家用可調(diào)光LED照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、家用可調(diào)光led照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目 家用可調(diào)光led照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 姓 名 指導(dǎo)老師 葛廣軍 完成時(shí)間 72013年5月24日 摘 要作為一種光源調(diào)光是很重要的不僅是為了在家居中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境在今天來(lái)說(shuō)減少不必要的電光線以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的是更加重要的一件事而且對(duì)于led光源來(lái)說(shuō)調(diào)光也是比其他熒光燈節(jié)能燈高壓鈉燈等更容易實(shí)現(xiàn)所以更應(yīng)該在各種類型的led燈具中加上調(diào)光的功能該系統(tǒng)硬件電路由四個(gè)部分組成感光電路ad轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)控制電路發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式軟件部分采用pid算法自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境光照

2、度本設(shè)計(jì)以89c52單片機(jī)為控制器利用光敏電阻采集環(huán)境光照度采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)三極管進(jìn)而調(diào)節(jié)led的發(fā)光亮度最終維持環(huán)境光照度在一個(gè)設(shè)定的水平關(guān)鍵詞發(fā)光二極管pid算法照明節(jié)能abstractthe quality of dimming of light source is very important it is not only for a better environment at home at present it is also an even more important issue to lessen waste of unnecessary electric light a

3、nd further achieve the goal of energy saving and emission reduction whats more for light source of led it is easier to adjust brightness than fluorescent lamp energy saving lamp high pressure sodium lamp and other kinds of lamps therefore wed better add the function of brightness-adjusting to variou

4、s kinds of led lampsthe hardware of adaptive adjustable optical-intensity system is consisted of four parts they are photosensitive circuit ad change-over circuit single-chip microcomputer control circuit and led driving circuit and the software of the system makes use of pid algorithm to adjust bri

5、ghtness of environment automatically this design takes 89c52 scm as controller use photo conductive resistance to collect luminance of the environment and the designer adopt pulse width modulation mode to adjust triode which can help adjust brightness of led to keep intensity of illumination of the

6、environment at a set levelkeywords ledpidilluminationenergy saving 目錄摘 要iabstractii第1章 緒論111選題的背景及意義1com背景1com意義312 led的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀313本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求314 led相關(guān)知識(shí)4com led的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理4com led光源的特點(diǎn)4com led的應(yīng)用5第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理721總體設(shè)計(jì)方案722系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式選擇823光照檢測(cè)方式選擇824人體感應(yīng)方式選擇825 led驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)注意點(diǎn)9第3章 硬件設(shè)計(jì)1031電源電路1032感光電路1133手動(dòng)控制電路1334延時(shí)時(shí)

7、間選擇電路1335單片機(jī)控制電路13com at89c51簡(jiǎn)介14com adc0832簡(jiǎn)介15com ad轉(zhuǎn)換電路1536時(shí)鐘電路1737發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路1838相關(guān)計(jì)算19第4章 軟件設(shè)計(jì)2141主程序流程圖2142系統(tǒng)初始化2143人體紅外感應(yīng)子系統(tǒng)2244手動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)子系統(tǒng)2345仿真環(huán)境介紹23coml介紹23comteus介紹 2344 pwm調(diào)制亮度調(diào)節(jié)24第5章 系統(tǒng)可靠性技術(shù)2551 干擾產(chǎn)生的后果2652 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)2753 軟件抗干擾技術(shù)28第6章總結(jié)與展望29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄a32附錄b36第1章 緒論led光源是21世紀(jì)光源市場(chǎng)的希望眾多

8、優(yōu)點(diǎn)預(yù)告其未來(lái)將逐步取代傳統(tǒng)光源奧科委指出高亮度led將是人類繼愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈泡之后最偉大的發(fā)明之一當(dāng)前全球能源危機(jī)的時(shí)候能源是一種寶貴的資源所以節(jié)約能源是我們未來(lái)面臨的問(wèn)題 led作為一種新型的節(jié)能環(huán)保的綠色光源產(chǎn)品必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)11 選題的背景及意義com 選題的背景隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展能源消耗以驚人的速度增長(zhǎng)伴隨而來(lái)的則是大量的環(huán)境污染和生態(tài)破壞在電能消耗中發(fā)達(dá)國(guó)家照明用電占發(fā)電總量的比例為19而我國(guó)為10隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展我國(guó)的照明用電將有大比例的提高綠色節(jié)能照明的研究應(yīng)用越來(lái)越受到重視開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用節(jié)能燈具成為迫在眉睫的任務(wù)led照明就是在這樣的形勢(shì)下發(fā)展起來(lái)的傳統(tǒng)光源白熾燈發(fā)熱

9、量大耗電發(fā)光效率較低使用壽命短熒光燈管顯色性較差光譜是斷續(xù)的特別是它的頻閃效應(yīng)容易使人眼產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)需要在設(shè)計(jì)上采取措施消除頻閃效應(yīng)另外燈管內(nèi)存在著有毒的汞蒸汽不環(huán)保led光源與常見(jiàn)光源效率典型數(shù)據(jù)對(duì)比如下表1所示表1 led光源與常見(jiàn)光源效率典型數(shù)據(jù)對(duì)比燈具光源種類光源光效lmw燈具效率x燈具有效光效lmwled光源90-130901-117hps高壓鈉燈100-1305555-72halide金鹵燈805544cpl型節(jié)能燈60-706036-42無(wú)極燈60大功率50603630白熾燈15普通熒光燈60-807042-56led照明以其綠色環(huán)保高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)前最具潛力的照明方式之一led

10、號(hào)稱綠色照明的第四代光源目前已開(kāi)始逐步應(yīng)用于電信交通農(nóng)業(yè)醫(yī)學(xué)軍事等領(lǐng)域ledlight-emitting diode發(fā)光二極管是一種固態(tài)的半導(dǎo)體組件能把電能直接轉(zhuǎn)化為光能作為一種固體照明光源led具有長(zhǎng)壽命高光效多光色等特性可在安全低電壓下工作也可連續(xù)開(kāi)關(guān)閃斷實(shí)現(xiàn)0-100調(diào)光com 課題的意義led是一種新型半導(dǎo)體固態(tài)光源它是一種不需要鎢絲和燈管的顆粒狀發(fā)光原件led光源憑借環(huán)保節(jié)能壽命長(zhǎng)安全等眾多優(yōu)點(diǎn)在打造節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的大環(huán)境下當(dāng)仁不讓地成為照明行業(yè)的新寵許多國(guó)家都開(kāi)始推廣led的應(yīng)用led的應(yīng)用在照明領(lǐng)域是最令人振奮的它將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的照明市場(chǎng)很快會(huì)成為市場(chǎng)的主打產(chǎn)品其實(shí)led的技術(shù)不是

