毕业论文-一种光伏太阳能控制的野外警示装置的设计与制作

毕业设计论文一种光伏太阳能控制的野外警示装置的设计与制作指导老师姓名专业名称班级学号论文提交日期论文答辩日期2014年11月25日摘要本文设计的是一种基于单片机控制的野外警示装置的设计与制作，是由光伏太阳能电源电路，声控电路，光控电路，单片机控制电路，液晶显示电路等电路组成，主要功能是为了实现行人在夜间路过施工路段时不仅有显示屏警告，还有指示灯警告，无人的时候没有任何显示的一种声光控制装置，该电源设计为利用光伏太阳能板给蓄电池充电，再由蓄电池给整个电路供电，充分体现了当代节能环保的主题，既便民又节能。该设计使用单片机和分立元件混合控制，结构简单，成本低、操作方便，克服了现有声光控制开关成本高，体积大等缺点，不仅节约资金，还节约能源，是野外施工的一种提醒警示装置。关键字单片机，太阳能电池板，声控，光控ABSTRACTTHISARTICLEDESIGNSISONEKINDTHEOPENCOUNTRYPOLICEWHOCONTROLSBASEDONTHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITSHOWSTHEINSTALLMENTTHEDESIGNANDTHEMANUFACTURE,ISBENDSDOWNTHESOLARENERGYPOWERCIRCUITBYTHELIGHT,THEVOICECONTROLELECTRICCIRCUIT,THELIGHTCONTROLSTHEELECTRICCIRCUIT,THEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITCONTROLCIRCUIT,ELECTRICCIRCUITSANDSOONLIQUIDCRYSTALDISPLAYELECTRICCIRCUITISCOMPOSED,NOTONLYTHEMAINFUNCTIONISINORDERTOREALIZETHEPEDESTRIANPASSEDBYTHECONSTRUCTIONROADSECTIONWHENATNIGHTTOHAVETHEDISPLAYMONITORTOWARN,BUTALSOSOMEINDICATINGLAMPSWARNED,NOBODYTIMEANYDEMONSTRATIONONEKINDOFACOUSTOOPTICSCONTROLDEVICE,THISPOWERSOURCEDESIGNFORHASNOTBENTDOWNUSINGTHELIGHTTHESOLARENERGYBOARDTOTHEBATTERYCHARGING,AGAINBYTHEACCUMULATORCELLFORTHEENTIREELECTRICCIRCUITPOWERSUPPLY,FULLYHASMANIFESTEDTHECONTEMPORARYENERGYCONSERVATIONENVIRONMENTALPROTECTIONSUBJECT,BOTHCONVENIENTANDCONSERVESENERGYTHISDESIGNUSEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUITANDTHEDISCRETECOMPONENTMIXTURECONTROL,THESTRUCTUREISSIMPLE,COSTLOW,EASEOFOPERATION,OVERCAMETHEEXISTINGACOUSTOOPTICSCONTROLLINGSWITCHCOSTTOBEHIGH,VOLUMEBIGANDSOONSHORTCOMINGS,NOTONLYSAVEDTHEFUND,BUTALSOSAVEDTHEENERGY,WASTHEOPENCOUNTRYCONSTRUCTIONONEKINDREMINDSTHEPOLICETOSHOWTHEINSTALLMENTKEYWORDSTHEMONOLITHICINTEGRATEDCIRCUIT,THESOLARCELLBOARD,THEVOICECONTROL,THELIGHTCONTROLS目录绪论1第一章课题设计概述211课题要求212课题方案2图11电路设计框图2第二章电子线路设计321电路设计的基本原则322理论分析323电路分析3231光控电路模块3232声控电路模块4233时钟电路模块5234复位电路模块6235单片机模块7236电源电路模块8237灯电路模块8238显示电路924系统的电路原理图10第三章涉及相关硬件介绍及设计1131AT89C52单片机介绍1132单片机的主要功能特性1133单片机的特殊功能1234AT89C52管脚说明1235光敏电阻1436驻极体话筒1537液晶的介绍16371基本简介16372管脚功能17373特性应用1838太阳能电池18381主要分类19382基本原理193915V蓄电池20第四章PCB制作及软件设计说明2141PCB制作2142KEILUVISION4简介2243KEILUVISION4使用方法22第五章电路调试及问题解决方案2451电路调试2452PCB板制作布线问题2453白天无声音灯不亮2554白天有声音灯不亮2555晚上有声音灯亮2556晚上一段时间后灯熄26元器件明细表27结论28致谢29参考文献30附录A31附录B36附录C37绪论近年来，随着改革开放的深入发展，电子器件的飞速发展，人民的生活水平有了很大的提高。电子器件已经进入了我们的生活，但是资源的浪费也是近几年来人们所要担心的问题，人们越来越依赖能源的使用，怎样节约使用能源，并能更好的服务于这个社会，是我们这次课题所要探讨的问题。我们这次课题所要完成的是一种声光控的野外警示装置，应用于生活中的各个方面。