自動(dòng)感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器

1、等級(jí):課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱測(cè)控電路課題名稱自動(dòng)感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器班 級(jí)測(cè)控1301學(xué) 號(hào)201301200120姓 名郭鵬指導(dǎo)老師黃峰 徐謙 李亞 余曉霏2016年6月20日電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課題名稱自動(dòng)感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器姓 名 郭鵬專業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器 班級(jí)1301 學(xué)號(hào) 20指導(dǎo)老師黃峰 課程設(shè)計(jì)時(shí)間2016年6月20日-2016年6月26日（17周）教研室意見意見： 審核人：一、任務(wù)及要求1）設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境光亮度檢測(cè)電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進(jìn)行臺(tái)燈光照強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；2）采用多只LED指示亮度等級(jí)，環(huán)境亮度達(dá)到最高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉； 3）拓展部分：具有LED數(shù)碼

2、顯示亮度等級(jí)功能；4）安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測(cè)試的數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試、分析；設(shè)計(jì)要求：1）設(shè)計(jì)以測(cè)量顯示部分電路為主；2）進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)；3）要繪制原理框圖，繪制原理電路4）要有必要的計(jì)算及元件選擇說明5）如果采用單片機(jī)，必需繪制軟件流程圖6）寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。報(bào)告中應(yīng)包括原理框圖、參數(shù)曲線分析、操作方法、測(cè)控流程等，調(diào)試過程中遇到的問題，改進(jìn)方法和總結(jié)體會(huì)。7）答辯二、進(jìn)度安排周一：集中布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)和相關(guān)事宜，查資料確定系統(tǒng)總體方案。周二周三：完成硬件電路設(shè)計(jì)周四周五：設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。周五進(jìn)行答辯和設(shè)計(jì)結(jié)果檢查。三、參考資料1.測(cè)控電路（第2版），張國(guó)雄，機(jī)械工業(yè)出版社.2006。2.

3、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版），童詩(shī)白，高等教育出版社.1988。3. 傳感器原理及應(yīng)用（第2版），王化祥，天津大學(xué)出版社.1999。4. 中國(guó)傳感器網(wǎng)站 目 錄第1章 緒論1 1.1 單片機(jī)概述1 1.2選題的背景及意義1第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2 2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求2 2.2 設(shè)計(jì)的總體方案2第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3 3.1基于調(diào)光控制器的整體框圖3 3.2 STC12C5A60S2單片機(jī)介紹3 3.3 電源設(shè)計(jì)4 3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路5 3.5 LCD顯示電路5 3.6 LED驅(qū)動(dòng)6 3.7 按鍵切換手動(dòng)和自動(dòng)6 3.8 自動(dòng)控制7第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)8 4.1 系統(tǒng)流程圖8 4

4、.2 系統(tǒng)程序8第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)14參考文獻(xiàn)15附錄 A 系統(tǒng)整體電路圖161第1章 緒論1.1 單片機(jī)概述單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種，單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，他們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。1.2選題的背景及意義LED

5、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。21世紀(jì)的照明領(lǐng)域中LED應(yīng)用毫無疑問是最振奮人心的，它將改變整個(gè)照明市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，很快就能得到廣泛的應(yīng)用。LED的技術(shù)本身不是一個(gè)很新的東西，在很多年前， 就已開始使用LED來作儀器的指示燈。隨著技術(shù)的發(fā)展，芯片和材料在性能上都有新的改進(jìn)，從而也推動(dòng)了LED更為廣泛的應(yīng)用。普通的白熾燈的壽命僅僅1000小時(shí)，而LED的壽命卻高達(dá)50000小時(shí)，而且消耗的電量少的多。根據(jù)美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究，如果白光二極管能夠

