毕业论文太阳能LED交通警示板设计

1、太阳能LED交通警示板设计摘 要本设计采用软硬件结合的方式实现，硬件电路主要包括：充电电路（带充电保护功能）、放电保护电路、传感电路、计数与显示电路、稳压电路、A/D转换电路、太阳能光伏板自动跟踪控制系统七个模块。AT89S52单片机是整个系统的核心部件，通过软件控制多个硬件电路的执行。在编程时根据模块化的设计思路，采用C51语言来编写程序，主要包括：昼夜的判断、白天时通过车辆的计数并用LED动态显示、夜间警示LED闪烁、防瞬时光照、控制电机跟踪、恢复电机到初始位置等模块。设计中实现了白天计数，晚上闪烁，在光控开关控制下，白天开启、晚上关闭的功能，以及防闪电、车灯干扰的功能，并加有过充、过放保

2、护装置。除上述发挥部分外，又新增两个功能：将太阳能光伏板安装在电机上，白天时通过控制电机旋转来跟踪太阳，充分利用太阳能，对电池进行充电；黑夜到来时，将电机复位到初始状态，第二天重新对太阳进行跟踪。关键字：充电，保护，单片机，计数显示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 录第1章 绪 论11.1设计的目的和意义11.2设计任务与要求1第2章 方案设计选择2第3章 系统设计43.1系统硬件设计4充电电路（带充电保护功能）4放电保护电路5传感电路6计数、显示电路7稳压电路83.1.6 A/D转换电路.9太阳能光伏板自动跟踪控制

9、系统103.2系统软件设计12昼夜判别12白天时段流程图13黑夜时段流程图15第4章 系统调试174.1充电电路部分174.2放电保护电路部分174.3计数、显示电路174.4稳压电路174.5太阳能光伏板自动跟踪控制系统174.6总系统运行调试18结 论19致 谢20参考文献21附录A具体程序22附录B总原理图29第1章 绪 论1.1设计的目的和意义 太阳能LED交通警示板具有不用电、节能、快闪等特点，适合不便于安装交流电源的路段，主要设置在路口、桥头等，夜间自身能够频闪红色光亮，提示过往车辆注意行驶安全，特别是在能源短缺的我国更加具有实用价值。1我所设计的太阳能LED交通警示板，能够全自动

10、跟踪太阳，最大限度的将太阳能转化为电能，通过蓄电池的贮能保证了警示板夜间的正常工作，甚至可以为其他电器设备供电；同时还设计了充放电保护电路，延长了蓄电池的使用寿命，减小了故障发生的概率，为电路的实际应用做好了准备；通过对来往车辆的计数可以准确的把握路段的交通状况，为疏导交通配合整顿交通秩序提供了依据。1.2设计任务与要求1.设计任务设计并制作一个交通警示板。该装置以太阳能为能源，铅酸蓄电池为储能部件和电路工作电源。该警示板设置在夜间有事故隐患的路段，LED不间断地闪烁。白天可关闭。2.设计要求基本要求：（1）设计并制作太阳能光伏板对电池的充电装置。（2）设计并制作以电池为电源的LED闪烁工作的

11、装置。（3）设计并制作以太阳能光伏板为传感器的光控电路，控制LED在白天关闭、夜间开启。发挥部分：（1）在基本要求的基础上，利用LED作显示单元，设计制作该路段的白天通过车辆数量的传感、计数、显示装置。最大显示数为99。该装置在光控开关控制下，白天开启、晚上关闭。（2）给蓄电池加上充、放电保护装置。防止过充电和过放电。 （3）给光控电路增加避免瞬时光照（如夜间闪电、过往车辆灯光等）引起误动作的功能电路。第2章 方案设计选择方案一：模数结合本设计可以单纯地通过模拟电路和数字电路相结合实现计数值的显示、直流电机的驱动和控制等功能。在太阳能光伏板经充电电路对铅酸蓄电池进行充电后，由该电池经放电保护电

12、路对各模拟电路与数字电路供电，计数与显示电路主要是用集成计数器CC40161、74LS48BCD译码器和显示器组成，所计数值由光电传感器组成的传感电路的脉冲提供。直流电机由三极管设计的H桥电路进行驱动，两端加光敏电阻，通过I-V转换电路经OP07比较两者的大小来控制电机的左右旋转。经过以上的方案大体可以实现设计要求。2方案二：软硬结合本设计还可以用软硬件结合的方式来实现，即通过单片机来设计一个总的控制系统。在由太阳能光伏板经充电电路对蓄电池进行充电后，蓄电池经放电保护电路和稳压电路对单片机供电，单片机通过软硬件控制计数与显示电路、太阳能光伏板自动跟踪控制系统等模块，其中的计数脉冲由传感电路（反

