LED通用交通安全指示牌的研制终

1LED通用交通安全指示牌的研制摘要：由于传统的交道路安全指示牌用荧光油漆涂刷而成的反光式，指示牌本身不发光，也不能达到动态显示，因而不能引起驾驶人员的注意。本文从LED点阵屏应用原因出发，通过以（AT89S52）单片机的控制程序分析，设计了一套LED通用交通安全指示牌系统。该交通安全指示牌系统采用太阳能供电，可以显示中文提示警告字幕，也可以显示各种交通安全指示路标符号，并且可以发光动态显示，这对交通安全有一定的实际价值。关键词：LED；指示牌；单片机一、引言随着社会人们的生活节奏越来越快，交通工具也越来越发达，汽车已经成为最普遍的交通工具。在人们开车行驶在不同的道路上，基本上都是通过道路交通指示牌的引导而行驶。同时，交通指示牌的信息的完整性和准确性，保障架驶证行驶过程的正确路线以及安全性。目前，交通工具的急剧增长，导致公路负担过大，道路经常需要维护或者重建等。就是由于经常在道路维修或交通管制时，或断头路、或丁字路口的特殊场合，道路需要改道或封道的提醒指示，目前广泛采用的是一种具有荧光油漆涂刷而成的反光式道路指示牌，由于指示牌本身不发光，也不能达到动态显示，因而不能引起驾驶人员的注意，或看不清楚，特别是雨天晚上，由于靠反光显示，当驾驶员看清标志时，距离已很近，在车速较快的情况下已来不及改变方向，或进行相应的处理而酿成事故，这样的案例这几年常有发生，因而交通管理部门及道路施工单位迫切需要一种能自发光指示牌，让驾驶员在很远处就能看清指示牌，提前做好相应的准备。由于一直来，照明技术的落后，一般的发光体亮度不够，而高亮度的材料，由于非常耗电，不但不经济，而且可靠性很低，在这种可靠性要求很高的场合，不能采用，所以就一直没有生产出发光指示牌。近年LED技术、太阳能利用技术的飞速发展，为研制低成本、高发光亮度、高可靠性的道路安全指示牌提供了可能。而且，目前道路维修项目、道路建设项目随处可见，由于指示不清而引起的安全事故还在不断的发生，生产高性能的路标指示牌已成为当务之急，也将成为未来交通安全指示牌的研究重点和发展方向。本文基于MCU（AT89S52）单片机和LED点阵屏研发了一套LED交通安全指示牌系统。二、系统总体方案因为驾驶员在行驶的过程中可能会遇见多种复杂的交通路况，所以系统就需要设定好各种路况的交通安全指示牌显示的状态，在不同的路况，选者该路况应显示的交通安全指示牌状态。首先，把系统主要分成三个部分：操作部分、控制部分和显示部分。由于在高速公路或指示牌悬挂于高处人工切换的安全性与便捷性，指示牌的操作部分还分键盘操作和遥控操作，使用者可以根据交通安全指示牌安放的位置选择操作方式。控制部分是以单片机为核心，把操作的信号进行处理转换，最后把相应的控制动作传送给LED交通安全指示牌。显示部分以LED点阵作为显示元件，是本设备的主要能量消耗单元，为此可能通过遥控或者按钮切断LED的电源，当然也可以通过手动整机电源开关，关闭和开启对所有单元的供电。系统结构如图1所示。基金项目：作者简介：2图1系统结构图三、系统硬件设计系统的硬件电路主要是以AT89S52单片机为核心处理器，所有输入输出数据以及信号都由单片机处理。系统的外围电路主要是遥控信号处理电路、键盘输入电路和LED点阵电路，由于LED点阵的驱动要求较高，所以LED点阵需要独立的驱动电路[1]。（一）单片机核心电路、键盘控制电路和无线数据接收电路如图2是单片机核心电路、键盘控制电路和无线数据接收电路，单片机核心电路主要由复位电路和时钟电路组成。1．复位电路本系统复位电路利用手动复位和上电复位组合构成，上电时加电瞬间，电容C6通过电阻R6充电，RST端得到正脉冲，用以复位。同时当单片机进入运行状态，如果出现错误，此时就可以通过按键进行复位。2．时钟电路本系统采用12M晶振加于单片机AT89S52的XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)并通过30pF的电容接地为单片机提供工作时钟。3．键盘控制电路本系统利用了P1口低4位作为按键接口，以低电平有效。通过这四个按键进行对点阵屏的运行设置。P1.0(s2)LED显示电源开启关闭键，P1.1(s3)显示内容正序切换键，P1.2(s4)显示内容逆序切换键，P1.3(s5)LED显示功能切换键。4．无线数据发送与接收电路本系统采用315MHZ模块作为无线数据传输电路，首先由操作者手持遥控器按下对应按键，作为触发信号供编码电路进行编码，信号经过编码后以串行的方式把数据送到315MHZ发射模块进行高频调制，经功率放大后，向外发射。LED安全指示牌接作为接收端，收先由315MHZ模块接收到数据，再通过串口把数据一位一位的接收到单片机进行处理。遥控信号键盘输入单片机LED点阵太阳能电源电源控制3ANT25DATA4GND10VCC20U335M无线发射模块+12VA01A12A23A34A45A56A6/D07A7/D18Dout17OSC215OSC116TE14VDD18VSS9A11/D513A10/D412A9/D311A8/D210U1PT2262S2S3S4S122KR122KR222KR322KR422KR51KR6Q19013104C5LED110KR7GNDGND图2无线数据发送电路VCCVCCP00P01P02P03P04P05P06P07P30P31P32P33P34P35P36P37P10P11P12P13P14P15RSTP10P11P12P1330pFC430pFC522uFC6220R51KR6P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89C51S1S2S3S4S512Y1ANT1541020315MHZ无线接收模块DATAVCCGND+12VLIE1LIE2LIE3LIE4LIE5LIE6LIE7LIE8LED0LED1图3单片机核心电路、盘控制电路和无线数据接收电路（二）LED点阵屏的控制电路点阵屏是由单个LED组合而成的，而LED点亮需要两个条件：一是PN极电压要大于其正向工作电压；二是要有足够的正向工作电流，因为单片机的I/O口驱动不能够满足点阵屏点亮，所以在LED点阵屏的点亮过程中，还需要加入三极管进行对点阵屏进行驱动。