基于单片机控制的太阳能交通信号灯

1、本科毕业论文基于单片机控制的太阳能消防应急信号灯the control system for led emergency light based onsingle-chip microcomputer毕业设计o仑文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导 下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的 地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为 获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提 供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了 谢意。作者签名

2、： 日期：指导教师签名： 円期：使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规 定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有 权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为 目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 円 期：目录摘要abstract引言传统应急灯分析11.1传统应急灯的结构和使用中的不足11.2原因分析及优化改进方法2第二章设计方案的研究42.1系统设计分析42.2系统设计要点与结构42.3系统的特点与功能要求5第三章应急光源

3、与电源的选择73.1传统应急灯光源73.2 led照明光源发展73.3 led 优点83.4 led蓄电池选择813第四章硬件功能电路分析与设计4.1总体设计框图104.2中央处理单元电路设计104.3市电及电源转换电路104.3.1蓄电池充电电路124.3.2中央处理单元电源电路124.4应急检测电路164.5电池保护电路174.5.1定期放电电路174.5.2防过放保护电路184.6 led光源组合及驱动电路19第五章软件系统设计20组仑23致谢24参考文献25时禄126附录2程序27基于单片机控制的太阳能应急消防信号灯摘要：本文阐述了 lh）应急灯采用单片机控制的设计原理与实现方法。先分

4、析应急灯技术 概况，提出采用led照明的优点，该照明控制系统的主控制器以at89c2051单片机为基础。 根据相关技术规范的要求，在完成传统应急灯基本控制要求的基础上，完善电路的控制要 求，增加辅助控制功能，提高电路的可控性和可视性。主控制器在接收到外部电路送來的 信号后，发出命令控制应急灯实现开启、关闭、定时放电控制等功能。关键词：led；应急灯；单片机the control system for led emergency light based onsingle-chip microcomputerabstractabstract: the paper expatiates on the

5、 designing theories and implementation method of the control system for led emergency light by single-chip microcomputer. analyzes the emergency light technology survey first，proposed that uses the led illumination the merit, the host controller of the control system for lighting is based on at89c20

6、51 single-chip microcomputer。according to the correlation technique standard's request，in completes the traditional emergency light basic control request in the foundation, the perfect electric circuits control request，increases the secondary control function. enhances electric circuits controll

7、ability and the viewability. the master-control unit after receiving the signal which exterior electric circuit sends, sends out the command control emergency light to realize opening， the closure, functions and so on timed electric discharge controlkey words: led; emergency light; single-chip micro

8、computer近年来，随着经济的发展和科技的进步，基于单片机的控制系统己广泛应用于工业、 农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代 替了传统的控制系统的常规电子线路。本课题研宄基于单片机控制的lk）应急灯，它被设 计为：在白天用户主动关闭室内照明灯后，即使市电屮断应急灯也不会点亮。夜间，一旦 市电中断，失去照明应急灯立即点亮，电路能自动检测断电前后室内的照明情况，并判断 是否有启动应急灯照明的需要。第一章传统应急灯的分析1.1传统应急灯的结构和使用中的不足如果在夜晚遇到突然停电。而且是在人员密集的高层建筑，特别是由于突发意外原因 引起的停电如：地震、火灾

9、。会使人员的疏散造成很大的困难。这时如果有一盏应急灯来 照明，会给人员的疏散带来很大的方便。首先介绍一下传统的应急照明灯。目前，在普通住宅、高层住宅和工业建筑屮等使用的应急灯多数是采用断电启用式， 基本实现的功能是：外部电源供电状态下蓄电池充电，灯不亮。外部电源断电蓄电池放电， 灯亮照明。根据消防系统工程和行业标准的具体技术要求。一般消防应急灯異由灯体、光 源、后备电池以及控制电路组成。基本结构如图1所示。图1传统应急灯框图从b前消防应急灯具的实际应用的情况上看，ac/dc电路，一般均采用的是线性整流 滤波电路也即线性ac/dc电路，其优点是成木低、技术成熟，缺点是该电路受市电电网 波动影响，

10、经常影响消防应急灯具的正常工作。降低了消防应急灯具的可靠性。对于充电 电路。应按可充电电池的类型分别进行合理的充电，依据其工作原理，对于铅酸电池，可进行浮充或循环充电；镍镉电池应以恒流、恒压或恒压恒流方式充电，并有小电流充 电和控制能力。电池充电电路上的发展方向是脉冲充电方式或pwm方式。电池的保护电路 实现方式很多，目前多以分立元件实现，可靠性差、工艺性不好，集成电路的应用是较好 解决这一问题的方法。逆变电路与负载类别有关，即不同的光源要求不同的逆变机理和电 路。在消防应急灯具中，逆变电路不仅仅是将直流信号转变成交变信号，也担负着应急状 态转换、功率损耗，正确和合理地设计逆变电路是消防应急灯

