光控照明系統(tǒng)..

1、成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院電子技術(shù)綜合設(shè)計總結(jié)報告目:光控照明系統(tǒng)業(yè):生物醫(yī)學(xué)工程級:111班名:夏陽 瞿倩 馬靜李建指導(dǎo)教師: 評 分:2013年11月28日目錄項目計劃1.1 方案可行性分析1.2 項目執(zhí)行計劃 .設(shè)計說明2.1 設(shè)計流程 22222232.1.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計2.1.2 ADC 前置運算電路設(shè)計2.1.3 液晶顯示模塊設(shè)計，2.2 各單元模塊設(shè)計原理 2.2.1 系統(tǒng)原理 2.2.2 單片機最小系統(tǒng) 2.2.3 ADC 前置運算電路 2.2.4 液晶顯示 2.3 流程圖 3.1 硬件調(diào)試 3.2 軟件調(diào)試 3.2.1 方法介紹 3.2.2 調(diào)試數(shù)據(jù) 總結(jié) 5 參考

2、文獻(xiàn) 6 附錄6.1 主要程序6.2 實物圖：1 項目計劃1.1 方案可行性分析 光控電路有著廣泛的應(yīng)用。 比如城市中的路燈或樓道照明燈一般都是由人工 操作的，如果采用光控電路， 根據(jù)光線的強弱來自動開啟和關(guān)閉照明燈， 做到無 人自動控制， 可以減輕工人的勞動強度， 更有效地節(jié)約能源。 我們的這個電路雖 然簡單，卻應(yīng)用廣泛。本照明光控制電路的特點是可以根據(jù)光線的亮度自動控制照明 ,與人工操作 比較,開關(guān)及時 ,具有好的節(jié)能效果。光控照明電路的制作主要是利用半導(dǎo)體光電 器件光敏電阻的特性制作而成的 ,光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制 成的一種電阻值歲入射光的強弱而改變的電阻器。 它利用光線的強

3、弱來控制照明 開關(guān)的動作 ,動作點可根據(jù)實際光線的強弱調(diào)節(jié)。運行時無須人員操作 ,避免了人 工操作開關(guān)不及時等不利因素 ,因而有效地節(jié)約了電能。對于市場分析，現(xiàn)代環(huán)保節(jié)能市場對于光控照明系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)有著較大的 需求。面對現(xiàn)今多場地長時間的照明系統(tǒng)應(yīng)用， 根據(jù)自然光照強度自動控制燈光 照度能夠有效可行的節(jié)約能源與推行環(huán)保， 適用于各種酒店、 學(xué)校、家居等場所。 其環(huán)保和節(jié)約能源消耗費用的作用對各場所都有很強吸引力。1.2 項目執(zhí)行計劃光敏電阻的阻值隨環(huán)境光照強度改變而改變時， 其一端在分壓電路內(nèi)的分壓 會隨之改變，通過增強型單片機的 A/D 可以將電壓變化量采集并進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換； 利用單片

4、機內(nèi)部的定時器， 分別為輸出的量的高、 低電平設(shè)定持續(xù)時間， 而定時 器的初值是由 A/D 采集得到的值通過算式計算后設(shè)定的，從而實現(xiàn)了光敏電阻 的阻值改變引起輸出電壓占空比的變化，進(jìn)而影響 LED 的亮暗程度。光敏電阻 的阻值與環(huán)境光照強度成反比； STC12C5A60S2 單片機自帶 A/D ；通過對 PWM 波的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對 LED 燈亮度的控制。光控照明系統(tǒng)采用傳感器取得當(dāng)前自然光照強度數(shù)據(jù)， 進(jìn)行處理后由單片機 控制流經(jīng) LED 燈平均電流大小， 實現(xiàn)不同自然光照強度對應(yīng) LED 不同照度的功 能。2 設(shè)計說明2.1 設(shè)計流程 本設(shè)計是以光敏電阻可以根據(jù)外界光線的強度而改變自身阻