11、剛出現(xiàn)的在許多年前就已經(jīng)出現(xiàn)但是那個(gè)時(shí)候led只是被用作儀器和設(shè)備的指示燈近些年隨著科技的突破材料和芯片性能上都有新的改善和突破使得led的亮度和壽命都有了極大的改進(jìn)從而也推動(dòng)了led更為廣泛的使用普通白熾燈的壽命只有1000小時(shí)而led的壽命則高達(dá)50000小時(shí)而且消耗的電量要少得多根據(jù)美國(guó)sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究如果白光二極管系統(tǒng)能夠普及全世界照明用電的消耗將減少5010倍led照明技術(shù)的發(fā)展將帶來(lái)更加明亮的光線和更少的能源消耗隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展我國(guó)的照明用電還將有大幅度的提高國(guó)家對(duì)綠色節(jié)能科技的投入越來(lái)越大led照明是借助著這個(gè)大環(huán)境下才得以發(fā)展的據(jù)中國(guó)綠色照明工程促進(jìn)項(xiàng)目辦公室專項(xiàng)調(diào)查我

12、國(guó)照明用電每年在3000億度以上用led取代全部白熾燈和部分熒光燈可節(jié)省13led的優(yōu)點(diǎn)還有很多作為全固態(tài)發(fā)光體led更加的耐震耐沖擊發(fā)熱量也更低而且不易破碎不含汞鈉等可能危害健康的元素更加安全更加環(huán)保led的應(yīng)用十分廣泛應(yīng)用在路燈照片汽車尾燈景觀燈液晶顯示屏手機(jī)背光源等12 led的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在照明領(lǐng)域的技術(shù)革新中l(wèi)ed的應(yīng)用毫無(wú)疑問(wèn)是最令人振奮的它改變了整個(gè)照明市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)led的發(fā)光強(qiáng)度很高但它發(fā)出的熱量很少白熾燈會(huì)浪費(fèi)大量的熱能霓虹燈容易破損熒光燈會(huì)產(chǎn)生有毒氣體led已被全球看成一種新型的高科技環(huán)保的節(jié)能光源近幾年來(lái)led的發(fā)光效率已增長(zhǎng)了100倍而成本下降了10倍在目前l(fā)ed光源及

13、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)中極具發(fā)展與應(yīng)用前景的是照明用led其用作固體照明器件的經(jīng)濟(jì)性顯著且有利于環(huán)保正逐步取代傳統(tǒng)的白熾燈目前照明led的應(yīng)用每年發(fā)展的速度超過(guò)20世界上的許多發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始大量應(yīng)用led照明功率型led優(yōu)異的散熱特性與光學(xué)特性更能適應(yīng)普通照明領(lǐng)域?yàn)樘娲鸁晒鉄舭坠鈒ed必須具有150200lmw的光效而且每流明的價(jià)格應(yīng)該控制在 0015美元以下想要做到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)仍有很多技術(shù)要突破根據(jù)理論上的說(shuō)法led的發(fā)光效率可以非常接近100所以led被看成21世紀(jì)的新型光源很有希望在白熾燈熒光燈高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源為了提高白光led的發(fā)光效率世界上許多國(guó)家的科研人員正從改進(jìn)工藝和開(kāi)發(fā)新材料入手

14、以改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)美國(guó)波士頓的photonics research研究中心報(bào)道了led技術(shù)方面的新進(jìn)展聲稱光效達(dá)到330lmwphoton-rectcling的半導(dǎo)體光源可發(fā)出藍(lán)黃兩種波長(zhǎng)的光所發(fā)出的光能使人感到的是白光這種光效與目前市場(chǎng)上的led比要高10倍甚至更高不過(guò)應(yīng)該指出從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化的產(chǎn)品這條路也許還十分漫長(zhǎng)奧地利的照明設(shè)計(jì)公司做了一個(gè)大型的實(shí)驗(yàn)用了14000只白光和彩色led的混合照明整個(gè)房間光照水平可以達(dá)到600-700lux足夠一間普通辦公室的照明用計(jì)算機(jī)計(jì)算白光藍(lán)光藍(lán)綠光琥珀和紅光二極管的混合效果可以得到2500-3000k的暖色溫其顯色指數(shù)非常好由于led產(chǎn)業(yè)不斷涌現(xiàn)新技術(shù)新

15、產(chǎn)品新應(yīng)用呈現(xiàn)出了朝陽(yáng)工業(yè)的欣欣向榮的景象可以相信半導(dǎo)體技術(shù)不僅不會(huì)被其他技術(shù)取代而且會(huì)繼續(xù)沿著原來(lái)的軌道向前發(fā)展半導(dǎo)體照明技術(shù)由于技術(shù)的先進(jìn)性和產(chǎn)品使用的廣泛性已經(jīng)被廣泛認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ母呖萍碱I(lǐng)域之一半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)具有明顯的節(jié)能和環(huán)保效果也被認(rèn)為是一個(gè)戰(zhàn)略性的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)13 本課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求本次課題設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在了解當(dāng)前l(fā)ed現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上利用單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)led調(diào)光系統(tǒng)該系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)led燈的亮度且滿足一定的精度要求因此本課題研究設(shè)計(jì)內(nèi)容概括如下1基本功能12342 擴(kuò)展功能 12414 led相關(guān)知識(shí)com是英文light emitting diode發(fā)光二極管的縮寫(xiě)它的基本結(jié)

16、構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料置于一個(gè)有引線的架子上然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用所以led的抗震性能好發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片p型半導(dǎo)體里面空穴占主導(dǎo)地位n型半導(dǎo)體里面主要是電子當(dāng)兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層稱為p-n結(jié)在某些半導(dǎo)體材料的pn結(jié)中注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能pn結(jié)加反向電壓少數(shù)載流子難以注入故不發(fā)光這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管通稱led當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)即兩端加上正向電壓電流從led陽(yáng)極流向陰極時(shí)半導(dǎo)體晶體就發(fā)

