智能霓虹灯控制系统论文

淮南师范学院实习论文姓班学系课名：王思汗级：电子信息工程07级9班号：079060933另U：题：指导教师：实习时间：2010-9-182010-9-30摘要该智能霓虹灯设计是基于89C52单片机，串口联级新型的共阴极驱动芯片一一MAX232霓 虹灯扫描控制器，采用环保节能LED灯组以实现智能化的动态显示效果。该设计的动感霓 虹灯整体上可以分为电源模块、控制模块、显示模块三部分组成。电源模块采用变压器、桥 式整流滤波电路为CPU及MAX232供电。控制模块包括单片机89C52、MAX232驱动以及 激光传感器来完成系统程序的串烧，系统驱动及系统控制。显示模块采用LED灯组，并采 用达林顿管为放大器的放大电路来增强灯组亮度，整体效果动感十足、形象醒目。本系统具 有较高的通用性及很大的使用价值，并且具有节能环保、经济实用、成本低廉等特点。关键字：LED、动感霓虹灯、单片机、软件控制AbstractThe intelligent design is based on the 89C52 microcontroller neon, serial cascade of new common cathode driver IC - MAX232 neon scan controller, use of environmentally friendly energy saving LED lights set in order to achieve intelligent dynamic display. The overall design of neon can be divided into dynamic power module, control module, display module consists of three parts. Power module with transformer, bridge rectifier filter circuit for the CPU and the MAX232 power supply. Control module includes microcontroller 89C52, MAX232 driver and laser sensors to complete the system program skewers, the system drive and system control. Display module with LED lights set, using Darlington amplifier circuit for the amplifier to enhance the brightness of light group, the overall effect of dynamic, eye-catching image. The system has high versatility and great value in use and has energy saving, economical and practical, low cost and so on. Keywords: LED, neon dynamic, SCM, software control目录绪论。系统功能简介。系统流程图。硬件设计原理。4.1 最小系统模块。4.1.1 电源模块。4.1.2 串口模块。4.1.3 单片机模块。4.1.4 时钟电路模块。4.1.5 复位电路模块。4.2 驱动模块。4.3LED 显示模块。4.4 激光传感器模块。软件部分。5.1 核心算法设计流程图。5.2 系统程序。系统调试。6.1 软件调试。6.2 硬件调试。6.3 测试结果。6.4 结果分析。总结。7.1 整个系统的设计思路。7.2 商业开发价值。致谢。参考文献。4。4。5。5。5。6。7。8。9。1010。11。11。12。12。13。17。17。17。17。18。18。18。18。18。191、23456789、1、前言随着人们生活水平的提高，环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到很 多彩色的霓虹灯。特别是当今充满竞争的时代，各地政府为吸引游客和投资者， 在城市的沿街、沿道、沿河、沿线等地用霓虹灯造景，实施亮化工程，以美化 环境、树立城市形象。由于 LED 霓虹灯克服了传统霓虹灯投资大，制作工艺复杂，使用玻璃管、高 压电源及惰性气体等诸多不便，同时解决了耗电高、造价高，使用寿命短等不足， 因此得到了广泛的应用。但是目前市场上各种式样的 LED 彩灯多半是采用全硬 件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制成成品只能按照固定的模式 闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、模式、闪烁频率 等动态参数。同时这种霓虹灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗 大等缺点。此外从功能上来看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性， 影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制器进行改进。本设计提出了一种基于89C52单片机的霓虹灯控制方案，以实现对LED霓虹 灯的控制。本方案以 89C52 单片机作为硬件控制核心，驱动器和按钮模块、激 光模块组成核心控制模块。