例如楼道，公共场所，交通事故指示牌，设施事故等，都需要有自动发电来提示人们注意安全，而用数字电路技术实现灯的自动发亮，节能节电，延长灯的寿命变得越来越重要，而且贴近我们的实际生活。利用太阳能作为电源，太阳能不像煤和石油一样用交通工具进行运输，而是应用光学原理，通过光的反射和折射进行直接传输，或者将太阳能转换成其它形式的能量进行间接传输。太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式，太阳能发电是一种新兴的可再生方式，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。本设计采用太阳能电池板18V电压给太阳能蓄电池充电，输出5V电压来给整个电路供电。利用声光控延时开关来节约能源，适当警示人们，比如在公共场所，有些设施方法不能停车，基于单片机的警示装置来提醒人们这个地方不能停车。在白天时，光控电路中的光敏电阻因有光线的照射，阻值变小，运放同向输入端为低电平，电路不饱和；在黑夜里，光控电路中的光敏电阻阻值变大，电路饱和，声控模块是采用声音经过MIC咪头传感器电压信号发生变化经过LM393比较器芯片，将高低电平输入到单片机IO，这样晚上有声音时，液晶上就会显示“禁止停车”，达到警示的作用。本次设计通过查阅书籍和资料，以及在老师和同学的帮助下，最终完成太阳能警示电路。电路原理图的设计，PCB的制作，元器件的选择，程序的编程，在这些过程中都会遇到各种各样的问题。我们小组同心协力，共同努力，最终得出成果，在此过程中，我们两年所学的知识不断完善，加强了我们对电路分析，模拟电子技术，数字电子技术，实训电焊工艺的理解和巩固。使我们在以后学习电子的道路上更加的充实，更加的自信。第一章课题设计概述11课题要求1能对周围光线的强弱做出反应，即当周围光线较弱（以人眼感官为准）时，能自动打开照明装置，并根据周围光线强度自动分级调节照明电路，同时具有声控功能，通过开关置于声控状态时，能自动开启照明电路，无声时有一定时间的延时后自动关闭电源。2具有控制状态的显示功能（字符显示或LED显示）。3能控制功率30W的照明装置。12课题方案利用光敏电阻和驻极体话筒将外界的光信号和声音信号转换为单片机能识别的电信号来控制警示灯。图11电路设计框图LED灯显字幕外界光照强度外界声音光敏电阻驻极体话筒51单片机AT89C52第二章电子线路设计21电路设计的基本原则电子线路设计是指根据设计任务、要求和条件，选择合适的方案，确定电路的总体组成框图，接着对各单元进行设计，最后得到满足技术指标的功能要求的完整电路图的过程。一个好的设计出了完全满足性能指标和功能要求外，还要求电路简单可靠，系统集成度高，电磁兼容性好，性能价格比高，同时要求系统的功耗小、安装调试方便。22理论分析本设计的硬件设计的重点在于光信号和声音信号的接受控制电路、单片机的最小电路以及时钟芯片的控制电路。光信号控制电路部分采用光敏电阻对光进行接收，并经过放大输出给单片机；声音信号控制电路采用驻极体话筒来采集声音，经过放大输出给单片机；单片机把处理好的信号发送给三极管用于驱动LED灯，时钟芯片用于定时控制灯的亮灭。23电路分析231光控电路模块光控电路它是用外来的光源来控制电路的设备。其作用是把外来送入的光源转换电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。常用的电路有发光器件电路、光敏器件电路和光电显示器件电路。而常用的光控电路使用的光敏器件电路为主要的光控电路部分。光控电路中有一个光敏电阻，光敏电阻的特性是它的内阻随光照的强弱变化而变化，在白天，光线照射强，光敏电阻器因有光线照射，其自身阻值很低，此时电源电流经过光敏电阻器，三极管的基极，三极管饱和导通，运放同向输入端为低电平，端口P10输出为低电平；但是在夜里，光敏电阻器失去了光照，电阻变得很大，运放同向输入端为高电平，端口P10输出为高电平。经查阅光敏电阻的亮阻值R亮2K,暗阻值R暗2M,上拉电阻4R12的作用电阻嵌位在高电平,电阻同时起限流作用。U基准4R11/（4R114RP9）VCC,电位器的取值范围010K有光照时光敏电阻阻值为2K，当电位器最大时UX4RP9/R亮4RP9VCC,UX42V当电位器最小时UX0V；计算得U基准，的电压取值范围在042V之间，无光照时，光敏电阻阻值为2M，当电位器最大时UX4RP9/R暗4RP9VCC,UX002V当电位器最小时UX0V计算得U基准，的电压取值范围在0002V之间，U基准，取最大值时，三极管最大基极电流IBU基准，07V/4R10,IB067MA,所有，三极管的基极电流取值范围在0067MA之间。图21光敏电阻图22光控电路232声控电路模块声控电路它是用声音控制电路的设备，其作用是把送入的声波转换为电信号，从而用这种信号去控制所需要的电器设备。常用的电路有小信号放大电路、声波控制电路等。而常用的声控电路使用的是声波控制电路为主要的声控电路部分。MIC咪头传感器是声光双控延时照明灯电路中的重要器件。当有人在它附近走动产生响声时，它会把声波变成音频信号，经过比较器电平信号，然后传给单片机输入端。咪头传感器是一个声电转换器件（也可以称为咪头换能器），是和扬声器正好相反的一个器件（电声）。是声音设备的两个终端，咪头是输入的，扬声器是输出的。咪头传感器又4R1位Q385P92KVC名麦克风，话筒，传声器，咪胆等。图23咪头传感器咪头传感器，内部存在一个由振膜，垫片和极板组成的电容器，因为膜片上充有电荷，并且是一个塑料膜，因此当膜片受到声压强的作用，膜片要产生振动，从而改变了膜片与极板之间的距离，从而改变了电容器两个极板之间的距离。