基于MCU控制的電子煙花點(diǎn)火電路

曹后俊

摘 要 介紹并設(shè)計一個以單片機(jī)為控制核心的的電子煙花點(diǎn)火裝置。具體實現(xiàn)過程包括硬件電路設(shè)計和軟件編程實現(xiàn)，通過設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路采集點(diǎn)火信號反饋給單片機(jī)；構(gòu)建單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)完成對LED發(fā)光控制，模擬煙花點(diǎn)火時的發(fā)光效果；模擬圖案的發(fā)光閃爍效果充分采用編程靈活和軟件模塊化思想。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) LED 電子煙花 軟件編程

1 引言

當(dāng)今社會，在喜慶的日子里，燃放煙花已經(jīng)成了必不可少的項目，但燃放煙花爆竹帶來的危險事故也不計其數(shù)。近年來出現(xiàn)了一種安全環(huán)保的電子煙花，然而市場上電子煙花點(diǎn)火電路大多是電路設(shè)計負(fù)責(zé)、涉及元器件眾多。所以筆者提出以單片機(jī)為控制核心，用LED模擬普通煙花引線燃燒過程來實現(xiàn)電子煙花的點(diǎn)火過程，且成功完成硬件到軟件的設(shè)計研制出完整的電子煙花點(diǎn)火部件。由于單片機(jī)體積小、質(zhì)量輕、價格低、可靠性高、靈活性好、編程開發(fā)較為容易等有點(diǎn)，所以此項工作有較廣闊的應(yīng)用前景。

2 設(shè)計思路

（1）為了能更好的欣賞煙花絢麗效果，點(diǎn)燃煙花通常是發(fā)生在無光的夜晚，所以可采用光敏電阻將點(diǎn)火者發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)換為啟動電子煙花的電信號。

（2）單片機(jī)內(nèi)部燒寫的程序處于查詢狀態(tài)，一旦接收到啟動電子煙花的電信號立即執(zhí)行LED流水燈程序模擬引線燃燒，之后再發(fā)出打開電子煙花的數(shù)字信號（如控制繼電器）。

（3）可用較多的LED固定為長條引線狀（本次實驗用8個LED與單片機(jī)P1.0-P1.7八個I/O口相連）

（4）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的模擬電路部分，可以采用光敏電阻的分壓來實現(xiàn)，在未點(diǎn)火情況下，光敏電阻阻值很大，大部分電壓被光敏電阻分得，常值電阻分壓很小（小于0.5伏，無法啟動單片機(jī)）；在點(diǎn)火情況下，在光源照射下，光敏電阻阻值減小（遠(yuǎn)小于常值電阻阻值），導(dǎo)致5伏電壓的分壓大部分將在常值電阻上（單片機(jī)接收到高電平信號，啟動點(diǎn)火裝置）

（5）編程實現(xiàn)流水燈和啟動信號的發(fā)出，軟件模塊化，方便調(diào)用，循環(huán)結(jié)構(gòu)體保證可循環(huán)重復(fù)使用（詳見單片機(jī)控制LED源程序）

3 硬件設(shè)計

本裝置的硬件設(shè)計分為將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換模擬電路和單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。

3.1 轉(zhuǎn)換模擬電路的原理及實現(xiàn)

將5伏電壓經(jīng)光敏電阻和常值電阻分壓，如圖1所示，選擇型號為MG44-3的光敏電阻（亮阻值≤5KΩ，暗阻值≥1MΩ，以下記為R2）和阻值為20KΩ的常值電阻（以下記為R1）連接如圖所示，通過簡單計算可知在無光黑暗條件下R2的阻值是R1阻值的50倍以上，即在R1上的分壓小于0.1伏，單片機(jī)識別為低電平信號不啟動裝置；反之，在點(diǎn)火條件下光敏電阻受到光照，阻值急劇下降（≤5KΩ），此時R1的阻值為R2阻值的4倍以上，記載R1上的分壓大于4伏，單片機(jī)識別為高電平信號啟動裝置，模擬煙花點(diǎn)火引線燃燒的過程，并啟動電子煙花開關(guān)。

