航标灯控制-(2)

湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称课程名称 单片机原理与应用单片机原理与应用 课题名称课题名称 航标灯控制航标灯控制 专专 业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 2014 年年 月月 日日 等级 1 湖南工程学院 课 程 设 计 任 务 书 课程名称 单片机原理与应用单片机原理与应用 课 题 航标灯控制 专业班级 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2014 年 月 日 任务完成日期 2014 年 月 日 2 设设计计内内容容与与设设计计要要求求 设计内容 设计内容 利用单片机为核心设计一个航标灯控制系统 要 求为在黑夜中航行的船只提供灯光指示 设计要求 设计要求 1 确定系统设计方案 2 进行系统的硬件设计 3 完成必要的参数计算与元器件选择 4 完成应用程序设计 5 进行部分单元电路及应用程序的调试 3 主主 要要 设设 计计 条条 件件 本系统要求 1 航标灯在黑夜能定时闪闪发光 亮 2s 熄灭 2s 周期循环 2 白天应停止航标灯工作 3 枯水季节应检测水位高度 低于通航水位时要发出警告 信号 说 明 书 格 式 1 课程设计任务书 2 目录 3 系统总体方案选择与说明 4 系统结构框图与工作原理 5 各单元硬件设计说明及计算方法 6 软件设计与说明 包括流程图 7 调试结果与必要的调试说明 8 使用说明 9 总结 10 参考文献 附录 附录 A 系统原理图 附录 B 程序清单 4 进 度 安 排 设计时间为两周 第一周 星期一 上午 布置课题任务 讲课及课题介绍 下午 借阅有关资料 总体方案讨论 星期二 确定总体设计方案 星期三 硬件模块方案设计 星期四 软件模块方案设计 星期五 各硬件模块设计 第二周 星期一 各硬件模块设计 星期二 各软件模块设计 星期三 各软件模块设计 星期四 写说明书 星期五 上午 写说明书 整理资料 下午 交设计资料 答辩 参 考 文 献 参考文献 1 教材 单片微型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社 2 单片微型计算机原理 应用及接口技术 张迎新 编 国防工业 出版社 3 单片机实用系统设计技术 房小翠 编 国防工业出版社 4 单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社 5 单片机原理及接口技术 曹琳琳编 国防科技大学出版社 5 目录目录 第一章 绪 论 1 1 1 航标灯的现状与发展 1 第二章 航标灯控制电路设计 2 2 1 系统总体方案选择 2 2 2 设计方案框图 2 第三章 系统总体设计方案描述 3 3 1 系统结构框图 3 3 2 系统的工作原理 3 第四章 单元电路的设计与计算 4 4 1 单片机晶振电路和复位电路的连接 4 4 2 LM016L 显示电路 4 4 3 蜂鸣器电路和航标灯显示电路 4 4 4 ADC 转换电路 5 4 5 光敏电阻的选择 5 第五章 调 试 7 5 1 白天 7 5 1 1 高水位时 7 5 1 2 低水位时 8 5 2 黑夜 9 5 2 1 高水位 9 5 2 1 低水位 10 蜂鸣器发出较快频率的声音 灯迅速闪烁 10 总 结 11 参考文献 12 附 录 13 附录 A 系统原理图 13 附录 B 程序清单 14 电气信息学院课程设计评分表 21 1 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 航标灯的现状与发展航标灯的现状与发展 航标是保证船舶安全的必要装置 很早以前人们就已经在近海岸设 立航标 以便航船识别目标和为船只导航 目前使用的航标种类包括陆 上航标 水上航标和无线电航标 3 种 其中水上航标包括灯标和浮标 一般航标灯都有发光装置 音响装置有些航标灯还具有无线电装置 装有灯器的航标即为灯塔 灯船 统称为灯标 灯标在夜间所显示 的特定光色 灯光节奏和周期作为标志的识别特征 以便航海人员区别 目前我国灯标使用的光色有白 红 绿 黄及橙色五种 灯光节奏有十 余种 航标的音响装置是为了船只和航海人员在五中能判别航标所在的方 向 这些音响装置通过发出的声响来引导船舶航行 在我国长达数千公里的河道和海岸沿线 分布着数量众多的航标灯 为了能及时地了解各航标灯的工作状态和工作正常与否 以便有针对性 地对出现故障的航标灯进行维护 我们需要一种新的航标灯能够对其进 行遥控遥测的航标灯 新型遥控遥测航标灯具有先进的设计技术 采用 新型遥控遥测航标灯能够极大的提高航道维护的精确性 给船只提供了 更安全更可靠的指引 同时节省了大量的维护费用 2 第二章第二章 航标灯控制电路设计航标灯控制电路设计 2 1 系统总体方案选择系统总体方案选择 本系统要求区分白天与黑夜 检测水位信息 控制航标灯闪烁和蜂 鸣器的鸣叫 同时需要显示并发送水位信息 综合要求 选择 51 单片机 作为控制器 用光敏电阻检测白天与黑夜 因为只有一路水位信息 所 以选择 ADC0804 作为模数转换器 并用 LED 作为航标灯指示器 LCD1602 作为水位显示器件 2 2 设计方案框图设计方案框图 单单 片片 机机 8051 水位测量模块 光敏电阻模块 蜂鸣器模块 航标灯模块 水位显示模块 图 2 1 设计方案框图 3 第三章第三章 