基于MCU控制的电子烟花点火电路

曹后俊

摘 要 介绍并设计一个以单片机为控制核心的的电子烟花点火装置。具体实现过程包括硬件电路设计和软件编程实现，通过设计光电转换电路采集点火信号反馈给单片机；构建单片机最小应用系统完成对LED发光控制，模拟烟花点火时的发光效果；模拟图案的发光闪烁效果充分采用编程灵活和软件模块化思想。

【关键词】单片机 LED 电子烟花 软件编程

1 引言

当今社会，在喜庆的日子里，燃放烟花已经成了必不可少的项目，但燃放烟花爆竹带来的危险事故也不计其数。近年来出现了一种安全环保的电子烟花，然而市场上电子烟花点火电路大多是电路设计负责、涉及元器件众多。所以笔者提出以单片机为控制核心，用LED模拟普通烟花引线燃烧过程来实现电子烟花的点火过程，且成功完成硬件到软件的设计研制出完整的电子烟花点火部件。由于单片机体积小、质量轻、价格低、可靠性高、灵活性好、编程开发较为容易等有点，所以此项工作有较广阔的应用前景。

2 设计思路

（1）为了能更好的欣赏烟花绚丽效果，点燃烟花通常是发生在无光的夜晚，所以可采用光敏电阻将点火者发出的光信号转换为启动电子烟花的电信号。

（2）单片机内部烧写的程序处于查询状态，一旦接收到启动电子烟花的电信号立即执行LED流水灯程序模拟引线燃烧，之后再发出打开电子烟花的数字信号（如控制继电器）。

（3）可用较多的LED固定为长条引线状（本次实验用8个LED与单片机P1.0-P1.7八个I/O口相连）

（4）将光信号转换为电信号的模拟电路部分，可以采用光敏电阻的分压来实现，在未点火情况下，光敏电阻阻值很大，大部分电压被光敏电阻分得，常值电阻分压很小（小于0.5伏，无法启动单片机）；在点火情况下，在光源照射下，光敏电阻阻值减小（远小于常值电阻阻值），导致5伏电压的分压大部分将在常值电阻上（单片机接收到高电平信号，启动点火装置）

（5）编程实现流水灯和启动信号的发出，软件模块化，方便调用，循环结构体保证可循环重复使用（详见单片机控制LED源程序）

3 硬件设计

本装置的硬件设计分为将光信号转换为电信号的转换模拟电路和单片机最小应用系统的设计。

3.1 转换模拟电路的原理及实现

将5伏电压经光敏电阻和常值电阻分压，如图1所示，选择型号为MG44-3的光敏电阻（亮阻值≤5KΩ，暗阻值≥1MΩ，以下记为R2）和阻值为20KΩ的常值电阻（以下记为R1）连接如图所示，通过简单计算可知在无光黑暗条件下R2的阻值是R1阻值的50倍以上，即在R1上的分压小于0.1伏，单片机识别为低电平信号不启动装置；反之，在点火条件下光敏电阻受到光照，阻值急剧下降（≤5KΩ），此时R1的阻值为R2阻值的4倍以上，记载R1上的分压大于4伏，单片机识别为高电平信号启动装置，模拟烟花点火引线燃烧的过程，并启动电子烟花开关。

3.2 单片机最小应用系统设计

因为市场上单片机开发板价格偏高，所以本装置采用购买基础元器件和单片机芯片自主设计并焊接单片机最小应用系统。单片机要正常工作，必须具有5个基本电路：电源电路、时钟电路、复位电路、程序存储器选择电路、外围电路。

本装置的单片机最小应用系统设计如图2所示，电路焊接顺序依次为：振荡电路、复位电路、电源电路、外围电路、程序存储器选择电路。按顺序完成焊接，将3.1中设计的分压转换模拟电路和3.2中设计完成的单片机最小应用系统按图2所示连接，并在通用板上焊接固定。

