疝气航空障碍灯控制系统设计
疝气航空障碍灯控制系统设计[20200406110612]
摘 要
本文是在近年来航空事业以及城市化建设的迅猛发展背景下的一项研究，对疝气航空障碍灯控制系统的研究，有利于去提高航空飞行的安全，有利于规范航空障碍灯的设置标准，有利于加强社会交通的快速发展。
疝气航空障碍灯控制系统设计的重点是实现灯在白天时不亮，在夜晚按一定频率闪烁来警示空中飞行的飞机加大和障碍物的垂直距离。航空障碍灯快速及有效的控制，需求主要芯片有一定得存储容量且可以很快读取数据，所以八位处理器已足够，并且AT89C2051单片机的本领大，价格便宜，体积小，效率又较高，多为我们所熟知，因此此次课程设计选用了该单片机作为核心芯片。由于疝气灯比普通白炽灯拥有更强的亮度和超长寿命，所以选择疝气灯作为显示部分。通过对硬件器件的选型以及课外知识的搜集来确立初步的设计思路，将课题分成几个步骤来完成，直到最后解决整个问题。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89C2051单片机疝气灯航空障碍灯
目录
1.引言 2
1.1疝气航空障碍灯课题来源 2
1.2课题研究的目的和意义 2
1.3国内外研究现状和发展趋势 3
1.4方案设计 3
2. 疝气航空障碍灯硬件结构与设计 5
2.1总体框图 5
2.2单片机介绍 6
2.3电源模块 9
2.3.1整流电路 9
2.3.2稳压电路 11
2.4光照采集模块 12
2.5同步控制电路 13
2.6 疝气灯驱动模块 15
2.7 器件清单 17
3.疝气航空障碍灯软件设计 18
3.1软件设计模块 18
3.2疝气灯模块 21
3.3同步通信模块 22
3.4循环中断模块 23
4．系统调试 25
4.1硬件调试部分 25
4.2软件调试部分 26
4.3设计结果 26
5．结束语 27
6.参考文献 28
致谢 29
1.引言
1.1疝气航空障碍灯课题来源
随着房地产事业的蓬勃发展，城市中的高层建筑也是层出不穷，与此同时社会交通也变得越来越发达，交通方式也不在局限于陆地上的，航空事业的发展也是日新月异，在这种新时代背景下，航空障碍灯正变得越来越重要。疝气航空障碍灯是为航空飞行器识别障碍物有多高以及障碍物轮廓的警示工具，试想如果高层建筑没有安装航空障碍灯，相当于在没有路灯的情况行走，这是非常危险的，航空障碍灯能否准确工作对飞机飞行以及高层建筑物的安全是有很大意义的，对航空障碍灯的进一步研究，不仅具有重要的学术意义，还具有重要的实用价值。
1.2课题研究的目的和意义
疝气航空障碍灯研究目的是控制航空障碍灯白天不亮，晚上有规律的闪烁，并且告诉飞机应该怎样避开建筑物。氙气灯是利用高压使灯内金属气体放电来发光的，而普通卤素灯则利用钨丝发光。相比之下疝气灯高亮度，长寿命，强省电，更安全。在恶劣的情况下，它依然能像白天太阳光那么的亮。疝气航空障碍灯是安全飞行的重要组成部分，也是高层建筑中必不可少的元素。
对疝气航空障碍灯的研究有利于提高航空飞行器的安全飞行，有利于规范航空障碍灯设置标准，有利于加强社会交通的迅速发展。
1.3国内外研究现状和发展趋势
随着航空事业的发展，特别是近年来高层建筑和超高层建筑越来越多，我们国家航空障碍灯的设计，安装，运行有了非常大的提高，首先生产厂家不断增多，提高了专业化生产程度；航空障碍灯的光源由过去的单一化白炽灯到现在的多光源发展。此外航空科研体制已初具雏形，专业的技术人员加多，技术能力有了显然进步。资金提供比较充足，管理体系也适合于经济要求的新式管理机制，并且与欧美发达国家之间的交流、学习不断增加，技术提高很快。
