太阳能LED交通警示板的设计

1、国家职业资格全省（或市）统一鉴定 家用电子产品维修工 论文(国家职业资格 II 级)论文题目： 太阳能LED交通警示板的设计_ 姓 名： _ 身份证号： _ 准考证号： _ 所在省市： _ 所在单位： _ 太阳能LED交通警示板的设计姓名学院摘 要：本文设计的交通警示板设置在高速公路上，通过该系统与计算机联机，能够及时显示和更新路面信息，从而保证过往车辆的行驶安全。该设计是将太阳能作为能源，给蓄电池进行充电和放电，并在供电电路中加上充放电保护装置，利用太阳能蓄电池作为电路电源，控制LED点阵显示屏工作。关键字： 太阳能 单片机 74HLS154 蓄电池 LED点阵显示屏1、引言随着科技的发展，

2、世界能源危机的加剧，世界各国都在寻求新能源、可再生能源和新的节能技术来解决能源危机问题，这些方法能够降低能源的消耗，提高对能源的利用效率，而太阳能便是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源。近年来随着人们对环保意识的重视和对用电安全的关注以及技术的进步，太阳能光电产品在人们的日常生活中也越来越受欢迎，例如：太阳能热水器。由于电子技术的迅速发展点阵式显示屏是现代社会信息显示的重要媒介，例如：在广告的宣传、国防的调度、交通等很多领域里都受到广泛的应用。由于LED显示屏能够显示信息量大，外形比较美观，操作灵活，使用方便，因此适用于汽车站、火车站等公共场所。本文的设计采用了太阳能蓄电池来供电，包含充电和放

3、电，显示技术，系统软件技术，存储等技术，由于我国经济的快速发展，对信息传播的要求越来越高，可知LED点阵显示屏能够以它的显示信息量大，耗电量小，寿命长，重量轻，稳定性高，容易操作、安装与维护等特点。设计利用单片机对系统控制进行显示所要显示的文字或字符，供电部分又利用了既环保又节能的太阳能光伏板和蓄电池进行供电。2、原理及系统的组成该系统设计的方框图如图1所示，主要是由单片机AT89C51芯片、太阳能光伏板、充电保护电路、蓄电池、放电保护电路、行驱动器、列驱动器、 LED点阵显示屏6部分组成。列驱动器AT89C51单片机太阳能光 伏板充电保护电路蓄电池放电保护电路LED点阵显示屏行驱动器图1 L

4、ED交通警示板系统设计框图2.1控制部分AT89C51单片机具有体积小、成本低和低电压供电等优点，适合本篇论文设计的要求，系统的供电采用的是节能、环保，安全的太阳能供电。2.2显示部分显示的图形或文字采用4个16*16点阵LED显示屏来显示，显示方式采用动态显示。3、系统硬件及软件电路的设计3.1充放电模块该充放电模块是利用太阳能来对蓄电池充电，设计了充电电路如下图所示，其中用LM324运放这个模块来产生相应的脉冲信号，使得LED指示灯连续地闪烁，再令三极管不间断导通，通过电感来对蓄电池不停地充电，使之达到一定的电压，通过变阻器Rp，对电压进行取样，在通过LM324运放比较器，控制LM324产

5、生脉冲，来控制太阳能对蓄电池充电的过充情况，其中电路中的电阻R13和二极管组成的反馈电路和过放反馈电路的作用是一样的。因此在本设计中将蓄电池加上了充电和放电保护装置，用来防止对蓄电池的过充电和过放电情况。原理图如图2所示：图2 充放电电路的原理图3.2充电保护电路该电路是用555时基集成电路，来设计的一个既简单又实用的全自动充电电路。只要将电路中的2脚电压调为5.2V，假如蓄电池电压小于5.2V的时候，充电器就开始对蓄电池进行电充电，此时3脚的输出电压将会大于6V；在将555时基集成电路的6脚电压调为6.6V，假如蓄电池的电压大于6.6V的时候，此时3脚输出电压为0V，充电器就停止对蓄电池进行