4 软件设计

4.1 软件编程（本文采用C语言）

因为本装置使用LED模拟烟花引线点燃后燃烧过程，所以编程设计只需简单的给单片机I/O口输出高低电平就能取得满意的效果。具体C语言源程序给出如下：

4.2 LED显示图案改进

为吸引烟花观赏者，增强LED显示效果，将简单的流水灯显示加以改进。最简单的方法是改变各个LED发光顺序和发光持续时间，如可以让序号为奇次的和偶次的LED交替发光，形成动态闪烁的效果。其软件编程都可以使用汇编语言或Keil软件公司的C51语言编写调试。

5 结语

由于LED具有亮度高、低热量、体积小、功率低、使用寿命长、环保和响应速度快等系列优点广泛应用于照明和电子图案显示市场，具有广阔的发展前景。单片机渗透到我们生活的各个领域，某些专用单片机设计用与实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，本文所述的基于单片机控制的电子烟花点火电路方案只是该模块化电路的一个应用方面，对很多应用和设备都可以将该装置作为启动或报警电路，例如光电信号转换在火灾报警器中的应用。

参考文献

[1]樊梅香，崔琳.单片机控制LED显示屏动态显示的设计[J].河北工业科技，2011.

[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993：561-571.

[4]刘昆山.用单片机控制一个LED[J].电子制作，2010-02-01.

[5]乔月.基于光电检测技术的光盘刻录演示系统研究[D].长春：长春理工大学，2012.

[6]朱美杰.感应式无线充电技术的研究[D].南京：南京信息工程大学，2012.

作者单位

陕西师范大学物理学与信息技术学院 陕西省西安市 710062endprint

摘 要 介绍并设计一个以单片机为控制核心的的电子烟花点火装置。具体实现过程包括硬件电路设计和软件编程实现，通过设计光电转换电路采集点火信号反馈给单片机；构建单片机最小应用系统完成对LED发光控制，模拟烟花点火时的发光效果；模拟图案的发光闪烁效果充分采用编程灵活和软件模块化思想。

【关键词】单片机 LED 电子烟花 软件编程

1 引言

当今社会，在喜庆的日子里，燃放烟花已经成了必不可少的项目，但燃放烟花爆竹带来的危险事故也不计其数。近年来出现了一种安全环保的电子烟花，然而市场上电子烟花点火电路大多是电路设计负责、涉及元器件众多。所以笔者提出以单片机为控制核心，用LED模拟普通烟花引线燃烧过程来实现电子烟花的点火过程，且成功完成硬件到软件的设计研制出完整的电子烟花点火部件。由于单片机体积小、质量轻、价格低、可靠性高、灵活性好、编程开发较为容易等有点，所以此项工作有较广阔的应用前景。

2 设计思路

（1）为了能更好的欣赏烟花绚丽效果，点燃烟花通常是发生在无光的夜晚，所以可采用光敏电阻将点火者发出的光信号转换为启动电子烟花的电信号。

（2）单片机内部烧写的程序处于查询状态，一旦接收到启动电子烟花的电信号立即执行LED流水灯程序模拟引线燃烧，之后再发出打开电子烟花的数字信号（如控制继电器）。

（3）可用较多的LED固定为长条引线状（本次实验用8个LED与单片机P1.0-P1.7八个I/O口相连）

（4）将光信号转换为电信号的模拟电路部分，可以采用光敏电阻的分压来实现，在未点火情况下，光敏电阻阻值很大，大部分电压被光敏电阻分得，常值电阻分压很小（小于0.5伏，无法启动单片机）；在点火情况下，在光源照射下，光敏电阻阻值减小（远小于常值电阻阻值），导致5伏电压的分压大部分将在常值电阻上（单片机接收到高电平信号，启动点火装置）

（5）编程实现流水灯和启动信号的发出，软件模块化，方便调用，循环结构体保证可循环重复使用（详见单片机控制LED源程序）

3 硬件设计

本装置的硬件设计分为将光信号转换为电信号的转换模拟电路和单片机最小应用系统的设计。

3.1 转换模拟电路的原理及实现

将5伏电压经光敏电阻和常值电阻分压，如图1所示，选择型号为MG44-3的光敏电阻（亮阻值≤5KΩ，暗阻值≥1MΩ，以下记为R2）和阻值为20KΩ的常值电阻（以下记为R1）连接如图所示，通过简单计算可知在无光黑暗条件下R2的阻值是R1阻值的50倍以上，即在R1上的分压小于0.1伏，单片机识别为低电平信号不启动装置；反之，在点火条件下光敏电阻受到光照，阻值急剧下降（≤5KΩ），此时R1的阻值为R2阻值的4倍以上，记载R1上的分压大于4伏，单片机识别为高电平信号启动装置，模拟烟花点火引线燃烧的过程，并启动电子烟花开关。