17、出從紫外到紅外不同顏色的光線光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)一種led結(jié)構(gòu)圖如圖1所示com led光源的特點(diǎn)1電壓led使用低壓電源根據(jù)產(chǎn)品不同而異所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源特別適用于公共場(chǎng)所2效能消耗能量較同光效的白熾燈減少803適用性很小每個(gè)單元led小片是3-5mm的正方形所以可以制備成各種形狀的器件并且適合于易變的環(huán)境 4穩(wěn)定性10萬(wàn)小時(shí)光衰為初始的505響應(yīng)時(shí)間其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)led燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)6對(duì)環(huán)境污染無(wú)有害金屬汞7顏色改變電流可以變色發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙實(shí)現(xiàn)紅黃綠橙多色發(fā)光如小電流時(shí)為紅色的led隨著電流的增加可以依次變?yōu)槌?/p>

18、色黃色最后為綠色8價(jià)格led的價(jià)格比較昂貴較之于白熾燈幾只led的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)而通常每組信號(hào)燈需由上300500只二極管構(gòu)成com led的應(yīng)用1建筑物外觀照明對(duì)建筑物某個(gè)區(qū)域進(jìn)行投射無(wú)非是使用控制光束角的圓頭和方頭形狀的投光燈具這與傳統(tǒng)的投光燈具概念完全一致但是由于led光源小而薄線性投射燈具的研發(fā)無(wú)疑成為led投射燈具的一大亮點(diǎn)因?yàn)樵S多建筑物根本沒(méi)有出挑的地方放置傳統(tǒng)的投光燈它的安裝便捷可以水準(zhǔn)也可以垂直方向安裝與建筑物表面更好地結(jié)合為照明設(shè)計(jì)師帶來(lái)了新的照明語(yǔ)匯拓展了創(chuàng)作空間并將對(duì)現(xiàn)代建筑和歷史建筑的照明手法產(chǎn)生了影響2景觀照明由于led不像傳統(tǒng)燈具光源多是玻璃泡殼它

19、可以與城市街道家具很好的有機(jī)結(jié)合可以在城市的休閑空間如路徑樓梯甲板濱水地帶園藝進(jìn)行照明對(duì)于花卉或低矮的灌木可以使用led作為光源進(jìn)行照明led隱藏式的投光燈具會(huì)特別受到青睞固定端可以設(shè)計(jì)為插拔式依據(jù)植物生長(zhǎng)的高度方便進(jìn)行調(diào)節(jié)3標(biāo)識(shí)與指示性照明需要進(jìn)行空間限定和引導(dǎo)的場(chǎng)所如道路路面的分隔顯示樓梯踏步的局部照明緊急出口的指示照明可以使用表面亮度適當(dāng)?shù)膌ed自發(fā)光埋地?zé)艋蚯对诖怪眽γ娴臒艟呷缬皠≡河^眾廳內(nèi)的地面引導(dǎo)燈或座椅側(cè)面的指示燈以及購(gòu)物中心內(nèi)樓層的引導(dǎo)燈等另外led與霓虹燈相比由于是低壓沒(méi)有易碎的玻璃不會(huì)因?yàn)橹谱髦袕澢黾淤M(fèi)用值得在標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)中推廣使用4室內(nèi)空間展示照明就照明品質(zhì)來(lái)說(shuō)由于led

20、光源沒(méi)有熱量紫外與紅外輻射對(duì)展品或商品不會(huì)產(chǎn)生損害與傳統(tǒng)光源比較燈具不需要附加濾光裝置照明系統(tǒng)簡(jiǎn)單費(fèi)用低廉易于安裝其精確的布光可作為博物館光纖照明的替代品商業(yè)照明大都會(huì)使用彩色的led室內(nèi)裝飾性的白光led結(jié)合室內(nèi)裝修為室內(nèi)提供輔助性照明暗藏光帶可以使用led對(duì)于低矮的空間特別有利5娛樂(lè)場(chǎng)所及舞臺(tái)照明由于led的動(dòng)態(tài)數(shù)字化控制色彩亮度和調(diào)光活潑的飽和色可以創(chuàng)造靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的照明效果從白光到全光譜中的任意顏色led的使用在這類空間的照明中開(kāi)啟了新的思路長(zhǎng)壽命高流明的維持值10000小時(shí)后仍然維持90的光通與par燈和金鹵燈的50250小時(shí)的壽命相比降低了維護(hù)費(fèi)用和更換光源的頻率另外led克服了金鹵

21、燈使用一段時(shí)間后顏色偏移的現(xiàn)象與par燈相比沒(méi)有熱輻射可以使空間變得更加舒適目前l(fā)ed彩色裝飾墻面在餐飲建筑中的應(yīng)用已蔚然成風(fēng)6視頻屏幕全彩色led顯示屏是當(dāng)今世界上最為引人注目的戶外大型顯示裝置采用先進(jìn)的數(shù)字化視頻處理技術(shù)有無(wú)可比擬的超大面積與超高亮度根據(jù)不同的戶內(nèi)外環(huán)境采用各種規(guī)格的發(fā)光像素實(shí)現(xiàn)不同的亮度色彩分辨率以滿足各種用途它可以動(dòng)態(tài)顯示圖文動(dòng)畫(huà)信息利用多媒體技術(shù)可播放各類多媒體文件世界上目前最有影響的led顯示屏當(dāng)屬美國(guó)曼哈頓時(shí)代廣場(chǎng)紐約證券交易所總計(jì)使用了18677760只led面積為10736平方英尺屏幕可以劃分成多個(gè)畫(huà)面而同時(shí)顯示將華爾街股市的行情一目了然呈現(xiàn)在公眾面前另外崛起

22、在上海浦東陸家嘴金融中心的震旦國(guó)際總部整個(gè)朝向浦西的建筑立面鑲上了長(zhǎng)100的超大型led屏總計(jì)面積達(dá)到3600平方米堪稱世界第一7車輛指示燈照明汽車信號(hào)燈也是led光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域1987年我國(guó)開(kāi)始在汽車上安裝高位剎車燈由于led響應(yīng)速度快納秒級(jí)可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況減少汽車追尾事故的發(fā)生2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理21 總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)以89c52單片機(jī)為控制器利用光敏電阻采集環(huán)境光照度采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)三極管進(jìn)而調(diào)節(jié)led的發(fā)光亮度最終維持環(huán)境光照度在一個(gè)設(shè)定的水平包括手動(dòng)控制模塊光采集模塊電源模塊led照明模塊總體框架圖如下圖2-1所示圖2-1 總體框架圖自動(dòng)調(diào)光調(diào)光示意圖如下