在软件控制方面我们采用 Keil 软件通过使用 KeilC 进行编译程序，并根据用户需要编写若干种亮灯模式。根据各种亮灯时间的不同 需要，在不同时刻输出灯亮或灯灭的控制信号，然后驱动各种颜色的灯亮或灭。 该新型 LED 霓虹灯实际应用效果较好，亮灯模式多，用户可以根据不同场合和 时间来调节亮灯频率和亮灯时间。与普通LED彩灯相比，具有体积小，价格低， 耗能低、通用性强等优点。2、系统功能简介新型LED霓虹灯系统包括89C52主控模块和使用达林顿管的放大器驱动模块 以及智能控制的激光传感器模块和管内LED板模块。主要功能：可以点亮4种闪烁方式。即：1、8路霓虹LED灯管全部闪烁。2、LED 霓虹灯管从左往右依次循环点亮。3、LED 霓虹灯管从右往左依次循环点亮。4、LED 霓虹灯管随机点亮灯。主要优点：1、只用一个端口可以实现LED霓虹灯4种闪烁方式节省端口资源。2、闪烁方式可以由用户自己编写程序来控制。3、使用了 MAX232芯片串口电路程序烧写方便。4、核心芯片采用的是STC 89C52芯片 可以多次擦写。5、采用激光传感器控制使系统智能化。3、系统流程图智能霓虹灯控制系统激光传感器最小系统板LED4、硬件设计原理模块。硬件部分主要包括有最小系统模块、驱动器模块、显示模块以及智能控制模块1、89C52单片机主控模块（最小系统模块）最小系统模块电路图如下:iin图1、最小模块电路图以下是最小系统的主要模块(1) 电源电路模块：电源模块主要供给最小系统用电(电压为5V),使系统能够正常工作。图2、电源模块电路图(2) 串口电路模块：通过MAX232芯片将电脑的串行口信号电平(-15V, +15V)转换为单片机使用 的信号电平(0,+5V)。MAX232芯片使专门为计算机的RS_232串口设计的接口 电路，使用+5V单电源供电。内部有电荷泵电路，数据转换通道，供电电路。主要作用：调节电脑信号输出端的电压是它的电压和单片机电压一样。实现数 据传输。优点：方便程序烧写。芯片不用取下来 不会损坏芯片。图3、串口模块电路图(3) 单片机模块：硬件主控系统的核心部分，将系统的软件下载到芯片中驱动硬件的实现。优点：STC系列的单片机可以用串口烧写程序，而AT系列的单片机要用 ISP下载。STC系列为增强型单片机，处理速度更快，价格更低，也继承了更多 的外部电路。J3U11PK：iPl(1D1 Flnrif139P00VC32PllPl2D1 1nri38P01F13PIEPl；3D丄丄 ILU prr37POEPLl4P：3PE4r 口1 1 TfUjnrrn a36P03P0L5p珂Hb5LD1 J drU- nriJ35FOPO.16PfiPl.6r D丄4-1 %rUcnrpt34P05PLI47P：6PIE7D丄-J1 jCrU- ririfr33P06P0SPtPlsr 口1 U1 ?rU? nrr3732Foj?FU59RSfr1 JLUPOJ1(RZ DEA11 |r3D曲D10P30/E：Doqi rrvnVv-iCj21P2(3ALE：2 P3ErxD11J22P2PSIIN1：3 P33P3：12n丄丿丄AL.-1f a iTt23P2：IP2J14曲1P3：:13nriQQ/TKirr iL ri-raPMBP2S15P3.5PT14P34JT0L Za-p-LI25P3P25WIP3.1526P2.5F24r7RDL jLi n-ilrP7iP2J31!3Kl19v1口 丁72SPM1P21!?KLXU1XJP22(GNDF1ft. nFDQ31EAP2(1TjHli1errr17py720PENK21816P3i5AT F30LE冏L9TTlFT1Li匕nciriiT29PSILNIL 180J51J7VCC图4、单片机电路图123斗567891011121314151617181920123斗5678yPOO piTlP02F03P04P05FQ6P0710KEAVCCOKPEN20(4)时钟电路模块：单片机是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在 唯一的时钟信号下按时序进行工作，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟 信号。一般的晶振频率为11.0592MHz这里采用11.0592MHz、大小为20Pf。图5、时钟电路模块电路图(5)复位电路模块：复位电路是能够使单片机CPU和系统的其他功能恢复到一 个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。S8uuRSr-1r-iBi1L.J101r JEtK!：3ZM2TD1LJT dKIIL1r221J图6、复位电路模块电路图2、驱动模块驱动模块是采用达林顿管放大电路来驱动LED灯管的点亮，所谓的达林顿管 就是两个三极管串联在一起，极性只认前面的三极管以两个相同极性的三极管为 例，前面为三极管集电极跟后面三极管集电极相接，前面为三极管射极跟后面三 极管基极相接，前面三极管功率一般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿 管基极，后面三极管射极为达林顿管射极，用法跟三极管一样，放大倍数是两个 三极管放大倍数的乘积。这里采用的达林顿管的型号为TIP122。8个达林顿管组成显示电路的驱动部分，使二极管能够正常点亮。从51单片机 芯片内部结构来说每个引脚输出的高电平的电流很小。不足以驱动霓虹灯。所以 我们想办法使它的电流变大。就要用到放大电路。但是放大电路比较麻烦。所以 这里就采用了 TIP122复合管进行电流放大。可以实现搭接电路简单只要插上插 槽就可以。可以减小驱动板的面积。 