学士学位论文小型电子声光礼花器设计.docx

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学士学位论文小型电子声光礼花器设计

题目小型电子声光礼花器设计

学生姓名学号

所在学院物理与电信工程学院

专业班级电子信息工程专业12级3班

指导教师______

完成地点陕西理工学院__

2016年6月5日

小型电子声光礼花器设计

作者：

（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业12级3班，陕西汉中723001）

指导老师：

[摘要]小型电子声光礼花器是模拟礼花燃放装置，节日和庆典时燃放礼花，其绚丽缤纷的图案，热烈的爆炸声、欢乐的气氛，能给人们留下美好的印象。

本次课题通过电子元器件完成控制、发声、发光、按键四个模块对传统礼花器效果进行实现，采用STC89C52RC单片机最小系统对电子礼花器各个部分进行实时控制，避免了传统礼花人为控制所存在的一定的烟尘污染和爆炸的安全隐患，采用蜂鸣器取代传统发声效果，并添加一定歌曲使音乐效果更加丰富，采用LED点阵取代传统花炮单一效果表现，展现更多种花型、字型很大程度弥补传统礼花的花型单调缺陷，采用按键开关对礼花器的进行进度实时控制，解决了传统礼花器的控制弊端。

本课题设计可以模拟礼花燃放装置，达到声型兼备的效果，给人们在安全、环保的环境中带来轻松愉快的氛围。

电路结构新颖元件不多、调试简单。

可供小型企业工程技术人员开发设计参考。

该装置可很大程度解决传统礼花器燃放带来的对空气污染问题，其可重复使用性更大程度上解决了人们重复使用的需求，并且电子礼花器的使用范围更加广泛，家庭聚会、联欢晚会、儿童玩具都可以使用。

[关键词]小型；礼花器；单片机

DesignofSmallElectronicSoundandLightFireworks

Author：

TeLi

（Grade12,Class3,Majorelectronic1sandinformationengineering,SchoolofPhysicsandElectronicInformationEngineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,Shaanxi）

Tutor:

ChunjiangShuai

Abstract:

Smallelectronicsoundandlightfireworksarefireworkssimulationdevice,whenfireworksfestival,apatternofradiation,thermalexplosion,festiveatmosphere,givingagoodimpression.Thispaperisdesignedtosimulatefireworksdevicetoachievethetypeofsoundandeffectsbytheelectroniccomponents,somedustpollutionandtheriskofexplosionhazardsafety,environment,people'senvironmentalprotectionhasbroughtarelaxedatmosphere.UseSTC89C52RCsmallestsingle-chipsystemforeachpartoftheelectronicfireworks,realtimecontrol.Usebuzzertoreplacethetraditionalsoundeffect.Andaddsomesongsmakemusicrichereffect.UseLEDdotmatrixinsteadoftraditionalfireworksshowthatcanshowmorefontandflower.Thekeyswitchtosolvethedrawbacksoftro=aditionalfireworksdevicecontrol.TheThenewcircuitstructure,elementsmall,easytodebug,forhomemade.Itcanalsobeusedforsmallbusinessesopendesignengineeringandtechnicalpersonnelreference.Thedevicecanbeusedforfamily,friends,celebration,party,children'stoysandsomeinterestingplaces

Keywords:

Smallelectronicacousto-opticceremonyFlower；Festivalfireworks；Environmentalprotection

1引言

1.1课题研究的背景及意义

在工程上的目的和意义：

每年世界各国节日和庆典时都会燃放礼花，其绚丽缤纷的图案，热烈的爆炸声所带来的欢乐的气氛，能给人们留下美好的印象，但是因为燃放烟花爆竹而破坏环境，烟花爆竹的不正确使用而发生各种危险的情况也时有发生。

随着环境保护意识和自我保护意识的增强，我国各城市为了保护环境，预防一定的烟尘污染和爆炸危险隐患，相继出台了各项规定，节假日在市区范围内禁止燃放烟花爆竹。

受到电子鞭炮的启发，本设计采用LED灯作为显示模块模拟礼花绽放时的形态，之所以用LED灯取代小型灯泡作为电子礼花器的显示器件，是因为LED灯具有节能，工作寿命长，亮度高，发光颜色多，响应快等优点。

另外电子礼花器的发展与应用在节约能源、保护环境方面都具有重要的意义。

在设计上的目的和意义：

本课题研究的是小型电子声光礼花器主要通过单片机控制电路来驱动模拟礼花色彩的发光电路和模拟礼花爆炸声的发声电路，从而达到模拟礼花的燃放的装置，达到声型兼并的效果，电路结构新颖、元件不多、调试容易、适合自制，也可以供小型企业工程技术人员开放设计参考。

