基于PWM調(diào)光的智能多功能臺燈設(shè)計.doc

本科畢業(yè)設(shè)計 題 目 基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計姓 名 韋 洋 專 業(yè) 自 動 化 學(xué) 號 201042004 指導(dǎo)老師 曹 衛(wèi) 鋒 鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院二一四年五月un paper destacat s totalment mobilitzar les masses per estalviar energia, eliminar llistats a la llum, cap admirador, molt de temps que flueix laigua. 100 funcions relacionades amb el Departament de Departament: Oficina de General de divisi: 1, fent plans destalvi denergia anuals i a curt termini i a llarg termini i els plans anuals dimplementaci. 2 triar equip estalvi denergia, de transformaci de lequip eficient denergia. 3, promoci de leficincia energtica nous materials, nous processos, nous equips, amortitzaci dequips de 20% fons cada any, per lestalvi energtic. Responsabilitats de lInstitut: 1, el disseny de productes destalvi denergia avanats, recomanem ls de materials destalvi denergia. 2, dissenyar un pla marcant el pes de la pea (pes net, pes brut). 3, la complexitat del desenvolupament del coeficient de productes de forja, coeficient de les dimensions del material pea i la soldadura caixa de Tremp. Responsabilitats de la divisi de poder equips: 1, disposicions superior a equip eficient denergia, actualitzant els productes destalvi denergia. 2, completar lestalvi denergia desar projectes en el temps i la rehabilitaci dels antics forns denergia de planta. 3,-. 5, per garantir que el funcionament de la caldera de partits poltics i una varietat de registres originals. Comprovar les funcions de mesura: 1 metre denergia s un important mitj de gesti energtica requereix la mesura exacta de鄭州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目 基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計 專業(yè) 自動化 學(xué)號 201042004 姓名 韋洋 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：（1）功能要求：臺燈能夠自動調(diào)整光強亮度，檢測環(huán)境溫度，顯示日歷等。（2）硬件要求：整個系統(tǒng)的硬件部分包括單片機，鍵盤、顯示和信號輸出等。上述內(nèi)容為基本要求，可按照自己的理解增加功能使之更完善?；疽螅海?）明確畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，復(fù)習(xí)與查閱有關(guān)資料。（2）對設(shè)計進(jìn)行簡要說明，總體設(shè)計方案，設(shè)計電路，使用計算機繪圖，畫出詳細(xì)的電路接線圖，列出元器件清單。電路圖要求工整、清楚、正確，并標(biāo)明管腳。（3）軟件編程必須有流程圖，程序必須加注釋，各程序段的開始要注明該段功能和作用。（4）要求使用A4打印稿，不少于2萬字。格式遵照學(xué)校規(guī)定。 主要參考資料：（1）周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)M.北京航空航天大學(xué)出版社（2）中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。（3）“電子技術(shù)應(yīng)用”、“電子設(shè)計應(yīng)用”、“單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”等期刊。（4）張毅剛.MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社（5）/a/zuopinzhanshi/diqijiedasaizuopin/（6）/forum/357/1 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日鄭州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告課題名稱基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計課題來源教師擬定課題類型AX指導(dǎo)教師曹衛(wèi)峰學(xué)生姓名韋 洋學(xué) 號201042004 專 業(yè)自動化開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準(zhǔn)備，設(shè)計的目的、要求、思路與預(yù)期成果；任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排；完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素等。）