基于单片机的航标灯控制报告

第1章绪论

1.1航标灯的现状与发展

航标是保证船舶安全的必要装置,很早以前人们就已经在近海岸设立航标，以便航船识别目标和为船只导航。目前使用的航标种类包括陆上航标、水上航标和无线电航标3种，其中水上航标包括灯标和浮标。

一般航标灯都有发光装置、音响装置有些航标灯还具有无线电装置。

装有灯器的航标即为灯塔、灯船，统称为灯标。灯标在夜间所显示的特定光色、灯光节奏和周期作为标志的识别特征，以便航海人员区别。目前我国灯标使用的光色有白、红、绿、黄及橙色五种，灯光节奏有十余种。

航标的音响装置是为了船只和航海人员在五中能判别航标所在的方向，这些音响装置通过发出的声响来引导船舶航行。

在我国长达数千公里的河道和海岸沿线，分布着数量众多的航标灯。为了能及时地了解各航标灯的工作状态和工作正常与否，以便有针对性地对出现故障的航标灯进行维护，我们需要一种新的航标灯能够对其进行遥控遥测的航标灯。新型遥控遥测航标灯具有先进的设计技术，采用新型遥控遥测航标灯能够极大的提高航道维护的精确性，给船只提供了更安全更可靠的指引，同时节省了大量的维护费用。

1.2设计要求及方案的确定

设计要求：

（1）白天应停止航标灯工作。

（2）航标灯在黑夜能定时闪闪发光，亮2s,熄灭2s周期循环。

（3）枯水季节应检测水位高度，低于通航水位时要发出警告信号。

（4) 向控制台发送实际水位数据。

【设计方案】采用51单片机为主要控制芯片，在枯水季节自动监测水位高低，通过一定的扩展来实现自动控制对水位高低的自动检测与显示。完成本次课程设计任务可分为两个单元电路来分别实施，即航标灯是昼夜灯光提示和通航水位高低的灯光。然后将两个电路按要求连接成一个系统总电路即可。

第2章基于单片机的航标灯控制电路设计2.1 总体设计框图

图2.1 航标灯结构框图

2.2 单片机结构及系统工作原理

2.2.1 单片机结构及其特点

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。单尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。

我们所设计的程序是总结了目前各个智能化设计程序的水位监测系统，采用51控制单片机，集水位采集、存储、显示及远程联网于一体的设计，使得仪器仪表数字化、智能化、微型化。同

时采用AT89系列单片机，AT89系列单片机是ATEML公司的8位Flash单片机。AT89系列单片的核心是8031，在软件和硬件方面与MCS-51系列完全兼容，AT89系列的指令与有关定义和MCS一51完全相同，MCS—51系列单片机应用系统编写的程序可以直接使用。

AT89系列的引脚排列、定义与MCS-51完全一致，可以直接替换。由于内部有FlashROM，所以编写的程序烧录很方便，易于电擦除，可以反复使用，非常方便用户对程序进行修改，缩短研制周期，降低了研制成本。在单片机部有Flash存贮器，功耗特别低，FlashROM的容量从TA89C1051的1K到AT89S55的20K，有许多品种，选择余地大。

2.2.2 系统工作原理及流程图

本次的课程设计，主要是要实现航标灯的日夜交替控制和水位监测功能，所以依照这个方向，我们觉得要用分电路来实现系统功能，即日夜交替工作模式电路和水位监测电路。也就是要运用到做过的分支循环结构程序和单片机I/O口输入输出的实验。系统开始后，，实现这样的工作模式可以有多种方法，如可通过控制87C51的外部中断源INTO或INT1引脚的电位，启动或停止定时器／计数器实现晚上工作而白天停止的工作模式。除此以外，也可以使用门控位GATE为1的条件，允许外部输入电平控制启动或停止定时器／计数器来实现。但这两种情况下微处理器不管是白天还是晚上都处于工作状态，不能有效的降低能耗。本设计采用光敏二极管控制的方式，白天利用光敏二极管的控制电路切断微处

理器的供电源，迫使微处理器停工作，达到降低能耗的目的。到夜晚来临时又通过光敏二极管控制作用接通蓄电池向微处理器的提供电能

同时分支程序进行的是水位的监测，水位电路根据不同的模拟量的输入，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较。水位控制电路完成其预定功能后，便自动转到A/D转换电路，继续进行水位的检测和控制。如此往复循环，从而达到对航道航标灯的自动控制和对水位的监测和显示。

水位电路根据不同的模拟量的输入，转换为不同的数字量，经过和设定的值进行比较。水位控制电路完成其预定功能后，便自动转到A/D转换电路，继续进行水位的检测和控制。如此往复循环，从而达到对航道航标灯的自动控制和对水位的监测和显示。

图2.2 系统总的流程图

第3章各硬件单元电路的设计

3.1 控制单元AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。