5、值的特性 （光線越強，阻值越小；光線越弱，阻值越大）為基礎(chǔ)設(shè)計的光控?zé)糇詣踊刂?系統(tǒng)。其原理是利用光敏電阻感受外界光線強度并體現(xiàn)在自身阻值的變化上， 然 后根據(jù)這一阻值的大小來判斷外界的光線亮度情況， 然后根據(jù)所得數(shù)據(jù)判斷 LED 是該亮起還是該滅掉。光敏電阻讀取外界光線強度，通過 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)編碼傳輸給單片機，單 片機接收、處理 、輸出數(shù)據(jù)使得 Nokia5110 顯示出數(shù)據(jù)。執(zhí)行中斷，判斷該光 線的強度是否達(dá)到設(shè)定要求。2.1.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 這一部分主要包含四個模塊，有單片機，電源開關(guān)，晶振電路和復(fù)位電路， 其中采用 12M 晶振為單片機提供時鐘信號，復(fù)位電路則為按鍵復(fù)位

6、。單片機選 用帶有 AD 功能的 STC12C5A60S2 型， STC12C5A60AD/S2 系列帶 A/D 轉(zhuǎn)換的 單片機的A/D轉(zhuǎn)換口在P1 口，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到250KHZ（25萬次/秒）。8路電壓輸入型A/D，上電復(fù)位后P1 口為弱上拉型10 口，用戶 可以通過軟件設(shè)置將 8 路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不須作為 A/D 使用的 口可繼續(xù)作為 I0 口使用，用于采集電壓信號及輸出 PWM 波驅(qū)動 LED 燈。2.1.2 ADC 前置運算電路設(shè)計說明：以 LM324 為核心，先通過光敏電阻和一個固定阻值的電阻分壓，然 后將分得的電壓通過一個由 LM32

7、4 構(gòu)成的電壓跟隨器，得到一個穩(wěn)定的電壓供 A/D 采集。其中我們小組三個討論分析了關(guān)于分壓電阻阻值的選擇問題， 為了使 A/D 采集能夠獲得穩(wěn)定且數(shù)值相對較大的電壓， 對光敏電阻取值范圍的分析， 通 過假設(shè)計算我們小組成員達(dá)成一致共識，均認(rèn)為該分壓電阻阻值取為 10K 比較 合適。2.1.3 液晶顯示模塊設(shè)計，說明：選用低功耗LCD Nokia5110。其顯示質(zhì)量高，而且沒有電磁輻射， 最重要其功率消耗小。2.2 各單元模塊設(shè)計原理2.2.1 系統(tǒng)原理 光控照明系統(tǒng)以光敏電阻為傳感器，將光強度的變化轉(zhuǎn)化為電信號的變化， 然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），利用單片機計算出當(dāng)前光照強度，對應(yīng)的產(chǎn)生響應(yīng)

8、 的 PWM 波控制 LED 燈的亮度。2.2.2 單片機最小系統(tǒng)5V，J1 接電源單片機最小系統(tǒng)原理部分截圖如圖 1 所示，這一部分主要包含四個模塊， 有 單片機，電源開關(guān)，晶振電路和復(fù)位電路，其中采用 12M 晶振為單片機提供時 鐘信號，復(fù)位電路則為按鍵復(fù)位。使用外部電源供電，供電電壓 地，J2接電源正。燈，這就是本系我們通過肉眼觀從圖中可以直觀看出單片機21腳即I/0P2.0接了一個LED統(tǒng)的重要輸出， 其作為主要展示成果對象起到了很關(guān)鍵的作用， 察 LED 燈的亮度來判斷當(dāng)前光照強度， 例如 LED 燈處于很微弱的亮度狀態(tài)， 則說明當(dāng)前光照很強，為節(jié)約能源系統(tǒng)不用亮燈，如果LED燈處于