1. 調(diào)研資料的準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計是對我們在大學(xué)所學(xué)知識的一次系統(tǒng)而全面的總結(jié)，要求有一定的深度和廣度，只有這樣才能把所學(xué)知識融會貫通，將知識轉(zhuǎn)化為能力。為了為我們的老師、家長和我們自己畫下一個完美的句號，調(diào)研資料準(zhǔn)備如下：（1） 在圖書館查閱與單片機、傳感器、PWM脈寬調(diào)制相關(guān)電路等有關(guān)的文字書籍；（2） 通過互連網(wǎng)查閱所使用芯片相關(guān)的電子資料，以及國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)；（3） 通過老師的指導(dǎo)與解惑，對設(shè)計內(nèi)容有基本的了解，確定所使用的單片機類型和芯片型號，掌握各種硬件原理。避免設(shè)計誤區(qū)，爭取高效率。2. 設(shè)計的目的與要求目的：利用單片機微控系統(tǒng)和各個集成電子模塊設(shè)計出一款能夠調(diào)節(jié)臺燈亮度，能夠顯示時間，萬年歷，能夠檢測室內(nèi)溫度，擁有鬧鐘功能，有硬件設(shè)計圖和軟件設(shè)計流程圖。要求：（1）設(shè)計顯示模塊以及恒流驅(qū)動模塊，時鐘模塊，按鍵系統(tǒng)，蜂鳴系統(tǒng)，溫度檢測等硬件電路；（2）設(shè)計PWM調(diào)光系統(tǒng)能夠?qū)ED進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）對設(shè)計的電路進(jìn)行分析。（4）設(shè)計軟件程序流程圖及軟件主控制程序。（5）設(shè)計調(diào)試程序與硬件電路相匹配完成智能控制。3. 設(shè)計思路為了達(dá)到設(shè)計的目的，經(jīng)過反復(fù)查閱資料，設(shè)計出電路原理，熟悉為實現(xiàn)其功能所需要的各種元器件，集成模塊，軟件設(shè)計，軟硬件結(jié)合。 （1）選用STC51單片機利用PWM脈寬調(diào)制原理通過程序改變脈寬參數(shù)用單片機來控制每個周期內(nèi)高低電平數(shù)從而實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，改變臺燈的亮度。 （2）時鐘系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)采用高性能的DS1302時鐘芯片，該芯片功能豐富，使用簡單，是一款高精度實時時鐘芯片；其可以自動產(chǎn)生、年、月、日、時、分、秒等時間信息。顯示系統(tǒng)選用1602字符型液晶顯示模塊。 （3）溫度檢測系統(tǒng)溫度檢測系統(tǒng)選用數(shù)字溫度傳感器DS18B20。該傳感器集成度高功耗小高性能。可直接將溫度轉(zhuǎn)為串行數(shù)字信號。 （4）蜂鳴系統(tǒng)蜂鳴系統(tǒng)用于產(chǎn)生鬧鐘報警及按鍵提示音，由單片機及三極管的通斷實現(xiàn)對蜂鳴器聲音控制。 （5）供電系統(tǒng)LED燈采用恒流驅(qū)動芯片PT4115，單片機采用5V直流電源來進(jìn)行供電，其他模塊采用直流電源供電。 （6）軟件程序設(shè)計熟悉并掌握C語言程序設(shè)計的方法和思路，能夠熟練掌握單片機仿真軟件proteus的使用和仿真。 4. 設(shè)計的預(yù)期成果： 完成論文，制作出實物。5. 任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排（1） 第1周第2周：圖書館和網(wǎng)上查找資料，消化資料；（2） 第3周第5周：制作外圍硬件電路；（3） 第6周第10周：完成各個模塊對硬件以及程序的調(diào)試工作，使系統(tǒng)正常運行；（4） 第11周第12周：完成論文。 6. 完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素 如期完成本次設(shè)計具備以下條件因素，可以在圖書館查閱與單片機，PWM調(diào)光的相關(guān)書籍、雜志和期刊，在圖書館的電子資源網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)資料，學(xué)習(xí)仿真軟件的使用方法和技巧，具有調(diào)試硬件電路以及軟件的儀器與設(shè)備，積極聽取老師的指導(dǎo)與意見。注：課題來源要填寫明確（如教師擬定、學(xué)生建議、某企事業(yè)單位項目等）課題類型：（1）A工程設(shè)計；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研究；E調(diào)研報告（2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題；要求（1）、（2）均要填，如AY，BY等。目 錄中文摘要I英文摘要II前 言IV1 設(shè)計的總體要求及方案選擇1 1.1 調(diào)光技術(shù)的選擇1 1.2 主要集成芯片的選擇22 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計4 2.1 整體電路系統(tǒng)模塊4 2.2 單片機主控系統(tǒng)4 2.3 恒流驅(qū)動系統(tǒng)5 2.4 時鐘系統(tǒng)7 2.5 液晶顯示系統(tǒng)8 2.6 溫度檢測系統(tǒng)10 2.7 蜂鳴系統(tǒng)12 2.8 按鍵系統(tǒng)12 2.9 電源系統(tǒng)133 系統(tǒng)軟件設(shè)計14 3.1 系統(tǒng)主程序14 3.2 按鍵檢測和處理程序15 3.3 外部中斷程序16 3.4 定時器中斷程序16 3.5 C語言程序編寫和ISP軟件程序下載174軟件的調(diào)試和仿真195 硬件的組裝與調(diào)試20 5.1元器件的選擇與測量20 5.2電子元器件的焊接與組裝20 5.3電子電路的調(diào)試21 5.3.1 調(diào)試方法21 5.3.2 調(diào)試步驟21總 結(jié)24致 謝26參考文獻(xiàn)27附錄1 電路實物圖28附錄2 電路原理總圖29附錄3 電路程序清單30附錄4 元器件清單58基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計摘 要隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，人們生活中的照明工具也在發(fā)生著巨大的變化。