23、圖2-2所示圖2-2 調(diào)光示意圖工作原理通電的時(shí)候單片機(jī)采集亮度以當(dāng)前亮度為基準(zhǔn)如果環(huán)境變暗則調(diào)亮l2亮度直到環(huán)境亮度達(dá)到基準(zhǔn)如果環(huán)境變亮則調(diào)暗l2亮度直到環(huán)境亮度達(dá)到基準(zhǔn)調(diào)節(jié)方法l1是手動(dòng)調(diào)的代表環(huán)境其他光線的亮度的變化如果l1變暗這時(shí)候l2就要變亮保證環(huán)境總的亮度不變反之如果環(huán)境其他光線l1變亮這個(gè)時(shí)候l2就要暗下來(lái)了l1手動(dòng)調(diào)l2會(huì)根據(jù)l1的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)這就是自適應(yīng)調(diào)光在一個(gè)環(huán)境比較暗的地方調(diào)節(jié)l1讓l2亮起來(lái)然后在拿到一個(gè)比較亮的地方l2會(huì)變暗甚至熄滅22系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式選擇為發(fā)光二極管照明選擇一個(gè)可行的供電方式是半導(dǎo)體照明普及必須要解決的一個(gè)問(wèn)題如果選擇用市電驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管則需要解決降壓

24、和整流問(wèn)題還有較小的體積和較低的成本有比較高的變換效率特別要考慮到安全隔離問(wèn)題考慮到對(duì)電網(wǎng)的影響還要解決好電磁干擾和功率因素等問(wèn)題對(duì)中小功率的發(fā)光二極管燈來(lái)說(shuō)其最理想的電路結(jié)構(gòu)是隔離式單端反激變換器對(duì)于大功率的應(yīng)用而言則應(yīng)該使用橋式變換電路現(xiàn)階段家庭用電均為220v的市電為了能夠更加方便的應(yīng)用我這個(gè)課題我選擇了使用市電驅(qū)動(dòng)23光照檢測(cè)方式選擇方案一采用光敏二極管或三極管等光傳感器件把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電平然后直接接入單片機(jī)io引腳方案二采用光敏電阻把環(huán)境亮度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值模擬值然后通過(guò)運(yùn)放后給單片機(jī)輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)由于光敏電阻屬于純阻性器件所以采用方案一24人體感應(yīng)方式選擇方案

25、一采用紅外對(duì)管進(jìn)行檢測(cè)紅外發(fā)送管和紅外接收管分別安裝在通道兩側(cè)當(dāng)某一時(shí)刻紅外接收管如果接收不到信號(hào)表示兩者之間有遮擋物通過(guò)可以視為有人體進(jìn)入方案二采用集成電路bis0001該芯片是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開(kāi)關(guān)報(bào)警用人體熱釋電傳感器等它能自動(dòng)快速開(kāi)啟各類白熾燈熒光燈蜂鳴器自動(dòng)門(mén)電風(fēng)扇烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置特別適用于企業(yè)賓館商場(chǎng)庫(kù)房及家庭的過(guò)道走廊等敏感區(qū)域或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光照明和報(bào)警系統(tǒng) 由于方案一要求紅外發(fā)送管和接收管必須相對(duì)才行而且兩者距離有限實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為不便所以本設(shè)計(jì)采用方案二25 led驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)注意點(diǎn)電

26、源有各種各樣但不管何種電源都不能直接給led供電所以說(shuō)要用led做照明光源就必須解決好電源變換這個(gè)問(wèn)題實(shí)際上led是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ姷钠骷ed驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有小尺寸高效率直流控制pwm調(diào)光過(guò)壓保護(hù)負(fù)載斷開(kāi)以及簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)為led提供電的電源變換器設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要注意以下的幾個(gè)特點(diǎn)1ledled提供電能2pn結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件有勢(shì)壘電勢(shì)這會(huì)形成導(dǎo)通門(mén)限電壓只有加載到led上的電壓值超出了這個(gè)門(mén)限電壓led才會(huì)充分的導(dǎo)通一般大功率的led門(mén)限電壓在25v以上一般工作的時(shí)候的管壓降為34v3電壓特性是非線性的一般情況下流過(guò)led電流的數(shù)值等于供電電源的電動(dòng)勢(shì)減去led的勢(shì)壘電勢(shì)再除以回路

27、的總電阻總電阻是電源內(nèi)阻引線電阻發(fā)光管體電阻的和所以流過(guò)led的電流跟加在發(fā)光管兩端的電壓不會(huì)成正比關(guān)系4pn結(jié)是負(fù)的溫度系數(shù)溫度升高會(huì)導(dǎo)致led的勢(shì)壘電勢(shì)下降根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)我們不能直接給 led電壓源供電而是需要采取限流措施不然隨著管子工作時(shí)溫度的升高電流會(huì)越來(lái)越大直到損壞器件5led的光通量會(huì)隨著流過(guò)發(fā)光管的電流上升而上升但是卻并不是正比關(guān)系越是后來(lái)光通量的增加越是少所以我們應(yīng)該讓發(fā)光管在一個(gè)發(fā)光效率高的電流值下進(jìn)行工作 led和其他光源一樣能夠承受的電功率是有限的假若加在led上的電功率超過(guò)了一定的數(shù)值發(fā)光管就有可能被損壞因?yàn)椴牧咸匦院蜕a(chǎn)工藝等方面的區(qū)別相同型號(hào)的發(fā)光管的勢(shì)壘電勢(shì)以及發(fā)光

28、管的內(nèi)阻也并不完全相同這將導(dǎo)致發(fā)光管工作的時(shí)候管壓降不一樣加上發(fā)光管勢(shì)壘電勢(shì)具有負(fù)的溫度系數(shù)所以說(shuō)led不能夠直接并聯(lián)使用綜上所述用發(fā)光管作照明必須要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的驅(qū)動(dòng)第3章 硬件設(shè)計(jì)自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)主要由電源電路感光電路手動(dòng)控制模塊單片機(jī)控制電路ad轉(zhuǎn)換電路發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路人體紅外感應(yīng)模塊組成原理圖如圖3-1所示圖3-1自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)原理圖31電源電路電源是電路中很重要的一個(gè)部分其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有非常大的影響要想得到5v的電壓若選用12v的變壓器整流濾波后輸出往往大于12v12v的變壓器而選用輸出電壓為8v的變壓器系統(tǒng)接通220v交流電源后將220v交流電變壓到8v經(jīng)過(guò)二極管全波整流

