毕业论文代写：基于太阳能供电的水深探测显示系统

本系统以STC89C52作为处理器对城市中立交桥等地形的用超声波液位传感器进行水位检测，利用太阳能供电系统供电，当下大雨时系统对的立交桥等处水位情况进行检测，用LED显示屏显示当前液位给立交桥上的汽车或者行人显示。利用超声波测距模块得到的水位情况转换为标准电信号，送至STC89C52进行计算，看是否需要进行警报提醒行人和车辆。如果水位超出警报水位则通过LED显示屏显示出当时的水位情况并做出声光警报信号。确保暴雨天气城市中立交桥等地形的车辆和行人的安全。

关键词：水深检测、超声波测距模块、太阳能供电、STC89C51

1 前言

1.1 水位检测技术

水位观测内容包括河床变化、流势、流向、分洪、冰情、水生植物、波浪、风向、风力、水面起伏度、水温和影响水位变化的其他因素。必要时，还测定水面的比降。

指河流、湖泊和地下水等的水位的实地测定。水文测验的基本项目之一。

随着经济的发展、社会的进步,人类社会正面临着一系列重大的挑战,全球经济发展,人口迅速增加,需要提供更多的食物、住房和原料,因而对能源的需求量也不断增加。在过去20年中,全世界能源消耗量增加了40%,其中85%以上使用的是矿物燃料。这些矿物燃料燃烧时要产生大量温室气体,全球单是CO2排放量每年就超过500亿吨,而且还在不断扩大。形成的酸雨造成土壤退化,危害动植物。全球气候变暖可能会产生灾难性后果,必须采取坚决措施,减少温室气体的排放。因此,治理环境污染,已成为当务之急。同时,矿物燃料的储藏量是有限的,按目前探明的储藏与开发速度的比例计算,地球上可再开采的能源,石油为40年,天然气约为60年,煤炭为200年。如不采取有效措施,到本世纪中叶,人类必将面临矿物燃料枯竭的严重局面。

传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，同时全球还有20亿人得不到正常的能源供应。这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。

为了减少大气污染、保护人类生态环境、保证能源的长期稳定供应,必须实施可持续发展战略,逐步改变现有的能源结构,大力开发利用新能源。这已成为各国的共识。

丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。在新能源中,公认技术含量最高、最有发展前途的是太阳能光伏发电。利用光伏效应，使太阳光射到硅材料上产生电流直接发电。

从太阳光获得电力，需通过大阳电池进行光电变换来实现。它同以往其他电源发电原理完全不同，具有以下特点：

①无枯竭危险； ②绝对干净（无公害）； ③不受资源分布地域的限制； ④可在用电处就近发电； ⑤能源质量高； ⑥使用者从感情上容易接受； ⑦获取能源花费的时间短。

不足之处是：①照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积； ②获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关。但总的说来，瑕不掩瑜，作为新能源，太阳能具有极大优点，因此受到世界各国的重视。近几年国际上光伏发电快速发展，2008年全球光伏市场增至5.5GW，其中，按地区排名西班牙名列首位，德国第二。2008年，全球太阳能安装总量已累计达15GW，西班牙新装量为2.5GW，约占2008年新增安装量的一半。虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延2-6年。

基于PIC单片机的线路警示装置系统,为了实现对线路的警示作用并实现能源的可持续利用,该系统共由太阳能智能充电部分、遥控开关、光敏采集信号开关,热释电红外传感器检测与反馈、超声波测距、报警电路部分和单片机控制器组成。报警电路部分由声音报警、光报警、以及智能语音报警组成。对信号的采集进行实时的检测反馈并输出报警,并通过传感器组跟特定的安装方式达到全方位检测的效果,在线路警示方面取得了良好的效果。

1.2方案对比

方案一：

多波束测深系统能够有效探测水下地形，得到高精度的三维地形图。其工作原理图如下图所示

。

多波束测深系统的工作原理是利用发射换能器阵列向海底发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的海底被测点的水深值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出海底地形的三维特征。