6、普及應(yīng)用，全世界照明用電的消耗減少50%。影響白光二極管系統(tǒng)普及的最主要問題還是它的價(jià)格和亮度，現(xiàn)在單個(gè)白光二極管的亮度還不夠照亮整個(gè)房間，其價(jià)格卻是白熾燈的10倍。隨著科技的發(fā)展LED照明肯定帶來更加明亮的光線和更少的能源消耗。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，中國(guó)的照明用電也將持續(xù)提高，綠色節(jié)能照明越來越受到政府的重視，LED照明就是在這樣的情形下發(fā)展起來的4。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1/3的照明用電，相當(dāng)于三峽工程全年的發(fā)電量。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1.設(shè)計(jì)內(nèi)容 1）設(shè)計(jì)一個(gè)環(huán)境光亮

7、度檢測(cè)電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進(jìn)行臺(tái)燈光照強(qiáng)度的自動(dòng)調(diào)節(jié)； 2）采用多只LED指示亮度等級(jí)，環(huán)境亮度達(dá)到最高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉； 3）拓展部分：具有LED數(shù)碼顯示亮度等級(jí)功能； 4）安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測(cè)試的數(shù)據(jù)，進(jìn)行測(cè)試、分析；2.設(shè)計(jì)要求 1）設(shè)計(jì)以測(cè)量顯示部分電路為主； 2）進(jìn)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)； 3）要繪制原理框圖，繪制原理電路； 4）要有必要的計(jì)算及元件選擇說明； 5）如果采用單片機(jī)，必需繪制軟件流程圖。2.2 設(shè)計(jì)的總體方案PWM方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。

8、本方法所要求的單片機(jī)必須具有ADC端口和PWM端口這兩個(gè)必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比，LED燈光度變亮；若實(shí)際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比，LED燈光度變暗。本文介紹了以STC12C5A60S2為控制核心，通過光敏電阻感應(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)LED進(jìn)行光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該LED燈電路簡(jiǎn)單，很大程度上節(jié)省電能，延長(zhǎng)LED燈壽命。第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1基于調(diào)光控制器的整體框圖基于

9、STC單片機(jī)的PWM調(diào)光是以STC12C5A60S2作為主控芯片，設(shè)置了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在手動(dòng)控制時(shí)，分為三檔，輸出不同的PWM占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)控制時(shí)，通過STC12C5A60S2內(nèi)部模擬-數(shù)字不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來間接測(cè)量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整PWM的占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)?？傮w框圖如圖3.1所示。圖3.1 整體框圖3.2 STC12C5A60S2單片機(jī)介紹STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶技術(shù)生產(chǎn)的單片機(jī)/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代805

10、1單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用的復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)化干擾場(chǎng)合。 利用STC12C5A60S2的IO口P1.1接收光敏電阻采集的當(dāng)前光照測(cè)檢測(cè)輸出數(shù)據(jù)。IO口P1.3產(chǎn)生產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波，給高亮度LED，從而有不同的光照。IO口P0作為L(zhǎng)CD液晶顯示器的數(shù)據(jù)/指令輸入端口。由于STC12C5A60S2內(nèi)部集成了復(fù)位電路，所以該設(shè)計(jì)省略了外部RC復(fù)位電路。STC12C5A60S2單片機(jī)的時(shí)鐘電路采用的是內(nèi)部的時(shí)鐘電路，利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩電路，并在XLAT1和XLAT2兩引腳間外接石英晶體和電容

11、構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。石英晶體Y1頻率是12.0M，C1和C2是30pf。STC12C5A60S2基本外圍電路如圖3.2所示。 圖3.2 STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)線路圖3.3 電源設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)我選用的降壓穩(wěn)壓部分由三端穩(wěn)壓管7805、電解電容組成，將9V轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V。電路圖3.3所示：圖3.3 電源電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路在信號(hào)采集方面，我選用了光敏電阻和電位器來構(gòu)成信號(hào)采集電路，如圖10所示。AD轉(zhuǎn)換電路有STC12內(nèi)部10位AD組成。STC125A60S2內(nèi)部AD基準(zhǔn)電壓5V，輸入電壓范圍為05V,輸出數(shù)字量最大值為1024。圖3.4 信號(hào)采集電