29、電解電容c5cc7c85v的直流工作電源用于給控制系統(tǒng)中單片機(jī)系統(tǒng)及其它外圍電路供電電路圖如3-2所示圖3-2 電源電路如圖所示電路為輸出電壓5v它由電源變壓器橋式整流電路d1d4濾波電容cc防止自激電容cc和一只固定式三端穩(wěn)壓器 7805 極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的 220v交流市電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓再經(jīng)過(guò)橋式整流電路d1d4和濾波電容c5c6的整流和濾波在固定式三端穩(wěn)壓器lm7805的vin和gnd兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓 該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化 此直流電壓經(jīng)過(guò)lm7805的穩(wěn)壓和c7c8的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高穩(wěn)定度好的直流

30、輸出電壓本穩(wěn)壓電源可作為ttl電路或單片機(jī)電路的電源三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路以其體積小成本低性能好工作可靠性高使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件32 感光電路照度是被照物表面在單位面積上受到的光通量一般用呎燭光來(lái)表示照度1呎燭光是指發(fā)光強(qiáng)度為1燭光的光源在距離光源一呎面積為一平方呎的垂直面上所產(chǎn)生的光照度呎燭光平均的光照度就是每平方呎1流明故可寫(xiě)作1流明平方呎光照度也有用米燭光為單位稱作勒克司即一平方公尺的面積上受距離一米的燭光的照射同樣強(qiáng)度的光源在物體上的照度和其與光源的距離有關(guān)所以呎燭光的光照度大于米燭光的光照度1呎燭光的

31、光照度 1076米燭光1米燭光的光照度 0093呎燭光照度是反映光照強(qiáng)度的一種單位其物理意義是照射到單位面積上的光通量照度的單位是每平方米的流明 lm 數(shù)也叫做勒克斯 lux 1lux 1lm平方米上式中l(wèi)m是光通量的單位其定義是純鉑在熔化溫度 約1770 時(shí)其160平方米的表面面積于1球面度的立體角內(nèi)所輻射的光量一般情況夏日陽(yáng)光下為100000l陰天室外為10000l室內(nèi)日光燈為100l距60cm桌面60w臺(tái)燈為300lux電視臺(tái)演播室為1000lux黃昏室內(nèi)為10lux夜間路燈為 01lux燭光 20cm遠(yuǎn)處 1015lux3-3為學(xué)校照度標(biāo)準(zhǔn)參考表照 度 lux 場(chǎng)所1500300制圖教

32、室縫紉教室電腦教室750200教室實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)工場(chǎng)研究室圖書(shū)閱覽室辦公室教職工員休息室會(huì)議室保健室餐廳廣播室室內(nèi)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)300150大教室禮堂休息室樓梯間15075走廊電梯走道廁所值班室校內(nèi)室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)7530倉(cāng)庫(kù)車庫(kù)安全梯lm358組成如下圖3-4所示當(dāng)環(huán)境亮度變化時(shí)光敏電阻的阻值也會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化此時(shí)光敏電阻上的壓降也發(fā)生變化該壓降通過(guò)lm358構(gòu)成的電壓跟隨器輸出到ad轉(zhuǎn)換電路圖3-4 感光電路33手動(dòng)控制電路 手動(dòng)控制電路框架如圖3-5所示通過(guò)兩個(gè)點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)光源光強(qiáng)的調(diào)節(jié)當(dāng)按下減弱開(kāi)關(guān)時(shí)單片機(jī)會(huì)檢測(cè)到低電平并將pwm波的占空比減少這樣光強(qiáng)變?nèi)醍?dāng)按下增強(qiáng)開(kāi)關(guān)時(shí)單片機(jī)會(huì)檢測(cè)到低電平并將pw

33、m波的占空比增加這樣光強(qiáng)變強(qiáng)圖3-5手動(dòng)控制電路34延時(shí)時(shí)間選擇電路系統(tǒng)在at89c52的p1中設(shè)置了延時(shí)時(shí)間選擇電路其目的是在環(huán)境光照較弱時(shí)照明設(shè)備延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅延時(shí)時(shí)間由程序靈活設(shè)定35單片機(jī)控制電路單片機(jī)控制電路由單片機(jī)感光電路手動(dòng)控制模塊ad轉(zhuǎn)換電路發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路等組成電路如圖3-6所示通過(guò)678管腳可以控制感光電路其三個(gè)管腳和adc0832相連組成ad轉(zhuǎn)換電路2122管腳控制手動(dòng)控制模塊1819管腳控制晶振電路以89c52單片機(jī)為控制器利用光敏電阻采集環(huán)境光照度采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)三極管進(jìn)而調(diào)節(jié)led的發(fā)光亮度最終維持環(huán)境光照度在一個(gè)設(shè)定的水平圖3-6單片機(jī)控制電路com

34、 at89c52簡(jiǎn)介189c528位微處理器片內(nèi)256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ramsfr用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)片內(nèi)4kb程序存儲(chǔ)器flashrom4個(gè)8位并行io端口p0-p3可輸入和輸出兩個(gè)16位的定時(shí)器計(jì)數(shù)器可計(jì)數(shù)有5個(gè)中斷源兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)一個(gè)uart的串行io口實(shí)現(xiàn)串行通信片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路具有節(jié)電工作方式也就是說(shuō)掉電方式289c523-7所示為單片機(jī)at89c52的引腳簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)用到的引腳功能圖3-7 單片機(jī)at89c52的引腳圖114這四個(gè)管腳屬于p1口其功能8位準(zhǔn)雙向io口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載2rst9腳其功能復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器工作時(shí)rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上

35、高電平將使單片機(jī)復(fù)位312p3口其功能8位準(zhǔn)雙向io口雙功能復(fù)用口可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載4xtal218腳振蕩器反相放大器的輸出端xtal119腳振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端52122p2口其功能8位準(zhǔn)雙向io口與地址總線高8位復(fù)用可驅(qū)動(dòng)4個(gè)ls型ttl負(fù)載6315vcom adc0832簡(jiǎn)介adc0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款芯片它體積比較小性價(jià)比高兼容性好應(yīng)用比較廣泛adc0832特點(diǎn)8雙通道ad轉(zhuǎn)換輸入輸出電平與ttlcmos相兼容5v電源供電時(shí)輸入電壓在05v之間工作頻率為250khz轉(zhuǎn)換時(shí)間為32s一般功耗僅為15mwpicc多種封裝商用級(jí)芯片溫寬為0c to