系统总体设计方案描述系统总体设计方案描述 3 1 系统结构框图系统结构框图 白白 天天 晚 上 水位 指示灯亮 2s 熄灭 2s 闪烁 高指示灯不 亮 蜂鸣 器不鸣响 高 低 蜂鸣器快速鸣 响 指示灯快速闪 动 蜂鸣器快速鸣 响 图 3 1 系统结构框图 3 2 系统的工作原理系统的工作原理 本系统通过 51 单片机作为控制核心 并选择 12MHz 晶体 以达到 控制航标灯的闪烁 蜂鸣器的报警指示 同时显示并往控制总台发送水 位信息 在本系统中通过 ADC0804 将模拟变化的水位信号转换成单片机 可以识别的数字信号 同时通过 LCD1602 液晶显示器显示实时水位信息 并将水位信息通过串口传送到控制台 系统中通过光敏电阻检测白天与 黑夜 当水位正常时 如果是晚上 通过单片机的控制蜂鸣器发声 航 标灯定时闪烁 亮 2s 熄灭 2s 如果是白天 则航标灯关闭 蜂鸣器 继续工作 当水位超过警戒水位 水位过低 不适合航行 时 如果是 4 晚上 则通过单片机控制蜂鸣器的加速鸣叫 并且航标灯闪烁加快 如 果是白天则航标灯关闭 蜂鸣器继续工作 第四章第四章 单元电路的设计与计算单元电路的设计与计算 4 1 单片机晶振电路和复位电路的连接单片机晶振电路和复位电路的连接 图 4 1 单片机晶振电路和复位电路的连接 图 4 1 中晶振选用 12MHz 晶振 电容选择 22pF 图 4 1 中电阻选用 1K 电阻 可以实现上电复位和手动复位 4 2 LM016L 显示电路显示电路 图 4 2 LM016L 显示电路 5 通过 LM016L 显示水位信息 并将 LCD 连接到 P0 和 P1 端口 4 3 蜂鸣器电路和航标灯显示电路蜂鸣器电路和航标灯显示电路 图 4 3 蜂鸣器电路和航标灯显示电路 图 4 3 中通过 PNP 管的驱动蜂鸣器发声 用 LED 当作航标灯 并接在 P1 7 口 4 4 ADC 转换电路转换电路 图 4 4 ADC 转换电路 图 4 4 中电路为 ADC0804 接法 空出的第 5 号脚为转换结束信号引脚 此次设计并没有用到该引脚 当然也可以接到单片机引脚 通过该引脚 检测转换是否结束 6 4 5 光敏电阻的选择光敏电阻的选择 本系统中光敏电阻利用单刀双掷开关代替 图 4 5 光敏电阻的选择 7 第五章第五章 调调 试试 在设定水位的情况下 临界值在设定水位的情况下 临界值 120120 5 1 白天白天 5 1 1 高水位时高水位时 蜂鸣器不会鸣叫 灯不亮 图 5 1 1 白天高水位 8 5 1 2 低水位时低水位时 蜂鸣器鸣叫 频率较快 灯不亮 5 1 2 白天低水位 9 5 2 黑夜黑夜 5 2 15 2 1 高水位高水位 灯每隔两秒亮一次 蜂鸣器不发声 图 5 2 1 黑夜高水位 10 5 2 1 低水位低水位 蜂鸣器发出较快频率的声音 灯迅速闪烁 综上所述 首先给系统设定一个初值 我所设定的临界值是 120 当系统检测到水位变化时 通过 LM016L 显示水位 并用一个一个 表示水位过低 并发出警告信号 白天蜂鸣器以较快频率鸣叫 而晚上 蜂鸣器不仅以快速的频率鸣叫 LED 的闪烁频率也会加快 当水位正 常时 发出提醒信号 白天蜂鸣器不鸣叫 晚上 LED 闪烁频率和蜂鸣器 11 鸣叫频率都正常 当水位变化时 通过串口将水位发送到控制总台 反 应实时水位信息 总总 结结 光阴似箭 日月如梭 两周的课程设计即将结束 在这两个星期的 课程设计中让我感受良多 受益匪浅 同时也找到了自身不足之处 第 一天老师下发了任务 那天过后我们就开始收索相关资料 因为是初学 者 所以对于我们来说都是很难的 可以说根本无从下手 可能一条语 句想弄懂都需要半天时间 但是我们并没有放弃 因为这是我们的任务 我们小组七人分工合作 在大家一起的努力之下最终完成了我们的课程 设计 在课程设计的过程中 我们经历了各种酸甜苦辣 老师下发的任 务表面上看起来不难 主要实现三个功能 但是如何才能实现呢 最担 心的还是程序了 因为对这方面的知识掌握的不牢固 而且这种仿真软 件我也不太会用 这时候小组的力量就体现出来了 同学之间互相帮助 有什么不懂的大家在一起商量 而且我们还能够充分利用网络的去查阅 相关资料 再者还可以询问老师 在整个设计过程中我懂得了许多东西 也培养了独立思考和设计的能力 也树立了对知识应用的信心 同时让 我懂得团队合作在集体工作中的重要性 只有相互合作 互帮互助才能 成功 通过课内所学的知识我们可以把它用在我们的实践上 我们借助了 网络来学习一些课内没有学到的东西 在把这些知识应用到课程设计中 去 这样才能更好的学习该们课程 实习不仅让我学到了知识同时它也 段练了我个人的动手能力 不仅让我能够充分利用图书馆去查阅资料 同时也让我增加了许多课本以外的知识 对我们当代大学生来说 只有 理论与实际相结合才能让我们以后在更好的学习和工作 总之 课程设 计虽然结束了 但是从此次课程设计中我学到了很多 感触也很深 我 12 感受到了肖锋老师对学生的那种悔人不卷的精神和那种治学严谨的态度 有问必答 这让我们少走了很多弯路 最终顺利完成设计任务 也许只 有当学生的时候才能享受到这种待遇吧 所以我们一定好好利用校园的 资源 这样才能让我们在进入社会之后有足够的资本和他人竞争 参考文献参考文献 1 教材 单片微型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社 2 单片微型计算机原理 应用及接口技术 张迎新 编 国防工业出 版社 3 单片机实用系统设计技术 房小翠 编 国防工业出版社 4 