这样初步完成了一个由声信号到电信号的转换。由于这个信号非常微弱，内阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大。FET场效应管是一个电压控制元件，漏极的输出电流受源极与栅极电压的控制。由于电容器的两个极是接到FET的S极和G极的，因此相当于FET的S极与G极之间加了一个V的变化量，FET的漏极电流I就产生一个ID的变化量，因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个VD的变化量，这个电压的变化量就可以通过电容C0输出，这个电压的变化量是由声压引起的，因此整个咪头传感器就完成了一个声电的转换过程。经测量咪头传感器电阻15K，V3R3VCC/3R43R3V25V当有声音时VVCC3R2/RP3R2RVMAX5V,VMIN1V,V的范围在15V之间，当V大于25时，输出低电平，当V小于25输出高电平。当没有声音时VV,LM393输出低电平图24声控电路3MC284UAL9RKP50V233时钟电路模块时钟电路是产生CPU校准时序，是单片机的控制中心。AT89C52的时钟信号可通过内部振荡方式和外部振荡方式两种方式得到。本次设计使用的是片内振荡方式，通过外接12MHZ的晶振来实现时钟电路的时序控制。在使用片内振荡器时，X1和X2分别为反向放大器的输入端和输出端。外接晶体以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。晶体一般可以选择3M24M，电容选择20PF左右。我们选择晶振为12MHZ,电容20PF图25时钟电路石英晶振以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。一般的晶振的负载电容为15P或125P，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个20PF的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。石英晶体振荡器的应用1、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。图26晶振234复位电路模块复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开2C70UF/6VR8KS位PYMHZ关或电源插头分合过程中引起的抖动而影响复位。在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位图27复位电路235单片机模块单片机作为该设计的核心部分，其型号的选择非常重要，单片机型号的选择是根据控制系统的目标、功能、可靠性、性价比、精度和速度等来决定的，根据上述及本课题的实际情况，本文在众多的单片机类型中选取ATMEL公司的AT89系列单片机AT89S52实现控制作用，该单片机具有以8051为内核，兼容MCS51系列单片机、内部含有FLASH存储器，在系统开发可以反复擦写静态时钟方式，可以节省电能、支持ISP（在线编程），不需要把单片机从电路板取下来就可以擦写程序、晶振频率高达24M，运行速度更快、价格也比较便宜12元/片。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程S系列的才支持在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。图28单片机P1045678REST9XDINGALVCWU图29控制电路236电源电路模块电源部分，蓄电池直流输入，经过4个1N4007桥式整流，然后经过稳压管LM7805，稳压得到5V电源。电源部分还增加了电源指示灯，但指示灯亮，可以判断电源是否接通。蓄电池充放电通过继电器来切换，当光敏电阻检测到光线强的时候，单片机输入低电平使得控制蓄电池充放电的继电器吸合，切换到充电，光伏太阳能和蓄电池直接接通，当光线弱的时候，单片机输入高电平，继电器断开，切换到放电，蓄电池给负载提供电图210蓄电池P10235678REST9XD/INGALVCWUPFYMHZUK位JOQINOTF图211电源电路237灯电路模块指示灯采用8个红色LED和9个绿色LED组成一个形状，当光线弱的时候，且有声音，单片机输出低电平控制LED继电器吸合，15个LED同时点亮，延时一段时候自动关闭继电器，关闭15个LED。三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。5R13KD7N40VCQSLE62JP图212灯电路238显示电路显示电路由单片机、液晶及其外围电路组成。电路的电源部分是通过场效应管7805给单片机及液晶提供5V的电压。显示电路分析将程序加载到单片机中来驱动液晶显示。电路连接好之后通电，液晶上会显示“禁止停车”。图213显示电路24系统的电路原理图主控芯片采用51系列单片机，传感器用到声音传感器MIC咪头传感器、光敏电阻传感器GL5626，控制开关采用小型家用继电器SRD系列，电路电源采用蓄电池供电，充电设备用光伏太阳能板。光敏传感器原理，利用光敏电阻再有光照时候电阻值很小，反之光线弱电阻值很大特性，来设计电路一个高低电平变化电路，然后输入单片机IO口，同理声控模块也是采用声音经过MIC咪头传感器电压信号发生变化经过LM393比较器芯片，将高低电平输入到单片机IO作为判断依据。蓄电池充放电通过继电器来切换，当光敏电阻检测到光线强的时候，单片机输入低电平使得控制蓄电池充放电的继电器吸合，切换到充电，光伏太阳能和蓄电池直接接通，当光线弱的时候，单片机输入高电平，继电器断开，切换到放电，蓄电P102345678REST9XD/INGALVCWUJO池给负载提供电。