11、具设计屮关键技术之一。这种类型结构的应急灯，通过在长期的使用过程中观察，实际上存在以下的不足和缺 点。一是消耗电能大，使用寿命不够长。二是控制电路过于简单，功能不够强大。三维修 费用高，传统应急灯易损部件是蓄电池和照明灯泡。1.2原因分析及改进方法应急灯寿命短和维修费用高的两大致命缺陷，分析其根木原因主要来自三方面：一是蓄电池本身的使用寿命基本决定了应急灯的寿命，蓄电池的性能并未达到我们预 想的要求。二是传统的应急灯采用白炽灯作为光源，光源的亮度不够而且消耗电能大。三是电路过于简单，只要外部电源断电的情况下蓄电池放电，灯亮照明，如果在白天 光线强的情况下，应急灯是不需要工作的，实际上这是无谓的

12、放电。综合以上三方面的原因，如果只考虑第一和第二方面，改进思路比较简单无非是改变 一下电池和照明光源。但如果在兼顾第三那方而则必须系统地分析，综合考虑应急灯的改 进思路，重点是改进应急灯的电路结构，考虑采用新的控制方法，完善其性能。解决应急灯外部电源断电就开始工作，即无谓的放电的问题，也就是说要考虑应急灯 需要具备哪些性能才不会出现外部电源断电就开始无谓的放电现象。只有在满足一定条件 时冰会实现灯亮照明。如图表1所示。表1改进方案同时满足的条件断电光线&暗实现办法检测光控是否可行可行可行光源的选择：为丫提高传统应急灯照明光源的寿命和降低电耗，我们可以采用led节能光源作为应急灯的光源，

13、因为其有许多优势：耗电量仅为一般灯泡的20%;体积小，占用空间小；寿命长，是一般灯泡的几倍。采用ud作为光源后，不仅降低了应急灯的成木， 而且有效的提高y发光的强度。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，促进了微型计算机测量和控制技术的迅速发 展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用己经渗透到国民经济的各个部门和领域， 它起到了越来越重要的作用。广泛用在在各种控制电路中用来完善电路的控制功能。对传 统应急灯控制电路的改进。首先要根据有关消防行业的技术规范，其次对应急灯控制电路 进行分析改进，完善各种控制要求，增加一些辅助控制功能，±6强其控制性。对于控制电 路我们采用单片机作为主要

14、控制单元，并设计其外围控制电路，使电路能够满足断电、光 线&暗吋应急照明的基本要求1。第二章设计方案的研究2.1系统设计分析针对传统应急灯在使用屮的不足，根据分析得出的结论。合理的选择设计方案，完善 电路的控制要求，使电路能够尽可能的满足各方面的需要。该应急灯电路应该在传统应急灯电路的基础上进行改进，不仅能够完成最基木的控制 功能，而且增加一些辅助功能，使电路更加完善；同时采用节能、环保、效率高的新型发 光材料代替传统光源。首先在应急灯光源的选择上，近年来出现的高亮发光二极管(led),由于具有体积小、 寿命长、耗电量少、发热量低、无交流闪烁、启动速度快、电磁干扰小、光线自然纯正等 诸

15、多优点，已被广泛应用在照明、交通信号指示、手机屏幕背光、汽车摩托装饰、大尺寸 平面显示等领域。利用高亮白光led制作的照明灯具，摒弃了传统白炽灯泡的耗电多、亮度低、色偏黄、 易破碎等缺点，并且不像荧光灯废弃后会对环境造成汞污染，其口益成为人们首选的照明 灯饰新宠。其次分析传统应急灯控制功能，改用单片机作核心控制元件。单片机接收各种 检测信号，推动各个控制电路工作，完成基木功能要求。因单片机功能强大，如果在不增 加硬件成本的情况下，可实现更多完善的充电、保护功能。因此可在原有基础上增加辅助 控制功能。经过设计应该使电路基本完成：断电时，能够bi动根据当时室内的光线强度决定是否 需要照明，并ii仅

16、在需要照明吋点亮。在白天，房间不需照明，即使断电应急灯也不会点 亮。在晚间，室内由电灯照明时，断电前光强较大，断电时，灯光熄灭，室内变黑。这种 情况下有照明的实际需求，应急灯会自动亮起来。而且，由于电路使用阎定电压充电和电 池低压放电保护电路，可以防止电池过度充电和深度放电，从而延长蓄电池的寿命12。2. 2系统设计要点与结构系统设计主要包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬 件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后 对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先根据硬件电路分析所要完 成的控制功能，列出详细的计划；然后进