方案二

充分利用GPS测量的优点，实测GPS控制点45个，其中已知点4个，未知点41个，组成最小同步环135 个，多边形异步环8 个（计算选取）。独立基线54条，其中必要基线44条，多余基线10条，平均重复设站数为1.7/站。多于《规范》规定的1.6/站。

在实际外业观测过程中,使用7台Smart-3100IS型GPS接收机,同时在三个GPS点上进行观测, 有效观测卫星数≥7颗, 时段长度≥60分钟,如果有的点不搬站, 则不关机，以保证尽可能长的时段长度。

2 超声波传感器

2.1 超声波传感器介绍

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。基于超声波特性研制的传感器称为“超声波传感器”，广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。

超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。

组成部分

超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头发射、一个探头接收）等。

性能指标

超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：

工作频率

工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

工作温度

由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

灵敏度

主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

指向性

超声波传感器探测的范围

2.2 超声波传感器的特性

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。基于超声波特性研制的传感器称为“超声波传感器”，广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

缺点：

由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用超声波传感器功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

灵敏度主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。

超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。

当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。

在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的

应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。

2.3 超声波检测概述

一、超声波传感器可以对集装箱状态进行探测。将超声波传感器安装在塑料熔体罐或塑料粒料室顶部，向集装箱内部发出声波时，就可以据此分析集装箱的状态，如满、空或半满等。

二、超声波传感器可用于检测透明物体、液体、任何表粗糙、光滑、光的密致材料和不规则物体。但不适用于室外、酷热环境或压力罐以及泡沫物体。

三、超声波传感器可以应用于食品加工厂，实现塑料包装检测的闭环控制系统。配合新的技术可在潮湿环如洗瓶机、噪音环境、温度极剧烈变化环境等进行探测。

四、超声波传感器可用于探测液位、探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离，主要为包装、制瓶、物料搬检验煤的设备运、塑料加工以及汽车行业等。超声波传感器可用于流程监控以提高产品质量、检测缺陷、确定有无以及其它方面。

2.4 超声波测距的原理及实现

超声波传感器可用于探测液位、探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离，主要为包装、制瓶、物料搬检验煤的设备运、塑料加工以及汽车行业等。超声波传感器可用于流程监控以提高产品质量、检测缺陷、确定有无以及其它方面。

人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。基本方法是基于超声波的频率要高于20KHz。对于不同频率和波形．从材料返回的波形是不同的。当超声波进入材料后将在材料中产生机械振动超声波在被检测材料中传播时．材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响  通过对超声波受影响程度和状况的探讨来了解材料性能和结构的变化。

超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便， 防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。

超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI型）。它的特点是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。

超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。

超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超进行检测.而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。

（1）超声波发生器

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一 类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生 的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。

（2）压电式超声波发生器原理

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信 号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波 时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

（3）超声波测距原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停 止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2

图1 超声波传感器结构

这就是所谓的时间差测距法。

3 硬件结构及介绍

3.1超声波测距系统的电路设计

图2 超声波测距电路原理图

本系统的特点是利用单片机控制超声波的发射和对超声波自发射至接收往返时间的计时，单片机选用8751，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。电路原理图如图2所示。其中只画出前方测距电路的接线图，左侧和右侧测距电路与前方测距电路相同，故省略之。接收头采用与发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器IC1A和IC1B两极放大后加至IC2。IC2是带有锁 定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率f0=1/1.1R8C3，电容C4决定其锁定带宽。调节R8在发射的载频上，则LM567 输入信号大于25mV，输出端8脚由高电平跃变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。

前方测距电路的输出端接单片机INT0端口，中断优先级最高，左、右测距电路的输出通过与门IC3A的输出接单片机INT1端口，同时单片机P1.3和P1.4接到IC3A的输入端，中断源的识别由程序查询来处理，中断优先级为先右后左。

3.2 太阳能供电装置

3.2.1工作原理

太阳能的能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能），是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后，再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外，水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

