(wù)，經(jīng)過綜合比較我們應(yīng)該選擇后者，總的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示：太陽能光伏板充電電路鉛酸蓄電池放電保護電路傳感電路單片機計數(shù)、顯示電路太陽能光伏板自動跟蹤控制系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換電路穩(wěn)壓電路圖2.1總的系統(tǒng)框圖第3章 系統(tǒng)設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計充電電路（帶充電保護功能）充電電路是本次設(shè)計的基礎(chǔ)，也是各部分電路工作的前提。方案一：恒流充電恒流充電是充電過程中充電電流保持恒定的充電方法。階段恒流充電是改進的恒流充電，開始階段用較大的恒定電流充電，當(dāng)被充電電池的端電壓達到預(yù)定值后便轉(zhuǎn)入較小的恒定電流充

15、電階段，直至充電結(jié)束。方案二：全自動充電利用555時基集成電路，設(shè)計一個簡單、可靠、實用的全自動充電電路。將555集成時基電路2腳的電壓調(diào)為5.5V，這樣當(dāng)蓄電池電壓低于5.5V時，充電器開始對蓄電池電充電，此時3腳輸出電壓高于6V；將555時基集成電路6腳的電壓調(diào)為6.6V，這樣當(dāng)蓄電池電壓高于6.6V時，此時3腳電壓輸出為零伏，充電器停止對蓄電池電充電。圖3.1 充電電路其中的D1為二極管，型號是IN4007，相當(dāng)于開關(guān)的功能，在電路中起到充電保護的作用。當(dāng)蓄電池電壓低于5.5V時，D1導(dǎo)通，充電器開始對蓄電池電充電；反之，當(dāng)蓄電池電壓高于6.6V時，D1截止，該器件還實現(xiàn)了對蓄電池防過充

16、電的保護功能。其具體的充電電路如圖3.1所示：根據(jù)基本要求中的第1條，我們要通過太陽能光伏板對鉛酸蓄電池進行充電，所采集到的電壓不一定恒定，因此電流也不恒定，且從這些實際出發(fā)，選擇方案二較佳。放電保護電路為了防止蓄電池在給其他電路供電的過程中造成過放電的現(xiàn)象，應(yīng)在電池引出來的線后緊跟一個放電保護電路3，如圖3.2所示：圖3.2 放電保護電路 圖中的Vi從蓄電池兩端直接引入，通過選定穩(wěn)壓管D1、電阻R1 、電阻R2和電阻 R4的值可以設(shè)定蓄電池電壓降到某一值X以后進行放電保護，在電壓低于X時由繼電器實現(xiàn)防過放電的功能。圖中的運算放大器3140為比較器，將2腳的輸入電壓與3腳的基準(zhǔn)電壓進行比較，當(dāng)

17、V2V3，表明此時的ViX，6腳輸出低電平，繼電器的常開開關(guān)與常閉開關(guān)仍保持原狀，發(fā)光二極管LED3（紅色）不亮；反之，當(dāng)V2V3，表明此時的ViX，6腳輸出高電平，繼電器的常開開關(guān)閉合、常閉開關(guān)打開，發(fā)光二極管LED3發(fā)出紅色的光，從而提示蓄電池的電壓已低于設(shè)定值，也標(biāo)志著電路正在進行防過放電保護。傳感電路要對白天時在警示板設(shè)置的路段中通過的車輛進行計數(shù)，車輛為非電量，計數(shù)需由電路來實現(xiàn)，為電量，因此需要一個將非電量轉(zhuǎn)化為電量的裝置，此裝置即為傳感器。方案一：采用熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成輸出電信號的傳感器，利用它可組成防入侵報警器或各種自動化節(jié)能裝

18、置。其中敏感元件的輸出電壓極其微弱，而輸出阻抗極高，故在傳感器內(nèi)部由偏置厚膜電阻（RS)及場效應(yīng)管構(gòu)成變換阻抗及放大信號電路。熱釋電紅外傳感器在配用菲涅爾透鏡后，靈敏度大幅提高，檢測距離可由2m增加到12m左右，目前正廣泛運用于自動照明、電動門、自動消防水龍頭等領(lǐng)域。我們可以通過用熱釋電紅外傳感器對車中人體紅外線的測量，并將其轉(zhuǎn)化為電量，進而對經(jīng)過的車輛進行計數(shù)，從而達到計數(shù)的效果。方案二：采用反射式光電傳感器采用反射式光電開關(guān)傳感器之一槽型開關(guān)ST178，采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成，以相對的方向裝在中間帶槽的支架上。當(dāng)槽內(nèi)無物體時，砷化鎵發(fā)光管發(fā)出的光直接照在硅光敏三極管的窗口上，從而產(chǎn)生一定大的電流輸出，光敏管無輸出，以此可識別物體的有無。適用于光電控制、光電計量等電路中，可檢測物體的有無、運動方向、轉(zhuǎn)速等方面。4其外形圖如圖3.3所示：圖3.3 槽型開關(guān)ST178槽型開關(guān)ST178設(shè)計時的具體電路如圖3.4所示：圖中的NPN型三極管的功能是能將ST178檢測到的信號轉(zhuǎn)化成相對穩(wěn)定的方波從Vo輸出，送給單片機的某一個引腳進行計數(shù)、顯示。計數(shù)、顯示電路圖 3.4 傳感電路根據(jù)設(shè)計要求需要對白天時在警示板設(shè)