9、高亮狀態(tài)，貝y表示當(dāng)前環(huán)境處于黑暗狀態(tài)，LED必須點亮提供照明。以此來自動控制照明系 統(tǒng)。如圖中復(fù)位模塊，當(dāng)按鍵一經(jīng)按下，單片機系統(tǒng)則恢復(fù)初始設(shè)置狀態(tài)。U_J1_電源心IjgVic復(fù)位晶振II.1IIJr1KKE第13頁單片機D：fc-31DB旅0昶Jd5SSjjJBJ73431-1 UJ 3 4 -J i - n- J J- J ri - 3 D-T >- 骯骯EC負(fù)刊 肥£!吧益£!砒if 吟遠(yuǎn) g 亦往卞：LaaiVL72kVITrrcixzASB：圖1單片機最小系統(tǒng)223 ADC前置運算電路ADC前置運算電路如圖2所示，該部分主要目的就是信號采集，其中利用 光

10、敏電阻在不同光照強度下呈現(xiàn)不同阻值的特點，采用分壓電路獲得一個分壓信號,為使分壓信號較為穩(wěn)定，如上圖使用一個電壓跟隨使得分壓信號可以更為穩(wěn) 定。其由多路開關(guān)、比較器、逐次比較構(gòu)成。該單片機的D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，ADC_CONTER由一個比較器和順序地對每一輸入電壓與內(nèi)置 D/A關(guān)于STC12C5A60S2單片機ADC功能， 寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC 通過逐次比較邏輯，從最高位（MSB）開始， 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點。需作為 AD使用 的

11、口先將P1ASF特殊功能寄存器中相應(yīng)位置為 1'將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功 能即可。Y2224液晶顯示DBODB：DB；：DB35bpg 符圖3液晶顯示如圖3所示以NOKIA5110液晶顯示當(dāng)前自然光照強度等級。微功耗、體積 小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。2.3流程圖如圖5所示，首先對各參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置其初始參數(shù)，然后進(jìn)入主程序， 主程序通過調(diào)用實現(xiàn)相關(guān)功能的子函數(shù)實現(xiàn) A/D采樣讀數(shù)以及液晶顯示，最后通 過不停歇的讀取，顯示，實時的顯示當(dāng)前分壓電阻所對應(yīng)的值。圖5程序流程圖_開始初始化讀取P 1.0ADC值1r圖5液晶顯流程圖卜3調(diào)試說明3.1硬件調(diào)

12、試所用到的調(diào)試工具為：萬用表和示波器1首先是焊接的順序問題。板子做好以后，一口氣就把所有的元件焊上去， 這樣對于沒有調(diào)試過的板子，就很難找到原因。所以焊接的順序很重要，應(yīng)該是 應(yīng)該按功能劃分的器件進(jìn)行焊接，順序是功能部件的焊接-調(diào)試（0K）-另一功能部件的焊接，這樣容易找到問題的所在。2如果在調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進(jìn)行：1）檢查原理圖連接是否正確 2）檢查原理圖與PCB圖是否一致3）檢查原理圖與器 件的DATASHEET上引腳是否一致4）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn) 象5）查詢器件的DATASHEET，分析一下時序是否一致，同時分析一下命令字 是否正確（6）可以用

13、示波器。通過波形來查找問題所在。7）飛線。用別的端口線進(jìn)行控制，看看能不能對其進(jìn)行正常操作，多試驗，才能找到問題出現(xiàn)在什 么地方。3.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要有以下兩種方法：1聯(lián)調(diào)，對整個軟件的功能進(jìn)行驗證；2分模塊調(diào)試，就是將系統(tǒng)分成獨立的小模塊，然后分別對這些小模塊寫入程序調(diào)試。321方法介紹于不同自然光照強度的環(huán)境中運行系統(tǒng)， 得到不同數(shù)值，建立表格記錄，分 析數(shù)據(jù)制定合理PWM波周期。322調(diào)試數(shù)據(jù)如下表所示，我們小組分別在晴天和陰天針對不同環(huán)境下不同光照強度對燈 光亮度影響的測試數(shù)據(jù)，從表中可以看出我們共測試了六組數(shù)據(jù)， 最后根據(jù)不同 條件下顯示屏顯示值進(jìn)行了求平均處理，從表中數(shù)據(jù)可以