同时系统需要以单片机为核心，单片机共有32个I/O口数量有限，所以对于16*64LED点阵屏的数据传输控制就需要锁存器（74HC573），如图4为点阵4屏控制的框架图。行H0H11H10H9H7H6H5H4H3H2H1H8H15H14H13H12列L0L9L8L7L6L5L4L3L2L1L10L11L12L13L14L15L16L17L18L19L20L21L22L23L24L25L26L27L28L29L30L31L32L33L34L35L36L37L38L39L40L41L42L43L44L45L46L47L48L49L50L51L52L53L54L55L56L57L58L59L60L61L62L6316*64LEDPING行锁存器列锁存器图4点阵屏的控制框架图如图4点阵屏行扫描电路图，系统利用74HC573作为控制锁存器，通过U1芯片的LED0(LE)和U2芯片的LED1(LE)连接单片机，单片机通过控制高低电平来控制U1与U2导通的时序，这样只用了单片机的2个I/O口就可以控制了点阵屏的16行数据[2]。OE1LE11D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719VDD20GND10U174HC573OE1LE11D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719VDD20GND10U274HC573GNDGNDGNDGND+5VDDVDD12345678910111213141516J1行H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14H15H16H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14H15H16P00P01P02P03P04P05P06P07P00P01P02P03P04P05P06P07LED0LED1图5点阵屏行扫描电路图如图5点阵屏列扫描电路图，图中只画了一个汉字的扫描电路，还有四个也是一样的，只是芯片的LE口控制接口不同，U3(LE)接LIE1、U4(LE)接LIE2、U5(LE)接LIE3和U6(LE)接LIE4等，通过单片机来控制这几个接口控制列的数据传输。5OE1LE11D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719VDD20GND10U374HC573OE1LE11D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719VDD20GND10U474HC573GNDGNDGNDGND+5VDDVDD12345678910111213141516J2列1LIE1LIE2L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14L15L16P10P11P12P13P14P15P16P17P10P11P12P13P14P15P16P17图6点阵屏列扫描电路图四、系统软件设计点阵屏硬件电路的设计虽然重要，但程序的设计合理也是非常重要的，因为点阵屏的硬件决定了软件设计的延时时间。实际上点阵屏显示汉字的原因是利用人眼的视觉暂停作用，在每行数据扫描时间够短的情况下，人的视觉就把每行的亮的LED看成是同时亮就行成了一个汉字或者一个图标。所以程序在调用数据和扫描的时间都要非常的紧凑。图6为程序控制流程图。程序把所需的汉字代码和图标代码都存放在了同一个文件下，这样即降低了编程人员的难度，同时也增强了程序的可读性和可移植性[3]。遥控无线的数据主程序实时核对，只有发送的验证码与系统匹配才进行数据的读取分析。图7程序控制流程图系统上电初始化参数设置无线数据输入主程序点阵屏行扫描点阵屏列扫描点阵屏字库调用数据读取数据处理6五、结语本文基于单片机和点阵屏设计了一套LED通用交通安全指示牌系统，该系统能在特殊的道路场合，如断头路、丁字路口等，以及道路维修或交通管制时运用。同时，LED自发光指示牌能让驾驶员在很远处就能看清指示牌，提前做好相应的准备，确保驾驶员的安全。而且LED交通安全指示牌系统能根据使用环境进行设置可重复使用，并且要有不同的指示形式。此系统具有广泛的通用性、操作简单、安装方便和遥控控制等优点。参考文献：[1]杨欣,王玉凤,刘湘黔.51单片机应用从零开始M].北京:清华大学出版社.2008,100-142.[2]史淑芳.LED动态显示方法与驱动[J].科技资讯.2008(07)[3]郭天祥.新概念51单片机C语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2009.418-429.