36、 70c3-8所示圖3-8adc0832引腳圖引腳功能說(shuō)明1cs片選使能低電平有效2cho模擬通道0差分輸入時(shí)作為in或in-使用3ch1模擬輸入通道1差分輸入時(shí)作為in或in-使用4gnd電源接地5di數(shù)據(jù)信號(hào)輸出選擇通道控制6do數(shù)據(jù)信號(hào)輸出選擇數(shù)據(jù)輸出7clk芯片時(shí)鐘信號(hào)8vcc電源輸入adc0832為8位分辨率ad轉(zhuǎn)換芯片其最高分辨可達(dá)256級(jí)可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用使得芯片的模擬電壓輸入在05v之間芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32s據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)以減少數(shù)據(jù)誤差轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)獨(dú)立的芯片使能輸入使多器件掛接和處理器控制變的更加方便通過(guò)di 數(shù)據(jù)

37、輸入端可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇0832的控制一般情況下adc0832 和單片機(jī)分別是csclkdodido與在通信有效接口是雙向的電路設(shè)計(jì)時(shí)可以當(dāng)adc0832工作時(shí)cs輸入端高電平clk 和dodi 的電平當(dāng)ad轉(zhuǎn)換cs的使能端置于低電平轉(zhuǎn)換完全結(jié)束芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作處理器向芯片時(shí)鐘clk 輸入時(shí)鐘脈沖dodi端則使用di端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前di端必須是高電平表示啟始信號(hào)在第23個(gè)脈沖下沉之前di端應(yīng)輸入2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為10時(shí)只對(duì)ch0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換當(dāng)2位數(shù)據(jù)為11時(shí)只對(duì)ch1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為00時(shí)將ch0作為正輸

38、入端inch1作為負(fù)輸入端in-進(jìn)行輸入當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為01時(shí)將ch0作為負(fù)輸入端in-ch1 作為正輸入端in進(jìn)行輸入到第3 個(gè)脈沖的下沉之后di端的輸入電平就失去輸入作用此后dodi端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出do進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取從第4個(gè)脈沖下沉開(kāi)始由do端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位data7隨后每一個(gè)脈沖下沉do端輸出下一位數(shù)據(jù)直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)data0一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出data0輸出8位數(shù)據(jù)第19個(gè)脈沖數(shù)據(jù)輸出完成也ad轉(zhuǎn)換的結(jié)束最后將cs置高電平芯片直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)adc0

39、832的輸入電壓是05v8位分辨率時(shí)的電壓精度為1953mv如果作為由in與in-輸入的輸入時(shí)將電壓值設(shè)定在一個(gè)范圍之內(nèi)提高轉(zhuǎn)換的寬度但值得注意的是進(jìn)行inin-的輸入in-的電壓大于in的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00hcom ad轉(zhuǎn)換電路ad轉(zhuǎn)換電路由8位ad芯片adc0832組成如下圖3-10所示adc0832的基準(zhǔn)電壓為5v05v輸出數(shù)字量最大值為255圖3-10 ad轉(zhuǎn)換電路36時(shí)鐘電路at89c52雖然有內(nèi)部振蕩電路但要形成時(shí)鐘必須外部附加電路at89c52單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路在xtal1xtal2引腳上

40、外接定時(shí)元件內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路振蕩晶體可在12mhz到12mhz之間選擇電容值無(wú)嚴(yán)格要求但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性大小振蕩電路起振速度有少許影響cx1cx2可在20pf到100pf之間取值所以本設(shè)計(jì)中振蕩晶體選擇110592mhz電容選擇30pf晶振電路由晶振和電容組成跟單片機(jī)的1819這兩個(gè)管腳相連電路如下圖3-11所示圖3-11 晶振電路37發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路該電路由發(fā)光二極管電阻和三極管組成如下圖3-12所示和單片機(jī)17接口相連采用灌電流方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管圖3-12 ad發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路38相關(guān)計(jì)算15v

41、1 器件參數(shù)變壓器參數(shù)22012v額定功率8w-12w7805參數(shù)輸出電壓475-525v最大輸入電壓35v靜態(tài)電流42-8ma 40uv 紋波抑制比78db17m-11mvc2 因?yàn)樽儔浩髯儽仁?2012v所以經(jīng)過(guò)整流橋后電壓變?yōu)?805最大輸入電壓為35v7805的輸入要求經(jīng)穩(wěn)壓電路出來(lái)后最終測(cè)的電壓是502v誤差率是 0421470u電容阻抗計(jì)算470u50hz的工頻阻抗為67對(duì)1mhz20000次諧波信號(hào)阻抗為310對(duì)高頻信號(hào)有很好濾除作用470u電容的分析8v電壓經(jīng)過(guò)470u的電容后電流為13a可以通過(guò)整流橋的另一個(gè)二極管換成與470u容值相差不大的電容也可以如果電容太小會(huì)對(duì)工頻產(chǎn)生

42、很大阻抗則可能無(wú)法通過(guò)整流橋的另一個(gè)二極管下面的01u電容可以證明 201u電容阻抗計(jì)算式對(duì)于1mhz的波行對(duì)應(yīng)的阻抗為16而對(duì)50hz工頻對(duì)應(yīng)的阻抗為32kcom不利于通過(guò)整流橋的另一個(gè)二極管所以有必要在前面加一個(gè)470u的電容當(dāng)然01u的電容比470u的電容有更好的濾除高頻信號(hào)能力設(shè)變壓器2次側(cè)電壓為設(shè)經(jīng)過(guò)電容后平均電壓為uu 2為負(fù)載電阻由于t 002空載時(shí) 則空載時(shí)電容后的電壓為1414倍電壓加上負(fù)載后就得用公式計(jì)算一般估算為1237805后面2個(gè)電容計(jì)算經(jīng)過(guò)7805后100u的電容電流主要成分就是直流了加100u的電容有進(jìn)一步穩(wěn)壓的效果再者可以防止來(lái)自負(fù)載上電壓沖擊避免流進(jìn)穩(wěn)壓管78