3.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

因為市場上單片機(jī)開發(fā)板價格偏高，所以本裝置采用購買基礎(chǔ)元器件和單片機(jī)芯片自主設(shè)計并焊接單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)要正常工作，必須具有5個基本電路：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、程序存儲器選擇電路、外圍電路。

本裝置的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示，電路焊接順序依次為：振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路、外圍電路、程序存儲器選擇電路。按順序完成焊接，將3.1中設(shè)計的分壓轉(zhuǎn)換模擬電路和3.2中設(shè)計完成的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)按圖2所示連接，并在通用板上焊接固定。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件編程（本文采用C語言）

因為本裝置使用LED模擬煙花引線點(diǎn)燃后燃燒過程，所以編程設(shè)計只需簡單的給單片機(jī)I/O口輸出高低電平就能取得滿意的效果。具體C語言源程序給出如下：

4.2 LED顯示圖案改進(jìn)

為吸引煙花觀賞者，增強(qiáng)LED顯示效果，將簡單的流水燈顯示加以改進(jìn)。最簡單的方法是改變各個LED發(fā)光順序和發(fā)光持續(xù)時間，如可以讓序號為奇次的和偶次的LED交替發(fā)光，形成動態(tài)閃爍的效果。其軟件編程都可以使用匯編語言或Keil軟件公司的C51語言編寫調(diào)試。

5 結(jié)語

由于LED具有亮度高、低熱量、體積小、功率低、使用壽命長、環(huán)保和響應(yīng)速度快等系列優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于照明和電子圖案顯示市場，具有廣闊的發(fā)展前景。單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，某些專用單片機(jī)設(shè)計用與實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，本文所述的基于單片機(jī)控制的電子煙花點(diǎn)火電路方案只是該模塊化電路的一個應(yīng)用方面，對很多應(yīng)用和設(shè)備都可以將該裝置作為啟動或報警電路，例如光電信號轉(zhuǎn)換在火災(zāi)報警器中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]樊梅香，崔琳.單片機(jī)控制LED顯示屏動態(tài)顯示的設(shè)計[J].河北工業(yè)科技，2011.

[2]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[3]李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993：561-571.

[4]劉昆山.用單片機(jī)控制一個LED[J].電子制作，2010-02-01.

[5]喬月.基于光電檢測技術(shù)的光盤刻錄演示系統(tǒng)研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2012.

[6]朱美杰.感應(yīng)式無線充電技術(shù)的研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2012.

作者單位

陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 陜西省西安市 710062endprint

摘 要 介紹并設(shè)計一個以單片機(jī)為控制核心的的電子煙花點(diǎn)火裝置。具體實現(xiàn)過程包括硬件電路設(shè)計和軟件編程實現(xiàn)，通過設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路采集點(diǎn)火信號反饋給單片機(jī)；構(gòu)建單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)完成對LED發(fā)光控制，模擬煙花點(diǎn)火時的發(fā)光效果；模擬圖案的發(fā)光閃爍效果充分采用編程靈活和軟件模塊化思想。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) LED 電子煙花 軟件編程

1 引言

當(dāng)今社會，在喜慶的日子里，燃放煙花已經(jīng)成了必不可少的項目，但燃放煙花爆竹帶來的危險事故也不計其數(shù)。近年來出現(xiàn)了一種安全環(huán)保的電子煙花，然而市場上電子煙花點(diǎn)火電路大多是電路設(shè)計負(fù)責(zé)、涉及元器件眾多。所以筆者提出以單片機(jī)為控制核心，用LED模擬普通煙花引線燃燒過程來實現(xiàn)電子煙花的點(diǎn)火過程，且成功完成硬件到軟件的設(shè)計研制出完整的電子煙花點(diǎn)火部件。由于單片機(jī)體積小、質(zhì)量輕、價格低、可靠性高、靈活性好、編程開發(fā)較為容易等有點(diǎn)，所以此項工作有較廣闊的應(yīng)用前景。