太阳能的利用还不是很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳能电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨 道上的平均太阳辐射强度为1369w/㎡。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达173000TW。在海平面上的标准峰值强度为1kw/m2，地球表面某一点24h的年平均辐射强度为0.20kw/㎡，相当于有102000TW 的能量，人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），虽然太阳能资源总量相当于现 在人类所利用的能源的一万多倍，但太阳能的能量密度低，而且它因地而异，因时而变，这是开发利用太阳能面临的主要问题。太阳能的这些特点会使它在整个综合能源体系中的作用受到一定的限制。　尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。

3.2.2太阳能发电系统的基本结构

太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池板，反激升压电路，交直流逆变器，它们在系统中的作用是：

　　（1）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。电池板板面为钢化玻璃封装，可承受冰雹冲击和12级强风的力量，使用温度为-40—+60℃。使用寿命一般为20至25年。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

　　（2）太阳能控制器：太阳能控制器对蓄电池的充放电条件加以规定和控制，并按照负载的电源需求控制太阳能电池板和蓄电池对负载的电能输出，它是整个系统的核心控制部分，保证系统能正常，可靠的工作。延长系统部件的使用寿命。它含有蓄电池过充、过放、负载过电流和防反充等保护电路。

（3）交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换。在很多场合，都需要提供220VAC、110VAC的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

3.2.3小型太阳能供电系统的硬件设计

（1）太阳能电池板的设计安装

原材料特点：

电池片：采用高效率（16.7%以上）的多晶硅太阳能片封装，保证太阳能电池板发电功率充足。  

玻璃： 采用低铁钢化绒面玻璃(又称为白玻璃)， 厚度3.2mm,在太阳电池光谱响应的波长范围内(320-1100nm)透光率达91%以上，对于大于1200 nm的红外光有较高的反射率。此玻璃同时能耐太阳紫外光线的辐射，透光率不下降。

EVA：采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.78mm的优质EVA膜层作为太阳电池的密封剂和与玻璃、TPT之间的连接剂。具有较高的透光率和抗老化能力。

TPT：太阳电池的背面覆盖物―氟塑料膜为白色，对阳光起反射作用，因此对组件的效率略有提高，并因其具有较高的红外发射率，还可降低组件的工作温度，也有利于提高组件的效率。当然，此氟塑料膜首先具有太阳电池封装材料所要求的耐老化、耐腐蚀、不透气等基本要求。

边框：所采用的铝合金边框具有高强度，抗机械冲击能力强。

基本参数：

标准测试条件：（AM1.5）辐照度=1000W/m2,电池温度=25℃

绝缘电压:≥600V

边框接地电阻:≤10hm

迎风压强:2400Pa

填充因子:73％

短路电流温度系数：+0.4mA/℃

开路电压温度系数:-60mV/℃

工作温度：-40℃～+90℃  

电池板的接线：

在左右两个接线端子的旁边有正负极标志，它代表电池在工作状态下输出电压的正负极，按照用电需求正极接正接，负极接负极。

接线采用机械压紧方式，用M4十字螺丝刀将接线柱的压紧螺丝旋开，将电线去皮后穿过电缆密封接头，插入接线孔中，将线压紧。

电线接好后，将防护盖盖上，用M4十字螺丝刀将自攻螺丝拧入螺丝孔，固定好后在将接线盒盖盖上，即完成电池板的接线。

电池板的接地：

在电池板的背面安装有接地螺丝，将接地线固定在接地螺丝上即可安全接地。

（2）控制器的设计安装

1）太阳能电池的输出特性

   由它的输出特性曲线(见图1) 可知，太阳能电池的伏安特性具有很强的非线性，即当日照强度改变时，其开路电压不会有太大的改变，但所产生的最大电流会有相当大的变化，所以其输出功率与最大功率点会随之改变。然而当光强度一定时，电池板输出的电流一定，可以认为是恒流源。因此，必须研究和设计性能优良的太阳能发电控制器，才能更有效地利用太阳能。

