基于51單片機(jī)的航標(biāo)燈控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

山東新巨龍能源有限公司 孔 磊

基于51單片機(jī)的航標(biāo)燈控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

山東新巨龍能源有限公司 孔 磊

航標(biāo)燈是為夜間行駛的船只提供安全保障必要裝置，很早人們就在近海岸設(shè)立航向標(biāo)，以便船只識(shí)別目標(biāo)并為船只導(dǎo)航。本設(shè)計(jì)中的智能航標(biāo)燈，將溫度測(cè)量和常規(guī)航標(biāo)燈相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了航標(biāo)燈的智能控制從而將航標(biāo)燈智能化，也能更好的應(yīng)對(duì)未來智能電網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的智能化結(jié)合。設(shè)計(jì)的主控芯片為STC89C51，光源傳感器采用光敏電阻模塊實(shí)現(xiàn)智能啟動(dòng)和休眠的功能，并且有溫度傳感器作為溫度測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，最終實(shí)現(xiàn)了航標(biāo)燈的全部功能，并且擁有可靠性高，智能檢測(cè)控制，經(jīng)濟(jì)性好等眾多優(yōu)點(diǎn)。

認(rèn)知無線電；認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)；頻譜感知；頻譜分析

1 引言

航標(biāo)燈，是一種交通安全巡航燈，在惡劣天氣以及能見度低的夜間或大霧天氣中給船只引導(dǎo)航向的坐標(biāo)燈。它在夜里發(fā)出固定的顏色和一定頻率的閃爍，以達(dá)到一定的映射角度和可見距離。航標(biāo)燈的種類有固定燈船、浮標(biāo)、燈塔和燈標(biāo)4種。固定浮標(biāo)、燈標(biāo)和燈船是作巡航和導(dǎo)航用的信標(biāo)并有警示的作用。航標(biāo)燈在海面之上夜間發(fā)出可被識(shí)別的燈光信號(hào)，供船只導(dǎo)向和確定船只位置并在危險(xiǎn)和異常情況時(shí)向船只發(fā)出危險(xiǎn)信號(hào)或警示信號(hào)，近些年來，伴隨科技的發(fā)展和先進(jìn)智能化技術(shù)被引入到航標(biāo)燈建設(shè)中，航標(biāo)燈智能化得到了廣泛的應(yīng)用，人類的水上活動(dòng)區(qū)域日益增大，航標(biāo)燈的重要性更加凸顯。因此，航標(biāo)燈也有了重新的定義：航標(biāo)燈是為各種水上活動(dòng)提供安全可靠、高效智能的導(dǎo)航設(shè)備。航標(biāo)燈的新定義，對(duì)航標(biāo)燈的功能和智能化提出了較高的要求，使其服務(wù)領(lǐng)域都有了較大的擴(kuò)寬，對(duì)其性能也有了更高的要求[1]。

重新定義將航標(biāo)燈的功能從助航導(dǎo)航擴(kuò)大到智能化信息檢測(cè)和助航導(dǎo)航。船只導(dǎo)航服務(wù)和船只智能辨識(shí)系統(tǒng)運(yùn)用微波傳輸技術(shù)和模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)，船只的定位和船只的智能化導(dǎo)航，海面上運(yùn)行的船只，從巡航面板上中獲得來自船只的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況并控制調(diào)度中心發(fā)送的實(shí)時(shí)信息，以減少船只方位迷失和淺灘海域的危險(xiǎn)并能起到一定保護(hù)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定的作用[2]。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)方案

航標(biāo)燈的設(shè)計(jì)方案以STC89C51( DIP40 )單片機(jī)為主控芯片，以光敏電阻模塊作為光源傳感器通過讀取光敏電阻模塊的電平高低以判斷光源的強(qiáng)弱進(jìn)而區(qū)分白天與黑夜，獲得光敏電阻模塊電平后通過主控芯片的邏輯判斷程序進(jìn)而驅(qū)動(dòng)航標(biāo)運(yùn)行或休眠[3]；為了獲得較高的穩(wěn)定性通過比較器將數(shù)字信號(hào)送入主控芯片，與預(yù)設(shè)電壓值相比較，若高于預(yù)設(shè)電壓則邏輯判斷為運(yùn)行狀態(tài)（夜晚），若低于預(yù)設(shè)電壓則邏輯判斷為休眠狀態(tài)（白天）。本設(shè)計(jì)還有異常復(fù)位功能，考慮到主控芯片可能受到干擾導(dǎo)致程序跑飛，使用復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。溫度傳感器DS18B20是將溫度信息實(shí)時(shí)傳遞給主控芯片（STC89C51）主控芯片根據(jù)自身的算法將溫度數(shù)據(jù)通過LCD1602顯示在液晶屏上。

2.1 主控電路的框架

通過以單片機(jī)為主控芯片為中心，外圍電路主要有，電源電路和復(fù)位電路以及晶振電路構(gòu)成的最小單片機(jī)系統(tǒng)[4]，通過顯示模塊1602液晶作為輸出顯示模塊，測(cè)溫模塊以DS18B20溫度傳感器作為實(shí)時(shí)測(cè)溫的器件，光敏電阻模塊主要通過光敏電阻對(duì)外界光源的監(jiān)測(cè)從而控制航標(biāo)燈的亮滅， LED模塊作為主要的指示原件，代表了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。圖1所示為主要模塊。