43、05100u電容對(duì)工頻信號(hào)阻抗為32對(duì)3次諧波阻抗為105次諧波阻抗為64對(duì)10次諧波阻抗為32對(duì)100次諧波為03201u電容同100u電容效果不過(guò)01u對(duì)來(lái)自負(fù)載的1mhz以上信號(hào)有很好濾除3單片機(jī)機(jī)器周期的計(jì)算晶振頻率為12mhz振蕩周期 狀態(tài)周期第4章 軟件設(shè)計(jì)41主程序流程圖本設(shè)計(jì)采用c語(yǔ)言編程先設(shè)定當(dāng)下的環(huán)境亮度為設(shè)定亮度當(dāng)環(huán)境的亮度變亮的時(shí)候即大于那設(shè)定亮度時(shí)減小pwm輸出led燈會(huì)變暗并且以此當(dāng)下的環(huán)境作為設(shè)定的亮度當(dāng)環(huán)境亮度再次改變變暗的時(shí)候程序會(huì)增大pwm輸出led燈會(huì)變亮并且以此為設(shè)定的環(huán)境亮度通過(guò)設(shè)定環(huán)境亮度的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)led亮度42 系統(tǒng)初始化 亮度手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕初

44、始化sbit key1 p20uchar pwmcount 0uint t1scount 0uchar pwmset 0當(dāng)前所設(shè)置的亮度uchar pwmnow 0當(dāng)前環(huán)境的實(shí)時(shí)亮度定時(shí)器0初始化void time0_init tmod 0x01ie 0x82th0 0xfftl0 0xa3110592mz晶振1mstr0 1 43人體紅外感應(yīng)子系統(tǒng)人體紅外感應(yīng)要滿足兩個(gè)條件有人在使用臺(tái)燈范圍內(nèi)活動(dòng)外界環(huán)境的光照強(qiáng)度較弱當(dāng)有人在臺(tái)燈上的熱釋電紅外的探測(cè)范圍內(nèi)活動(dòng)并且環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí)臺(tái)燈逐漸點(diǎn)亮當(dāng)人離開(kāi)后延時(shí)一段時(shí)間后臺(tái)燈漸漸熄滅人體紅外感應(yīng)由單片機(jī)p23產(chǎn)生程序見(jiàn)附錄檢測(cè)到有人 led_infr

45、ared 0 紅外檢測(cè)指示燈亮 et1 1 開(kāi)定時(shí)器1中斷 if add 檢測(cè)到按鍵輸入增加光強(qiáng) pwm_add 增加光強(qiáng) if minus infrared 檢測(cè)到按鍵輸入減弱光強(qiáng) pwm_minus 減弱光強(qiáng) 檢測(cè)到?jīng)]人else led_infrared 1 紅外檢測(cè)指示燈滅et1 0 關(guān)定時(shí)器1中斷pwm_ctrl 0 pwm占空比輸出為0 44手動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)子系統(tǒng)利用pwm波進(jìn)行手動(dòng)調(diào)光其主要代碼如下if add 檢測(cè)到按鍵輸入增加光強(qiáng) pwm_add 增加光強(qiáng) if minus infrared 檢測(cè)到按鍵輸入減弱光強(qiáng) pwm_minus 減弱光強(qiáng) 45 仿真環(huán)境介紹com keil介

46、紹 隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件也在不斷發(fā)展keil軟件是目前最流行開(kāi)發(fā)mcs-51系列單片機(jī)的軟件這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持keil該軟件是美國(guó)keil software公司出品的軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)其允許用戶使用匯編或者c語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)mcs-51單片機(jī)或與msc-51指令兼容的其它單片機(jī)的應(yīng)用軟件功能上keil c51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具包括c編譯器宏匯編連接器庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境uvision將這些部份組合在一起外觀上采用全windows界面容易上手性

47、能上即便是使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序其生成的目標(biāo)代碼效率也非常高多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊com proteus介紹porteus是一款集單片機(jī)仿真與spice分析于一身的eda仿真軟件于1989年由英國(guó)labcenter eletronice ltd研發(fā)成功經(jīng)過(guò)多年的發(fā)屏現(xiàn)已成為當(dāng)前eda性價(jià)比最高性能最強(qiáng)的一款軟件proteus軟件有十多年的歷史在全球廣泛使用除了其具有和其它eda工具一樣的原理布圖pcb自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外其最大的特點(diǎn)是proteus vsm virtual system modelling 實(shí)現(xiàn)了混合模式的spice電路仿真它將虛擬儀器高級(jí)圖表仿真微處理器軟

48、仿真器第三方的編譯器和調(diào)試器等有機(jī)結(jié)合起來(lái)在世界范圍內(nèi)第一次實(shí)現(xiàn)了在硬件物理模型搭建成功之前即可在計(jì)算機(jī)上完成原理圖設(shè)計(jì)電路分析與仿真處理器代碼調(diào)試及實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)測(cè)試以及功能驗(yàn)證proteus主要有兩大部分組成isis原理圖設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)它用于電路原理圖的設(shè)計(jì)以及交互式仿真ares印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)它主要用于印制電路板的設(shè)計(jì)產(chǎn)生最終的pcb文件46 pwm調(diào)制亮度調(diào)節(jié)pwm是英文pulse width modulation的縮寫(xiě)翻譯成脈沖寬度調(diào)制是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制是一種很好用的技術(shù)在許多領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用比如說(shuō)測(cè)量通信功率控制與變換等脈沖寬度調(diào)制是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行

49、數(shù)字編碼的方法通過(guò)使用高分辨率計(jì)數(shù)器方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體的模擬信號(hào)電平進(jìn)行編碼pwm信號(hào)還是數(shù)字的在給定的任何時(shí)間滿幅值的直流供電不是完全有 on 就是完全無(wú) off 電流源或電壓是以一種斷 off 或通 on 的重復(fù)脈沖序列被加載到模擬的負(fù)載上斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候只要滿足帶寬足夠這個(gè)條件任何的模擬值都可以使用pwm進(jìn)行編碼pwm輸出一個(gè)周期100等分pwmcount表示led點(diǎn)亮所占的比例這個(gè)比例越大led越亮if tcount pwmcount ledpwm 0 else ledpwm 1 tcountif tcount 100 t

50、count 0 end of pwm第5章 系統(tǒng)可靠性技術(shù) 在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在安裝調(diào)試后完全符合設(shè)計(jì)要求但把系統(tǒng)置入現(xiàn)場(chǎng)后系統(tǒng)常常不能正常穩(wěn)定地工作產(chǎn)生這種情況的原因主要是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜和各種各樣的電磁干擾所以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)抗干擾技術(shù)變得越來(lái)越重要了 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中干擾是以脈沖產(chǎn)的形式進(jìn)人單片機(jī)系統(tǒng)的其主要的渠道有三條即空干擾多發(fā)生在高電壓大電流高頻電磁場(chǎng)附近并通過(guò)靜電感應(yīng)電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)內(nèi)部供電系統(tǒng)干擾是由電源的噪聲干擾引起的過(guò)程通道干擾是干擾通過(guò)前向通道和后向通道進(jìn)入系統(tǒng)的干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)系統(tǒng)接地裝置不可靠也是產(chǎn)生干擾的重要原因各類傳感器輸人輸出線路的絕緣