17、行具体设计，包括流程图，选择合适的编程语言 和工具；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。在系统设计屮设计方法的选用是系统设计能否成功的关键。硬件电路是采用结构化系 统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的是选择用 单片机作为中央控制单元，并确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济乂高性能。 硬件电路设计还包括输入输出接口设计，岡出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值， 根据电路图在仿真机上进行调试，发现设计不当及时修改，最终达到设计目的。软件设计 的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，使用c语 言进行开发，可以使程序

18、逻辑性强，且简单。本系统软件设计采用模块化系统设计方法, 先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，达到设计功能要求。总的来说硬件方面耍解决的问题是单片机与外围电路的接口问题，对应急条件做出判 断和处理。在软件方而，主程序的编写思维十分重要，程序的结构是否合理会直接影响到 程序是否简洁、思维是否清晰、功能是否完整13。系统的结构主要由以下及部分组成：（1）中央处理系统；（2）电源供电系统；（3） llid光 源及驱动系统；（4）应急判断系统。这几部分共同完成了中央控制器对应急判断系统的检 测和执行，在满足条件时，达到控制应急照明灯具的目的。其硬件电路只是系统的实 施工具，软件程

19、序是系统的灵魂，是负责完成硬件电路实现功能和与用户交互的桥梁，是 维护系统正常工作的工具。电路图如图2所示：显示检测电路应急判断电路中央处理单元a-光源及控制电路应急灯电源电路电源电路图2系统结构框图2.3系统的特点与功能要求国家标准消防应急灯具（gb 179452006）对消防应急灯具的灯具性能有明确要求。 主要包括以下几个方面：（1）应该有工作状态指示灯。用于分辨消防应急灯具工作状态是否正常，也用于分辨消防应急只与普通灯只。(2) 应该有试验按钮或试验开关。用于试验消防应急灯具能否转换到应急工作状态。(3) 灯泡(或灯管)异常(包括规格不同)吋，灯具内部元件表面最高温度不超过90°

20、;c。 消防应急灯兵也是用电设备。有发生火火的可能，此要求是用于防止消防应急灯具内部发 热而引起火灾。同时，灯泡(或灯管)规格不同，电池工作的时间和照度也就不同。也就 不一定能满足火灾疏散时间要求和照度要求。(4) 灯具外壳应选用不燃或难燃材料制造，pj部连线宜采用耐温不小于105°c的导 线，是用于防止消防应急灯具本身引起火灾。根据以上要求，该设计控制系统需要完成以下几个功能：(1) 光线充足或市电正常时，应急灯不亮；(2) 光线不强，且市电断开时，应急灯亮，且满足一定的时间要求。同时当市电恢复 正常后，应急灯熄灭。(3) 应该有工作状态指示灯。用于分辨消防应急灯具工作状态是否正常

21、.(4) 能够对电路进行测试功能。用于试验消防应急灯只能否转换到应急工作状态。(5) 在长时间(一个月)不断电的情况下能够对充电电池进行放电处理。在充电时候具有 指不功能第三章应急光源与电源的选择3. 1传统应急灯光源大多数的应急灯发光体采用低压白炽灯，直接采用12v直流供电。缺点是效率低。近 年来广泛使用的节能灯（紧凑型荧光灯）耗电省、亮度高。苏亮度相当于白炽灯的2-3倍。 但需要增加直流逆变部分，成木升高。而且会产生高频电波辐射，对手机、收音机等造成 干扰。白炽灯：主要以钨丝作灯丝，因为钨有高熔点及低蒸发率。白炽灯的大部分辐射光是 红外线，所以120v白炽灯的照明效率在2400k时约为81

22、m/w, 一般100w闩炽灯只有7%的 电功率转变为可见光。日光灯：一般日光灯用低压放电可以产生11000-13000k的高温，目前日光灯可以用 的材料有汞即水银和钠，汞灯释放紫外线故多用于一般日光灯，灯管涂上荧光粉以产生白 光。传统应急灯使用频率低，时间短，灯的功率不大，所以一般选用普通低压白炽灯。3.2 le：d照明光源发展led即light emitting diode （发光二极管）的缩写。即：光线激发二极管，属于一 种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p 型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的pn结中， 注入的少