美国，日本等一些发达国家，私用的直升飞机比较多一点，多用于医疗，抢险，飞机数量的增多势必会需要停机以及低空飞行，所以他们的航空障碍灯系统比较发达。我们国家直升机的数量明显小于发达国家，因此航空障碍灯系统发展比较缓慢。不过我相信随着我国经济的增长，民用直升机数量会有大幅度增加，这样一来我们的航空障碍灯在国内也会有更加广泛的应用。
1.4方案设计
图1-1方案一系统框图
方案一：框图相应的工作原理是用蓄电池对单片机进行供电，然后由光照检测电路控制单片机供电，控制单片机白天不工作，晚上按一定频率闪，再通过同步端口和外部数据来传输，来实现相应功能。该方案中是使用三极管作为驱动电路，三极管是电流控制器件，并且它的输入阻抗比较小。并且加入了灯质设定部分，通过控制拨码开关来使灯按照不同的频率亮闪。
因为在实际应用时，80C51单片机是我们学过的，因此会比较熟悉，但是又考虑到80C51单片机体积很大，会增加板子的体积，会加大布线排版的成本。
图1-2方案二系统框图
方案二：运用AT89C2051单片机代替了80C51单片机，2051单片机引脚就20个，结构比80C51单片机简单很多，并且体积小，价格便宜，功能强大，难点是因为是新的芯片，需要对其工作原理，引脚分配等等进一步学习。
于课题目标是实现疝气灯在白天时不亮，晚上闪烁，要实现对航空障碍灯快捷有效的控制，所以单片机要快速读取数据，AT89C2051拥有八位处理器并且功用特别巨大，价钱便宜，体积又小，并且论文设计的时间不是太长，选择该芯片引脚数量更少，结构更加简单，所以选用其作为处理器。通过查阅相关资料分析可知，课题主要是在实现疝气驱动的基础上加上灯质设定，同步控制，光照采集等相关辅助模块来实现其应用。
2. 疝气航空障碍灯硬件结构与设计
2.1总体框图
图2-1硬件电路框图
如图2-1论文硬件设计部分采用了AT89C2051作为主芯片，在疝气灯驱动电路的基础上加上光照采集电路，整流稳压电路，同步模块，初步实现了对灯的有效控制。首先接入220V交流电源，随后一部分经过整流得到220V的直流电源给疝气灯供电，另一部分经过整流变成直流，再经过稳压获得5V的直流电源给单片机供电。其后,通过光照检测电路判断器件的工作时间来控制电源的输出。根据光敏电阻随光照强度的改变,输出不同电平来传递相应的信号实现自动化控制。MOS管驱动电路中运用了光电耦合器和单向可控硅感应单片机输出电平的变化控制疝气灯亮暗。而同步端口用来输入/输出不同的信号,通过同步电路和单片机互通,使各个疝气灯连成一个整体。AT89C2051为处理器,总控整个器件,接收信息并加以整理后向各部件发出相应的执行指令。
2.2单片机介绍
AT89C2051工作电压比较低，效率性能比较高的8位的单片机，它的内部有128字节的随机的数据存储器，并且有一个2字节可擦写的只读存储器，它具有高密度，非易失存储，和51单片机兼容的特点。该芯片功能强大而且效率很高，在生活中的应用很广泛。
AT89C2051的功能：
1. 2K字节的闪存RAM
2. 15个I / O引脚线
3. 2个16位的定时计数器
4. 1个五向量2级的中断架构
5. 1个全双工的串行端口
6. 1个精密的模拟比较器128字节
7. 振荡器以及时钟电路
表2-1 AT89C2051 芯片引脚功能表
P1口特点：
1.P1.2～P1.7是内部上拉，若为输入则同时变为低电平，然后输出电流。
2.P1.0，P1.1要外部上拉，它是片内比较器的正向输入，以及反向输出。
3.P1口作为输出缓冲器，它能够接收到20毫安的电流，并且可以直接启动LED显示器。
4.P1口为‘1‘时，可以做输入。
5．在闪速编程和编程校验时，可以接受编码数据。
P3口特点：
1. P3.0～P3.5，P3.7为7个在内部上拉双向I/0引脚。
2.片内比较器的输出端口已经和P3.6的内部相连，所以P3.6是不能作为通用的I/O引脚访问的。
3.P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流。