6、电充电。图中的D1是型号为IN4007的二极管，在电路中可以作为开关的功能来用，对电路起到充电保护作用。如果蓄电池的电压小于5.2V的时候，二极管D1处于导通状态，然后充电器开始对蓄电池电充电；如果蓄电池电压大于6.6V时，二极管D1处于截止状态，充电器还能够对蓄电池进行过充电保护功能。充电电路如图3所示：图3 充电保护电路3.3放电保护电路为了防止蓄电池在给其他电路供电的过程中会造成过放电的现象，在蓄电池加一个放电保护电路，由图可知，当蓄电池与电路的两端相接时，只要选定电阻R1、R2、R4和稳压二极管D1的值便可以把蓄电池的电压设定在某个固定值X。当电压降到这个值的时，电路开始进行放电保护，

7、而继电器在电路中能够起到过放电的功能。运算放大器3140是比较器，将输入电压2脚和基准电压3脚进行比较，如果V2V3，则ViX，6脚输出低电平，继电器保持原状，LED1不亮；如果V2V3,则ViX，6脚输出高电平，继电器常开开关闭合，常闭开关打开，LED1点亮，提示蓄电池电压低于设定值，电路正在进行过放电保护。电路图如图4所示：图4 放电保护电路3.4单片机工作条件单片机能够正常工作必须具备的三个基本条件，正确的电源、时钟和复位信号。电路图如图5所示：图5 AT89C51单片机工作条件接线图 3.5 74LS154/595芯片 3.5.1 74LS154芯片功能简介74LS154是4线-16线

8、的译码器，如果选通端E1、E2是低电平，就可以将地址端的二进制编码在一个对应的输端，以低电平译出。如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址。如图6所示： 3.5.2 74LS154引脚功能简介 （1）A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效) （2）G1、G2 选通端(低电平有效) （3）015 输出端(低电平有效)3.5.3 74LS595引脚功能简介 （1） O0-O7/Q7：芯片的输出 （2）SER：串行数据输入端 （3）SRCLK：移位寄存器的移位时钟秒冲，上升沿触发 （4）RCLK：输出锁存器的打入信号，上升沿有效 （5）SRCLR：移位寄存器清零输入端 （6）

9、E：三态门开发信号图6 74LHC154/595管脚3.6 1616LED点阵的内部结构及工作原理每一个字是由16行16列的点阵来组成显示。国家标准的汉字库中每一个字都是由256点阵来表示。我们可以将每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在256像素范围内的任何图形。就以“高”字来说明，如图7所示。 图7 16*16LED汉字显示用8位的AT89C51单片机控制，由于单片机的总线为8位，因此需要将一个字拆分为2个部分。而一般把它拆分为上部和下部，上部由816点阵组成，下部也由816点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列

10、的上半部分，即第0列的P00P07口。方向为P00到P07 ,显示汉字“高”时,P02点亮,由上往下排列,为P0.0 灭，P0.1 灭, P0.2 灭, P0.3 灭, P0.4 灭, P0.5 亮,P0.6灭,P0.7 灭。即二进制，转换为16进制为 04h。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮，即为，16进制则为00h。 然后单片机转向上半部第二列，仍为P01点亮，为，即16进制04h.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，P20点亮，为二进制，即16进制02h.依照这个方法，继续进

11、行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“高”的扫描代码为：0xA0,0x00, 0x60,0xFF, 0x20,0x82, 0x30,0x84, 0x2E,0xBC, 0x2E,0xB4, 0xAA,0xA4, 0x6B,0xE4, 0x2A,0xA4, 0x2B,0xE4, 0x2E,0xBC, 0x24,0x92, 0x28,0x89, 0x30,0xFE, 0x20,0x02, 0x40,0x01,通过这个原理，不管显示任何文字或图像，都可以采用这个方法来分析出它的扫描代码然后显示在屏幕上。可是现在有很多现成的汉字字模生成软件了，已经帮我们解决了画表格算代码了。3.7显示屏电路实

12、现的结构框图列驱动器列驱动器列驱动器列驱动器单片机控制器16*16LED点阵16*16LED点阵行驱动16*16LED点阵16*16LED点阵图8 显示屏电路框图3.8显示驱动程序显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定。16行扫描格式的显示屏刷新率（帧频）的计算公式如下：刷新率（帧频）=1/16*T0溢出率=1/16*（fosc/12(65536-t0)）其次，显示驱动程序查询当前点亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除切换行显示数据时产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示器，即消隐，等显示数据输入输出锁存器并所存后