2 設(shè)計思路

（1）為了能更好的欣賞煙花絢麗效果，點(diǎn)燃煙花通常是發(fā)生在無光的夜晚，所以可采用光敏電阻將點(diǎn)火者發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)換為啟動電子煙花的電信號。

（2）單片機(jī)內(nèi)部燒寫的程序處于查詢狀態(tài)，一旦接收到啟動電子煙花的電信號立即執(zhí)行LED流水燈程序模擬引線燃燒，之后再發(fā)出打開電子煙花的數(shù)字信號（如控制繼電器）。

（3）可用較多的LED固定為長條引線狀（本次實驗用8個LED與單片機(jī)P1.0-P1.7八個I/O口相連）

（4）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的模擬電路部分，可以采用光敏電阻的分壓來實現(xiàn)，在未點(diǎn)火情況下，光敏電阻阻值很大，大部分電壓被光敏電阻分得，常值電阻分壓很小（小于0.5伏，無法啟動單片機(jī)）；在點(diǎn)火情況下，在光源照射下，光敏電阻阻值減小（遠(yuǎn)小于常值電阻阻值），導(dǎo)致5伏電壓的分壓大部分將在常值電阻上（單片機(jī)接收到高電平信號，啟動點(diǎn)火裝置）

（5）編程實現(xiàn)流水燈和啟動信號的發(fā)出，軟件模塊化，方便調(diào)用，循環(huán)結(jié)構(gòu)體保證可循環(huán)重復(fù)使用（詳見單片機(jī)控制LED源程序）

3 硬件設(shè)計

本裝置的硬件設(shè)計分為將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換模擬電路和單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。

3.1 轉(zhuǎn)換模擬電路的原理及實現(xiàn)

將5伏電壓經(jīng)光敏電阻和常值電阻分壓，如圖1所示，選擇型號為MG44-3的光敏電阻（亮阻值≤5KΩ，暗阻值≥1MΩ，以下記為R2）和阻值為20KΩ的常值電阻（以下記為R1）連接如圖所示，通過簡單計算可知在無光黑暗條件下R2的阻值是R1阻值的50倍以上，即在R1上的分壓小于0.1伏，單片機(jī)識別為低電平信號不啟動裝置；反之，在點(diǎn)火條件下光敏電阻受到光照，阻值急劇下降（≤5KΩ），此時R1的阻值為R2阻值的4倍以上，記載R1上的分壓大于4伏，單片機(jī)識別為高電平信號啟動裝置，模擬煙花點(diǎn)火引線燃燒的過程，并啟動電子煙花開關(guān)。

3.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

因為市場上單片機(jī)開發(fā)板價格偏高，所以本裝置采用購買基礎(chǔ)元器件和單片機(jī)芯片自主設(shè)計并焊接單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)要正常工作，必須具有5個基本電路：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、程序存儲器選擇電路、外圍電路。

本裝置的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示，電路焊接順序依次為：振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路、外圍電路、程序存儲器選擇電路。按順序完成焊接，將3.1中設(shè)計的分壓轉(zhuǎn)換模擬電路和3.2中設(shè)計完成的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)按圖2所示連接，并在通用板上焊接固定。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件編程（本文采用C語言）

因為本裝置使用LED模擬煙花引線點(diǎn)燃后燃燒過程，所以編程設(shè)計只需簡單的給單片機(jī)I/O口輸出高低電平就能取得滿意的效果。具體C語言源程序給出如下：

4.2 LED顯示圖案改進(jìn)

為吸引煙花觀賞者，增強(qiáng)LED顯示效果，將簡單的流水燈顯示加以改進(jìn)。最簡單的方法是改變各個LED發(fā)光順序和發(fā)光持續(xù)時間，如可以讓序號為奇次的和偶次的LED交替發(fā)光，形成動態(tài)閃爍的效果。其軟件編程都可以使用匯編語言或Keil軟件公司的C51語言編寫調(diào)試。

