基于51單片機的航標燈控制器設計與實現

山東新巨龍能源有限公司 孔 磊

基于51單片機的航標燈控制器設計與實現

山東新巨龍能源有限公司 孔 磊

航標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立航向標，以便船只識別目標并為船只導航。本設計中的智能航標燈，將溫度測量和常規航標燈相結合實現了航標燈的智能控制從而將航標燈智能化，也能更好的應對未來智能電網技術和物聯網通信技術的智能化結合。設計的主控芯片為STC89C51，光源傳感器采用光敏電阻模塊實現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溫度的實時監控，最終實現了航標燈的全部功能，并且擁有可靠性高，智能檢測控制，經濟性好等眾多優點。

認知無線電；認知網絡；頻譜感知；頻譜分析

1 引言

航標燈，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航向的坐標燈。它在夜里發出固定的顏色和一定頻率的閃爍，以達到一定的映射角度和可見距離。航標燈的種類有固定燈船、浮標、燈塔和燈標4種。固定浮標、燈標和燈船是作巡航和導航用的信標并有警示的作用。航標燈在海面之上夜間發出可被識別的燈光信號，供船只導向和確定船只位置并在危險和異常情況時向船只發出危險信號或警示信號，近些年來，伴隨科技的發展和先進智能化技術被引入到航標燈建設中，航標燈智能化得到了廣泛的應用，人類的水上活動區域日益增大，航標燈的重要性更加凸顯。因此，航標燈也有了重新的定義：航標燈是為各種水上活動提供安全可靠、高效智能的導航設備。航標燈的新定義，對航標燈的功能和智能化提出了較高的要求，使其服務領域都有了較大的擴寬，對其性能也有了更高的要求[1]。

重新定義將航標燈的功能從助航導航擴大到智能化信息檢測和助航導航。船只導航服務和船只智能辨識系統運用微波傳輸技術和模擬電子技術及數字電子技術，船只的定位和船只的智能化導航，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度中心發送的實時信息，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環境的穩定的作用[2]。

2 硬件電路的設計方案

航標燈的設計方案以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動航標運行或休眠[3]；為了獲得較高的穩定性通過比較器將數字信號送入主控芯片，與預設電壓值相比較，若高于預設電壓則邏輯判斷為運行狀態（夜晚），若低于預設電壓則邏輯判斷為休眠狀態（白天）。本設計還有異常復位功能，考慮到主控芯片可能受到干擾導致程序跑飛，使用復位電路來實現復位功能。溫度傳感器DS18B20是將溫度信息實時傳遞給主控芯片（STC89C51）主控芯片根據自身的算法將溫度數據通過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，電源電路和復位電路以及晶振電路構成的最小單片機系統[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測從而控制航標燈的亮滅， LED模塊作為主要的指示原件，代表了整個系統的運行情況。圖1所示為主要模塊。

2.2 單片機模塊

在各個領域單片機均有廣泛的應用，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，穩定好，技術成熟等眾多優點，從而在家用電器或中小型工業控制器中廣泛使用，對于航標燈控制器設計，需要光敏模塊傳感器和溫度傳感器相結合控制并且實現顯示溫度的功能。基于綜合考慮51單片機作為最佳選擇的主控芯片，并且對航標燈控制器的二次開發和后期拓展留有較大空間，其穩定性和經濟性均滿足設計需求，故選用51單片機。

圖1 主要模塊

2.3 顯示模塊

顯示模塊根據其實用性和經濟性方面出發，1602顯示模塊其實用性滿足本設計的要求，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容情況，每行16位字符顯示方塊，一共2行，顯示內容可以為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計中，和熱敏電阻相比能夠直接準確的獲得溫度數值方便主控系統的操作和判斷。且占用資源少，并且單線上可以并聯3個DS18B20溫度傳感器大大節約資源，并能實現多點測量并組網的功能，方便后續的二次開發和利用，用戶還能根據自身的需要設置報警功能，故而選用DS18B20作為本設計的測溫模塊[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，根據環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前的光線強弱，根據此原理可以在系統中作為簡易的光源傳感器，因其廉價而且穩定度較高，對于要求不是很高的光源檢測系統中，可以使用光敏電阻作為主要的光源控制或檢測系統的傳感器[6]。

圖2 設計實物圖

3 測試及總結

在單片機開發板上連接好硬件電路以后，然后連接5V電源進行測試，在測試過程中發現了以下問題：(1)電路不能實現預設功能，經過軟硬件調試后發現延遲函數與所編寫程序的延遲函數時間不吻合，通過檢查得出晶振錯選為12MHZ 將晶振換為11.0592HZ電路實現正常功能。

(2)光敏模塊D0口信號不穩定，經過多次調試將D0加載上拉電阻從而使其信號穩定（見圖2）。

總的來說，單片機應用技術是集綜合性，科學性，實踐性于一身的應用型課程。本次的課程設計過程對我來說，更像是一次關于微機開發應用的初步實踐訓練，在此過程中，我學習了有關微機系統的硬軟件設計方法和設計步驟；熟悉了單片機硬件原理和keil開發工具的調試，在此基礎上，熟練掌握了實際設計中的硬軟件調試方法和調試步驟。

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

[2]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計(第四版)[M].北京:北京航空航天大學出版社,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[J].工業電子,2013,12(8):52-64.

[5]譚浩強.C程序設計(第四版)[M].北京:清華大學出版社,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[J].電子報,2011,24(11):82-83.