同步航标灯系统研究与实现
同步航标灯系统研究与实现[20200406110332]
摘 要
航标灯是为水陆空交通在夜间能够安全正确航行的交通灯中的一种。在晚上发出一定的灯光色彩和闪光频率，在不一样的角度和间距可以清楚的观察到，起到导航和警示的功用。
本次设计是基于普通航标灯的基础,选择STM8S103F3为主芯片来控整个电路,通过光敏电阻来判断真个系统工作与否，并且由拨码开关来控制信号灯的闪烁频率和占空比,在此前提下我们又加入了一个通信端口,从而来根据以后不同的需求来做出不同的改变。
本论文先对于所需要求进行硬件的设计，从而对各个模块进行软件的设计，进而软硬件结合获得成品,最后在经过不断的对成品进行测试，来尽可能的达到实际运用的效果。
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关键字:STM8S单片机航标灯
目 录
1 绪论 1
1.1课题来源 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.3课题研究的现状和发展趋势 1
2研究思路和方案设 3
2.1航空障碍灯系统阐述 3
2.2方案分析及系统设计 3
3硬件设计部分 5
3.1 STM8S103F3单片机介绍 5
3.2整流电路模块 6
3.3稳压电路模块· 6
3.4光照检测电路 8
3.5灯质设置电路 8
3.6复位电路 9
3.7 LED输出驱动电路 9
3.8 同步输入输出电路 10
3.9下载电路 10
3.10 Altium designer原理图绘制软件 11
3.11 器件清单 11
3.12 端口设置 13
5 主要程序设计 14
4.1 主程序模块 14
4.2 端口设置 14
4.3 定时器模块 15
4.4 看门狗模块 16
4.5 同步输入输出模块 17
4.6 灯质设置 18
4.7调试软件STVD 21
4.8烧写软件STPV 22
4.9函数功能表 23
6.系统调试 24
5.1 硬件调试 24
5.2 软件调试 24
5.3 设计效果 25
结束语 27
参考文献 28
致谢 29
1 绪论
1.1课题来源
旅客人数的增多势必会使得飞机，航班次数的增多，安全问题就成了首要解决的了，我们不光要靠先进的电子设备来判断行道，同时在夜间飞行的时候，航标灯尤为显得重要。当然航标灯的应用范围并不局限于此，晚上高楼，轮船，港口等地，为了安全，航标灯必不可少。
1.2课题研究的目的和意义
因为我们所要达到的目标有要在黑夜灯必须亮，白天不亮，而后我们要求LED灯的亮闪的频率要不同，对于要设计在恶劣环境下的航标灯来说，我们所要求就是不能让它死机，那我们就要有个能设计防死机的单片机。而要达到10中状态的闪烁，那么8位的单片机已经可以了。对于经济条件来说，我们所选择的单片机要劲量在满足上述条件的同时要尽可能的低。
在这样的前提下面，这次设计的主要内同是同步航标灯系统研究与实现。那么本次设计拟可选择STM8S单片机作为同步航标灯的核心芯片。STM8S是一个基础型系列的8位单片机，他拥有容量是8K字的闪存。 该单片机和8051在功能上很相似，他的功能要更为强大。将该单片机作为航标灯的核心芯片，并进行软件编程，能够实现昼夜开关灯控制，对于不同情况LED灯的不同频率闪烁等功能。因此，强大稳定对于同步航标灯是至关重要的。
1.3课题研究的现状和发展趋势
航标灯是为确保船舶在晚上安全运行而安置在一些航标上的一种交通灯。它在晚上发出固定的灯光色彩和闪烁频率，来满足规定的射程角度和可见距离。一定的灯标、灯浮标 和灯船这三种是用来导航和警示用的。灯塔 在海上白天和晚上发出能够辨别的信号，来供船舶测定位置和向船舶提出危险的警告。航标灯 大多是使用蓄电池来作为电源的。比较小的灯塔已经把太阳能来作为他的主要能源 ，而大型的灯塔则还是只能用柴油发电机组 作为主要的电源。美国，日本等发达国家警用，医用，抢险用以及私用直升机数量比较多，有低空飞行和停机的需要，因此航空障碍灯系统比较发达。可是我国民用直升机的量远远要小于发达国家，在航空障碍灯的发展也较为缓慢。但我觉得我国民用直升机的数量还有很大的增长空间，而随着这样的增长也是对城市建筑群的航空障碍灯系统的极大考验。