5 結(jié)語

由于LED具有亮度高、低熱量、體積小、功率低、使用壽命長、環(huán)保和響應(yīng)速度快等系列優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于照明和電子圖案顯示市場，具有廣闊的發(fā)展前景。單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，某些專用單片機(jī)設(shè)計用與實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，本文所述的基于單片機(jī)控制的電子煙花點(diǎn)火電路方案只是該模塊化電路的一個應(yīng)用方面，對很多應(yīng)用和設(shè)備都可以將該裝置作為啟動或報警電路，例如光電信號轉(zhuǎn)換在火災(zāi)報警器中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]樊梅香，崔琳.單片機(jī)控制LED顯示屏動態(tài)顯示的設(shè)計[J].河北工業(yè)科技，2011.

[2]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[3]李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993：561-571.

[4]劉昆山.用單片機(jī)控制一個LED[J].電子制作，2010-02-01.

[5]喬月.基于光電檢測技術(shù)的光盤刻錄演示系統(tǒng)研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2012.

[6]朱美杰.感應(yīng)式無線充電技術(shù)的研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2012.

作者單位

陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 陜西省西安市 710062endprint

摘 要 介紹并設(shè)計一個以單片機(jī)為控制核心的的電子煙花點(diǎn)火裝置。具體實現(xiàn)過程包括硬件電路設(shè)計和軟件編程實現(xiàn)，通過設(shè)計光電轉(zhuǎn)換電路采集點(diǎn)火信號反饋給單片機(jī)；構(gòu)建單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)完成對LED發(fā)光控制，模擬煙花點(diǎn)火時的發(fā)光效果；模擬圖案的發(fā)光閃爍效果充分采用編程靈活和軟件模塊化思想。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) LED 電子煙花 軟件編程

1 引言

當(dāng)今社會，在喜慶的日子里，燃放煙花已經(jīng)成了必不可少的項目，但燃放煙花爆竹帶來的危險事故也不計其數(shù)。近年來出現(xiàn)了一種安全環(huán)保的電子煙花，然而市場上電子煙花點(diǎn)火電路大多是電路設(shè)計負(fù)責(zé)、涉及元器件眾多。所以筆者提出以單片機(jī)為控制核心，用LED模擬普通煙花引線燃燒過程來實現(xiàn)電子煙花的點(diǎn)火過程，且成功完成硬件到軟件的設(shè)計研制出完整的電子煙花點(diǎn)火部件。由于單片機(jī)體積小、質(zhì)量輕、價格低、可靠性高、靈活性好、編程開發(fā)較為容易等有點(diǎn)，所以此項工作有較廣闊的應(yīng)用前景。

2 設(shè)計思路

（1）為了能更好的欣賞煙花絢麗效果，點(diǎn)燃煙花通常是發(fā)生在無光的夜晚，所以可采用光敏電阻將點(diǎn)火者發(fā)出的光信號轉(zhuǎn)換為啟動電子煙花的電信號。

（2）單片機(jī)內(nèi)部燒寫的程序處于查詢狀態(tài)，一旦接收到啟動電子煙花的電信號立即執(zhí)行LED流水燈程序模擬引線燃燒，之后再發(fā)出打開電子煙花的數(shù)字信號（如控制繼電器）。

（3）可用較多的LED固定為長條引線狀（本次實驗用8個LED與單片機(jī)P1.0-P1.7八個I/O口相連）

（4）將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的模擬電路部分，可以采用光敏電阻的分壓來實現(xiàn)，在未點(diǎn)火情況下，光敏電阻阻值很大，大部分電壓被光敏電阻分得，常值電阻分壓很小（小于0.5伏，無法啟動單片機(jī)）；在點(diǎn)火情況下，在光源照射下，光敏電阻阻值減小（遠(yuǎn)小于常值電阻阻值），導(dǎo)致5伏電壓的分壓大部分將在常值電阻上（單片機(jī)接收到高電平信號，啟動點(diǎn)火裝置）