14、看出光照強度越低顯示 值越高，光照強度越高顯示值越低。表3-1室內(nèi)外不同光照強度下顯示值示值條件012345平均值（近似）室外、午、晴20222526242424室外、午、陰45504855514950室內(nèi)、午、晴36353945343838室內(nèi)、午、陰50424060354545室外、夜、晴11410810499107110107室外、夜、陰1201181171221191191194總結(jié)通過這次實作設(shè)計，我們學(xué)到了很多知識，也使我們的能力得到了提升。在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，單片機的應(yīng)用愈來愈多地應(yīng)用到各行各業(yè)。單片機 正朝著大容量片上存儲器、多功能i/0接口、寬范圍工作電源和低功耗方向發(fā)展。

15、 要開發(fā)單片機的應(yīng)用，不但要掌握單片機硬件和軟件方面的知識，而且還要深入 了解各應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)知識，只有將這兩方面的知識融會貫通和有機結(jié)合，才能設(shè)計出優(yōu)良的應(yīng)用系統(tǒng)。一個好的工程設(shè)計師不僅要掌握單片機的工作原理，而 且還要不斷了解各公司最新芯片的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，在實際應(yīng)用中找到最好的性能價 格比。而作為當(dāng)代大學(xué)生，電子綜合設(shè)計課程讓我們了解了光控照明系統(tǒng)的原理與 指標(biāo)，明確了設(shè)計思路，完成了設(shè)計作品，同時，最重要的是我們在設(shè)計的過程 中同組的每一位同學(xué)都親身參與了設(shè)計制作， 體會了電子系統(tǒng)的研發(fā)過程，并對 其有了更深的了解，同時對于增強型單片機內(nèi)部功能的使用， 有了更深體會，在 Protel繪圖方

16、面也有了長足進(jìn)步。雖然在設(shè)計中遇到了諸多問題，但是我們共同努力使得最終都得以解決， 作為電子信息工程專業(yè)的學(xué)生， 這種經(jīng)歷對我們來說 是很寶貴的。我們會吸取本次設(shè)計的經(jīng)驗教訓(xùn)，爭取取得更大進(jìn)步。5 參考文獻(xiàn)1234006謝宜仁. 單片機實用技術(shù)問答 . 人民郵電出版社， 2003沈蘭蓀.據(jù)采集與處理M北京：能源出版社，1987姚永平STC12C5A60S中文手冊最新版2010.11.13.pdf邵貝貝. 龔光華. 單片機認(rèn)識與實踐 M. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版沙占友、王彥朋、孟志永 . 單片機外圍電路設(shè)計 . 電子工業(yè)出版社， 2003201256 鄭郁正 單片機微型計算機原理及接口技術(shù)

17、，高等教育出版社，6 附錄6.1 主要程序/* 函數(shù)名稱 函數(shù)功能 入口參數(shù) 出口參數(shù) 備注： 主程序修改全局變量 PWM_time 值控制當(dāng)前定時時長，決 定 PWM 占空比，通過平均電壓控制 LED 亮度time0(void) 定時器 0 中斷 無*/void time0(void) interrupt 1 counter+;if(counter = circle)P2 = 0x01;/PWM 周期/LED 亮counter = 0;/開始新周期if(counter = PWM_time) 占空比/主程序修改PWM_time 決定 PWMP2 = 0x00;/LED 滅/* 函數(shù)名稱 函數(shù)功能 入口參數(shù) 出口參數(shù) 備注： 顯示當(dāng)前光照強度time0(void) 液晶顯示運行界面 無無*/void Disp_Running(uint Num)uchar tab = 'L','i','g','