51、損壞均有可能引入干撫51干擾產(chǎn)生的后果1數(shù)據(jù)采集誤差的加大當(dāng)干擾侵入單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道疊加在信號(hào)上會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差增大特別是前向通道的傳感器接口是小電壓輸入時(shí)此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重2程序運(yùn)行失?？刂茽顟B(tài)失靈在單片機(jī)系統(tǒng)中由于干擾的加人使輸出誤差加大造成邏輯狀態(tài)改變最終導(dǎo)致控制失常死機(jī)在單片機(jī)系統(tǒng)受強(qiáng)干擾后造成程序計(jì)數(shù)器pc值的改變破壞程序正常運(yùn)行3系統(tǒng)被控對(duì)象誤操作單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂指向了其它地方運(yùn)行了錯(cuò)誤的程序dram中的某些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊寄存器的值被改變使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果中斷誤觸發(fā)使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的中斷處理4被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定鎖存電路與被控對(duì)象間的線路包括驅(qū)動(dòng)電路受干擾從而造成被控對(duì)

52、象狀態(tài)不穩(wěn)定5定時(shí)不準(zhǔn)單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂使中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間ram中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果6數(shù)據(jù)發(fā)生變化在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中由于外部ram是可讀寫(xiě)的在干擾的侵入下ram中數(shù)據(jù)有可能發(fā)生改變雖然rom能避免干擾破壞但單片機(jī)片內(nèi)ram以及片內(nèi)各種特殊功能寄存器等狀態(tài)都有可能受干擾而變化甚至eprom中的數(shù)據(jù)也可能誤讀寫(xiě)使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果 針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題本系統(tǒng)分別從硬件和軟件兩個(gè)方面來(lái)探討一些提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾能力的方法合理地使用軟件和硬件抗干擾技術(shù)可使系統(tǒng)最大限度地避免干擾的產(chǎn)生和受干擾后能使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作52 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗

53、干擾設(shè)計(jì)1供電系統(tǒng)防止從電源系統(tǒng)引入干擾可采取交流穩(wěn)壓器保證供電的穩(wěn)定性防止電源的過(guò)壓和欠壓使用隔離變壓器濾掉高頻噪聲低通濾波器濾掉工頻干擾采用開(kāi)關(guān)電源并提供足夠的功率余量主機(jī)部分使用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路必要時(shí)io供電分別采用dc-dc模塊隔離以避免各個(gè)部分相互干擾2注意印制電路板的布線與工藝盡量采用多層印制電路板多層板可提供良好的接地網(wǎng)可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合印制電路板要合理分區(qū)模擬電路區(qū)數(shù)字電路區(qū)功率驅(qū)動(dòng)區(qū)要盡量分開(kāi)地線不能相混分別和電源端的地線相連元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直斜交或者彎曲走線避免相互平行以減小寄生耦合避免相鄰導(dǎo)線平行段過(guò)長(zhǎng)加大信號(hào)線間距高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短使用45或

54、者圓弧折線布線不要使用90折線以減小高頻信號(hào)的發(fā)射印制電路板要按單點(diǎn)接電單點(diǎn)心接地的原則送電三個(gè)區(qū)域的電源線地線分三路引出地線電源線要盡量粗噪聲元件與非噪聲元件要盡量離遠(yuǎn)一些時(shí)鐘振蕩電路特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來(lái)讓周圍電場(chǎng)趨近于零使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該個(gè)ttl或20多個(gè)cmos如果輸出負(fù)載過(guò)重會(huì)降低輸出電平使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門(mén)檻電平從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定3提高元器件的可靠性選用質(zhì)量好的電子元件并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試篩選和老化設(shè)計(jì)時(shí)元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量提高印制板和組裝的質(zhì)量4使用雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)在對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合使用雙機(jī)冗余可進(jìn)一

55、步提高系統(tǒng)抗干擾能力雙機(jī)冗余就是執(zhí)行同一個(gè)控制任務(wù)可安排兩個(gè)單片機(jī)來(lái)完成即主機(jī)與從機(jī)正常情況下主機(jī)掌握著三總線的控制權(quán)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制此時(shí)從機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)等待仲裁器的觸發(fā)當(dāng)主機(jī)由于某種原因發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)仲裁器根據(jù)判別條件若認(rèn)為主機(jī)程序已混亂則切斷主機(jī)的總線控制權(quán)將從機(jī)喚醒從機(jī)將代替主機(jī)進(jìn)行處理與控制5用好去耦電容好的高頻去耦電容可以去除高到1ahz的高頻成份陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí)每個(gè)集成電路的電源地之間都要加一個(gè)去耦電容去耦電容有兩個(gè)作用一方面是本集成電路的蓄能電容提供和吸收該集成電路開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)瞬間的充放電能另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲數(shù)字電路中典型的去耦電容為

56、01uf的去耦電容有5nh分布電感它的并行共振頻率大約在7mhz左右也就是說(shuō)對(duì)于10mhz以下的噪聲有較好的去耦作用對(duì)40mhz以上的噪聲幾乎不起作用1uf10uf電容并行共振頻率在20mhz以上去除高頻率噪聲的效果要好一些在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個(gè)1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容每10片左右的集成電路要加一片充放電電容或稱為蓄放電容電容大小可選10uf53 軟件抗干擾技術(shù)1數(shù)據(jù)采集誤差的軟件對(duì)策1用軟件濾波算法可濾掉大部分由輸入信號(hào)干擾而引起的輸出控制錯(cuò)誤最常用的方法有算術(shù)平均值法比較舍取法中值法一階遞推數(shù)字濾波法具體選取何種方法必須根據(jù)信號(hào)的變化規(guī)律選擇對(duì)開(kāi)關(guān)量采用多次采集的辦法來(lái)消除開(kāi)關(guān)的抖動(dòng)2關(guān)鍵數(shù)據(jù)可使用軟件冗余技術(shù)即給數(shù)據(jù)增加一定的冗余位以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能常用的方法有奇偶校驗(yàn)海