主要作用：放大电流，驱动霓虹灯。优点：驱动能力强价格低 方便维护电路。注意事项:由于单片机引脚输出的都是低阻态；电流很小，如果只接达林顿管 他只能瞬间导通。你看到的效果是霓虹灯一闪就过去了不会很亮。所以在每个达林顿管的B极都要接一个1K的上的阻。这才能正常的驱动霓虹灯。图7、达林顿管内部结构图图8、驱动板电路图3、LED显示模块8条LED霓虹灯管连接方法：霓虹灯的正极接12V电源，负极接达林顿管的C极。4、激光传感器模块用单片机的的三个端口分别接在三个激光传感器的接口。我们通过判断G1 处的高低电平来改变闪灯模式。物体阻挡激光发射端口的时候我们的霓虹灯 闪烁保持在此时状态，当物体不阻挡的时候进入下一个闪烁模式。图9、激光传感器电路图5、软件部分我们采用Keil C语言进行编程，程序简单，结构清晰，能够比较容易的完 成程序的开发从而智能的控制LED霓虹灯的闪烁方式。在我们的设计过程中 我们完成了 8组霓虹灯的闪烁、从左到右循环点亮、从右到左循环点亮以及 随机点亮的程序编写。(1)核心算法设计流程图去抖延时根据L的值执行 switch选择语句键P 3_4是否根据c ase语句执行程 序使霓虹灯按照相应 模式闪烁(2)系统程序#include#include #includestdlib.hunsigned char con3=0xFF,0x01,0x80;unsigned char l=1;void delayms(unsigned char ms)/ 延时子程序unsigned char i;while(ms-)for(i = 0; i 4) l=1;switch(l)case 1:flash(con0);break;case 2:left(con1); break;case 3:right(con2);break; default:m-;if(!m)m=0xffff;P1=(unsigned char)rand(); delayms(250);void Ex1_ISR(void) interrupt 2while(!P3_3);l+;/if(l=4) l=1;6、系统调试1 软件调试接通电源将程序下载到芯片中，8 个二极管全部点亮后全部熄灭，按住按键 约 1S 的时间，保留上一次的状态并切换到下一个状态，循环控制从左到右依次 点亮；再次按住按键约 1S 时间，保留上一次亮灭的状态并切换进入下一状态， 循环控制从右向左依次点亮，再按住按键 1S 的时间保留上一次亮灭状态进入随 机闪烁状态。2、硬件调试 当程序调试后能在实验板上进行正常运行和控制时，开始搭建外围电路驱动板 模块。外围电路连接好后，运行看能不能实现预想的效果。如可以说明成功，不 能实现显示功能和目标，就要检测输出和输入的电流和电压。以及电路是否搭建 正确。一直到达到目标效果为止。3、测试结果闪烁左移右移随机点亮1不正常不正常不正常不正常2不正常不正常不正常不正常3正常正常正常正常4正常正常正常正常5正常正常正常正常4、结果分析由于对达林顿管的不熟悉造成我们在安装达林顿管的时候出现错误导致系统 无法工作，后经过改正后我们的系统能够按照我们的设想完成智能闪烁。7、总结1.整个系统的设计思路 本设计课题是智能霓虹灯控制系统，在设计的初期进行了资料的查询及思 考，确定思想，用什么芯片控制，控制过程中需要什么硬件件部分辅助。设计使 用 AT89C52 芯片，串口电路用 MAX232 芯片控制，在驱动部分用达林顿管驱动， 最后控制霓虹灯点亮。硬件确定后，进行软件的编写，软件主要思想是根据个人 需求想像霓虹管如何要怎么点亮确定软件编写2.商业开发价值照明市场是长期发展方向。许多人都看好未来 LED 在照明市场的机会，诚 如台湾、日本等地相关单位厂商的预测，若LED能够替代一般照明，可以少盖几 座核电厂。不过因为一般照明灯管价格远低于LED照明灯，有人估计美国人一个 家庭全用LED做照明要1.2万美元以上，所以全面替代可能至少要到2030年以 后才有机会，短期内LED用在照明上面仍偏向于装饰照明及特殊场合如手术台灯 等。因为商业化照明用LED的使用寿命一般要求是在5万小时左右，若是做为交 通标志，理论上 34 年都不必更换，所以从节省人工成本及避免耽误交通的观点 出发，未来LED在交通标志的应用也将逐渐推广。简而言之继手机之后，车用及 LCD背光是LED的现阶段的发展要点，长期而言照明应用才是LED的永久方向， LED被评选为20世纪人类100大发明之一，是否能改造21世纪，相信是牵涉到 数以万计人日常生活的一场大革命。8、致谢 大学四年是人生中的黄金四年，对我来说不仅仅是提升和进化了自己的心灵 更重要的是学到了宝贵的知识，而实习是对我们四年学习的知识与实习结合的一 个过程。也是提升我们能力的一个过程，使得我们在今后的求职过程能够更加顺 利。在这里我要特别的感谢我们学校给我们的这个宝贵的实习机会，同时我们也 向合肥求精电子的全体工作人员致敬，我们是在他们的悉心教导下，逐步的掌握 了单片机的使用，焊接，以及自己去设计最小系统电路和驱动电路。最后还要感谢我的同学以及我们同组的成员，是在他们的帮助下我们完成了我 们的课题设计。9、参考文献1张培仁 张志坚 高修峰 ，十六位单片微处理器原理及应用 .北京;清华大学出版社；2005.52 韩晓东李永江等，Protel 99 SE电路设计实用教程（第二版）北京；中国铁道出版社;2008.23 何立民，单片机实验与实践教程北京；北京航空航天大学出版社，2006.54 康光华，电子技术基础（数字电路部分），高等教育出版社，2006.15 郭天祥，新编C51单片机教程视频6 曾怡，C语言程序设计教程视频7 童诗白，华成英，模拟电子技术基础，北京高等教育出版社， 2000.