23、数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能 直接转换为光能。pn结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电 致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led。现在照明光源己逐渐发展为白光led。led技术可以应用在普通照明、背光照明、道 路交通、招牌和显示屏、农业、渔业、医学以及通信等领域。近几年来，随着人们对半导 体发光材料研究的不断深入，各种颜色的超高亮度lh）取得了突破性进展，其发光效率提 高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白 光led的出现，使lh）应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。liw照

24、明的变革将 扩展人们的照明观念，更加体现节能化、健康化、艺术化和人性化的发展趋势。未来较被 看好的是三波长白光led,即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光， 它将取代荧光灯、紧凑型节能荧光灯泡及led背光源等市场。led照明光源的主流将是高亮度白光ledi0。3. 3 led优点（1）发光效率高。led经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。led光 效达到502001m/w。目前，世界各国均加紧提高led光效方面的研究，在不远的将来其 发光效率将有更大的提高。（2）耗电量少，led单管功率0.03-0. 06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1. 5-3. 5 伏，电流

25、15-18毫安，反应速度快，可在高频操作。在同等照度下，lk）比白炽灯光源节 能70%,比荧光灯节能50%。（3）使用寿命讼，采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。 而采用led灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破 碎。平均寿命达10万小时。（4）安全可靠性强，发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光 型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含可能危害健康的物质。（5）有利于环保，led为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收， 没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和 维护。（6）可控制

26、性，由于led灯可以基本做到瞬间接通发光，通过计算机软件和控制器， 可以比较容易地实现led灯的颜色和图形的各种变化。3. 4蓄电池选择常用的容量较人的可充电电池有：镍一镉电池，镍氢电池，铅酸电池等，免维护密封 铅酸蓄电池因艽容量大，价格廉价.充电技术成熟，维护要求低，而广泛用于便宜式仪器， 轮船，电动车，通讯等。故木设计选用小型免维护密封铅酸蓄电池。选标准系列：12v、21h。传统应急灯光源：12v、5w白炽灯。应急时间：90min。电池：12v、2a h。p 5灯电流：/= = -0.42a u 12实际点亮时间h-4.8/i0.42本电路采用铅酸免维护蓄电池，不需专门的维护；即便倾倒电解

27、液也不会溢出，不向 空气中排放氢气和酸雾；安全性能更好。但是对蓄电池的充放电更为敏感，因此对充电电 路要求高。蓄电池的额定容量c,单位安时（ah）,它是放电电流安（a）和放电时间小时（h）的 乘积。由于对同一个电池采用不同的放电参数所得出的ah是不同的。实践中，电池容量 被定义为：用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量。也可以说电池容量是: 用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积。上述所谓设定的电压是指终止电压（单位v）。终止电压可以简单的理解为：放电时电 池电压下降到不至于造成损坏的最低限度值。终止电压值不是阆定不变的，它随着放电电 流的增大而降低。电池的充电

28、方法常用的有三种：（1）脉冲充电：既简单又经济的方法。变压器次级输出的低压交流整流脉动成直流 （不滤波）对电池充电.此方法充电电流较大，充电速度快，缺点是当电网电压波动时，充电电流也随之波动.容易发生因充电电流大，电池温升高，电解质损失大，从而导致电 池损坏的情况，所以这种方法对免维护密封铅酸蓄电池很少采用。（2）恒流充电：为了防止电池内温升太高及电解液的损失太大，充电电流调得比较 小，需要充电的时间较长，另一方面，充电吋间太长，就会发生过充，为了防止因过充而 损坏电池，需另设过充检测或定时电路。（3）恒压充电：理论和实践均证明，当充电电压低于充电电压上限（对12v电池而言， 此值为12x1.

29、2二14.4v）时恒压充电是安全的，即使充电时间很长，也无危险，如果需要， 电池还可以工作在浮充状态。市电屮断平凡发生的情况是很少的，应急灯对电池充电的速 度要求不高。考虑上述因素本设计充电电压取13. 5v，略低于工程实用经验值13.8v。大 多数应急灯均长期接在市电电源上，电池处于后备充电状态，故选用恒压充电方式。简单， 安全。电路采用恒定电压对后备电池充电，不会发生过度充电的问题。第四章硬件功能电路分析与设计4.1总体设计框图按照应急灯实际工作中的作用，硬件电路如附录1所示，可分为主要的几个部分。以 at89c2051单片机作为整个电路的核心控制单元，通过它控制其他模块来完成各种复杂的