12、路3.5 LCD顯示電路本設(shè)計(jì)當(dāng)前光照采用的是LCD1602顯示檢測(cè)信息。所以單片機(jī)需要給LCD分配3位個(gè)控制信號(hào)IO口和8位數(shù)據(jù)傳輸IO口，LCD的EN控制端連接P2.2,RS控制端連接P2.0，RW控制端連接P2.1，8位數(shù)據(jù)總線連接PO口。（LCD部分電路如圖3.6）。圖3.5 LCD電路引腳分配圖3.6 LCD電路3.6 LED驅(qū)動(dòng) LED的亮度受電流控制，通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流由三極管9013提供驅(qū)動(dòng)，PWM由P1.3輸出，低電平有效。如下圖3.7所示：圖3.7 PWM電路3.7 按鍵切換手動(dòng)和自動(dòng)K3按下為

13、自動(dòng)控制，K4按下為手動(dòng)控制，來回按K3、K4切換。當(dāng)手動(dòng)按鍵按下時(shí)，K1為L(zhǎng)ED亮度增加，當(dāng)增加到最大值自動(dòng)為最小，K2為L(zhǎng)ED亮度減小，當(dāng)減少到最小值時(shí)自動(dòng)為最大。如下圖3.8所示：圖3.8 按鍵電路3.8光敏電阻光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。因此，不斷采集光敏電阻對(duì)地的電壓便可以獲知LED燈周邊光強(qiáng)的變化。如下圖3.9所示：圖3.9光敏電路第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)流程圖 圖4.1 程序流程圖4.2 系統(tǒng)程序#include STC12c5a.h

14、 /stc頭文件#includeintrins.h /包含_nop_空操作的定義typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;sbit RW=P21;/寫入時(shí)一直為低電平，讀出時(shí)為高。sbit RS=P20; /指令數(shù)據(jù)選擇端sbit LCDEN=P22;/使能端sbit key1=P30;sbit key2=P31;sbit key3=P32;sbit key4=P33;uchar j=0;void AD_init();/AD初始化/函數(shù)聲明void delay(uint a);uint AD_work(uchar channel

15、);uint AD_get(uchar channel);uchar disbuf= illumin: . ;uchar PWM=0xec,0xe7,0xe0,0xda,0xd3,0xcd,0xc0,0xa6,0x9a,0x80,0x33,0x00 ;/ 92.5%-0%void pwm_set(unsigned char a);void pwm_init()CCON=0; /PCA初始化CH=0; /PCA高8位CL=0; /PCA低8位CMOD=0x00; /f=sysclk/256/12CCAPM0=0x42; /p1.3PCA_PWM0=0x00;CR=1; /啟動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器void

16、 pwm_set(unsigned char a)/占空比設(shè)置CCAP0H=CCAP0L=a;void write_com(uchar com )RS=0;RW=0;LCDEN=0;P0=com ;delay(5);LCDEN=1;delay(5);LCDEN=0;void write_dat(uchar date)RW=0;RS=1;LCDEN=0;P0=date;delay(5);LCDEN=1;delay(5);LCDEN=0;/液晶初始化void LCDinit()write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x3

17、8);void display(unsigned int z)uchar i;disbuf9=z%1000/100+0x30;disbuf11=z%100/10+0x30;disbuf12=z%10+0x30;for(i=0;i=900)pwm_set(0xEC); if(850=AD_work(1)&(AD_work(1)900)pwm_set(0xE7);if(750=AD_work(1)&(AD_work(1)850)pwm_set(0xe0);if(700=AD_work(1)&(AD_work(1)750)pwm_set(0xda);if(600=AD_work(1)&(AD_wor