指示灯采用8个红色LED和9个绿色LED组成一个形状，当光线弱的时候，且有声音，单片机输出低电平控制LED继电器吸合，15个LED同时点亮，延时一段时候自动关闭继电器，关闭15个LED。电源部分，蓄电池直流输入，经过4个1N4007桥式整流，然后经过稳压管LM7805，稳压得到5V电源。电源部分还增加了电源指示灯，但指示灯亮，可以判断电源是否接通。清晰图见附录CP1023567RESTXD/INGALVWUPFYMHZUK位JOQINOTF图214电路原理图第三章涉及相关硬件介绍及设计31AT89C52单片机介绍AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和256BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用，图31为AT89C52外部引脚图。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图31AT89C52外部引脚图32单片机的主要功能特性1、兼容MCS51指令系统2、8KB可反复擦写大于1000次）FLASHROM；3、32个双向I/O口；4、256X8BIT内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率024MHZ；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。33单片机的特殊功能在AT89C52片内存储器中，80HFFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFR）。并非所有的地址都被定义，从80HFFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的AT89C52单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。AT89C52除了有AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2。定时/计数器2的控制和状态位位于T2CON（参见表3）T2MOD（参见表4），寄存器对（RCAO2H、RCAP2L）是定时器2在16位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。图32AT89C5234AT89C52管脚说明VCC电源GND接地P0口P0口是一个8位漏级开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0口端口写“1”时，引脚作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口也用来接受指令字节在程序效验时，输出指令字节。程序效验时，需要外部上拉电阻。P1口P1口是一个具有内部上拉电阻的8位是双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电平。对P1口写“1”时，内部上拉电阻的原因，将输出电流ILL。此外，与AT89C51不同之处是，P10和P11还可分别作为定时/计数器2的外部计数输入（P10/T2）和输出（P11/T2EX），具体如下表所示引脚号功能特性（定时计数器外部计数脉冲输入），时钟输入定时计数捕获重装载触发和方向控制表P10和P11的第二功能在FLASH编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个TTL逻辑电平。对P2口写“1”时，通过内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。在访问外部好曾许存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在FLASH编程和校验时，P2口接收低8位地址字节和一些控制信号。P3口P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电平。对P3口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入端口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流ILL。P3口除了作为一般、的I/O口线外，更重要的是它的第二功能，如下表所示。引脚号第二功能P30RXD（串行输入）P31TXD（串行输出）P32INT0（外部中断0）P33INT1（外部中断1）P34T0（定时器0外部输入）P35T1（定时器1外部输入）P36WR（外部数据存储器写选通）P37RD（外部数据存储器读选通）在FLASH编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期以高电平将使用单片机复位。ALE/PROG地址锁存器控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在FLASH编程时，此引脚（PROG）也使用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN外部程序储存器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89C52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据储存器时，PSEN将不被激活。