30、操作。利用lh）作为该电路应急灯光源，能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。市 电检测电路和光控电路用来检测应急场所市电的状态和应急场所光线的的强弱，来判断是 否需要接通应急灯。电源电路采用集成三端稳压器，不仅耍完成给蓄电池充电，而且还耍 提供控制电路的工作电压。增加一些电源指示显示，增强该电路的可观察性。电路如图3 所示。市电及电源 充、放电电路应急灯电源光控电路市电裣测电路试验检测电路led应 急灯光 源圏3总体设计框圏4.2中央处理单元电路设计为了改进传统应急灯采用分立元件设计控制电路，控制电路功能简单，该电路采用単 片机at89c2051作为其核心控制单元，其外围电路有复位电路和时钟

31、电路。复位电路有r1、 r2和c1组成；时钟电路有6m11z晶体、c2和c3组成。按钮开关s2和1k电阻组成一个简 单的测试电路，当按下s2,给单片机送一个低电平信号，通过内部程序驱动输出控制继电 器，点亮应急灯。中央处理单元用于接收和判断外部电路送来的检测信号，通过内部程序 控制，再给相应的控制电路发出执行信号，驱动相应的电路动作。电路图如图4所示。r2 i okclosiri 20022ufrst/vppp3.0(rxd) p3.1 fl xd)xtal26 mhzxtal1c2-3pf33pfgnd12345678910at89c205109876543212111111111图4中央处

32、理电路at89c2051芯片介绍：at89c2051是atmel公司生产的低电压、高性能cm0s8位单片机，片内含2k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(eprom)和128bytes的随机数据存储器(ram),采用atmel 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内罝通用8位中 央处理器和flash存储单元，功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用 场合。其管脚阁如阁5所示。rst/vpp(rxd)p3.0 (tx 13)1)3.1xtal2_xpall (int0)p3.2(int1)p3.3(t0)p3.4(ti)p3.5gndc

33、 765432107 c113at89c20515 at89c2051 管脚(1)主要功能特性：*兼容mcs51指令系统;*2kb可重编程flash存储器(1000次)；*2. 7-6v电压范围；*全静态工作：0hz-24khz；*128*8 位内部 ram;*15条可编程i/o线；*两个16位定时器/计数器；*6个中断源，两个外部中断源；*可编程串行通道；*高精度电压比较器(pl.0, p1. 1，p3.6)；*直接驱动led的输出端口；*低功耗空闲和掉电模式；(2) at89c2051引脚功能说明：vcc：电源电压+5v。gnd：接地端。?1口： pl 口是一组8位双向i/o接口，p1.2

34、-p1.7提供内部上拉电阻，p1.0和p1. 1 内部无上拉电阻。p1门输出缓冲器可吸收20ma的电流并可直接驱动led。p3 口： p3 u的p3.0-p3. 5、p3. 7是带有内部上拉电阻的7个双向t/o接口。p3. 6没 有引出，它作为一个通用的i/o 口，但是不可访问。可作为固定输入的片内比较器的输出 信号。当p3 口写入1时，它们被内部的上拉电阻拉高并可作为输入端口。rst：复位输出。xtal1：振荡器的反相放人器及内部时钟发生器的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。p3 口的特殊功能如表2所示：表2 p3 口的特殊功能端口引脚功能特征p3. 0rxd （串行输入口）p3

35、. 1txd （并行输入口）p3. 2intq （外部屮断0）p3. 3壓（外部中断1）p3. 4to （定时/计数0外部输入）p3. 5t1 （定吋/计数1外部输入）4. 3市电及电源转换电路该电路的主要有两部分电路组成，分别是蓄电池充电电路和中央处理单元的电源电路。 把交流220v电压经过变压器降压，再经整流滤波后，通过稳压电路给12v蓄电池充电， 该电压不仅要作为应急灯的电源，而ii还要为中央控制单元供电。4. 3. 1蓄电池充电电路对蓄电池的充电方法有很多种，经过前面的分析，我们知道恒压充电对蓄电池有很大 的好处，因此蓄电池的充电电路我们采用恒压充电来设计。该电路主要有电源变压器t1、

36、 桥式整流滤波电路和集成三端稳压器lm317组成。电池充电电路如阁6所示。（1）原理分析：220v交流电经变压器t1降压，变为交流15v, vi v4组成桥式整流器，交流电经整 流后变成单向脉动直流电，再经过cio进行滤波，滤除其中的交流成分。lm317为三端可 调正稳压器。由电位器rp2将输出调整至13.5v，r13, r12与三极管组成限流电路。当蓄 电池充电电流lo小于限定值时，t截止：当lo大于限制值时，t导通，uo下降，lo也下 降。v6为防反充。(1)根据wl317的使用说明，稳压器的输出端和调整端之间的电压是非常稳定的电 压，其值为1.25v。电阻r11般取240q。uo按使用要