航标灯本身设置中带有多个预设好的LED灯闪烁频率和占空比,可以通过灯质控制电路来进行选择,来满足不同条件下的使用要求,而不再是传统的单一闪烁频率,不能适用于大多数环境。这扩大了航标灯的应用范围。
2研究思路和方案设
2.1航空障碍灯系统阐述
它在晚上发出固定的灯光色彩和闪烁频率，来满足规定的射程角度和可见距离。本设计包括整流，稳压，光照采集，LED驱动同步输入输出，灯质控制等功能。因为本设计是要为了要在现实生活中能够广泛运用，在其实现基本功能的基础上，电路必须要有一定可拓展性。
2.2方案分析及系统设计
对于上述，下列给出两套方案进行选择，系统框图如下：
图2-1方案一系统框图
该方案是以STM8S103F3单片机为核心，其中包括了光照采集电路，LED输出驱动电路，同步线输出/输入电路，下载电路4个电路。光照采集电路是对于有光照与无光照情况下的一个区分，从而让LED驱动电路做出回应，天黑，灯亮，反之天亮灯灭。程序下载点路是对于所写程序的一个写入，同步的输入输出采用了较为简单的电路。本方案的好处在于电路简便，成本比较低，实验室操控的可实现性较强。缺点在于功能较为单一，在较为复杂的情况下，可以会影响到原有功能的实现。
图2-2方案二系统框图
该方案电子变压器为控制核心，包括了蓄电池，灯具，硅光电池，日光开关模块。硅光电池是光敏元件，由于光电效应作用，控制日光开关的接通与断开。白天，硅太阳电池吸收太阳能，把光能转换为电能向蓄电池充电。与此同时，硅光电池因为感受光照讯号电压增大，日光开关的电路截止，从而使主回路的触点断开，霓虹灯不亮。该方案的优点是使用的能源是清洁能源，无论高山或岛屿，都处处皆有。缺点是整个系统成本高，不易实现。两种方案都能实现上述要求，但是由于主要是在实验室实现此系统，受到成本以及技术能力的限制，所以以第一种方案为优先选择，但是也可在以后开发中进行第二种方案。
选定方案分析如下：
硬件方面分为四大块
1光照采集，在晚上，光敏电阻采集光照情况，经过放大器放大输出，再通过单片机给予处理。航空障碍灯有256种情况实现，采用拨码开关实现。
2 LED驱动，三极管两级放大之后来控制灯的闪烁情况。
3 LED灯同步闪烁，通过同步先输入/输出电路来实现。
4 烧写程序，通过下载电路将程序烧写到单片机中。
软件方面
选用STM8S103F3芯片，首先定时器先初始化，由于要避免恶劣环境造成的死机现象，我们就在软件部分加入了看门狗功能，当进入无限循环的时候定时器开始计数，然后进入中断，判断是否是白天还是黑夜，如果是白天就让灯熄灭，黑夜灯亮，亮的频率和占空比可以通过软件编写来实现。接着跳出中断，定时器清零。
摘 要
航标灯是为水陆空交通在夜间能够安全正确航行的交通灯中的一种。在晚上发出一定的灯光色彩和闪光频率，在不一样的角度和间距可以清楚的观察到，起到导航和警示的功用。
本次设计是基于普通航标灯的基础,选择STM8S103F3为主芯片来控整个电路,通过光敏电阻来判断真个系统工作与否，并且由拨码开关来控制信号灯的闪烁频率和占空比,在此前提下我们又加入了一个通信端口,从而来根据以后不同的需求来做出不同的改变。
本论文先对于所需要求进行硬件的设计，从而对各个模块进行软件的设计，进而软硬件结合获得成品,最后在经过不断的对成品进行测试，来尽可能的达到实际运用的效果。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STM8S单片机航标灯
目 录
1 绪论 1
1.1课题来源 1
1.2课题研究的目的和意义 1
1.3课题研究的现状和发展趋势 1
2研究思路和方案设 3
2.1航空障碍灯系统阐述 3
2.2方案分析及系统设计 3
3硬件设计部分 5
3.1 STM8S103F3单片机介绍 5
3.2整流电路模块 6
3.3稳压电路模块· 6
3.4光照检测电路 8
3.5灯质设置电路 8
3.6复位电路 9
3.7 LED输出驱动电路 9
3.8 同步输入输出电路 10
3.9下载电路 10
3.10 Altium designer原理图绘制软件 11
3.11 器件清单 11
3.12 端口设置 13
5 主要程序设计 14
4.1 主程序模块 14
4.2 端口设置 14
4.3 定时器模块 15
4.4 看门狗模块 16
4.5 同步输入输出模块 17
4.6 灯质设置 18
4.7调试软件STVD 21