。

可知，蓄电池充电过程有3个阶段：初期(OA)电压快速上升；中期(ABC)电压缓慢上升，延续时间较长；C点开始为充电末期，电压开始上升；接近D点时，蓄电池中的水被电解，应立即停止充电，防止损毁电池。所以对蓄电池充电，通常采用的方法是在初期、中期快速充电，恢复蓄电池的容量；在充电末期采用小电流长期补充电池因自放电而损失的电量。

（3）MOSFET驱动电路

    设计的控制器属于串联型，即控制充电的开关是串联在电池板与蓄电池之间的。串联型控制器相对于并联型控制器能够更有效地利用太阳能，减少系统的发热量。设计中用MOSFET实现开关。MOSFET是电压控制单极性金属氧化物半导体场效应晶体管，所需驱动功率较小。而且MOSFET只有多数载流子参与导电，不存在少数载流子的复合时间，因而开关频率可以很高，特别适合作为PWM控制充电开关。采用TLP250控制电路，输出一路PWM波，这样有利于电压的抬升和单片机的控制。

TLP250控制电路

（4）逆变电路控制电路

（5）采样电路

（6） LED数码管

当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED数码管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸数码管的显示笔画常用一个发光二极管组成，而大尺寸的数码管由二个或多个发光二极管组成，一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8V左右，电流不超过30mA。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。常用LED数码管显示的数字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

led数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。

led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图片。

图1 这是一个7段两位带小数点 10引脚的LED数码管图2 引脚定义每一笔划都是对10引脚的LED数码管应一个字母表示 DP是小数点。透过分时轮流控制各个LED数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。每位元数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极体的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O口，而且功耗更低。

找公共共阴和公共共阳，首先，我们找个电源（3到5伏）和不同规格的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就共阳的。也可以直接用数位万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。

1.LED数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红， 黄，蓝，绿，白，黄绿等效果。单色，分段全彩管可用大楼，道路，河堤轮廓亮化，LED数码管可均匀排布形成大面积显示区域，可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。通过电脑下flash、动画、文字等文件，或使用动画设计软件设计个性化动画，播放各种动感变色的图文效果；

2.可放在PCB电路板上按红绿蓝顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色彩和图形。外壳采用阻燃PC塑料制作，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线，防尘，防潮。LED护栏管具有功耗小，无热量，耐冲击，长寿命等优点，配合控制器，即可实现流水，渐变，跳变，追逐等效果。如果应用于大面积工程中，连接电脑同步控制器，还可显示图案，动画视频等效LED数码全彩灯管可以组成一个模拟LED显示屏，模拟显示屏可以提供各种全彩效果及动态显示图像字符，可以采用脱机控制或计算机连接实行同步控制；可以显示各式各样的全彩动态效果。控制系统采用专用灯光编程软件编辑，数码管控制花样更改方便，只需将编辑生成的花样格式文件复制进CF卡即可，数码管控制器可以单独控制，也可多台联机控制，数码管安装编排方式任意，适合各种复杂工程需求。数码管、控制器以及电源等以标准公母插头连接，方便快捷，并具有独特的外形设计，全新的户外防水结构

技术参数

规格： （有圆形、半圆形、D形）；

直径有：30mm、40mm、50mm、80mm、100mm、 110mm；

颜色：单红，黄，蓝，绿，白，七彩；

外壳颜色：乳白；

性能：防水，防尘，防紫外线，耐压，耐破裂，耐高低温，耐燃，超强抗冲击老化；

防护等级：IP65级；

工作电压范围：24V-220V；

工作功率：8-12W；

工作环境：-40度-+75度；

正常寿命：>80,000小时。

安装步骤

第一步：在墙体上打孔，装膨胀螺钉，再装LED护栏灯，用自攻螺丝锁住；护栏灯之间的距离根据客户的要求而定；一般是1CM到3CM之间

  第二步：一般情况下为白色或红色硅胶圈.然后将LED护栏灯的信号线、电源线对接起来，一定要对接紧密,然后把螺母扭紧. (最好外面再打上玻璃胶或黑色胶布绕一下,这样对防水更有好处.)不要因为马虎或难扭紧而没有扭紧,造成进水,给后来维护带来不少麻烦.信号线公司采用的一般两芯的小公母插头；电源线是两芯的大公母插；