（5）編程實現(xiàn)流水燈和啟動信號的發(fā)出，軟件模塊化，方便調(diào)用，循環(huán)結(jié)構(gòu)體保證可循環(huán)重復(fù)使用（詳見單片機(jī)控制LED源程序）

3 硬件設(shè)計

本裝置的硬件設(shè)計分為將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的轉(zhuǎn)換模擬電路和單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。

3.1 轉(zhuǎn)換模擬電路的原理及實現(xiàn)

將5伏電壓經(jīng)光敏電阻和常值電阻分壓，如圖1所示，選擇型號為MG44-3的光敏電阻（亮阻值≤5KΩ，暗阻值≥1MΩ，以下記為R2）和阻值為20KΩ的常值電阻（以下記為R1）連接如圖所示，通過簡單計算可知在無光黑暗條件下R2的阻值是R1阻值的50倍以上，即在R1上的分壓小于0.1伏，單片機(jī)識別為低電平信號不啟動裝置；反之，在點(diǎn)火條件下光敏電阻受到光照，阻值急劇下降（≤5KΩ），此時R1的阻值為R2阻值的4倍以上，記載R1上的分壓大于4伏，單片機(jī)識別為高電平信號啟動裝置，模擬煙花點(diǎn)火引線燃燒的過程，并啟動電子煙花開關(guān)。

3.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

因為市場上單片機(jī)開發(fā)板價格偏高，所以本裝置采用購買基礎(chǔ)元器件和單片機(jī)芯片自主設(shè)計并焊接單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)要正常工作，必須具有5個基本電路：電源電路、時鐘電路、復(fù)位電路、程序存儲器選擇電路、外圍電路。

本裝置的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示，電路焊接順序依次為：振蕩電路、復(fù)位電路、電源電路、外圍電路、程序存儲器選擇電路。按順序完成焊接，將3.1中設(shè)計的分壓轉(zhuǎn)換模擬電路和3.2中設(shè)計完成的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)按圖2所示連接，并在通用板上焊接固定。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件編程（本文采用C語言）

因為本裝置使用LED模擬煙花引線點(diǎn)燃后燃燒過程，所以編程設(shè)計只需簡單的給單片機(jī)I/O口輸出高低電平就能取得滿意的效果。具體C語言源程序給出如下：

4.2 LED顯示圖案改進(jìn)

為吸引煙花觀賞者，增強(qiáng)LED顯示效果，將簡單的流水燈顯示加以改進(jìn)。最簡單的方法是改變各個LED發(fā)光順序和發(fā)光持續(xù)時間，如可以讓序號為奇次的和偶次的LED交替發(fā)光，形成動態(tài)閃爍的效果。其軟件編程都可以使用匯編語言或Keil軟件公司的C51語言編寫調(diào)試。

5 結(jié)語

由于LED具有亮度高、低熱量、體積小、功率低、使用壽命長、環(huán)保和響應(yīng)速度快等系列優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于照明和電子圖案顯示市場，具有廣闊的發(fā)展前景。單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，某些專用單片機(jī)設(shè)計用與實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，本文所述的基于單片機(jī)控制的電子煙花點(diǎn)火電路方案只是該模塊化電路的一個應(yīng)用方面，對很多應(yīng)用和設(shè)備都可以將該裝置作為啟動或報警電路，例如光電信號轉(zhuǎn)換在火災(zāi)報警器中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]樊梅香，崔琳.單片機(jī)控制LED顯示屏動態(tài)顯示的設(shè)計[J].河北工業(yè)科技，2011.

[2]何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[3]李華.MCS-51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993：561-571.

[4]劉昆山.用單片機(jī)控制一個LED[J].電子制作，2010-02-01.

[5]喬月.基于光電檢測技術(shù)的光盤刻錄演示系統(tǒng)研究[D].長春：長春理工大學(xué)，2012.

[6]朱美杰.感應(yīng)式無線充電技術(shù)的研究[D].南京：南京信息工程大學(xué)，2012.

作者單位

陜西師范大學(xué)物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院 陜西省西安市 710062endprint