37、求为13.5v，它主要是由调电阻rp2决定。有公式：uq =fl + xl.25v(1)可得：r =- l)x /?11 = (| - l)x 240 = 2352q(2)其中a是可调电阻rp2和r12等综合作用后的等效电阻，其值略小于可调电阻rp2, 所以选择rp = 3kq。(2)为保证 lm317 正常工作取(7。=13.5v+ 4 = 17.51/因为=1.2%,所以 =14.6v,因此变压器次级电压取标准值15v。当220 v交流电受影响波动一 10%时：b|j u2 二 15x0.9(7< =15x0.9x1.2 = 16.2vua-uo =16.2v-13.5v = 2.7

38、v(4)lm317仍可工作在稳压状态。当220v上浮10%时："max =15xl.lxl.2 = 19.8v ,小于lm371最高允许输入电压30v限流部分元件设计三极管选用9013,导通阀值0. 50. 7 v限流值为0. 6a;故r13应选用1 q , r13的 耗散功率为 p = 0.6vx 0.6a = 0.36w （4） lm317三端稳压器介绍：lm317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。lm317的输出电压范围 是1.2v至37v,负载电流最大为1.5a。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输 出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压

39、器好。lm317内置有过载 保护、安全区保护等多种保护电路。通常lm317不需要外接电容，除非输入滤波电容到 lm317输入端的连线超过6英寸（约15厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端 使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。特性简介：可调整输出电压低到1.2v。保证1.5a输出电流。典型线性调整率0.01%。 典型负载调整率0.1%。80db纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全 工作区保护。标准三端晶体管封装。电压范围：1.25v至37v连续可调。lm317工作原理:lm317的输入最高电压为30多伏，输出电压1. 532v。电流1. 5a。 不过在用的

40、时候要注意功耗问题，注意散热问题。lm317有三个引脚.一个输入一个输出一 个电压调节。输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电压调节引脚一个引脚接电阻（200 左右）在输出引脚，另一个接可调电阻（几k）接于地.输入和输出引脚对地要接滤波电容。4. 3.2中央处理单元电源电路中央处理单元电源电路主耍有三端稳压器wl7805组成。220v交流电经变压器降压后， 在通过整流滤波稳压，给12v蓄电池进行充电。12v蓄电池不仅要作为liw应急灯的驱动 电源，同时12v蓄电池电压经过7805稳压后产生5v电压，作为控制器的主电源。在220v 交流市电断开后，直流5v仍然给单片机控制电路供电，使电路完成相应

41、的操作。电容c5 用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡。同样电容c6为滤波电容， c7为高频旁路电容，用于消除输出电压中的高频噪声。r1为限流电阻，led为5v电源指 示灯，可以观察控制电路的供电是否正常。电路图如图7所示14。图7中央处理单元供电电路4. 4应急检测电路该电路的功能是在应急场合当满足应急要求时（220v交流市电断开且应急场所光线变 暗），通过应急检测电路检测到信号，该信号必须是在两个应急条同时满足时才会产生， 将信号传送到中央控制单元，然后经控制单元内部程序发出控制信号，驱动外围电路使应 急灯点亮。应急监测电路有两部分组成，一个是市电检测电路（市电显示电路）

42、，另一个是光控 检测电路。任何一个条件满足时都不会点亮应急灯。只冇同时满足这两个条件时，屮央处 理单元才会给外围电路发出控制信号，驱动应急灯点亮。这部分电路不仅要冇硬件电路, 同时还需要软件辅助完成。电路图如图8所示。阁8应急监测电路r718k电阻r4和led灯接在整流滤波电路之后，其作用主耍是：当市电正常时，led发光, 可以用作电源指示灯判断市电是否正常。当市电正常时led发光，无论应急场所的光线强弱与否（无论白天还是晚上）光敏电阻rg均呈低阻状态，三极管9013截止，给单片机 at89c2051的p1.5门，送高电平，通过内部程序控制，使应急灯不亮。当市电断开，我们可以通过1上1）指示灯

43、熄灭来判断,但是如果应急场所光线比较强时， 应急场所不需要应急，光敏电阻rg仍呈低阻状态，控制电路使应急灯不亮。但是当市电 断开且应急场所光线变弱时，光敏电阻kg的阻值将会变大，呈高阻状态，此时三极管9013 导通，给单片机at89c2051的p1.5 口送低电平，通过闪部程序控制，使应急灯点亮。为提高光敏电阻的灵敏度，将led指示灯选用白光或无色的发光二极管，光敏电阻rg 选择mg45型光敏电阻。为了能让光敏电阻充分感受到电网指示灯的光线，应尽量使指示 灯led靠近光敏电阻rg。4.5电池保护电路蓄电池在使用过程中形成不可逆硫酸盐化，成为导电性能差、难以溶解、充电时难以 恢复的硫酸铅结晶，即