3.2 单片机最小应用系统设计

因为市场上单片机开发板价格偏高，所以本装置采用购买基础元器件和单片机芯片自主设计并焊接单片机最小应用系统。单片机要正常工作，必须具有5个基本电路：电源电路、时钟电路、复位电路、程序存储器选择电路、外围电路。

本装置的单片机最小应用系统设计如图2所示，电路焊接顺序依次为：振荡电路、复位电路、电源电路、外围电路、程序存储器选择电路。按顺序完成焊接，将3.1中设计的分压转换模拟电路和3.2中设计完成的单片机最小应用系统按图2所示连接，并在通用板上焊接固定。

4 软件设计

4.1 软件编程（本文采用C语言）

因为本装置使用LED模拟烟花引线点燃后燃烧过程，所以编程设计只需简单的给单片机I/O口输出高低电平就能取得满意的效果。具体C语言源程序给出如下：

4.2 LED显示图案改进

为吸引烟花观赏者，增强LED显示效果，将简单的流水灯显示加以改进。最简单的方法是改变各个LED发光顺序和发光持续时间，如可以让序号为奇次的和偶次的LED交替发光，形成动态闪烁的效果。其软件编程都可以使用汇编语言或Keil软件公司的C51语言编写调试。

5 结语

由于LED具有亮度高、低热量、体积小、功率低、使用寿命长、环保和响应速度快等系列优点广泛应用于照明和电子图案显示市场，具有广阔的发展前景。单片机渗透到我们生活的各个领域，某些专用单片机设计用与实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，本文所述的基于单片机控制的电子烟花点火电路方案只是该模块化电路的一个应用方面，对很多应用和设备都可以将该装置作为启动或报警电路，例如光电信号转换在火灾报警器中的应用。

参考文献

[1]樊梅香，崔琳.单片机控制LED显示屏动态显示的设计[J].河北工业科技，2011.

[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993：561-571.

[4]刘昆山.用单片机控制一个LED[J].电子制作，2010-02-01.

[5]乔月.基于光电检测技术的光盘刻录演示系统研究[D].长春：长春理工大学，2012.

[6]朱美杰.感应式无线充电技术的研究[D].南京：南京信息工程大学，2012.

作者单位

陕西师范大学物理学与信息技术学院 陕西省西安市 710062endprint

摘 要 介绍并设计一个以单片机为控制核心的的电子烟花点火装置。具体实现过程包括硬件电路设计和软件编程实现，通过设计光电转换电路采集点火信号反馈给单片机；构建单片机最小应用系统完成对LED发光控制，模拟烟花点火时的发光效果；模拟图案的发光闪烁效果充分采用编程灵活和软件模块化思想。

【关键词】单片机 LED 电子烟花 软件编程

1 引言

当今社会，在喜庆的日子里，燃放烟花已经成了必不可少的项目，但燃放烟花爆竹带来的危险事故也不计其数。近年来出现了一种安全环保的电子烟花，然而市场上电子烟花点火电路大多是电路设计负责、涉及元器件众多。所以笔者提出以单片机为控制核心，用LED模拟普通烟花引线燃烧过程来实现电子烟花的点火过程，且成功完成硬件到软件的设计研制出完整的电子烟花点火部件。由于单片机体积小、质量轻、价格低、可靠性高、灵活性好、编程开发较为容易等有点，所以此项工作有较广阔的应用前景。

