基于单片机控制的led应急灯研究

基于单片机控制的led应急灯研究内容摘要：

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。 终止电压值不是固定不变的，它随着放电电流的增大而降低。 电池的充电方法常用的有三种： （ 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，充电时间太长，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  ）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。 市电中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 ，略低于工程实用经验值。 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。 5 硬件功能电路分析与设计 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操作。 利用 LED 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，不仅要完成给蓄电池充电，而且还要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。 9 图 3 总体设计框图 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，该电路采用单片机 AT89C2051 作为其核心控制单元，其外围电路有复位电路和时钟电路。 复位电路有 R R2 和 C1 组成；时钟电路有 6MHZ 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。 图 4 中央处理电路 AT89C2051 芯片介绍 ： AT89C2051 是 ATMEL 公司生产的低电压、高性能 CMOS8 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 中央处理单元 LED 应急灯光源 市电检测电路 应急灯控制电路 试验检测电路 光控电路 市电及电源 应急灯电源 充、放电电路 指示电路 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 9 M a y 20 0 9 S he e t o f F i l e : F : \韩阔海毕业设计 \应急灯 . D d b D r a w n B y:6 M H z3 3P F 3 3P F5V1R S T / V P P2p 3. 0 ( R X D )3p 3. 1 ( T X D )4X T A L 25X T A L 16p 3. 27p 3. 38p 3. 49p 3. 510GND11p 3. 712p 1. 013p 1. 114p 1. 215p 1. 316p 1. 417p 1. 518p 1. 619p 1. 720V C C5V2 2u FS1R1 2 00R21 0kAT89C20511KS2C1C2C3R3 10 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 MCS51 指令系统，片内置通 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 管脚图如图 5 所示。 图 5 AT89C2051 管脚图 （ 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）； * 电压范围； *全静态工作： 0Hz24KHz； *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 （ ， ， ） ； *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。 P1 口： P1 口是一组 8 位双向 I/O 接口， 提供内部上拉电阻， 和 内部无上拉电阻。 P1 口输出缓冲器可吸收 20mA 的电流并可直接驱动LED。 P3 口： P3 口的 、 是带有内部上拉电阻的 7 个双向 I/O 接口。 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AT89C20512134591087611121314151617181920R S T / V P P(R X D )P 3 . 0(T X D )P 3 . 1X T A L 2X T A L 1(I N T 0 )P 3 . 2(I N T 1 )P 3 . 3(T 0 ) P 3 . 4(T 1 ) P 3 . 5GNDV C CP 1 . 7P 1 . 6P 1 . 5P 1 . 4P 1 . 3P 1 . 2P 1 . 1P 1 . 0P 3 . 7 11 为输入端口。 RST：复位输出。 XTAL1：振荡器的反相放大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 RXD（串行输入口） TXD（并行输入口） 0INT (外部中断 0) 1INT （外部中断 1） T0（定时 /计数 0 外部输入） T1(定时 /计数 1 外 部输入） 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，而且还要为中央控制单元供电。 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 T桥式整流滤波电路和集成三端稳压器 LM317 组成。 电池充电电路如图 6 所示。 （ 1） 原理分析： 220V 交流电经变压器 T1 降压，变为交流 15V， V1— 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 C10 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 ， R13，R12 与三极管组成限流电路。 当蓄电池充电电流 Io 小于限定值时， T 截止：当Io 大于限制值时， T 导通， Uo 下降 , Io 也下降。 V6 为防反充。 12 1234C 1 0132L M 3 1 7R 1 3 1R 1 2100R 1 1240R P 23K12V 蓄电池C 1 1100uFV6T12 2 0 / 1 5 V220 ~V1 V4I N 4 0 0 7 X 4N P NV5470uFAB12VK1 图 6 蓄电池充电电路 主要设计计算： （ 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。 电阻 R11 一般取 240。 Uo 按使用要求为 ，它主要是由调电阻 Rp2 决定。 有公式： VRRU 39。 0   （ 1）可得：  2352240) (11)( 039。 RUR （ 2） 其中 39。 R 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 = 3KΩ。 (2） 为保证 LM317 正 常工作 VUUa 30  ，取 VVU a  因 为 UUa  ，所 以 VU  ，因此变压器次级电压取标准值 15V。 当 220Ｖ 交流电受影响波动 — 10％ 时： 即 U (3) VVVUU oa  (4) LM317 仍可工作在稳压状态。 当 220V 上 浮 10％ 时： m a x 15    ， maxU 小于 LM371 最高允许输入电压 30V。 (3)限流部分元件设计 三极管选用 9013，导通阀值 ～ V 限流值为 ；故 R13 应选用 1Ω ，R13 的耗散功率 为 WAVP 。 （ 2） LM317 三端稳压器介绍 ： VU a  13 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 至 37V，负载电流最大为。 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。 (1)特性简介 ： 可调整输出电压低到。 保证 输出电流。 典型线性调整率 %。 典型负载调整率 %。 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。 (2)电压范围 ： 至 37V 连续可调。 (3)LM317 工作原理： LM317 的输入最高电压为 30 多伏，输出电压。 电流。 不过在用的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。 中央处理单元电源电路 中央处理单元电源电路 主要有三 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 LED 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。