山東新巨龍能源有限公司 孔 磊

基于51單片機的航標(biāo)燈控制器設(shè)計與實現(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)，以便船只識別目標(biāo)并為船只導(dǎo)航。本設(shè)計中的智能航標(biāo)燈，將溫度測量和常規(guī)航標(biāo)燈相結(jié)合實現(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)計的主控芯片為STC89C51，光源傳感器采用光敏電阻模塊實現(xiàn)智能啟動和休眠的功能，并且有溫度傳感器作為溫度測量模塊實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)控，最終實現(xiàn)了航標(biāo)燈的全部功能，并且擁有可靠性高，智能檢測控制，經(jīng)濟性好等眾多優(yōu)點。

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)出可被識別的燈光信號，供船只導(dǎo)向和確定船只位置并在危險和異常情況時向船只發(fā)出危險信號或警示信號，近些年來，伴隨科技的發(fā)展和先進智能化技術(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)域都有了較大的擴寬，對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)航擴大到智能化信息檢測和助航導(dǎo)航。船只導(dǎo)航服務(wù)和船只智能辨識系統(tǒng)運用微波傳輸技術(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，海面上運行的船只，從巡航面板上中獲得來自船只的實時運行情況并控制調(diào)度中心發(fā)送的實時信息，以減少船只方位迷失和淺灘海域的危險并能起到一定保護生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定的作用[2]。

2 硬件電路的設(shè)計方案

航標(biāo)燈的設(shè)計方案以STC89C51( DIP40 )單片機為主控芯片，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弱進而區(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而驅(qū)動航標(biāo)運行或休眠[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)位電路來實現(xiàn)復(fù)位功能。溫度傳感器DS18B20是將溫度信息實時傳遞給主控芯片（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)成的最小單片機系統(tǒng)[4]，通過顯示模塊1602液晶作為輸出顯示模塊，測溫模塊以DS18B20溫度傳感器作為實時測溫的器件，光敏電阻模塊主要通過光敏電阻對外界光源的監(jiān)測從而控制航標(biāo)燈的亮滅， LED模塊作為主要的指示原件，代表了整個系統(tǒng)的運行情況。圖1所示為主要模塊。

2.2 單片機模塊

在各個領(lǐng)域單片機均有廣泛的應(yīng)用，小到電子表，大到宇宙飛船，單片機被作為主要的控制元件使用，其中51單片機因為其價格低廉，操作簡單，穩(wěn)定好，技術(shù)成熟等眾多優(yōu)點，從而在家用電器或中小型工業(yè)控制器中廣泛使用，對于航標(biāo)燈控制器設(shè)計，需要光敏模塊傳感器和溫度傳感器相結(jié)合控制并且實現(xiàn)顯示溫度的功能?；诰C合考慮51單片機作為最佳選擇的主控芯片，并且對航標(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)濟性均滿足設(shè)計需求，故選用51單片機。

圖1 主要模塊

2.3 顯示模塊

顯示模塊根據(jù)其實用性和經(jīng)濟性方面出發(fā)，1602顯示模塊其實用性滿足本設(shè)計的要求，模塊具有背光功能，能夠在夜晚和強光條件能夠清晰的顯示，價格也比較便宜，基于以上的優(yōu)點所以在12864模塊和1602模塊中選擇性價比較高的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DS18B20溫度傳感器大大節(jié)約資源，并能實現(xiàn)多點測量并組網(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)置報警功能，故而選用DS18B20作為本設(shè)計的測溫模塊[5]。

2.5 光敏電阻檢測模塊

光敏電阻是一種類似滑動變阻器的一種電阻，但是其控制滑塊是由光線決定的而非真實存在的滑塊，根據(jù)環(huán)境光線的強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，通過檢測光敏電阻兩端的電壓進而判斷當(dāng)前的光線強弱，根據(jù)此原理可以在系統(tǒng)中作為簡易的光源傳感器，因其廉價而且穩(wěn)定度較高，對于要求不是很高的光源檢測系統(tǒng)中，可以使用光敏電阻作為主要的光源控制或檢測系統(tǒng)的傳感器[6]。

圖2 設(shè)計實物圖

3 測試及總結(jié)

在單片機開發(fā)板上連接好硬件電路以后，然后連接5V電源進行測試，在測試過程中發(fā)現(xiàn)了以下問題：(1)電路不能實現(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)時間不吻合，通過檢查得出晶振錯選為12MHZ 將晶振換為11.0592HZ電路實現(xiàn)正常功能。

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

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

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

[2]馬忠梅.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(第四版)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2010:138-157.

[3]郭天祥.51單片機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.單片機原理與接口技術(shù)[J].工業(yè)電子,2013,12(8):52-64.

[5]譚浩強.C程序設(shè)計(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[J].無線電,2014,32(6):6-10.

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