44、通常所说的不可逆盐化，导致电池失效。统计表明，绝大多数电池 的失效都是由于电池的过放电导致电极活性物质的不可逆硫酸盐化造成的。防过放电路的 作用是防止蓄电池深度的放电，导致蓄电池的使用寿命缩短，増加系统的维护成本。4. 5. 1定期放电电路在现实的生活当中，市电并不会经常地断开，因此应急灯可能在一段长时间内用不到, 但是我们已经把蓄电池充满，在需要时点亮应急灯，经研究发现电池定期进行一次放电， 有利于活化电池，可以略微提升电池的容量。这部分电路兰耍是通过单片机at89c2051内 部程序计时，设定时间为一个月，如果屮间出现断电应急现象，则重新开始计时，否则计 吋吋间一到就输出控制信号接通放电冋

45、路。电路如图9所示。图9定期放电电路4. 5. 2防过放保护电路r8、rp1、c9、zd1和lm308组成充电电池过放电压检测和控制电路。当电池过度放电， 端电压下降至允许值下限时，灯自动关闭，防止电池因深度放电而损坏。电路如图10所 示。12v铅酸电池，放电电压不能低于10. 8v，检测的原理是：首先给rp1设定一个过放 电压比较值，电压比较器的两个管脚采集到电压。当蓄电池放电电压使其端电压大于预先 设定的过放电压值时，集成运放lm308的3脚电位高于2脚电位，6脚输出高电平，如果 蓄电池放电电压使其端电压低于预先设定的过放电压值时，集成运放lm308的3脚电位低 于2脚电位，6脚输出低电平

46、，集成运放lm308的第6脚接单片机at89c2051的pi. 4 口， 给单片机送一个低电平信号，通过内部程序控制放电电路断开。6.2v=x1o.8v过放电压比较值为 rp +/?8(5)d, 6.2vx6.2k o =« 8.36尺则rp1的过放值为10-8v-6 2v图10防过放保护电路(1) lm308稳压块介绍：lm308是精密运算放大器，对非稳压电源有足够电源抑制，其工作温度范围0 +70 c,它在10m欧电源阻抗下工作误差比在10k欧电源阻抗下工作小，积分器漂移小于500uv/秒，采用不大于luf电容可获得大于1小时的模拟时间延迟。管脚图如图11所示。特性：最大输入偏置

47、电流0.3na;失调电流小于400pa；电源电流只有300ua（含饱和时）; 保证漂移特牲；compi8comp 2输入-27 v +输入+3l>16 输出v45nc图11 lm308管脚图4.6 lk）光源组合及驱动电路因为我们选用的应急灯供电电源是采用12v的蓄电池进行供电，因此我们采用恒压驱 动。该电路的功能是：当应急检测电路检测到应急场所需要应急时，就给中央处理电路发 出信号，然后在程序的控制下，在单片机at89c2051的p1. 6 口送一个低电平信号，三极 管v6导通，使继电器导通，将12v蓄电池接到led灯源上，此时led发光。电路如图12 所示141。5v12v图12 l

48、ed光源驱动电路设计led灯时，我们应该考虑采用什么样的组合方式，合理的配合设计，冰能保证led 正常工作。白色uw发光效率接近荧光灯的水平，并在稳步増长屮。如图13所示传统背光照明单元的白光led是并联驱动，由于白光led的亮度取决于 电阻的阻抗值。然而白光led的电压vf本身具有不同的波动范围，因此相同的电阻会使 白光led的亮度产生分布不均现象。rrrv i图13传统白光led并联驱动方式因电压波动引起g光led亮度不相同时，背光照明单元的光线就会有照明不均匀的问 题。虽然使用电器特性相同的白光led可以改善亮度不均匀问题，但实际上无法获得电气 特性相同的白光led。应根据各个白光led

49、的电气特性，逐一调整负载电阻。但是，实际 上这种方式不是解决问题的方式。为使白光led的电流相同，可以用串联方式如图14所 示的方式。由于电流1相同，亮度几乎一致。但是当某一颗led品质不良短路时，由于驱 动器输出电压不变，那么分配在剩余的led两端电压将升高，驱动器输出电流将增大，导 致容易损坏余下所冇led。图14传统白光led串联驱动方式在需要使用比较多lh）的产品中，如果将所有led串联，将需要led驱动器输出较高的电压。如果将所有led并联，则需要led驱动器输出较入的电流。将所有led串联或并 联，不但限制着led的使用量，而且并联uw负载电流较大，驱动器的成本也会大增。解 决办法