2 设计思路

（1）为了能更好的欣赏烟花绚丽效果，点燃烟花通常是发生在无光的夜晚，所以可采用光敏电阻将点火者发出的光信号转换为启动电子烟花的电信号。

（2）单片机内部烧写的程序处于查询状态，一旦接收到启动电子烟花的电信号立即执行LED流水灯程序模拟引线燃烧，之后再发出打开电子烟花的数字信号（如控制继电器）。

（3）可用较多的LED固定为长条引线状（本次实验用8个LED与单片机P1.0-P1.7八个I/O口相连）

（4）将光信号转换为电信号的模拟电路部分，可以采用光敏电阻的分压来实现，在未点火情况下，光敏电阻阻值很大，大部分电压被光敏电阻分得，常值电阻分压很小（小于0.5伏，无法启动单片机）；在点火情况下，在光源照射下，光敏电阻阻值减小（远小于常值电阻阻值），导致5伏电压的分压大部分将在常值电阻上（单片机接收到高电平信号，启动点火装置）

（5）编程实现流水灯和启动信号的发出，软件模块化，方便调用，循环结构体保证可循环重复使用（详见单片机控制LED源程序）

3 硬件设计

本装置的硬件设计分为将光信号转换为电信号的转换模拟电路和单片机最小应用系统的设计。

3.1 转换模拟电路的原理及实现

将5伏电压经光敏电阻和常值电阻分压，如图1所示，选择型号为MG44-3的光敏电阻（亮阻值≤5KΩ，暗阻值≥1MΩ，以下记为R2）和阻值为20KΩ的常值电阻（以下记为R1）连接如图所示，通过简单计算可知在无光黑暗条件下R2的阻值是R1阻值的50倍以上，即在R1上的分压小于0.1伏，单片机识别为低电平信号不启动装置；反之，在点火条件下光敏电阻受到光照，阻值急剧下降（≤5KΩ），此时R1的阻值为R2阻值的4倍以上，记载R1上的分压大于4伏，单片机识别为高电平信号启动装置，模拟烟花点火引线燃烧的过程，并启动电子烟花开关。

3.2 单片机最小应用系统设计

因为市场上单片机开发板价格偏高，所以本装置采用购买基础元器件和单片机芯片自主设计并焊接单片机最小应用系统。单片机要正常工作，必须具有5个基本电路：电源电路、时钟电路、复位电路、程序存储器选择电路、外围电路。

本装置的单片机最小应用系统设计如图2所示，电路焊接顺序依次为：振荡电路、复位电路、电源电路、外围电路、程序存储器选择电路。按顺序完成焊接，将3.1中设计的分压转换模拟电路和3.2中设计完成的单片机最小应用系统按图2所示连接，并在通用板上焊接固定。

4 软件设计

4.1 软件编程（本文采用C语言）

因为本装置使用LED模拟烟花引线点燃后燃烧过程，所以编程设计只需简单的给单片机I/O口输出高低电平就能取得满意的效果。具体C语言源程序给出如下：

4.2 LED显示图案改进

为吸引烟花观赏者，增强LED显示效果，将简单的流水灯显示加以改进。最简单的方法是改变各个LED发光顺序和发光持续时间，如可以让序号为奇次的和偶次的LED交替发光，形成动态闪烁的效果。其软件编程都可以使用汇编语言或Keil软件公司的C51语言编写调试。

5 结语

由于LED具有亮度高、低热量、体积小、功率低、使用寿命长、环保和响应速度快等系列优点广泛应用于照明和电子图案显示市场，具有广阔的发展前景。单片机渗透到我们生活的各个领域，某些专用单片机设计用与实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，本文所述的基于单片机控制的电子烟花点火电路方案只是该模块化电路的一个应用方面，对很多应用和设备都可以将该装置作为启动或报警电路，例如光电信号转换在火灾报警器中的应用。

参考文献

[1]樊梅香，崔琳.单片机控制LED显示屏动态显示的设计[J].河北工业科技，2011.

[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1990.

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993：561-571.

[4]刘昆山.用单片机控制一个LED[J].电子制作，2010-02-01.

[5]乔月.基于光电检测技术的光盘刻录演示系统研究[D].长春：长春理工大学，2012.

[6]朱美杰.感应式无线充电技术的研究[D].南京：南京信息工程大学，2012.

作者单位

陕西师范大学物理学与信息技术学院 陕西省西安市 710062endprint