基于单片机的电子鞭炮设计*

张建荣，王 磊，郭 鑫，李家廷

(山西工程科技职业大学,山西 晋中030619)

0 引言

鞭炮,在很多情况下寓意着喜庆、吉祥,无论是过年过节,还是结婚嫁娶、进学升迁,以至大厦落成、商店开张等等,只要为了表示喜庆,人们都习惯以放鞭炮来庆祝。每逢春节、佳节、婚嫁等这些欢乐喜庆的日子,鞭炮声震耳欲聋,给人以欢欣与鼓舞,这种活动历史悠久。但是,鞭炮虽然可以给节日增添欢乐的气氛,但放鞭炮释放的烟尘,溅出的火星,容易造成环境污染[1],甚至引起火灾,而且一些烈性爆竹每年都会造成一些人员伤亡,给人们的生命安全和财产安全带来了严重的损失。随着社会的进步,人们的文明、环保意识增强,这种逢年过节放鞭炮的习俗,已引起各界的重视。现在我国许多城市都已经明令禁止燃放烟花爆竹。

为了解决燃放鞭炮引起的环境污染等问题,同时考虑烘托节日的喜庆氛围,电子鞭炮[2]油然而生。电子鞭炮不仅能发出和普通鞭炮一样的声音,而且可以伴随着鞭炮声发出光闪,达到以假乱真的效果。同时,与传统鞭炮相比,电子鞭炮不会污染环境,也不易发生火灾威胁人身安全和造成财产损失,可以重复使用,同样可以达到增加喜庆感,既环保又经济。将来,电子鞭炮必将是一个长远的发展趋势。

1 总体设计

本文介绍一种电子鞭炮的设计。鞭炮系统由单片机作为主控单元,当光控触发电路中接收到光照时,单片机控制点火电路工作,用来模拟普通鞭炮引线燃烧的过程,当模拟点火电路工作完成时,单片机控制启动声效电路播放鞭炮声响,同时启动闪光电路模拟普通鞭炮燃放时产生的火花。电子鞭炮总体原理框图如图1所示。

2 单元电路设计

2.1 控制单元

本次设计使用的是52单片机,是一款使用价值高、能量消耗少的微型控制器,其中包含可编程的8 k字节闪存系统[3]。52单片机使用传统51系列的内核,增添了一些新功能,灵活性高且有效性强,能够在内部擦写十万次,看门狗(能保护芯片),4 k只读存储器,7向量4级中断,双向串行口,是目前单片机使用的首选之一。

2.2 点火电路

点火电路可采用若干个发光二极管排成引线形状,模拟普通鞭炮点火时引线燃烧的过程。本设计中,当单片机控制启动点火电路工作时,8个发光二极管按照顺序依次点亮。点火电路图如图2所示。

图2 点火电路

2.3 光控触发电路

光控触发电路采用光敏电阻电路来实现。光敏电阻选用MG44-04。光控触发电路图如图3所示。在无光照下,光敏电阻的暗电阻阻值至少可以达到2 MΩ以上,电阻R9选用定值电阻40 kΩ,此时光敏电阻暗电阻阻值至少为R9阻值的50倍以上,所以R9的分压在0.1 V以内,触发电路输出电压为低电平,不触发单片机启动点火电路;当点火时,即有光照时,光敏电阻的亮电阻值在10 kΩ以下,这时,R9的阻值超过光敏亮电阻值的4倍,R9的分压值在4V以上,触发电路输出高电平,触发单片机控制启动点火电路。

图3 光控触发电路

2.4 声效电路

声效电路采用基于三极管的音频功放电路。系统可提前将普通鞭炮燃放的声效音频储存到单片机程序中。当单片机输出低电平时,三极管导通,扬声器发声;单片机输出高电平时,三极管截止,扬声器不发声。乐曲的播放是通过单片机定时器产生不同频率的脉冲信号,发出不同的音调,同时控制音调持续时间的长短来控制节奏而完成的。声效电路图如图4所示。

图4 声效电路

2.5 闪光电路

闪光电路采用三极管驱动的LED电路实现。当声效电路工作时,单片机同时控制闪光电路中LED工作,并根据扬声器发出每个音调的节奏相应闪烁。闪光电路图如图5所示。

图5 闪光电路

3 结语

电子鞭炮相比传统的鞭炮具有无污染、危险系数低、可重复利用、节约成本等优良性能,具有非常广阔的发展前景。本文设计的一款电子鞭炮系统具有原理简单易懂、成本低廉、使用便捷、易于维修等优点。而且本设计还可以进行二次开发,增添烟花、节日彩灯的功能,以达到更好的观赏效果,非常具有实用性。