13、射式光电传感器）从警示板所放路段中感应到车辆通过后提供给单片机，计数值又经三极管驱动后送到显示器中显示，通过对单片机程序的编写可实现LED在晚上以“日”字形闪烁，同时还能防止瞬时光照（如闪电、车灯）的干扰。为了降低蓄电池的工作电流，延长电池工作时间，可通过夜间只显示一个数码管、将数码管的亮度调得较暗、将单片机特殊功能寄存器PCON的第五位PCON.4置1等途径来实现。在太阳能光伏板自动跟踪太阳的控制系统中，我们可以通过脉冲来产生PWM信号、再通过程序控制电机左右旋转，驱动电路采用H桥电路，当由白天进入黑夜后，电动机经软硬件控制 回到初始位置，等待新一天的开始。通过两个方案的比较，虽然都可以实现

14、设计任务，但是前者使用器件比较多，电路比较复杂。而后者相对来说比较简洁，控制比较方便，软件编程是主要设计的任务，经过综合比较我们应该选择后者，总的系统框图如图2.1所示：太阳能光伏板充电电路铅酸蓄电池放电保护电路传感电路单片机计数、显示电路太阳能光伏板自动跟踪控制系统A/D转换电路稳压电路图2.1总的系统框图第3章 系统设计3.1系统硬件设计充电电路（带充电保护功能）充电电路是本次设计的基础，也是各部分电路工作的前提。方案一：恒流充电恒流充电是充电过程中充电电流保持恒定的充电方法。阶段恒流充电是改进的恒流充电，开始阶段用较大的恒定电流充电，当被充电电池的端电压达到预定值后便转入较小的恒定电流充

15、电阶段，直至充电结束。方案二：全自动充电利用555时基集成电路，设计一个简单、可靠、实用的全自动充电电路。将555集成时基电路2脚的电压调为5.5V，这样当蓄电池电压低于5.5V时，充电器开始对蓄电池电充电，此时3脚输出电压高于6V；将555时基集成电路6脚的电压调为6.6V，这样当蓄电池电压高于6.6V时，此时3脚电压输出为零伏，充电器停止对蓄电池电充电。图3.1 充电电路其中的D1为二极管，型号是IN4007，相当于开关的功能，在电路中起到充电保护的作用。当蓄电池电压低于5.5V时，D1导通，充电器开始对蓄电池电充电；反之，当蓄电池电压高于6.6V时，D1截止，该器件还实现了对蓄电池防过充

16、电的保护功能。其具体的充电电路如图3.1所示：根据基本要求中的第1条，我们要通过太阳能光伏板对铅酸蓄电池进行充电，所采集到的电压不一定恒定，因此电流也不恒定，且从这些实际出发，选择方案二较佳。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造成过放电的现象，应在电池引出来的线后紧跟一个放电保护电路3，如图3.2所示：图3.2 放电保护电路 图中的Vi从蓄电池两端直接引入，通过选定稳压管D1、电阻R1 、电阻R2和电阻 R4的值可以设定蓄电池电压降到某一值X以后进行放电保护，在电压低于X时由继电器实现防过放电的功能。图中的运算放大器3140为比较器，将2脚的输入电压与3脚的基准电压进行比较，当

17、V2V3，表明此时的ViX，6脚输出低电平，继电器的常开开关与常闭开关仍保持原状，发光二极管LED3（红色）不亮；反之，当V2V3，表明此时的ViX，6脚输出高电平，继电器的常开开关闭合、常闭开关打开，发光二极管LED3发出红色的光，从而提示蓄电池的电压已低于设定值，也标志着电路正在进行防过放电保护。传感电路要对白天时在警示板设置的路段中通过的车辆进行计数，车辆为非电量，计数需由电路来实现，为电量，因此需要一个将非电量转化为电量的装置，此装置即为传感器。方案一：采用热释电红外传感器热释电红外传感器是一种能检测人体发射的红外线并转换成输出电信号的传感器，利用它可组成防入侵报警器或各种自动化节能装

18、置。其中敏感元件的输出电压极其微弱，而输出阻抗极高，故在传感器内部由偏置厚膜电阻（RS)及场效应管构成变换阻抗及放大信号电路。热释电红外传感器在配用菲涅尔透镜后，灵敏度大幅提高，检测距离可由2m增加到12m左右，目前正广泛运用于自动照明、电动门、自动消防水龙头等领域。我们可以通过用热释电红外传感器对车中人体红外线的测量，并将其转化为电量，进而对经过的车辆进行计数，从而达到计数的效果。方案二：采用反射式光电传感器采用反射式光电开关传感器之一槽型开关ST178，采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成，以相对的方向装在中间带槽的支架上。当槽内无物体时，砷化镓发光管发出的光直接照在硅光敏三极管的窗口上，从而产生一定大的电流输出，光敏管无输出，以此可识别物体的有无。适用于光电控制、光电计量等电路中，可检测物体的有无、运动方向、转速等方面。4其外形图如图3.3所示：图3.3 槽型开关ST178槽型开关ST178设计时的具体电路如图3.4所示：图中的NPN型三极管的功能是能将ST178检测到的信号转化成相对稳定的方波从Vo输出，送给单片机的某一个引脚进行计数、显示。计数、显示电路图 3.4 传感电路根据设计要求需要对白天时在警示板设