普通電燈，白熾燈，LED燈，這也反映了人類社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展。目前的家居逐步朝著多功能化智能化的方向發(fā)展12。隨著環(huán)境問問題的惡化，能源的減少。節(jié)能綠色環(huán)保的臺燈，逐步走進(jìn)了人們的生活。以前的臺燈用途單一，而現(xiàn)在的人們需要一種多功能智能化的臺燈。因此利用所學(xué)知識設(shè)計一種多功能綠色環(huán)保的臺燈是一種很好的方向。本文介紹了一種基于PWM調(diào)光的智能臺燈設(shè)計。把單片機技術(shù)和PWM調(diào)光技術(shù)結(jié)合起來實現(xiàn)臺燈光強的調(diào)節(jié)。利用軟件來改變占空比從而來改變電壓的大小實現(xiàn)調(diào)光。利用DS1302時鐘芯片和單片機結(jié)合來產(chǎn)生時間日歷。利用DS18B20溫度檢測芯片來檢測環(huán)境溫度。用1602 字符型液晶顯示芯片來顯示時間，日歷，星期，溫度，以及臺燈的光強等級。利用蜂鳴器和時鐘芯片產(chǎn)生定時鬧鐘。從而使臺燈擁有多項功能。文章對總體設(shè)計思想進(jìn)行了論述，分析了系統(tǒng)主要功能并以系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖的形式體現(xiàn)，進(jìn)行了方案選擇與方案論證。完成了硬件電路的設(shè)計，描述了各模塊電路的組成，其中包括單片機最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、時鐘電路、蜂鳴器電路，溫度檢測電路，照明電路等，分析了電路中所用芯片的主要功能及各部分電路的工作原理。本設(shè)計通過對各模塊的硬件和軟件的設(shè)計，基本能夠達(dá)到設(shè)計要求，滿足人們?nèi)粘ε_燈的功能使用。關(guān)鍵詞：臺燈；多功能；單片機；PWM調(diào)光 THE DESIGN OF SMART MULTIFUNCTIONAL TABLE LAMP BASED ON PWMAbstractWith the development of electronic technology, people living in the lighting tool is also undergoing tremendous changes . Ordinary lamp , incandescent , LED lights. It also reflects the progress and development of human society and technology. The current domestic industry gradually towards multi-functional intelligent direction . With the deterioration of the environment to ask questions , the energy reduction . Green energy-saving lamp , getting into peoples lives . Previous use of a single lamp , and now people need a versatile intelligent lamp. So take advantage of the knowledge to design a multi-purpose green lamp is a good direction. This paper describes the design of a lamp -based intelligent PWM dimming . The microcontroller technology and PWM dimming technology combine to achieve a strong regulator station lights . Make use of software to change the duty cycle and thus to change the size of the voltage dimming . Using DS1302 clock chip and single-chip combination to generate time calendar. Using DS18B20 temperature detection chip to detect the ambient temperature. Character LCD with a 1602 chip to display the time , calendar , week, temperature, and light intensity lamp level .Make use of the buzzer and the alarm clock chip to generate timing . So that the lamp has a number of functions. Articles on the overall design ideas were discussed, analyzed the main functions of the system and the system hardware design embodied in block diagram form , carried out a program of selection and demonstration program . Completed the hardware design , describes the composition of each module