第三步：根据变压器的功率以及护栏灯的功率来计算每台变压器可以带多少条护栏灯；比如108灯的LED七彩护栏灯是10W/M；144灯的LED护栏灯是12W/M；若用400W的防水变压器，则可以带108灯36M管；144灯的则带32 M管。若变压器可以带36M管；变压器则放在第18和19条中间，接两条线出来，再接几个分接口，每边各带18条。

4 程序设计

4.1型太阳能供电系统的软件设计

4.1.1键盘电路

     采用单按键的输入方式，用于开液晶背光和设定充电模式。初始化时将PC7输出高电平，在程序运行过程中，通过定时中断检测是否有按键按下。当有按键按下时间不超过10 S时，则打开液晶背光，10 S后背光关闭。当有按键按下时间超过10S时，进入模式设定。在设定模式下，每按一次模式加1，按下按键10 S后或者10 S按键无任何动作，模式保存到E2PROM中，退出设定模式。

4.1.2 状态显示和告警电路

       控制器用LCD1602液晶显示系统的状态信息，包括蓄电池电压、负载功率等。 LCD1602采用7线驱动法，VO接1 KΩ电阻到地，用于调节液晶显示对比度。显示数据和指令通过LCD1602的DB4～DB7写入，同时具备有声光告警功能。当出现过压或过放时，相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警，同时相应告警继电器接通。

4.1.3  数据上传

     控制器用RS 232串行口将系统电压、温度、充放电状态以及负载情况数据上传，实现远程监控。

4.1.4 控制器的软件流程

 主程序主要完成对I／O、定时器和PWM的初始化，同时根据电池板和蓄电池的状态调用相应的充放电子程序。控制器参数的测量主要由中断服务程序完成。

4.2超声波测距系统的软件设计

软件分为两部分，主程序和中断服务程序，如图3（a）（b）(c) 所示。主程序完成初始化工作、各路超声波发射和接收顺序的控制。

定时中断服务子程序完成三方向超声波的轮流发射，外部中断服务子程序主要完成时间值的读取、距离计算、结果的输出等工作。

4.3测量结果及对应结果的警示

 在一些航道工程和疏浚工程中，由于两个单位测量出来的结果有较大差距，以至于双方难与协商，延误进度，导致费用增加，这种情况在工程建设中经常遇到，本人结合多年的工作经验，发现问题多数都出在测量者在测量过程中对一些影响水深测量精度的因素没有充分考虑，并采取相应措施，从而导致差距出现，争议产生。本文从四个方面论述了影响水深测量精度的因素，并分析每个因素影响精度的原因，以图给读者从深层次上认识这些影响精度的因素，给出一些建议措施和注意的问题，从而提高水深测量的精度。影响水深测量精度的因素主要有四个方面，分别为环境因素、设备因素、人的因素和测量方法方面的因素。下面分别论述这四方面的因素。

本控制系统模拟一般生产性企业生产用水以及居民用水系统，鉴于实际情况，我们选择了更加有挑战性的居民用水系统来设计该系统方案，根据居民生活的需要将水位分为多段来设定，即电解点接触通断，并分段显示，当水位为最低限时自动启动水泵加水，水位到达设定值时自动停止进水，并停泵；开始启动出水泵，对高水位的水箱进行排水，操作人员可以通过组态王界面控制各水泵的运行与停止，系统具有手动和自动两种控制方式。还可以根据环境和情况的不同选取不同的控制系统。

水深测量的时间，连续站每小时测一次;大面(或断面)调查，在船到站后即测量。传统的深度测量准确度为±2%. 100m以浅，记录取一位小数; 超过I0Om，记录取整数。