2.2 單片機(jī)模塊

在各個(gè)領(lǐng)域單片機(jī)均有廣泛的應(yīng)用，小到電子表，大到宇宙飛船，單片機(jī)被作為主要的控制元件使用，其中51單片機(jī)因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定好，技術(shù)成熟等眾多優(yōu)點(diǎn)，從而在家用電器或中小型工業(yè)控制器中廣泛使用，對(duì)于航標(biāo)燈控制器設(shè)計(jì)，需要光敏模塊傳感器和溫度傳感器相結(jié)合控制并且實(shí)現(xiàn)顯示溫度的功能?；诰C合考慮51單片機(jī)作為最佳選擇的主控芯片，并且對(duì)航標(biāo)燈控制器的二次開發(fā)和后期拓展留有較大空間，其穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性均滿足設(shè)計(jì)需求，故選用51單片機(jī)。

圖1 主要模塊

2.3 顯示模塊

顯示模塊根據(jù)其實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性方面出發(fā)，1602顯示模塊其實(shí)用性滿足本設(shè)計(jì)的要求，模塊具有背光功能，能夠在夜晚和強(qiáng)光條件能夠清晰的顯示，價(jià)格也比較便宜，基于以上的優(yōu)點(diǎn)所以在12864模塊和1602模塊中選擇性價(jià)比較高的1602模塊。

1602模塊的名稱就代表了本模塊可以顯示的內(nèi)容情況，每行16位字符顯示方塊，一共2行，顯示內(nèi)容可以為16*2，所以稱之為1602LCD顯示模塊。

2.4 測(cè)溫模塊

DS18B20是一款單總線操作的溫度傳感器，操作方便且精度高，所以廣泛適用于各種電路設(shè)計(jì)中，和熱敏電阻相比能夠直接準(zhǔn)確的獲得溫度數(shù)值方便主控系統(tǒng)的操作和判斷。且占用資源少，并且單線上可以并聯(lián)3個(gè)DS18B20溫度傳感器大大節(jié)約資源，并能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量并組網(wǎng)的功能，方便后續(xù)的二次開發(fā)和利用，用戶還能根據(jù)自身的需要設(shè)置報(bào)警功能，故而選用DS18B20作為本設(shè)計(jì)的測(cè)溫模塊[5]。

2.5 光敏電阻檢測(cè)模塊

光敏電阻是一種類似滑動(dòng)變阻器的一種電阻，但是其控制滑塊是由光線決定的而非真實(shí)存在的滑塊，根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱光敏電阻的阻值隨之改變，從而改變光敏電阻兩端的電壓，通過檢測(cè)光敏電阻兩端的電壓進(jìn)而判斷當(dāng)前的光線強(qiáng)弱，根據(jù)此原理可以在系統(tǒng)中作為簡(jiǎn)易的光源傳感器，因其廉價(jià)而且穩(wěn)定度較高，對(duì)于要求不是很高的光源檢測(cè)系統(tǒng)中，可以使用光敏電阻作為主要的光源控制或檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器[6]。

圖2 設(shè)計(jì)實(shí)物圖

3 測(cè)試及總結(jié)

在單片機(jī)開發(fā)板上連接好硬件電路以后，然后連接5V電源進(jìn)行測(cè)試，在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)了以下問題：(1)電路不能實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功能，經(jīng)過軟硬件調(diào)試后發(fā)現(xiàn)延遲函數(shù)與所編寫程序的延遲函數(shù)時(shí)間不吻合，通過檢查得出晶振錯(cuò)選為12MHZ 將晶振換為11.0592HZ電路實(shí)現(xiàn)正常功能。

(2)光敏模塊D0口信號(hào)不穩(wěn)定，經(jīng)過多次調(diào)試將D0加載上拉電阻從而使其信號(hào)穩(wěn)定（見圖2）。

總的來說，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是集綜合性，科學(xué)性，實(shí)踐性于一身的應(yīng)用型課程。本次的課程設(shè)計(jì)過程對(duì)我來說，更像是一次關(guān)于微機(jī)開發(fā)應(yīng)用的初步實(shí)踐訓(xùn)練，在此過程中，我學(xué)習(xí)了有關(guān)微機(jī)系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)步驟；熟悉了單片機(jī)硬件原理和keil開發(fā)工具的調(diào)試，在此基礎(chǔ)上，熟練掌握了實(shí)際設(shè)計(jì)中的硬軟件調(diào)試方法和調(diào)試步驟。

[1]田輝.微機(jī)原理與接口技術(shù)[J].電子工程師,2013,12(8):52-64.

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[3]郭天祥.51單片機(jī)C語言剖析[J].愛上制作,2014,11(3):26-28.

[4]李曉林,牛煜光,閆高偉.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[J].工業(yè)電子,2013,12(8):52-64.

[5]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)(第四版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010: 124-129.

[6]杜洋.愛上單片機(jī)[J].無線電,2014,32(6):6-10.

[7]潘雪濤. 傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)[J].電子報(bào),2011,24(11):82-83.