of the circuit, including the smallest single-chip systems, liquid crystal display circuit , clock circuit , buzzer circuit, the temperature detection circuit , lighting circuits , analysis of the main functions of the chip used in the circuit works each part of the circuit. The design of the hardware and software through the design of each module , and can basically meet the design requirements , to meet peoples daily use of lamp function .Keywords : lamps;multi-function;single-chip;PWM dimmingI目 錄I基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計前 言隨著人類社會的發(fā)展能源的消耗，人們和環(huán)境資源的矛盾變的越來越尖銳。全球氣候變暖日益嚴(yán)峻。如何減少照明用電就作為一個重要的問題提到日程上來。因為照明用電占總能耗的20%.電子技術(shù)的發(fā)展，更加節(jié)能環(huán)保的LED的出現(xiàn),讓節(jié)能減排變成一種實際行動。LED 比白熾燈節(jié)，熒光燈，節(jié)能燈還要節(jié)約更多的電力。并且環(huán)保無污染。能夠根據(jù)亮度來調(diào)節(jié)燈光的亮度將會更加節(jié)能。但過去所有光源都很不容易實現(xiàn)調(diào)光，LED卻能夠輕易實現(xiàn)調(diào)光。有的時候人們需要照明時并不一定需要很亮的亮度，可是又無法去改變，反而浪費了能源。許多的場合都需要能夠智能調(diào)光的光控系統(tǒng)。像路燈、家庭照明，辦公室、商場、學(xué)校、工廠這些地方需要進(jìn)行燈光的亮度的調(diào)光，可以預(yù)見調(diào)光技術(shù)的發(fā)展必將帶來很大的節(jié)能減排的效應(yīng)。而臺燈作為家庭必備物品如果也能實現(xiàn)調(diào)光，采用LED照明技術(shù)，根據(jù)環(huán)境亮度來調(diào)節(jié)亮度，將會達(dá)到節(jié)能的效果。而且同時擁有鬧鐘功能，日歷功能，溫度檢測功能，將會給人們的生活帶來更大的便利。論文的主要原理和制作是根據(jù)所學(xué)的理論知識和在學(xué)習(xí)期間的電子電路制作過程中所積累的經(jīng)驗，從而進(jìn)行創(chuàng)作。在查閱大量相關(guān)資料的前提下結(jié)合任務(wù)書以及老師提出的要求和需要達(dá)到的效果進(jìn)行設(shè)計。首先利用Proteus軟件進(jìn)行電路圖的設(shè)計，畫出電路原理圖。利用單片機編程軟件用C語言進(jìn)行編程。將調(diào)試好的源程序下載到Proteus軟件單片機中進(jìn)行仿真。經(jīng)過一系列的調(diào)試仿真。最終達(dá)到任務(wù)書中的要求。在進(jìn)行實物的焊接。在實物調(diào)試完成后在進(jìn)行論文的整理，一切按照要求進(jìn)行。本論文主要的方法就是利用計算機軟件進(jìn)行輔助設(shè)計，利用計算機編程軟件進(jìn)行軟件設(shè)計。III1 設(shè)計的總體要求及方案選擇本次設(shè)計制作一基于PWM的智能多功能臺燈的控制系統(tǒng)，能夠通過STC89C52單片機編程實現(xiàn)臺燈亮度的調(diào)節(jié)，并通過顯示裝置顯示出時間，日期，星期，臺燈亮度，并且能夠進(jìn)行鬧鐘定時，能夠進(jìn)行環(huán)境溫度的檢測。功能要求：臺燈能夠自動調(diào)整光強亮度，檢測環(huán)境溫度，顯示日歷等。硬件要求：整個系統(tǒng)的硬件部分包括單片機，鍵盤、顯示和信號輸出等。1.1 調(diào)光技術(shù)的選擇 目前常見的調(diào)光技術(shù)主要有：1采用直流電源LED 的調(diào)光技術(shù)。2采用脈寬調(diào)制（PWM）來調(diào)光。3用可控硅對LED 調(diào)光2。按照常規(guī)技術(shù)的應(yīng)用有以下三種方案可供選擇。方案一：采用直流電源LED 的調(diào)光技術(shù)如果需要要改變LED 的亮度，實現(xiàn)起來相對來說比較容易。發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦允怯呻娏黩?qū)動的器件，因為LED 的亮度是取決于通過它的電流，在一定范圍內(nèi)電流越大其亮度越亮，反之則越小。調(diào)節(jié)LED 的亮度只需要調(diào)節(jié)電流大小，而LED工作電流很小通常需要串接限流電阻，所以當(dāng)我們改變其限流檢測電阻就能實現(xiàn)改變其電流大小從而改變LED的亮度。但是通常限流檢測電阻阻值非常小，用一個很小阻值的電位器來調(diào)節(jié)電流，操作起來很難實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)。所以一般不采用調(diào)節(jié)電阻大小來實現(xiàn)調(diào)節(jié)電流。因此為了實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)，有些芯片提供一個控制電壓接口，通過改變輸入的控制電壓就可以改變其輸出恒流值。這樣實現(xiàn)起來就比較容易。然而用調(diào)正向電流的方法來調(diào)亮度會產(chǎn)生一些問題，那就是在調(diào)亮度的同時也會改變它的光譜和色溫。調(diào)電流會產(chǎn)生使恒流源無法工作的嚴(yán)重問題。長時間工作于低亮度有可能會使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無法工作。調(diào)節(jié)正向電流無法得到精確調(diào)光。方案二：采用脈寬調(diào)制（PWM）來調(diào)光LED 是一個發(fā)光二極管，它可以快速實現(xiàn)開關(guān)。