摘要：本设计采用AT89C52单片机为关键核心，与光敏电阻、LM393、74HC595等较少的辅助硬件电路相结合，以实现对由三十二个LED构成的“心形”有光照时不闪烁，无光信号时就按预设的花型进行循环闪烁的功能。本设计具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点，制成实物可用于“表白神器”在现今生活中会被普及应用。
关键词：AT89C52；LED彩灯；光检测；74HC595
引言
传统的流动彩灯控制电路采用大量的模拟电路、数字电路、分立元件，制作出来的系统不仅体积庞大，还因为线路过于复杂，连接的点特别多，以致出现故障的可能性特别大。而单片机的问世，使得传统彩灯控制电路的组成和控制模式都发生了巨大的变化。通过单片机作为主控电路来设计的彩灯控制电路，用主控模块输出的控制信号去控制灯管内的LED板模块工作，使得产品性能稳定，且安装容易操作。而且如果用户需要更改系统的亮灯模式，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，该种彩灯具有更好的灯光装饰效果，性价比更高，与普通的全硬件LED彩灯相比具有更好的经济效益，是一种很有发展前途的彩灯控制电路。
1 系统总体设计方案
1.1系统整体框架图
本设计采取单片机AT89C52与发光二极管相结合的设计理念，设计出一种新颖的LED彩灯控制电路，以AT89C52单片机作为主要核心，与光敏电阻、电压比较器、74HC595等较少的辅助硬件电路相结合，通过光控来实现彩灯的显示。其中光敏电阻与电压比较器LM393组成光检测电路，通过光照强度来调节光敏电阻的阻值，当光线充足时，彩色灯系统不工作，当光线昏暗时，该灯系统处于工作状态。由四个74HC595级联构成驱动模块，以驱动由32个LED组成的“心形”彩灯显示电路，该显示电路能够循环显示三种不同的花型。系统的整体框图如图1所示：
图1 系统结构框图
1.2 系统各模块原理图
本设计先由AT89C52单片机、时钟电路、复位电路构成核心控制部分，在结合外围电路控制彩灯的循环显示。
1.2.1 时钟电路和复位电路
本设计采用上电复位电路，通过接一个电容器到单片机复位输入引脚上在接到Vcc端，下面接一个电阻接地实现，单片机的时钟连接方式通过内部振荡方式实现，具体的复位电路和时钟电路如图2所示。
图2 复位电路和时钟电路原理图
1.2.2 光检测电路设计
光检测电路主要由光敏电阻和LM393组成，作用是通过光照强度改变比较器负端电压和比较器正端的电压进行比较后输出高低电平从而告知单片机目前的光照状态，单片机控制LED彩灯的电路是否工作。采用光敏电阻作为信号采集器件，它采收光照信号，并且把各不相同的电阻值转化为不同的电压值，实现了把光信号转化为电信号；LM393是电压比较器，作为信号处理部分的核心元件，反相输入端接到光敏电阻，同相输入端（正端）接一个可调电阻，通过改变可调电阻的阻值来改变该端的电压，如果光敏电阻检测到光之后，那么它的阻值会发生变化进而对负端的电压进行分压，当正端的电压大于负端的电压时会输出高电平，反之就输出低电平，从D0端输出高低电平0和1，DO与单片机直接相连来检测高低电平，从而达到环境光检测的目的。具体的原理图如图3所示。
图3 光检测电路原理图
1.2.3驱动电路设计
本设计由四个74HC595级联构成驱动模块，如图4所示。将单片机的P2.0，P2.1，P2.3，口分别与74HC595的SH_CP，DS，ST_CP相连，并注上相应标号。DS作为串行数据输入口，SH_CP和ST_CP作为时钟，第一个74HC595的输入端DS与P2.1口相连，首个74HC595输出端与第二个74HC595输入端相连，直到连到最后一个，将输出端与LED相连构成驱动电路。
图4 驱动电路原理图
1.2.4彩灯显示电路设计
彩灯的显示电路，包括32个发光二极管和32个电阻构成一个“心形”，两者之间是利用串联的方式进行连接的，发光二极管的电压通常会大于1.7V，其工作电流在1mA到30mA之间浮动，电阻一般在100欧姆到3千欧姆之间，在此选择470欧姆，在接上电源。如图5所示。
图5 彩灯显示电路
图6 “全心全意”仿真结果图
2 仿真结果分析
本设计在proteus中对彩灯循环显示的三种花型和通过光照的强弱来控制彩灯的亮灭这两部分功能进行了仿真，并对三种循环花型进行了命名，以此体现作为“表白”神器的优势，这三种花型分别为（1）彩灯自上而下左右对称依次点亮至全亮全灭，可命名为“心心相印”，（2）彩灯以四个发光二极管为一组分为四个小模块，整体以自下而上的模式闪烁，四个小模块内部以左右对称从上到下的顺序依次点亮，分四组点亮至全亮，可命名为“死心塌地”， （3）第三种彩灯显示全亮全灭，循环闪烁四次，可命名为“全心全意”。其中第3种的仿真结果如图6所示
仿真时通过控制调光按钮TE1“-”或“+”来模拟光照的增强或减弱，以仿真根据光照来控制彩灯显示电路是否开始工作。减弱光照时仿真效果如图7所示：
图7 减弱光照时的仿真结果图
3 结束语
通过仿真及实验可看出，该设计利用单片机构成流动彩灯的控制电路，实现了彩灯的基本控制，结构简单，操作方便，实现了光控化、节能化、智能化，且样式新颖，符合当下年轻人的需求，在现实生活中可以得到广泛的应用。但该设计仍有许多不足，如可以增加按键来控制彩灯三种显示方式，或“心形”彩灯闪烁的同时应该伴随着音乐，这样既能满足人们视觉上的享受也能使人们的耳朵和身心得到充分的放松，使现场气氛更加生动美观，后续设计可以丰富其功能。
参考文献：
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注：本文系山东省齐鲁理工学院校级教改项目《民办本科院校通信工程专业人才培养模式创新研究》的研究成果之一。（项目编号：JG201649）
论文作者:王香,王迎勋,王彩峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/25
标签：彩灯论文; 电路论文; 单片机论文; 电阻论文; 电压论文; 如图论文; 所示论文; 《电力设备》2018年第4期论文;