50、是采用混联方式。串并联的led数量平均分配，分配在同一串联led上的电压相同， 通过同一串每颗lh)上的电流也基木相同，lh)亮度一致。如图15所示采用三个wd串联， 然后在并联十排3。根据国家标准消防应急灯具的要求，消防应急灯供电的时间不小于90mino我们 选择蓄电池电池为12v、2/v/。选择工作电压为3v,电流为20ma的高亮白光led。灯亮时间为：h= 2ah =h)h(6)1 ox 20ma限流电阻：/?='2v3x3v -150q(7)2qma通计算可知。与传统应急灯相比，利用同一型号的电源，采用led光源的应急灯的点 亮时间明显变长。如果出现特殊情况需要长时间照明，此时

51、就可以 满足需要。如果亮度不够还可以增加ifd的数量，只要不超过允许值。以应急灯亮2小吋 计算最多可并排数为：n =2ah=50(8)图15传统白光i上d混联驱动方式第五章软件系统设计软件系统的设计，首先根据硬件电路所要完成的具体功能进行设计。根据控制过程设 计出软件系统的流程框图，再根据硬件电路的各个模块的控制要求，设计对应的程序，然 后把各段程序组合起来。程序如附录2所示。软件系统主要完成的功能：系统通电后,主程序先完成初始化工作，包括设定定时器/计数 器的工作方式及初值，将有关存储单元置初值，启动定吋器/计数器，开中断等等。然后程序 将不断的处于循环查询外部电路送来的信号的状态中。检测是

52、否有应急信号送来，判断是 否需要应急。如果检测到应急信号，则通过内部程序驱动应急灯控制电路点亮应急灯。如 果在计时一个月的时间中，没有检测到应急信号，则启动放电电路给蓄电池放电。在放电 过程屮，如果检测到有应急信号，则终止放电驱动应急灯点亮。如果应急灯长时间处于点 亮应急状态，蓄电池长吋间放电，造成蓄电池过放，检测到过放信号后，就驱动输出电路， 关闭应急灯。结论木文论述了采用单片机控制led应急灯的控制原理与实现方法。首先通过对传统应急 灯的分析，以及在现实生活中观察。根据相关技术规范的耍求，分析提出了传统应急灯在 现实生活中存在的不足，针对存在的不足提出了具体的改进措施，对传统应急灯的照明光

53、 源以及控制电路进行分析改进。分别提出改进措施，首先选择新型发光材料，采用高亮白 光lf»作为光源，提高了光源的发光效率，减少对电源的损耗，节约资源，降低成本。采 用单片机at89c2051改进控制电路，增强电路的控制功能，提高了电路的可控性和可视性。 但由于资料和水平有限，在电源显示和保护方面做的还不够完善，在以后的学习和设计中 将会加以改进。致谢在大学的学习阶段，我要感谢机电学院的全体老师给我们讲述知识，使我们受益匪浅, 是您们冰给了我们这样的机会。在此，向您们致以崇高的敬意！在毕业设计结束之际，首先感谢我的导师，在整个设计过程中导师在设计思路和设计 方法上给予我以充分的指导，对

54、我论文不厌其烦的精心修改，提出y许多宝贵的意见使我 能够顺利的完成毕业设计。老师渊博的知识和严谨的治学态度让我十分佩服。在本次设计 中我不仅受到老师的学风、师德的熏陶，而且他的学识和风范、关怀和教诲，将成为我永 远的精神动力，并相信这在我的人生中将会受益匪浅，同时也使自己的理论学习和实际联 系得更加紧密。在论文完成过程屮，同时也得到了许多其他老师以及同学的热心帮助和支持，让我分 享他们宝贵的经验和知识，在此向他们表示由衷的感谢。参考文献1王平，亓祥民.关于消防应急灯的使用研究与改进j.工程技术,2008(4): 992丁宏军.集屮电源型消防应急灯具使用屮的问题与对策j.建筑电气,2007(5): 29313周炳峻，刘峰，黄旭强.三款高亮led节能应急灯剖析与改进j.电子世界,2007(4): 39404周志敏，周纪海，纪爱华.led驱动电路设计与应用m.北京:人民邮电出版社，20065宝发.全自动多用途应急灯j.电子制作,2006(11): 66676何立民.单片机实验与实践教程m.北京：北京航空航天人学出版社，20067刘佩章.小型高效应急灯的制作j.电子制作,20