/EAVPP访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000HFFFFH的外部程序存储器读取指令，EA端必须保持低电平（接地）。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在FLASH编程期间，EA也接受12伏VPP电压。XTAL1振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2振荡器反相放大器的输出端。35光敏电阻光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻性能参数如下光敏电阻的主要参数是（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电图33光敏电阻流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。（6）伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。（7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。（8）额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。光敏电阻的应用光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及R值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。36驻极体话筒驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。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。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十PF。因而它的输出阻抗值很高XC12TFC，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极S、栅极G和漏极D三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效图34驻极体话筒应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。驻极体话筒与电路的接法有两种源极输出与漏极输出。源极输出类似晶体三极管的射极输出。需用三根引出线。漏极D接电源正极。源极S与地之间接一电阻RS来提供源极电压，信号由源极经电容C输出。编织线接地起屏蔽作用。源极输出的输出阻抗小于2K，电路比较稳定，动态范围大。但输出信号比漏极输出小。漏极输出类似晶体三极管的共发射极放入。只需两根引出线。漏极D与电源正极间接一漏极电阻RD，信号由漏极D经电容C输出。源极S与编织线一起接地。漏极输出有电压增益，因而话筒灵敏度比源极输出时要高，但电路动态范围略小。RS和RD的大小要根据电源电压大小来决定。一般可在2251K间选用。例如电源电压为6V时，RS为47K，RD为2。2K。图3输出电路中，若电源为正极接地时，只须将D、S对换一下，仍可成为源、漏极输出。一声控电路前置放大级中驻极体话筒的源极输出和漏极输出的两种不同的接法，最后要说明一点，不管是源极输出或漏极输出，驻极体话筒必须提供直流电压才能工作，因为它内部装有场效应管。驻极体话筒选配驻极体话筒价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体话筒选配要注意以下几点（1）两根和三根引脚的驻极体话筒之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。（2）这种话筒没有型号之分，相同引脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差别。37液晶的介绍371基本简介工业字符型液晶，能够同时显示16X02即32个字符。（16列2行）注为了表示的方便，后文皆以1表示高电平，0表示低电平。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。管脚功能1602采用标准的16脚接口，其中第1脚VSS为电源地第2脚VCC接5V电源正极第3脚V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个图35液晶10K的电位器调整对比度）。第4脚RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。第6脚E或EN端为使能ENABLE端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚D0D7为8位双向数据端。第1516脚空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。特性33V或5V工作电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM372管脚功能1602采用标准的16脚接口，其中第1脚VSS为电源地第2脚VCC接5V电源正极第3脚V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。