這一特點是其他的發(fā)光器件所無法比擬的。因此，我們需要把供電源改成脈沖恒流源，改變電源脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度1。種方法稱為脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光法。假如脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為ton,那么其工作比D（或稱為孔度比）就是ton/tpwm.改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED 的亮度。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的5。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點：1、不會產(chǎn)生任何色譜偏移。2、PWM調(diào)光具有極高的調(diào)光精確度。3、可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制。因為任何數(shù)字都可以很容易變換成為一個PWM 信號。4、PWM調(diào)光能夠通過軟件的方式比較容易實現(xiàn)，使用范圍廣闊。方案三：可控硅調(diào)光普通的照明燈具通常采用可控硅來調(diào)光，例如白熾燈和鹵素?zé)?。因為他們基本是一個純阻器件，以這樣純阻器件為照明工具的燈光系統(tǒng)對輸入電壓沒有要求，輸入電壓是否是正弦波交流電對其沒有任何影響。通過純阻器件的電流和電壓波形是完全一致的，所以不管電壓波形如何偏離正弦波，所以改變輸入純阻器件電壓的有效值，就可以調(diào)光。但是可控硅卻不能對以LED為照明器件的照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光。因為LED并不是一個純阻性的器件。綜述來說LED調(diào)光最好采用的技術(shù)是PWM調(diào)光。采用PWM 調(diào)光時，可以運用微控系統(tǒng)，例如單片機，通過程序可以預(yù)先設(shè)置好燈光的亮度等級，然后通過調(diào)節(jié)等級就能實現(xiàn)對燈光的亮度的調(diào)節(jié)。PWM 調(diào)光是可以直接應(yīng)用于調(diào)光型臺燈的5。因此最終選擇PWM調(diào)光。1.2 主要集成芯片的選擇單片機是整個電路的控核心，因此單片機的選擇對于整個電路來說是至關(guān)重要的。結(jié)合本論文的實際情況選擇STC89C52單片機15。52單片機比51單片機內(nèi)存大，可以串口下載程序，指令執(zhí)行速度快。經(jīng)濟方便18。時鐘芯片主要在DS12C887和DS1302之間進(jìn)行選擇。由于 DS12C887 能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息，其內(nèi)部又增加了世紀(jì)寄存器，從而利用硬件電路 解決了“千年”問題；DS12C887 中自帶有鋰電池，外部掉電時，其內(nèi)部時間信息還能夠保持10年之久；對于一天內(nèi)的時間記錄，有12小時制和24小時制兩種模式。在12小時制模式中，用AM 和PM 區(qū)分上午和下午；但是DS12C887引腳比較多，從而造成硬件電路比較復(fù)雜，而DS1302 也能夠自動產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時、分、秒等時間信息，但是內(nèi)部沒有內(nèi)部電源需要外接備用電源。和單片機相連的引腳只有三個，硬件電路比較簡單。因此選擇 DS1302作為時鐘芯片。顯示芯片采用1602液晶顯示芯片?？梢燥@示字符，數(shù)字等，該液晶可顯示兩行，每行顯示16 個字符；且體積小、能耗低、操作簡單；適合于本設(shè)計所需數(shù)字、英文字母以及特殊符號的顯示要求。通過單片機控制1602 液晶實現(xiàn)首行年、月、日、星期顯示，第二行時、分、秒以及環(huán)境溫度顯示。溫度檢測芯片采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使其應(yīng)用范圍廣闊，DS18B20可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理，測溫范圍為-55125，最高分辨率可達(dá)0.0625。57基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計2 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計2.1 整體電路系統(tǒng)模塊該多功能 LED 臺燈系統(tǒng)采用20 只5mm 高亮白光LED 燈珠為光源，以STC89C52 單片機為主控芯片15，由LED 恒流驅(qū)動系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)、蜂鳴系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、電源系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1 所示。該臺燈系統(tǒng)可具體實現(xiàn)LED 臺燈的10 級PWM 調(diào)光控制；液晶屏實時顯示時鐘、日歷與環(huán)境溫度信息；鬧鐘功能采用聲音報警方式，即一旦到達(dá)鬧鐘時間，LED 臺燈能夠出蜂鳴聲報警，以喚醒用戶；用戶則可以通過按鍵系統(tǒng)實現(xiàn)對時鐘日歷與鬧鐘參數(shù)的設(shè)置、LED 亮度的調(diào)節(jié)以及鬧鐘報警的解除。DS130時鐘系統(tǒng)STC89C521602顯示系統(tǒng)DS18B20測溫系統(tǒng)按鍵系統(tǒng)Pt4115恒流驅(qū)動蜂鳴系統(tǒng)電源系統(tǒng)圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2 單片機主控系統(tǒng)本設(shè)計主控系統(tǒng)采用高性能STC89C52 芯片實現(xiàn)，其P0 口外接10K 的上拉電阻，P0.0P0.7 連接液晶1602 的數(shù)據(jù)接口17。