13、，在输出新的行号，重新打开显示，显示驱动程序流程图如图9所示：进入中断定时器赋初值读取行号并增1送新行显示数据消隐切换显示数据送新行号，打开显示退出中断图9 显示驱动程序流程图4、单片机系统及外围电路本系统由AT89C51单片机和74LS154芯片组成，采用12MHZ或更高频率的晶振，来获取较高的刷新频率，使得显示字符或文字更加稳定，单片机的串口与列驱动器相连，用来送显示数据。P1口低4位与行驱动器相连，送出行选信号；P1.5P1.7口则用来发送控制信号。P0和P2空闲，在必要时，可以扩展系统的ROM和RAM。下图是4个16*16点阵显示屏的硬件原理图，如图10所示：图10 LED点阵显示屏硬

14、件原理图5、整机流程图及程序5.1流程图编译、装载、连续运行程序，点阵显示模块应循环显示开始计算机编程单片机运行显示屏显示结束图11 整机流程图5.2程序*中断入口程序*ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HRETIORG 000BHLJMP INTT0ORG 0013HRETIORG 001BHRETIORG 0023HRETIORG 002BHRETI*主程序*START: MOV 20H,#00H ；00为1帧扫描结束标志 MOV A,#0FFH ；端口初始化 MOV P1，A MOV P2，A MOV P3，A MOV P0，A CLR P1.6 ；串行寄存器输入/输

15、出控制位 MOV TMOD,#01H ；T0作16位定时器行扫描使用 MOV TH0，#0FCH ；1ms初值（12 MHz） MOV TL0，#18H MOV SCON,#OOH ；串口0方式传送显示字节 MOV IE,#82H ；T0中断允许，总中断允许 MOV SP,#70H LCALL DIS1 ；显示准备，黑屏，1.5sMAIN: MOV DPTR,#TAB LCALL MOVDISP ；逐排显示，每次4字 MOV DPTR,#TAB LCALL MOVDISP1 ；滚动显示，每排四字 AJMP MAIN*4字逐排显示子程序*MOVDISP: MOV R1，#6 ；显示6排字，每排4

16、字R1为排数DISLOOP: MOV R3，#100；每排显示时间为16ms*100=1.6sDISMOV: MOV R2，#00H ；第0行开始 SETB TR0 ；开扫描（每次一帧）WAITMOV: JBC 00H,DISMOV；标志为1，扫描一帧结束 AJMP WAITMOVDISMOV: DJNZ R3，DISMOV ；一帧重复显示 MOV A,#128 ；显示字指针移一排（每排4字） ADD A,DPL MOV DPL,A MOV A,#0 ADDC A,DPH MOV DPH,A DEC R1 ；R1为0，显示完 MOV A,R1 JZ MOVOUT AJMP DISLOOPMOV

17、OUT: RET ；移动显示结束*4字滚动显示子程序*MOVDISP1: MOV R1，#255；向上移动显示6排字，每排4字DISLOOP1: MOV R3，#10 ；移动速度为16ms*10=0.16sDISMOV2： MOV R2，OOH ；第0行开始 SETB TR0 ；开扫描（每次一帧）WAITMOV1：JBC 00H,DISMOV3 ；标志为1扫描一帧结束 AJMP WAITMOV1DISMOV3： DJNZ R3，DISMOV2 ；一帧重复显示控制移动速度 INC DPTR ；显示字指针移一行（2字节位置） INC DPTR DEC R1 ；R1为0，显示完 MOV A,R1 JZ MOVOUT1 AJMP DISLOOP1MOVOUT1： RET ；移动显示结束*4字显示程序*DIS1: MOV R3，#5AH ；静止显示时间控制 DIS11： MOV R2, #OOH ；一帧扫描初始值 MOV DPTR,#TAB ；取表首址 SETB TR0 ；开扫描（每次一帧）WAIT11： JBC 00H,DIS111；标志为1，扫描一帧结束 AJMP WAIT11DIS11： DJNZ R3，DIS11 RET6、总结本文的交通警示板设计使用了4块16*16LED点阵，电路简单，