基于单片机的航标灯设计

航标灯是为保证船舶在夜间安全航行而安装在某些航标上的一类交通灯。它在夜间发出规定的灯光颜色和闪光频率，达到规定的照射角度和能见距离，从而为船舶安全航行。本文设计了用51单片机的定时和中断功能设计了一个航标灯，利用STC89C52单片机，采用光敏三极管3DU5来区分来区分白天和黑夜，并且利用外部中断来决定是否触发，来控制发光二极管的亮灭，从而使船舶能在夜间能够安全行驶。

【关键词】航标灯 18B20 STC89C52 3DU5

1 系统硬件设计

1.1 单片机最小系统设计

我们采用89C52单片机，它是一个8位的单片机，两个16为的定时/计数器，五个中断源一个全双工串行口。单片机的最小系统包括晶振电路，复位电路，电源电路。

单片机读取指令和执行指令的各种操作，都是按照节拍有序的工作的，就像一个交响乐团演奏一首乐曲一样，按着指挥棒的节拍进行。执行一条指令的时间都是以机器周期为单位，机器周期有12个振荡周期组成，振荡周期有片外晶振电路和和片内振荡器组成，片外晶振电路通过一个11.0592MHz的晶振和两个30pF的电容组成，30pF的电容是上电时用来帮助的那片机起振。

复位电路分为上电自动复位和手动复位，本文采用的是手动复位，即通过接通一按钮开关，是单片机进入复位状态。在单片机运行程序的过程中，按下复位按键后，程序从头开始执行。

电源电路我们采用的由7.2V电池供电，因为单片机工作需要的电压时5V，所以我们采用LM7805电压转换芯片转化成5V电压，所以电源电路由LM7805和两个330uF的电容组成，输出的单片机正常工作的5V电压。

1.2 单片机与PC机通信的接口电路

由于单片机的输入输出电平为TTL电平，而PC机为232电平，所以要完成PC机与单片机的数据通信，必须进行电平转换。利用max232芯片来实现电平转换。在实际应用中，器件对电源噪声很敏感，所以VCC必须要对滴加去耦电容，用以提高抗干扰能力，在连接时必须尽量靠近器件。max232芯片有两路发送接收通道，可以任选一路作为接口，在本文中选的是第一路作为接口。

1.3 航标灯电路设计

本文设计的航标灯在黑夜是能定时闪闪发光，设定间隔时间为2s，即亮2s，熄灭2s；当白天来临时，航标灯应熄灭，停止定时器工作。本文设计的原理如图1。

由图1可知，本文光敏三极管我们采用的是3DU5，光敏三极管是接收光的信号而将其转换为电气信号的晶体管，在无光照时光敏电阻值很大，电路中电流很小。当光敏电阻收到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧减小，电路中电流迅速增大。其他的三极管采用的是S8050。当黑夜降临时，无光照，图中T1和Q3均截止，Q3输出高电平经反向后触发外部中断0，进入中断处理程序，在中断处理程序中，图中通过P1.7口来控制航标灯闪闪发光。当白天来临时，Q3输出低电平，反向后为高电平，触发中断，来关闭定时器，航标灯熄灭。

其中本文用到的反相器是SN74HC04N，SN74HC04N为六路反相器，本文只用了一路。

1.4 DS18B20温度传感器模块

本文采用的数字化温度传感器DS18B20采用单总线协议，即与单片机接口仅需占用一个I/O端口，无需任何外部元件，直接将环境温度转化为数字信号， 以数字码串行输出，从而大大简化了传感器与微处理器的接口。具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强，易配微处理器等优点。本文用的DS18B20只有三个端口，VCC，GND和DQ，DQ为信号的输入输出端。可编程分辨率为9-12位，出厂时默认设置为12位，最高位为符号位，即温度值为11位，读完后再转化为十进制，然后再乘以分辨率就是实际测得的温度值。

1.5 1602液晶显示模块

本文通过1602液晶来显示测得的温度，1602液晶每行可显示16个字符，一共可以显示2行只能显示数字，大小写字母和各种符号。液晶以并行操作方式，接在P0口上，液晶1，2端为电源，15，16为背光电源，为防止直接加5V电源烧坏背光灯，加了一个10Ω电阻用于限流，3端为对比度调节端，通过一个10KΩ的电位器接地来调节液晶显示的对比度。

2 系统软件设计

如图2所示。

3 结语

本文设计的航标灯简单实用，经实验表明，可以在黑夜时闪闪发光，每隔2s闪烁，并且可以实时显示温度。主要是光敏三极管3DU5采集光照并转换为电信号，它是本次设计的重点，并且与其连接的电阻要选取合适，在实验过程中，进行了大量试验，从而使光敏三极管对光照比较敏感来触发中断，从而使船舶能在夜间能够安全行驶。

参考文献

[1]李朝青.单片机原理及接口技术[M] 北京航空航天大学出版社，2005（10）.

[2]张红润，蓝清华.单片机实用技术教程[M]. 北京：清华大学出版社，1997.

[3]孙余凯，吴鸣山.传感器应用电路300例，2008.

[4]胡汉才.单片机原理与接口技术[M] 北京清华大学出版社，2000.

作者简介

滕凯凯（1989-），山东省临邑县人。长安大学硕士研究生。主要研究方向为汽车电子、车辆工程。

作者单位

长安大学汽车学院 陕西省西安市 710064