18、k(1)700)pwm_set(0xd3);if(500=AD_work(1)&(AD_work(1)600)pwm_set(0xCD);if(400=AD_work(1)&(AD_work(1)500)pwm_set(0xC0);if(300=AD_work(1)&(AD_work(1)400)pwm_set(0xA6);if(200=AD_work(1)&(AD_work(1)300)pwm_set(0x9A);if(150=AD_work(1)&(AD_work(1)200)pwm_set(0x80);if(100=AD_work(1)&(AD_work(1)150)pwm_set(0x

19、33);if(AD_work(1)100 )pwm_set(0x00);if(key4=0)/ 手動(dòng)模式delay(5);if(key4=0)while(key3=1)write_com(0x80);display(AD_work(1);if(key1=0)delay(5);if(key1=0)if(j=11)j=0;pwm_set(PWMj+);if(key2=0)delay(5);if(key2=0)if(j=0)j=11;pwm_set(PWMj-);uint AD_get(uchar channel)ADC_CONTR=0x88|channel; /開啟AD轉(zhuǎn)換1000 1000 即P

20、OWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();/要經(jīng)過4個(gè)CPU時(shí)鐘的延時(shí)，其值才能夠保證被設(shè)置進(jìn)ADC_CONTR 寄存器while(!(ADC_CONTR&0x10); /等待轉(zhuǎn)換完成ADC_CONTR&=0xe7; /關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換，ADC_FLAG位由軟件清0return(ADC_RES*4+ADC_RESL); /返回AD轉(zhuǎn)換完成的10位數(shù)據(jù)(16進(jìn)制)/*unsigned char GETADCResult()/AD轉(zhuǎn)換unsigned char AD;AD

21、C_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH|ADC_START;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG);ADC_CONTR&=ADC_FLAG;/關(guān)閉ADVo=ADC_RES*5*10/256;return Vo;uint AD_work(uchar channel)float AD_val; /定義處理后的數(shù)值A(chǔ)D_val為浮點(diǎn)數(shù)uchar i;uint AD_V;for(i=0;i0;i-); /1T單片機(jī)i=600，若是12T單片機(jī)i=125void AD_init()P1ASF=0x02;

22、/P1.1 作為模擬功能AD使用ADC_RES=0; /清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器高8位ADC_RESL=0; /清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器低2位ADC_CONTR=0x80;/開啟AD電源delay(2); /等待1ms，讓AD電源穩(wěn)定ES=1;EA=1;第5章 設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)歷時(shí)一周的課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我將以前的所學(xué)的知識(shí)很好的應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)過程中，是我們步入社會(huì)參與實(shí)際工作的一次極好的演示。當(dāng)然，我在做課程設(shè)計(jì)中遇到了很多技術(shù)性的難題，但我在黃老師的提示和鼓舞下，上網(wǎng)，看書，查資料，終于在規(guī)定的時(shí)間里完成本次課程設(shè)計(jì)。由于所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有限，難免有些難以解決的問題，所以這次課程設(shè)計(jì)的

23、資料來自廣泛。既有我從圖書館找來的專業(yè)書籍，還有部分從互聯(lián)網(wǎng)上搜尋到的相關(guān)的信息內(nèi)容，力求使做出來的設(shè)計(jì)與自己所學(xué)的專業(yè)框架緊密聯(lián)系。綜上所述，加之自己的水平有限，所以這次課程設(shè)計(jì)難免有所紕漏。本次課程設(shè)計(jì)報(bào)告主要是在參考各種資料和相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上完成的，所參考的文獻(xiàn)在報(bào)告中已經(jīng)列出來，在這里也說明一下。報(bào)告的整個(gè)制作過程的卻不容易，有艱辛的一面，亦有喜悅的一面，但整個(gè)過程來說還是蠻充實(shí)的，畢竟在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，自己又對(duì)已學(xué)的專業(yè)知識(shí)梳理了一下，而且對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用和需求也參考了各個(gè)方面的資料，所以整個(gè)設(shè)計(jì)過程下來，自己整體的專業(yè)水平進(jìn)行了一次升華。在設(shè)計(jì)報(bào)告中，自己對(duì)于某些方面的知識(shí)，還不是很精確的了解和熟知