水深测量通常采用回声测深仪和钢丝绳测深两种方法。目前用回声测深仪更为普遍，这种方法使用方便，测量快捷，结果准确度也较高。

5 结论

一种智能化安全警示报警装置，其包括箱体、设于所述箱体上的光控探 头、显示屏、警视窗以及红外探头；在所述箱体内设有背景光源、智能模块组；箱体的侧部设有扬声器孔以及电源接口；所述智能模块组包括与所述电源接口连接的 电源模块、由所述电源模块控制的显示屏控制模块、光控模块、红外感应模块和语音模块；所述显示屏与所述显示屏控制模块连接，所述红外感应模块与所述红外探 头及所述语音模块连接，所述光控模块与所述光控探头及所述背景光源连接。本发明装置将变电站现有各类安全警示牌、指示牌等，通过红外感应，声、光提示的方 式，对于进入生产现场的各类人员，起到有效警示、提醒作用，提高变电站现场安全管控水平。

实用新型内容为了解决现有技术中存在的上述问题及其他问题，本实用新型提供ー种应用于传输线路的限高警示牌，不仅可以提供动态循环显示限高警示信息以避免发生放电或挂碰的事故，更具有显示效果佳、自感应取电及功耗小、安全可靠等优点。为此，本实用新型提供一种应用于输电线路的限高警示装置，所述限高警示装置供装配至输电线路上，所述限高警示装置包括取电单元，通过感应取电的方式直接从输电线路上取电以获得供电电源；用于动态显示限高警示信息的显示单元，所述限高警示信息至少包括所述输电线路的离地距离或限高数据；处理单元，与所述取电単元和所述显示单元连接；所述处理单元通过判断取电单元取电的大小来决定显示模块的显示模式。可选地，所述限高警示装置还包括用于测量所述离地距离的测距单元。可选地，所述限高数据是由所述测距単元根据已测得的所述离地距离以及所述输电线路的电压等级而计算出的。可选地，所述测距单元采用超声波测距方式。可选地，所述取电単元包括感应线圈，具有源极和与所述源极相対的次级，其中，所述输电线路是作为源扱；与所述感应线圈的次级连接、用于对所述感应线圈的次级感应得到交流电压进行整流滤波后输出直流电压的整流电路；与所述整流电路连接、用于对所述整流电路输出的直流电压进行DC/DC变换后得到适于后续单元的工作电压的DC/DC转换电路。可选地，所述取电单元还包括在所述整流电路前端且跨接在所述感应线圈的次级的相对两端、用于钳制电压的电压钳位电路；与所述感应线圈的次级的相对两端和所述电压钳位电路连接、用于在所述整流电路输出的直流电压过大时将多余的电能消耗掉的可控硅。可选地，所述整流电路为整流桥。可选地，所述工作电压为5伏。可选地，所述处理単元通过判断取电单元取电的大小来决定显示模块的显示模式包括所述处理単元通过对所述取电単元的取电电压进行采样，根据采样值，利用PWM脉宽调制输出来控制LED灯的亮度，即，当占空比最大吋，灯最亮，功耗最高；调小占空比，可以降低灯的亮度，以降低功耗。可选地，所述限高警示装置还包括供装配至输电线路上的锁牙型无尾螺纹护套夹具。本实用新型提供的限高警示装置，提供的显示单元可以动态显示限高警示信息，所述限高警示信息至少包括所述输电线路的离地距离或限高数据。相对于现有技术，有效解决了横跨主要城市道路、高速公路或国道上的输电线路无警示、警示不明显或警示信息静止易造成视觉疲劳等问题，可以有效避免发生放电或挂碰的事故。另外，本实用新型提供的限高警示装置，提供的取电单元可以通过感应取电的方式直接从输电线路上取电以获得供电电源，相比现有的太阳能电池供电或蓄电池储能，具有供电稳定、不断电及成本节省等优势。

6参考文献

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