第4脚RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。第5脚RW为读写信号线，高电平1时进行读图36管脚操作，低电平0时进行写操作。第6脚E或EN端为使能ENABLE端。第714脚D0D7为8位双向数据端。第1516脚空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。373特性应用33V电压，对比度可调内含复位电路提供各种控制命令,如清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能有80字节显示数据存储器DDRAM内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。38太阳能电池太阳电池模板（PHOTOVOLTAICMODULE）、光伏板（PHOTOVOLTAICPANEL）又称作太阳能模组、太阳能板，是将许多光伏电池（PHOTOVOLTAICCELL，太阳能电池）互连并包装的产物，如此互连的而达到的发电规模可提供商业大楼、住宅使用。但单个光伏板也只能产生一定的电力，固将许多光伏模组互相连接就成为了光伏阵列。使用光伏发电（太阳光发电）通常使用了一个光伏阵列或数个光伏模组与一个逆变器、电池组与互连线路。381主要分类太阳能电池板SOLARPANEL分类晶体硅电池板多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池。非晶硅电池板薄膜太阳能电池、有机太阳能电池。化学染料电池板染料敏化太阳能电池。382基本原理太阳光照在半导体PN结上，形成新的空穴电子对，在PN结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。一、太阳能发电方式太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换方式，另一种是光电直接转换方式。（1）光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通的火力发电一样太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高，估计它的投资至少要比普通火电站贵510倍一座1000MW的太阳能热电站需要投资2025亿美元，平均1KW的投资为20002500美元。因此，目前只能小规模地应用于特殊的场合，而大规模利用在经济上很不合算，还不能与普通的火电站或核电站相竞争。（2）光电直接转换方式该方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。太阳能电池是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点太阳能电池寿命长，只要太阳存在，太阳能电池就可以一次投资而长期使用；与火力发电、核能发电相比，太阳能电池不会引起环境污染；太阳能电池可以大中小并举，大到百万千瓦的中型电站，小到只供一户用的太阳能电池组，这是其它电源无法比拟的电池板原料玻璃，EVA，电池片、铝合金壳、包锡铜片、不锈钢支架、蓄电池等图37太阳能板3915V蓄电池蓄电池蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池本课题使用的是15V的储能用蓄电池主要用于风力、太阳能等发电用电能储存，利用光伏太阳能板，将光能变为电能，达到充电的效果。蓄电池蓄电池是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池等。它用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度126133G/MLG/ML的稀硫酸作电解质。电池在放电时，金属铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。38蓄电池第四章PCB制作及软件设计说明41PCB制作自制流程一、打印电路板将绘制好的电路板用转印纸打印出来，注意滑的一面面向自己，一般打印两张电路板，即一张纸上打印两张电路板。在其中选择打印效果最好的制作线路板。裁剪覆铜板用感光板制作电路板全程图解。覆铜板，也就是两面都覆有铜膜的线路板，将覆铜板裁成电路板的大小，不要过大，以节约材料。预处理覆铜板用细砂纸把覆铜板表面的氧化层打磨掉，以保证在转印电路板时，热转印纸上的碳粉能牢固的印在覆铜板上，打磨好的标准是板面光亮，没有明显污渍。转印电路板将打印好的电路板裁剪成合适大小，把印有电路板的一面贴在覆铜板上，对齐好后把覆铜板放入热转印机，放入时一定要保证转印纸没有错位。一般来说经过23次转印，电路板就能很牢固的转印在覆铜板上。热转印机事先就已经预热，温度设定在160200摄氏度，由于温度很高，操作时注意安全腐蚀线路板先检查一下电路板是否转印完整，若有少数没有转印好的地方可以用黑色油性笔修补。然后就可以腐蚀了，等线路板上暴露的铜膜完全被腐蚀掉时，将线路板从腐蚀液中取出清洗干净，这样一块线路板就腐蚀好了。腐蚀液的成分为浓盐酸、浓双氧水、水，比例为123，在配制腐蚀液时，先放水，再加浓盐酸、浓双氧水，若操作时浓盐酸、浓双氧水或腐蚀液不小心溅到皮肤或衣物上要及时用清水清洗，由于要使用强腐蚀性溶液，操作时一定注意安全线路板钻孔线路板上是要插入电子元件的，所以就要对线路板钻孔了。依据电子元件管脚的粗细选择不同的钻针，在使用钻机钻孔时，线路板一定要按稳，钻机速度不能开的过慢，请仔细看操作人员操作。