P2.6P2.7 則需要分別連接液晶1602 的使能端EN、數(shù)據(jù)/命令選擇端RS。P2.4 作為蜂鳴器控制端。P3.0 作為DS18B20 的信號輸入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6 與P3.7 作為S2S6 按鍵系統(tǒng)。單片機的P1.1 作為PWM 信號的輸出端并連接PT4115 芯片DIM 端，用于PWM 調(diào)光控制8。系統(tǒng)晶振電路由12MHZ 晶振與兩個30PF 電容組成；復(fù)位電路則由S1 按鍵、1K 電阻與20uF 電解電容構(gòu)成。單片機最小系統(tǒng)電路如圖2.2所示?；赑WM的智能多功能臺燈設(shè)計圖2.2 單片機最小系統(tǒng)2.3 恒流驅(qū)動系統(tǒng)本臺燈設(shè)計LED 光源采用相互并聯(lián)方式，共由20只高亮度小功率LED 組成；每只LED 燈珠的壓降約3.1V，工作電流約20mA.由白光LED 的正向伏安特性可知，當(dāng)LED 端電壓超過其正向?qū)妷汉螅^小的電壓波動都會導(dǎo)致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED 的正常使用，固LED 宜采用恒流驅(qū)動方式。因此，本設(shè)計LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驅(qū)動。PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源IC，能將直流電壓直接轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流輸出4。該芯片適合用于綠色照明LED燈的驅(qū)動電路，能夠驅(qū)動一顆或者多顆串并聯(lián)的LED，且具有應(yīng)用電路非常簡潔的優(yōu)點。根據(jù)不同的外部電壓和器件PT4115可以驅(qū)動數(shù)十瓦的LED燈。PT4115采用抖頻(Frequency Jitter)技術(shù)，能有效降低EMI。頻率抖動技術(shù)是一種從分散諧波干擾能量著手解決EMI問題的新方法。頻率抖動技術(shù)是指開關(guān)電源的工作頻率并非固定不變，而是周期性地由窄帶變?yōu)閷拵У姆绞絹斫档虴MI，以減小電磁干擾。當(dāng)沒有采用頻率抖動技術(shù)時，各次諧波較窄而且離散，幅值在諧波頻率較高處，EMI集中在峰尖。采用頻率抖動技術(shù)時，諧波幅值降低并變得平滑，高次諧波接近連續(xù)響應(yīng)，抑制EMI的效果十分顯著。PT4115輸入電壓范圍為6V-30V，芯片被擊穿的電壓大于45V，最大的輸出的電流為1.2A，其轉(zhuǎn)換的效率較高，達(dá)到97，PT4115恒流驅(qū)動芯片的輸出的電流精度達(dá)5。該芯片具有過壓、過流、LED斷路保護(hù)等多種功能。其封裝模式，有利于驅(qū)動電路的快速散熱，從而對電路進(jìn)行保護(hù)。PT4115的應(yīng)用電路簡潔，僅需四個元器件，DIM引腳的調(diào)光功能采用由高向低的調(diào)光方法，安全可靠。PWM和模擬電壓均可控制調(diào)光。DIM內(nèi)部有一個1M的上拉電阻(Rup)接到內(nèi)部5V電源。由于有些燈具需要實施過溫保護(hù)，可在DIM端外加一個熱敏電阻、NTC或溫度二極管。DIM端的電壓由Rup和NTC分壓決定，利用模擬調(diào)光的原理以及溫度對PN結(jié)電流的負(fù)反饋實現(xiàn)動態(tài)溫度控制，可實現(xiàn)LED燈具的動態(tài)過溫保護(hù)。PT4115 內(nèi)置功率開關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED電流，并通過DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和很寬范圍的PWM調(diào)光10。PT4115在DIM 管腳加PWM 信號進(jìn)行調(diào)光，DIM 管腳電壓低于0.3V 關(guān)斷LED 電流，高于2.5V 全部打開LED電流，PWM 調(diào)光的頻率范圍從100Hz 到20KHz 以上。當(dāng)高電平在0.5V 到2.5V 之間，也可以調(diào)光，當(dāng)DIM的電壓低于0.3伏時，功率開關(guān)關(guān)斷，PT4115進(jìn)入極低工作電流的待機狀態(tài)。LED 恒流驅(qū)動電路如圖2.3 所示 圖2.3 LED 恒流驅(qū)動系統(tǒng)電路圖PT4115 恒流驅(qū)動輸出的電流值計算公式為：IOUT =（0.1D）/ Rs （D 為方波信號占空比，Rs 為限流電阻。）由于本設(shè)計LED 光源采用20只小功率白光LED 燈珠并聯(lián)方式，且每只LED 燈珠額定電流為20mA，則PT4115 恒流驅(qū)動輸出最大電流IOUT 應(yīng)為400mA，因此Rs 選取0.25歐電阻。L1 為鎮(zhèn)流電感，選取68 H，用于穩(wěn)定通過LED 的電流。D1 是續(xù)流二極管，當(dāng)芯片內(nèi)部MOS 管截止?fàn)顟B(tài)時為儲存在電感L1 中的電流提供放電回路；由于工作在高頻狀態(tài)，D1 選用正向壓降小且恢復(fù)速度快的肖特基二極管SS24。PWM 脈沖調(diào)光信號由單片機P1.1 產(chǎn)生，單片機P1.1口的輸出的高電平和低電平?jīng)Q定LED 是否通斷。將定時器T0溢出中斷定為1/2500 秒（即400 S），每10個脈沖信號作為一個周期，即頻率為250HZ.這樣，在每1/250 秒的周期中，通過改變方波的高低電平的個數(shù)，即改變占空比從而實現(xiàn)LED 燈的10級亮度調(diào)節(jié)，即LED亮度等級是由每個周期內(nèi)的高電平脈沖的數(shù)目所決定的。當(dāng)高電平脈沖個數(shù)為1時，占空比為1/10，亮度最低，當(dāng)在一個周期中10個脈沖全為高電平時，占空比為1，LED亮度最高。其調(diào)光原理如圖2.4 所示；圖2.4 PWM 調(diào)光原理圖2.4 時鐘系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)采用DS1302時鐘芯片。此芯片通過程序的讀寫提供年月日，時間，星期，達(dá)到顯示時間日歷的目的。