1.2课题研究的现状及发展趋势

国外欧美发达国家极少生产烟花，其主要原因是生产，储存及运输过程中容易产生爆炸，非常危险。

这些国家主要从发展中国家进口，中国作为火药发明国和火药生产的传统地，自然是最大的输出国。

在国外也有一些发展中国家的专业厂家生产礼花器。

这些企业对烟花生产的研究比较少，主要是对燃放效果进行研究，例如应用计算机来进行对燃放的时间和燃放的先后顺序的控制，以达到预期的燃放效果，给人们留下美好的视觉感受。

我国是世界花炮市场中当之无愧的花炮的主要原产地，大约占世界花炮总产值的80%，年产值超过100亿元。

湖南省的浏阳市是我国最大的烟花爆竹生产基地。

礼花器是浏阳花炮中的主要出口产品，也是国内外举办各种庆典活动时必备的消费品，约占全市总产量的33%。

现在，浏阳生产的礼花弹主要以黄板纸为材料，纸张等原辅材料的消耗高，边角废料的利用率低以及纸张价格的不断上涨，人们环保意识的不断增强已成为礼花弹发展的瓶颈。

以年产礼花弹10万箱，创产值2000万元的企业为例，每年用来做礼花弹壳的黄板纸为150吨，按现行价格1900元/吨计算，需28.5万元。

纸张的损耗高达35%，即每年有近6万元资金变成边角废料而白白流失。

这种规模的企业每年各种纸张的边角废料高达30万吨，这不得不说是一笔非常惊人的浪费。

然而仅限于目前的生产工艺，这种浪费是无可避免的[1]。

电子礼花器的环保化是其发展的必然趋势，环保化可以使电子礼花器更加的市场化，并使电子礼花器进入更加广泛的应用领域，特别是在娱乐场所的应用，另外电子礼花器的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

1.3课题研究的内容

本设计主要是分析对比烟花礼炮的优缺点。

研究思路针对相对简单的电子技术来设计，重点针对电子礼花器发光部分的工作特性。

本设计采用STC89C52RC芯片作为硬件核心，具有在线编程功能，低功耗，能于5V的超低压工作,该芯片采用Flash ROM，内部具有8KB ROM存储空间。

显示部分采用16X16的LED点阵，显示功能强大，可显示大量文字、图形，显示多样、清晰。

并且使用74HC595芯片对LED显示电路进行外接，不仅减少了I/O口的占有率，而且为以后添加显示部分，从而使显示部件更加丰富提供了便利的条件。

本设计针对电子礼花器，主要采用电子制作装置，由模拟礼花色彩的发光电路、模拟礼花爆炸声的发声电路和按键控制部分三部分构成。

2总体方案设计

2.1设计要求

（1）模拟的礼花燃放声音要有0.1s—1s的停顿时间；

（2）效果模仿时，要将红绿蓝三个发光二极管呈三角形装置；

（3）有条件可在发光的前方装置由透光口组成的礼花图案的面板。

2.2方案选择

2.2.1单片机芯片的方案

方案

（一）：

小型电子声光礼花器通过555振荡电路来驱动模拟礼花色彩的发光电路和模拟礼花爆炸声的发声电路，模拟礼花燃放装置，达到声型兼并的效果。

方案

（二）：

STC12C5A60S软件芯片对显示部件进行控制，使显示更加立体，丰富。

方案（三）：

STC89C52RC是STC公司生产的一种功耗低、性能高CMOS8位微控制器，具有8K在线系统可编程Flash存储器。

STC89C52RC使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单一芯片上，拥有8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52RC为众多的嵌入式控制应用系统提供了高灵活、超有效的解决方案。

具有以下的标准功能：

8k字节的Flash，512字节的RAM，看门狗定时器，32位I/O口线，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，2个外部中断，全双工串行口。

另外STC89C52RC可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式[2]。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

下载程序方面直接串口就可以下载。

本方案中用到的是STC89C52RC。

2.2.2显示模块的方案

方案

（一）：

LED点阵是由多个发光二极管封装在一起组成的器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字，花型，字母。

LED数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动LED点阵显示多个LED，从而显示出我们要的数字，字母，花型。

方案

（二）：

LED发光二极管易于安装，组合花型，且便于复查，但考虑到显示电路不仅用于显示单一样式，所以方案一更适用于整体方案当中。

方案（三）：

LED立体点阵，采用4X4X4LED发光二极管组成立体点阵，完成立体多重花型显示。

经比较LED点阵的显示多样性，所以采用LED点阵为显示部件。

2.2.3发声模块的方案

方案：

采用单片机STC89C52RC芯片发声。

STC89C52RC内部设置有3个16位定时器/计数器都具有计数方式和定时方式两种工作方式，STC89C52RC的定时功能是通过对外部晶振的提供的脉冲进行计数，从而达到控制发声电路功能，因此可以利用STC89C52RC的该功能实现控制蜂鸣器，从而达到发声系统的正常功能实现[3]。

2.2.4按键模块的方案

方案：

使用独立式键盘。

独立式键盘是直接用I/O口线构成的单个按键电路。

独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。

综上各方案所述：

采用STC89C52