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(shè)計了一款太陽能警示燈。采用AT89C2051作為主控制器， LM358構(gòu)成遲滯比較器， 完成了硬件電路和軟件的設(shè)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(diào)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(shè)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(shè)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(guān)閉。也可采用手動控制， 白天也可使其工作， 便于調(diào)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(shè)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12 V蓄電池充電， 12 V 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12 V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[!--empirenews.page--]
2 .2 光控單元
MG1為光敏電阻， 光敏電阻器是利用半導(dǎo)體光導(dǎo)效應(yīng)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(diào)電阻， U21A 為LM358， VT21為8050， K 1 為JZ- 23F( 4123)型繼電器。VR1、MG1、R 21、R 22、R24組成遲滯型比較器， D 2 為繼電器的放電二極管。R 24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(fù)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(dǎo)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(dǎo)通， 驅(qū)動繼電器導(dǎo)通， LED 發(fā)光單元通電后工作。S1 為手動開關(guān)， 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CMOS 8位單片機， 片內(nèi)含2 kB 的可反復(fù)擦寫的只讀F lash程序存儲器和128 B 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F lash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AT89C 2051 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(yīng)的軟件即可。
RP1為排電阻， 阻值為5 k ， R1 ~ R4 為限流電阻。輸出使用了P1 0 ~ P 1 3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(yīng)程序即可。主控MCU 單元如圖3所示。使用Prote l 99SE 對該電路進行印制板布線， 以AT89C2051為核心布局， 電源輸入端在上側(cè)， 信號輸出端在右側(cè)， 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[!--empirenews.page--]
圖4 警示燈印制板圖和實物
2.4 LED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12 V， 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(gòu)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5 LED發(fā)光板[!--empirenews.page--]
3 軟件設(shè)計
根據(jù)視覺感受， 發(fā)光的時間在50 ms時效果較好，閃爍4次后停頓1 s， 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(gòu)成， 程序流程圖如圖6所示。
圖6 流程圖
4 結(jié)束語
此警示燈系統(tǒng)適用于城市市政建設(shè)、道路施工現(xiàn)場及交通路口等， 可有效地提醒車輛或行人注意安全， 起到警示作用。該警示燈系統(tǒng)成本低廉、工作可靠、便于修改和擴充。
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