单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社 5 单片机原理及接口技术 曹琳琳编 国防科技大学出版社 13 15 附附 录录 附录附录 A 系统原理图系统原理图 16 附录附录 B 程序清单程序清单 1 主程序 include include def h include lib h include adc dis h include lcd1602 h sbit LED P1 7 sbit BUZ P1 6 sbit status P3 2 INT16U num 0 flag 0 num1 0 num2 0 INT8U stage deep 0 void delay INT16U z INT16U x y for x 0 x z x for y 0 y 110 y 定时器初始化函数 void timer init TMOD 0X21 设定定时器 1 工作在方式 2 定时器 0 工作在方式 1 SCON 0X40 串口方式 1 PCON 0 SMOD 位为 0 TL1 0XFD 9600Hz TH1 0XFD TH0 0X3c TL0 0Xb0 设定定时器 0 初值为 15536 TR1 1 启动定时器 1 IE 0X82 打开总中断和定时器 0 溢出中断 串口发送程序 void usart send INT8U date 串口发送数据 SBUF date 17 while TI 判断数据是否发送完成 TI 0 串口发送字符串程序 void usart print INT8U temp 发送字符 while temp 0 usart send temp 定时器中断处理函数 void timer0 interrupt 1 TH0 0X3c TL0 0Xb0 设定定时器 0 初值为 15536 num 控制 LED num1 控制蜂鸣器 num2 控制水位数据的发送 void led buz INT8U temp INT16U i j if stage 1 TR0 1 stage 0 if temp 10 LED LED num 0 18 if num1 10 num1 0 for i 0 i 70 i for j 0 j120 正常水位 if status 1 白天 LED 1 flag 1 else 晚上 if num 40 LED LED num 0 水位显示函数 void display INT8U temp INT8U bai shi ge bai temp 100 shi temp 10 10 ge temp 10 write com 0 x80 2 显示位置命令 19 delay 1 lcd prints water level write com 0 x80 0 x40 6 delay 1 write date bai 0 x30 write date shi 0 x30 write date ge 0 x30 if temp 60 每 3s 发送一次水位数据 num2 0 usart send deep 100 0 x30 usart send deep 10 10 0 x30 usart send deep 10 0 x30 usart send m if deep 120 usart send usart print r 发送回车符号 即换行 display deep LCD1602 显示 led buz deep 蜂鸣器和 LED 控制函数 20 2 液晶显示函数 LCD1602 C include include lib h include def h include sbit lcd rs P1 3 sbit lcd rw P1 4 sbit lcd en P1 5 1602 写命令函数 void write com INT8U com lcd rs 0 P0 com delay 1 lcd en 1 delay 1 lcd en 0 1602 写数据函数 void write date INT8U date lcd rs 1 P0 date delay 1 lcd en 1 delay 1 lcd en 0 1602 写初始化函数 void lcd init lcd rw 0 lcd rs 1 lcd en 0 write com 0 x38 设置显示方式为 16 2 显示 21 write com 0 x0c 显示开 关光标 write com 0 x06 移动光标 write com 0 x01 清屏指令 1602 显示字符串函数 void lcd prints INT8U lcd string INT8U i 0 while lcd string i 0 write date lcd string i i 3 LCD1602 H 头文件 ifndef LCD1602 H define LCD1602 H include def h void write com INT8U com void write date INT8U date void lcd init void lcd prints INT8U lcd string endif 4 AD 转换函数 ADC DIS C include include def h include lib h sbit adc cs P1 0 sbit adc rd P1 1 sbit adc wr P1 2 ADC0804 启动转换函数 INT8U start ad INT8U temp adc cs 0