一款太阳能警示灯的设计和实现

随着城市化进程的加快，城市建设与施工越来越多，为防止过往车辆、行人发生事故，通常在施工现场都要设置醒目的施工标志，特别是夜晚和下雨、下雪、浓雾等天气危险性更大，通常要开启警示灯以确保安全。为提高警示效果，警示灯尽量工作在闪烁状态。文中介绍的一款太阳能警示灯，电路采用太阳能电池板和蓄电池供电，具有手控和光控两种功能。自动控制状态下，天黑以后该电路能控制警示灯自动开启，并使其工作在闪烁状态，而在白天又能将警示灯自动关闭。也可采用手动控制，白天也可使其工作，便于调整，成本低廉,使用方便。

1 系统概述
    本系统有手动控制和自动控制两种工作方式。手动控制状态下，按下S1，电路接通，警示灯开始闪烁，提醒车辆或行人注意。自动控制状态下，受环境光线控制，光敏电阻的阻值大小可控制继电器的通断，从而控制警示灯的工作状态。当白天光线好时，光敏电阻阻值较小，继电器断开，警示灯不闪烁。当夜晚光线较暗时，光敏电阻阻值变大，比较器输出高电平，继电器闭合，警示灯通电开始闪烁，起到警示作用。

2 硬件设计
    本系统一共由4部分组成：电源单元、光控单元、主控MCU单元和LED发光单元。
2．1 电源单元
    本系统采用太阳能电池板经二极管1N5403给12V蓄电池充电，12V蓄电池经7805稳压后给AT2051供电，夜晚或阴天时由蓄电池供电。BT2为12 V蓄电池，D1为电源指示灯。电源单元如图1所示。

2．2 光控单元
    MG1为光敏电阻，光敏电阻器是利用半导体光导效应制成的一种特殊电阻器元件，其特点是对光线较敏感，有光线照射时，电阻阻值很小，无光线照射时，电阻阻值迅速增大，呈高阻状态。VR1为可调电阻，U21A为LM358，VT21为8050，K1为JZ-23F(4123)型继电器。VR1、MG1、R21、R22、R24组成迟滞型比较器，D2为继电器的放电二极管。尺24为正反馈电阻，引入该电阻后，比较器具有滞回特性，即具有惯性，因而也就具有一定的抗干扰能力，如去掉该电阻，在光线变化到临界状态时，如有外部干扰或输入电压在阈值电压附近的任何微小变化，都将引起输出电压的跃变，造成继电器反复吸合，工作状态不稳定。当白天光线强时，光敏电阻MG1电阻较小，压降也较小，比较器输出电平为低，VT21截止，继电器不导通，LED灯单元不工作。当夜晚光线较暗时。MG1暗电阻较大，可达上百kΩ以上，MG1上电压较高，比较器输出为高电平，VT21导通，驱动继电器导通，LED发光单元通电后工作。S1为手动开关，如白天想让其工作时，按下S1即可。光控单元如图2
所示。

2．3 主控MCU单元
    AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含2 kB的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 B的随机存取数据存储器(RAM)，兼容标准MCS-51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，仅有20个引脚，其中P1是一个完整的8位双向I／O口。
    该单元采用了AT89C2051单片机作为中央处理芯片，使得该系统的功能修改与扩展比较方便，如需修改闪烁频率与时间，只要更改相应的软件即可。
    RP1为排电阻，阻值为5kΩ，R1～R4为限流电阻。输出使用了P1.0～P1.3这4个端口，由于LED发光单元的电流大一些，在输出端口使用了NPN型中功率晶体管BD435来扩流，也可采用PNP型晶体管，修改相应程序即可。主控MCU单元如图3所示。使用Protel 99SE对该电路进行印制板布线，以AT89C2051为核心布局，电源输入端在上侧，信号输出端在右侧，利用感光法制作出警示灯印制板，印制板图和实物如图4所示。

2．4 LED发光单元
    采用LED做为发光单元，具有耗电小、亮度高、稳定性好、寿命长的优点。供电电压为12 V，一共由4个发光板组成。LED的颜色为红色和蓝色，考虑到不同颜色的LED压降不同，每个发光板由3个LED串联为一组，5组并联构成一个发光板，每个发光板共由15只LED组成。LED发光板原理如图5所示。

3 软件设计
    根据视觉感受，发光的时间在50 ms时效果较好，闪烁4次后停顿1 s，然后依次闪烁。LED灯闪烁的顺序为LED1闪烁4次→LED1、LED2闪烁4次→LED1、LED2、LED3闪烁4次→LED1、LED2、LED3、LED4闪烁4次→LED1闪烁4次。系统软件部分主要由延时和循环构成，程序流程图如图6所示。

4 结束语
    此警示灯系统适用于城市市政建设、道路施工现场及交通路口等，可有效地提醒车辆或行人注意安全，起到警示作用。该警示灯系统成本低廉、工作可靠、便于修改和扩充。