摘 要
本文是在近年来航空事业以及城市化建设的迅猛发展背景下的一项研究，对疝气航空障碍灯控制系统的研究，有利于去提高航空飞行的安全，有利于规范航空障碍灯的设置标准，有利于加强社会交通的快速发展。
疝气航空障碍灯控制系统设计的重点是实现灯在白天时不亮，在夜晚按一定频率闪烁来警示空中飞行的飞机加大和障碍物的垂直距离。航空障碍灯快速及有效的控制，需求主要芯片有一定得存储容量且可以很快读取数据，所以八位处理器已足够，并且AT89C2051单片机的本领大，价格便宜，体积小，效率又较高，多为我们所熟知，因此此次课程设计选用了该单片机作为核心芯片。由于疝气灯比普通白炽灯拥有更强的亮度和超长寿命，所以选择疝气灯作为显示部分。通过对硬件器件的选型以及课外知识的搜集来确立初步的设计思路，将课题分成几个步骤来完成，直到最后解决整个问题。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:AT89C2051单片机疝气灯航空障碍灯
目录
1.引言 2
1.1疝气航空障碍灯课题来源 2
1.2课题研究的目的和意义 2
1.3国内外研究现状和发展趋势 3
1.4方案设计 3
2. 疝气航空障碍灯硬件结构与设计 5
2.1总体框图 5
2.2单片机介绍 6
2.3电源模块 9
2.3.1整流电路 9
2.3.2稳压电路 11
2.4光照采集模块 12
2.5同步控制电路 13
2.6 疝气灯驱动模块 15
2.7 器件清单 17
3.疝气航空障碍灯软件设计 18
3.1软件设计模块 18
3.2疝气灯模块 21
3.3同步通信模块 22
3.4循环中断模块 23
4．系统调试 25
4.1硬件调试部分 25
4.2软件调试部分 26
4.3设计结果 26
5．结束语 27
6.参考文献 28
致谢 29
1.引言
1.1疝气航空障碍灯课题来源
随着房地产事业的蓬勃发展，城市中的高层建筑也是层出不穷，与此同时社会交通也变得越来越发达，交通方式也不在局限于陆地上的，航空事业的发展也是日新月异，在这种新时代背景下，航空障碍灯正变得越来越重要。疝气航空障碍灯是为航空飞行器识别障碍物有多高以及障碍物轮廓的警示工具，试想如果高层建筑没有安装航空障碍灯，相当于在没有路灯的情况行走，这是非常危险的，航空障碍灯能否准确工作对飞机飞行以及高层建筑物的安全是有很大意义的，对航空障碍灯的进一步研究，不仅具有重要的学术意义，还具有重要的实用价值。
1.2课题研究的目的和意义
疝气航空障碍灯研究目的是控制航空障碍灯白天不亮，晚上有规律的闪烁，并且告诉飞机应该怎样避开建筑物。氙气灯是利用高压使灯内金属气体放电来发光的，而普通卤素灯则利用钨丝发光。相比之下疝气灯高亮度，长寿命，强省电，更安全。在恶劣的情况下，它依然能像白天太阳光那么的亮。疝气航空障碍灯是安全飞行的重要组成部分，也是高层建筑中必不可少的元素。
对疝气航空障碍灯的研究有利于提高航空飞行器的安全飞行，有利于规范航空障碍灯设置标准，有利于加强社会交通的迅速发展。
1.3国内外研究现状和发展趋势
随着航空事业的发展，特别是近年来高层建筑和超高层建筑越来越多，我们国家航空障碍灯的设计，安装，运行有了非常大的提高，首先生产厂家不断增多，提高了专业化生产程度；航空障碍灯的光源由过去的单一化白炽灯到现在的多光源发展。此外航空科研体制已初具雏形，专业的技术人员加多，技术能力有了显然进步。资金提供比较充足，管理体系也适合于经济要求的新式管理机制，并且与欧美发达国家之间的交流、学习不断增加，技术提高很快。
美国，日本等一些发达国家，私用的直升飞机比较多一点，多用于医疗，抢险，飞机数量的增多势必会需要停机以及低空飞行，所以他们的航空障碍灯系统比较发达。我们国家直升机的数量明显小于发达国家，因此航空障碍灯系统发展比较缓慢。不过我相信随着我国经济的增长，民用直升机数量会有大幅度增加，这样一来我们的航空障碍灯在国内也会有更加广泛的应用。