此芯片引腳，X1, X2接32.768KHZ的晶振。VCC1接備用電源以保證系統(tǒng)電源斷電時，能夠正常的進(jìn)行計時。VCC2接主電源。DS1302的工作電壓在3.5V到5.5V之間。復(fù)位引腳RST接單片機的P1.5引腳，時鐘引腳SCLK接單片機的P1.6引腳，I/O接口接單片機的 P1.7引腳9。時鐘系統(tǒng)和單片機系統(tǒng)連接圖如圖2.5。基于PWM的智能多功能臺燈設(shè)計圖2.5 時鐘系統(tǒng)電路圖2.5 液晶顯示系統(tǒng)液晶顯示器在我們平時的生活中運用的地方非常多，像最簡單的計算器，電子表，數(shù)字萬用表等等。液晶顯示能夠顯示數(shù)字特殊符號和圖形。而其他的顯示有:發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，這些顯示所使用的軟件都比較簡單，但是硬件電路比較復(fù)雜，從而使硬件電路的設(shè)計變得更加復(fù)雜，同時也會產(chǎn)生一些其他諸如成本，設(shè)計思路等方面的問題。相比較而言液晶顯示成本低運用廣，且硬件電路相對比較簡單，所以本次設(shè)計的顯示模塊選擇使用LCD液晶顯示器11。顯示系統(tǒng)采用1602 字符型液晶。該液晶可顯示兩行，每行顯示16 個字符；且體積小、能耗低、操作簡單；適合于本設(shè)計所需數(shù)字、英文字母以及特殊符號的顯示要求。通過單片機控制1602 液晶實現(xiàn)首行年、月、日、星期顯示，第二行時、分、秒以及環(huán)境溫度顯示。液晶顯示的優(yōu)點：（1）顯示質(zhì)量好，可視面積大。液晶顯示器每一個點在收到信號后會一直保持色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不需要像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍?；赑WM的智能多功能臺燈設(shè)計（2）數(shù)字式接口。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，不需要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號在進(jìn)行輸出，操作更加方便。（3）體積小、重量輕。液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，所以在實際電路的焊接中能夠更好的進(jìn)行電路的排版焊接，簡化了在硬件電路中設(shè)計的工作量。（4）功耗低。相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 因此該硬件系統(tǒng)的顯示電路采用LCD1602液晶顯示,可以顯示時間、日歷，星期，燈光亮度和溫度等。用單片機一組I/O口作為數(shù)據(jù)口向LCD1602發(fā)送數(shù)據(jù)信息。從而實現(xiàn)所需功能。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理:（1）線段的顯示點陣圖形式液晶由MN個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行有16字節(jié)，共168=128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。（2）字符的顯示用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。（3）漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完LCD就可以得到一個完整的漢字。 本系統(tǒng) 1602 液晶采用并行操作方式，P0.0P0.7 通過借助10K 的上拉電阻連接其數(shù)據(jù)端口DB0DB7，這樣就能保證單片機和液晶顯示1602之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫14。由于各自片選信號不同，選中時操作對應(yīng)芯片將不會造成操作沖突。P2.5連接1602液晶的使能端E，P2.7 連接1602液晶的數(shù)據(jù)/命令選擇端RS，液晶顯示1602的數(shù)據(jù)讀寫RW接地。第3 引腳為液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端，通過10K 滑動變阻器接地，用于調(diào)節(jié)液晶的顯示亮度。第15 管腳背光源正極BLA通過10 歐電阻接地，第16 管腳背光源負(fù)極BLK 接地。該液晶接口電路如圖2.6 所示。圖2.6 液晶系統(tǒng)電路圖2.6 溫度檢測系統(tǒng)系統(tǒng)的溫度檢測選用DALLAS 公司“一線總線”數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號處理，測溫范圍為-55-125，最高分辨率可達(dá)0.06253。DS18B20 共有三個引腳電源正VCC、電源負(fù)GND 和信號輸入輸出口DQ.R3 為4.7K 的上拉電阻，用于保證單片機與DS18B20 通訊時高低電平準(zhǔn)確的被單片機機和DS18B20 識別6。單片機P3.0 口通過R3 連接DQ 端口實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集處理，并通過液晶屏實時顯示。溫度檢測電路如圖2.7所示。 圖2.7 溫度檢測電路圖DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在使用DS18B20溫度傳感器并且需要進(jìn)行編程來實現(xiàn)其溫度測試的功能時，必須知道DS18B20內(nèi)部儲器。明白他是怎么樣工作的。這樣才能進(jìn)行編程。DS18B20 共有2種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： （1）ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（DS18B20 的編碼是19H），后面48 位是芯片唯一的序列號，最后 8位是以上 56的位的 CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20 共 64 位 ROM。 （2）RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20 共9 個字節(jié) RAM，每個字節(jié)為8位。第1，2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 3、4 個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第 3 個 EEPROM的鏡像。第 6、7、8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。由于DS18B20溫度檢測傳感器使用范圍比較廣，電路設(shè)計和軟件編程都比較成熟。所以本電路系統(tǒng)采用DS18B20溫度檢測傳感器不管是從硬件電路設(shè)計還是軟件編程方面都具有很好的優(yōu)勢，能夠起到簡化電路設(shè)計節(jié)約成本的作用。2.7 蜂鳴系統(tǒng)蜂鳴系統(tǒng)用于產(chǎn)生鬧鐘報警聲以及按鍵提示音。由單片機P2.4口控制PNP 三極管9012的通斷實現(xiàn)對蜂鳴器聲音控制；通過延遲函數(shù)實現(xiàn)蜂鳴報警聲的長短音控制，長音滴用于鬧鐘鈴聲，短音滴用于按鍵提示音。蜂鳴系統(tǒng)電路如圖2.8所示。圖2.8 蜂鳴系統(tǒng)電路圖2.8 按鍵系統(tǒng)按鍵控制系統(tǒng)由S2S6 五個按鍵組成，分別為S2 時間設(shè)置鍵、S3 數(shù)值增大鍵、S4 數(shù)值減小鍵、S5 鬧鐘設(shè)置鍵以及S6 亮度調(diào)節(jié)鍵。S2 用于選擇需要調(diào)整的時間日歷以及鬧鐘參數(shù)，并作為時間日歷參數(shù)的存儲確認(rèn)鍵。S3 與S4 用于調(diào)整被選參數(shù)值的大小。S5 用于鬧鐘查看與存儲確認(rèn)鍵。S6 用于LED 燈光10 級亮度的調(diào)節(jié)鍵。按鍵系統(tǒng)電路如圖2.9 所示。 圖2.9 按鍵系統(tǒng)電路圖2.9 電源系統(tǒng) 本系統(tǒng)設(shè)計最大功率約1.6W，可采用電池或穩(wěn)壓電源多種方式供電。由于系統(tǒng)光源采用20 只LED 燈珠并聯(lián)組成，所以LED 恒流驅(qū)動芯片PT4115 供電電源在630V 電壓范圍內(nèi)均可使LED 燈正常使用。但單片機供電需要恒壓供電。系統(tǒng)采用三端穩(wěn)壓芯片7805，來穩(wěn)定給單片機供電的電源。該線性穩(wěn)壓芯片正常工作輸入電壓與輸出電壓差值應(yīng)至少高于2V，若差值過大會增加額外功耗。因此，本系統(tǒng)宜選用穩(wěn)壓電源方式供電。同時，本文LED 恒流驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計簡潔靈活，可根據(jù)用戶需求適當(dāng)調(diào)整驅(qū)動電路參數(shù)，即可擴展LED 照明功率，最大可至10W左右。 集成直流穩(wěn)壓電源的要求是比較基本的設(shè)計，設(shè)計要求電源輸出5V直流電壓。設(shè)計中包括電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個部分。通過四部分的組合將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計要求直流電壓。由于穩(wěn)壓電路發(fā)生波動、負(fù)載和溫度發(fā)生變化，濾波電路輸出的直流電壓會隨著變化。因此，需要維持電源輸出的電壓穩(wěn)定不變，需要加一級穩(wěn)壓電路。系統(tǒng)中穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)外界因素（電網(wǎng)電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度）等發(fā)生變化時，使輸出的直流電壓不受外界因素的影響，從而維持穩(wěn)定的電壓輸出。保護(hù)各個芯片的正常工作。穩(wěn)壓電路一般采用集成穩(wěn)壓器和一些外圍元件組成。采用集成穩(wěn)壓器設(shè)計的電源具有很好穩(wěn)定性能、電路結(jié)構(gòu)比較簡單等優(yōu)點。從而保證穩(wěn)定給各個芯片供電，并提供整個系統(tǒng)的供電。圖2.10 直流穩(wěn)壓電源3 系統(tǒng)軟件設(shè)計該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、溫度傳感器芯片處理程序、液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產(chǎn)生PWM 程序構(gòu)成。3.1 系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序（包括I/O 口初始化、DS1302 時鐘芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中斷0 與定時器T0 設(shè)置）、按鍵檢測和處理程序、時鐘數(shù)據(jù)的讀取與處理程序、溫度數(shù)據(jù)的讀取與處理程序、液晶顯示程序、鬧鐘報警的判斷和處理程序、PWM調(diào)光處理程序等。程序中設(shè)置鬧鐘標(biāo)志位Flag_ri，一旦鬧鐘時間到達(dá)，時鐘芯片IRQ引腳觸發(fā)外部中斷0，進(jìn)入中斷程序則置Flag_ri=1，用于主程序中鬧鐘報警的判斷與處理。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3.1 所示。圖3.1 主程序流程圖3.2 按鍵檢測和處理程序按鍵控制系統(tǒng)由S2S6五個按鍵組成，分別為S2時間設(shè)置鍵、S3數(shù)值增大鍵、S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設(shè)置鍵以及S6亮度調(diào)節(jié)鍵。S2用于選擇需要調(diào)整的時鐘以及鬧鐘參數(shù)，根據(jù)S2按下次數(shù)，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，液晶屏上被選參數(shù)下方以光標(biāo)閃爍狀態(tài)提示，再通過按下S3或S4調(diào)整被選參數(shù)值的大小，S2按下累