基于51单片机的航标灯控制器设计与实现

山东新巨龙能源有限公司 孔 磊

基于51单片机的航标灯控制器设计与实现

山东新巨龙能源有限公司 孔 磊

航标灯是为夜间行驶的船只提供安全保障必要装置，很早人们就在近海岸设立航向标，以便船只识别目标并为船只导航。本设计中的智能航标灯，将温度测量和常规航标灯相结合实现了航标灯的智能控制从而将航标灯智能化，也能更好的应对未来智能电网技术和物联网通信技术的智能化结合。设计的主控芯片为STC89C51，光源传感器采用光敏电阻模块实现智能启动和休眠的功能，并且有温度传感器作为温度测量模块实现温度的实时监控，最终实现了航标灯的全部功能，并且拥有可靠性高，智能检测控制，经济性好等众多优点。

认知无线电；认知网络；频谱感知；频谱分析

1 引言

航标灯，是一种交通安全巡航灯，在恶劣天气以及能见度低的夜间或大雾天气中给船只引导航向的坐标灯。它在夜里发出固定的颜色和一定频率的闪烁，以达到一定的映射角度和可见距离。航标灯的种类有固定灯船、浮标、灯塔和灯标4种。固定浮标、灯标和灯船是作巡航和导航用的信标并有警示的作用。航标灯在海面之上夜间发出可被识别的灯光信号，供船只导向和确定船只位置并在危险和异常情况时向船只发出危险信号或警示信号，近些年来，伴随科技的发展和先进智能化技术被引入到航标灯建设中，航标灯智能化得到了广泛的应用，人类的水上活动区域日益增大，航标灯的重要性更加凸显。因此，航标灯也有了重新的定义：航标灯是为各种水上活动提供安全可靠、高效智能的导航设备。航标灯的新定义，对航标灯的功能和智能化提出了较高的要求，使其服务领域都有了较大的扩宽，对其性能也有了更高的要求[1]。

重新定义将航标灯的功能从助航导航扩大到智能化信息检测和助航导航。船只导航服务和船只智能辨识系统运用微波传输技术和模拟电子技术及数字电子技术，船只的定位和船只的智能化导航，海面上运行的船只，从巡航面板上中获得来自船只的实时运行情况并控制调度中心发送的实时信息，以减少船只方位迷失和浅滩海域的危险并能起到一定保护生态环境的稳定的作用[2]。

2 硬件电路的设计方案

航标灯的设计方案以STC89C51( DIP40 )单片机为主控芯片，以光敏电阻模块作为光源传感器通过读取光敏电阻模块的电平高低以判断光源的强弱进而区分白天与黑夜，获得光敏电阻模块电平后通过主控芯片的逻辑判断程序进而驱动航标运行或休眠[3]；为了获得较高的稳定性通过比较器将数字信号送入主控芯片，与预设电压值相比较，若高于预设电压则逻辑判断为运行状态（夜晚），若低于预设电压则逻辑判断为休眠状态（白天）。本设计还有异常复位功能，考虑到主控芯片可能受到干扰导致程序跑飞，使用复位电路来实现复位功能。温度传感器DS18B20是将温度信息实时传递给主控芯片（STC89C51）主控芯片根据自身的算法将温度数据通过LCD1602显示在液晶屏上。

2.1 主控电路的框架

通过以单片机为主控芯片为中心，外围电路主要有，电源电路和复位电路以及晶振电路构成的最小单片机系统[4]，通过显示模块1602液晶作为输出显示模块，测温模块以DS18B20温度传感器作为实时测温的器件，光敏电阻模块主要通过光敏电阻对外界光源的监测从而控制航标灯的亮灭， LED模块作为主要的指示原件，代表了整个系统的运行情况。图1所示为主要模块。

2.2 单片机模块

在各个领域单片机均有广泛的应用，小到电子表，大到宇宙飞船，单片机被作为主要的控制元件使用，其中51单片机因为其价格低廉，操作简单，稳定好，技术成熟等众多优点，从而在家用电器或中小型工业控制器中广泛使用，对于航标灯控制器设计，需要光敏模块传感器和温度传感器相结合控制并且实现显示温度的功能。基于综合考虑51单片机作为最佳选择的主控芯片，并且对航标灯控制器的二次开发和后期拓展留有较大空间，其稳定性和经济性均满足设计需求，故选用51单片机。

图1 主要模块

2.3 显示模块

显示模块根据其实用性和经济性方面出发，1602显示模块其实用性满足本设计的要求，模块具有背光功能，能够在夜晚和强光条件能够清晰的显示，价格也比较便宜，基于以上的优点所以在12864模块和1602模块中选择性价比较高的1602模块。

1602模块的名称就代表了本模块可以显示的内容情况，每行16位字符显示方块，一共2行，显示内容可以为16*2，所以称之为1602LCD显示模块。

2.4 测温模块

DS18B20是一款单总线操作的温度传感器，操作方便且精度高，所以广泛适用于各种电路设计中，和热敏电阻相比能够直接准确的获得温度数值方便主控系统的操作和判断。且占用资源少，并且单线上可以并联3个DS18B20温度传感器大大节约资源，并能实现多点测量并组网的功能，方便后续的二次开发和利用，用户还能根据自身的需要设置报警功能，故而选用DS18B20作为本设计的测温模块[5]。

2.5 光敏电阻检测模块

光敏电阻是一种类似滑动变阻器的一种电阻，但是其控制滑块是由光线决定的而非真实存在的滑块，根据环境光线的强弱光敏电阻的阻值随之改变，从而改变光敏电阻两端的电压，通过检测光敏电阻两端的电压进而判断当前的光线强弱，根据此原理可以在系统中作为简易的光源传感器，因其廉价而且稳定度较高，对于要求不是很高的光源检测系统中，可以使用光敏电阻作为主要的光源控制或检测系统的传感器[6]。

图2 设计实物图

3 测试及总结

在单片机开发板上连接好硬件电路以后，然后连接5V电源进行测试，在测试过程中发现了以下问题：(1)电路不能实现预设功能，经过软硬件调试后发现延迟函数与所编写程序的延迟函数时间不吻合，通过检查得出晶振错选为12MHZ 将晶振换为11.0592HZ电路实现正常功能。

(2)光敏模块D0口信号不稳定，经过多次调试将D0加载上拉电阻从而使其信号稳定（见图2）。

总的来说，单片机应用技术是集综合性，科学性，实践性于一身的应用型课程。本次的课程设计过程对我来说，更像是一次关于微机开发应用的初步实践训练，在此过程中，我学习了有关微机系统的硬软件设计方法和设计步骤；熟悉了单片机硬件原理和keil开发工具的调试，在此基础上，熟练掌握了实际设计中的硬软件调试方法和调试步骤。

[1]田辉.微机原理与接口技术[J].电子工程师,2013,12(8):52-64.

[2]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计(第四版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010:138-157.

[3]郭天祥.51单片机C语言剖析[J].爱上制作,2014,11(3):26-28.

[4]李晓林,牛煜光,闫高伟.单片机原理与接口技术[J].工业电子,2013,12(8):52-64.

[5]谭浩强.C程序设计(第四版)[M].北京:清华大学出版社,2010: 124-129.

[6]杜洋.爱上单片机[J].无线电,2014,32(6):6-10.

[7]潘雪涛. 传感器原理与检测技术[J].电子报,2011,24(11):82-83.