1.4方案设计
图1-1方案一系统框图
方案一：框图相应的工作原理是用蓄电池对单片机进行供电，然后由光照检测电路控制单片机供电，控制单片机白天不工作，晚上按一定频率闪，再通过同步端口和外部数据来传输，来实现相应功能。该方案中是使用三极管作为驱动电路，三极管是电流控制器件，并且它的输入阻抗比较小。并且加入了灯质设定部分，通过控制拨码开关来使灯按照不同的频率亮闪。
因为在实际应用时，80C51单片机是我们学过的，因此会比较熟悉，但是又考虑到80C51单片机体积很大，会增加板子的体积，会加大布线排版的成本。
图1-2方案二系统框图
方案二：运用AT89C2051单片机代替了80C51单片机，2051单片机引脚就20个，结构比80C51单片机简单很多，并且体积小，价格便宜，功能强大，难点是因为是新的芯片，需要对其工作原理，引脚分配等等进一步学习。
于课题目标是实现疝气灯在白天时不亮，晚上闪烁，要实现对航空障碍灯快捷有效的控制，所以单片机要快速读取数据，AT89C2051拥有八位处理器并且功用特别巨大，价钱便宜，体积又小，并且论文设计的时间不是太长，选择该芯片引脚数量更少，结构更加简单，所以选用其作为处理器。通过查阅相关资料分析可知，课题主要是在实现疝气驱动的基础上加上灯质设定，同步控制，光照采集等相关辅助模块来实现其应用。
2. 疝气航空障碍灯硬件结构与设计
2.1总体框图
图2-1硬件电路框图
如图2-1论文硬件设计部分采用了AT89C2051作为主芯片，在疝气灯驱动电路的基础上加上光照采集电路，整流稳压电路，同步模块，初步实现了对灯的有效控制。首先接入220V交流电源，随后一部分经过整流得到220V的直流电源给疝气灯供电，另一部分经过整流变成直流，再经过稳压获得5V的直流电源给单片机供电。其后,通过光照检测电路判断器件的工作时间来控制电源的输出。根据光敏电阻随光照强度的改变,输出不同电平来传递相应的信号实现自动化控制。MOS管驱动电路中运用了光电耦合器和单向可控硅感应单片机输出电平的变化控制疝气灯亮暗。而同步端口用来输入/输出不同的信号,通过同步电路和单片机互通,使各个疝气灯连成一个整体。AT89C2051为处理器,总控整个器件,接收信息并加以整理后向各部件发出相应的执行指令。
2.2单片机介绍
AT89C2051工作电压比较低，效率性能比较高的8位的单片机，它的内部有128字节的随机的数据存储器，并且有一个2字节可擦写的只读存储器，它具有高密度，非易失存储，和51单片机兼容的特点。该芯片功能强大而且效率很高，在生活中的应用很广泛。
AT89C2051的功能：
1. 2K字节的闪存RAM
2. 15个I / O引脚线
3. 2个16位的定时计数器
4. 1个五向量2级的中断架构
5. 1个全双工的串行端口
6. 1个精密的模拟比较器128字节
7. 振荡器以及时钟电路
表2-1 AT89C2051 芯片引脚功能表
P1口特点：
1.P1.2～P1.7是内部上拉，若为输入则同时变为低电平，然后输出电流。
2.P1.0，P1.1要外部上拉，它是片内比较器的正向输入，以及反向输出。
3.P1口作为输出缓冲器，它能够接收到20毫安的电流，并且可以直接启动LED显示器。
4.P1口为‘1‘时，可以做输入。
5．在闪速编程和编程校验时，可以接受编码数据。
P3口特点：
1. P3.0～P3.5，P3.7为7个在内部上拉双向I/0引脚。
2.片内比较器的输出端口已经和P3.6的内部相连，所以P3.6是不能作为通用的I/O引脚访问的。
3.P3口的输出缓冲器能接收20mA的灌电流。
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