4.8烧写软件STPV 22
4.9函数功能表 23
6.系统调试 24
5.1 硬件调试 24
5.2 软件调试 24
5.3 设计效果 25
结束语 27
参考文献 28
致谢 29
1 绪论
1.1课题来源
旅客人数的增多势必会使得飞机，航班次数的增多，安全问题就成了首要解决的了，我们不光要靠先进的电子设备来判断行道，同时在夜间飞行的时候，航标灯尤为显得重要。当然航标灯的应用范围并不局限于此，晚上高楼，轮船，港口等地，为了安全，航标灯必不可少。
1.2课题研究的目的和意义
因为我们所要达到的目标有要在黑夜灯必须亮，白天不亮，而后我们要求LED灯的亮闪的频率要不同，对于要设计在恶劣环境下的航标灯来说，我们所要求就是不能让它死机，那我们就要有个能设计防死机的单片机。而要达到10中状态的闪烁，那么8位的单片机已经可以了。对于经济条件来说，我们所选择的单片机要劲量在满足上述条件的同时要尽可能的低。
在这样的前提下面，这次设计的主要内同是同步航标灯系统研究与实现。那么本次设计拟可选择STM8S单片机作为同步航标灯的核心芯片。STM8S是一个基础型系列的8位单片机，他拥有容量是8K字的闪存。 该单片机和8051在功能上很相似，他的功能要更为强大。将该单片机作为航标灯的核心芯片，并进行软件编程，能够实现昼夜开关灯控制，对于不同情况LED灯的不同频率闪烁等功能。因此，强大稳定对于同步航标灯是至关重要的。
1.3课题研究的现状和发展趋势
航标灯是为确保船舶在晚上安全运行而安置在一些航标上的一种交通灯
航标灯本身设置中带有多个预设好的LED灯闪烁频率和占空比,可以通过灯质控制电路来进行选择,来满足不同条件下的使用要求,而不再是传统的单一闪烁频率,不能适用于大多数环境。这扩大了航标灯的应用范围。
2研究思路和方案设
2.1航空障碍灯系统阐述
它在晚上发出固定的灯光色彩和闪烁频率，来满足规定的射程角度和可见距离。本设计包括整流，稳压，光照采集，LED驱动同步输入输出，灯质控制等功能。因为本设计是要为了要在现实生活中能够广泛运用，在其实现基本功能的基础上，电路必须要有一定可拓展性。
2.2方案分析及系统设计
对于上述，下列给出两套方案进行选择，系统框图如下：
图2-1方案一系统框图
该方案是以STM8S103F3单片机为核心，其中包括了光照采集电路，LED输出驱动电路，同步线输出/输入电路，下载电路4个电路。光照采集电路是对于有光照与无光照情况下的一个区分，从而让LED驱动电路做出回应，天黑，灯亮，反之天亮灯灭。程序下载点路是对于所写程序的一个写入，同步的输入输出采用了较为简单的电路。本方案的好处在于电路简便，成本比较低，实验室操控的可实现性较强。缺点在于功能较为单一，在较为复杂的情况下，可以会影响到原有功能的实现。
图2-2方案二系统框图
该方案电子变压器为控制核心，包括了蓄电池，灯具，硅光电池，日光开关模块。硅光电池是光敏元件，由于光电效应作用，控制日光开关的接通与断开。白天，硅太阳电池吸收太阳能，把光能转换为电能向蓄电池充电。与此同时，硅光电池因为感受光照讯号电压增大，日光开关的电路截止，从而使主回路的触点断开，霓虹灯不亮。该方案的优点是使用的能源是清洁能源，无论高山或岛屿，都处处皆有。缺点是整个系统成本高，不易实现。两种方案都能实现上述要求，但是由于主要是在实验室实现此系统，受到成本以及技术能力的限制，所以以第一种方案为优先选择，但是也可在以后开发中进行第二种方案。
选定方案分析如下：
硬件方面分为四大块
1光照采集，在晚上，光敏电阻采集光照情况，经过放大器放大输出，再通过单片机给予处理。航空障碍灯有256种情况实现，采用拨码开关实现。
2 LED驱动，三极管两级放大之后来控制灯的闪烁情况。
3 LED灯同步闪烁，通过同步先输入/输出电路来实现。
4 烧写程序，通过下载电路将程序烧写到单片机中。
软件方面
选用STM8S103F3芯片，首先定时器先初始化，由于要避免恶劣环境造成的死机现象，我们就在软件部分加入了看门狗功能，当进入无限循环的时候定时器开始计数，然后进入中断，判断是否是白天还是黑夜，如果是白天就让灯熄灭，黑夜灯亮，亮的频率和占空比可以通过软件编写来实现。接着跳出中断，定时器清零。
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