线路板预处理钻孔完后，用细砂纸把覆在线路板上的墨粉打磨掉，用清水把线路板清洗干净。水干后，用松香水涂在有线路的一面，为加快松香凝固，我们用热风机加热线路板，只需23分钟松香就能凝固。42KEILUVISION4简介发展历程2009年2月发布KEILUVISION4，KEILUVISION4引入灵活的窗口管理系统，使开发人员能够使用多台监视器，并提供了视觉上的表面对窗口位置的完全控制的任何地方。新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁，高效的环境来开发应用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，还添加了一些其他新功能。2011年3月ARM公司发布最新集成开发环境REALVIEWMDK开发工具中集成了最新版本的KEILUVISION4，其编译器、调试工具实现与ARM器件的最完美匹配。目前使用KEILUVISION4的产品有KEILMDKARM，KEILC51，KEILC166和KEILC251。特征功能最新的KEILUVISION4IDE，旨在提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。UVISION4引入了灵活的窗口管理系统，能够拖放到视图内的任何地方，包括支持多显示器窗口。UVISION4在VISION3IDE的基础上，增加了更多大众化的功能。多显示器和灵活的窗口管理系统系统浏览器窗口的显示设备外设寄存器信息调试还原视图创建并保存多个调试窗口布局多项目工作区简化与众多的项目43KEILUVISION4使用方法使用汇编语言或C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。KEILUVISION是众多单片机应用开发软件中最优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，甚至ARM，它集编辑，编译，仿真等于一体，它的界面和常用的微软VC的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。KEILUVISION4比起UVISION3或是UVISION2界面感觉舒服一些，增加了哪些功能暂且不去研究，毕竟大家都喜欢用新的软件，感叹发展太快了，很多人连UVISION2都没有摸透，呵呵。安装的方法和普通软件差不多，这里就不做介绍了。另外提醒大家不要崇拜汉化版软件，还是E文的干净没有BUG在这里以51单片机并结合C程序为例（汇编操作方法类似，唯一不同的是汇编源程序文件名后缀为“ASM”），图文描述工程项目的创建和使用使用方法一、首先我们要养成一个习惯最好先建立一个空文件夹，把您的工程文件放到里面，以避免和其他文件混合。二、点击桌面上的KEILUVISION4图标，出现启动画面三、点击“PROJECTNEWUVISIONPROJECT”新建一个工程四、在对话框，选择放在刚才建立的“MYTEST”文件夹下，给这个工程取个名后保存，不需要填后缀，注意默认的工程后缀与UVISION3及UVISION2版本不同了，为UVPORJ五、弹出一个框，在CPU类型下我们找到并选中“ATMEL”下的AT89S51或52六、以上工程创建完毕，接下来开始建立一个源程序文本七、在下面空白区别写入或复制一个完整的C程序八、输入源程序文件名名称，在这里笔者示例输入“TEST”，这个名称，同样大家可以随便命名。注意如果您想用汇编语言，要带后缀名一定是“TESTASM”,如果是C语言，则是“TESTC”，然后保存九、接下来需要把刚创建的源程序文件加入到工程项目文件中，大家在点“ADD”按钮时会感到奇怪，怎么对话框不会消失呢不管它，直接点击“CLOSE”关闭就行了，此时大家可以看到程序文本字体颜色已发生了变化十、在OUTPUT栏选中CREATEHEXFILE，使编译器输出单片机需要的HEX文件第五章电路调试及问题解决方案51电路调试设计原理图，查找资料对原理图修改和核对，然后完成PCB制图，并发到线路板厂加工线路板，期间准备好元器件，PCB板到了就进行元器件焊接，焊接的步骤从低到高，从小到大的顺序完成板子焊接。焊接好，首先测试电源部分是否正常，5V稳压电路工作正常后，将单片机安装到板子上进行调试，先编写一个简单的小程序，测试下板子最小系统电路能否正常工作，经过测试没问题，然后开始光敏和声控电路的调试。光敏电路，利用光敏电阻，在光照强的时候电阻变小，约在2K左右，相反在光照弱的时候电阻值变大，约12M，光敏电阻和一个10K电位器串联，取分压接在三极管的集极，在光照的强的时候，分压点电压大于三极管导通电压，三极管导通P10相当于和GND相连，P10为低电平输入。相反再光照弱点时候，三极管截止，P10电压为高电平输入。单片机通过判断P10电平输入来判断光照强弱，其中阀值可以通过调节10K电位器大小。声控电路，声音应该咪头传感器，将声音信号转换为电压信号，然后经过LM393比较器，当声音信号转变的电压信号大于阀值，LM393输出低电平，然后输入到单片机P14,单片机通过判断P14的电平来判断有无声音。52PCB板制作布线问题调试时候容易出现问题。第一稳压电路，会出现电源指示灯不亮1、检测是不是LM7805没有电压输出。2、发光二极管是不是焊接反了。第二，光敏电路不工作是不是电位器电阻值过大，使得三极管一直导通第三LCD1602没有显示内容经过查看LCD1602资料，是调节对比度电位器阻值过大。第四，板子突然不运行程序查看光敏和声控都可以正常工作，但是单片机就没有执行程序，后面更换一个新的单片机，烧程序就解决了，判断是单片机损坏了，可能是IO被静电损坏，无法正常输出控制继