智能照明系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、題目名稱：智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要： 本系統(tǒng)以光敏電阻的光強(qiáng)采集、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)AT89C51為核心，組成最小控制系統(tǒng)，并和高亮LED顯示電路共同構(gòu)成。外界光強(qiáng)的大小通過電壓的線性轉(zhuǎn)換，并用延時(shí)來控制燈亮度來體現(xiàn)。該系統(tǒng)能夠隨環(huán)境光強(qiáng)的變化或軟件所設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)控制燈的亮滅；同時(shí)系統(tǒng)可以根據(jù)光線強(qiáng)度自動(dòng)控制燈的亮度，也可以手動(dòng)調(diào)節(jié)燈的亮度。關(guān)鍵詞：51學(xué)習(xí)板 ADC0804 光敏電阻 中斷定時(shí) 延時(shí)目 錄1方案設(shè)計(jì)與論證31.1整體設(shè)計(jì)方比較和選擇32 系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1 總體設(shè)計(jì)42.2各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)5光線采集模塊5模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊62.2.3 AT89C51單片機(jī)62.2.4

2、 LED顯示模塊7電源模塊73軟件設(shè)計(jì)74系統(tǒng)測試104.1測試方案104.2測試結(jié)果104.3結(jié)果分析105結(jié)語11附錄：12附1：元器件明細(xì)表12附2：電路圖圖紙及實(shí)物圖13附3：程序清單141方案設(shè)計(jì)與論證1.1 整體設(shè)計(jì)方比較和選擇本系統(tǒng)包括智能系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。這兩個(gè)部分的具體的設(shè)計(jì)思路如下所示：智能系統(tǒng)是基于學(xué)習(xí)板上的51單片機(jī)，理論結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用，故主要是軟件程序的編寫，其次是單片機(jī)的擴(kuò)展口與A/D芯片和高亮發(fā)光二極管的連接。其有4個(gè)并行I/O端口，分別是P0、P1、P2和P3，每個(gè)端口都有雙向I/O功能。P0口在學(xué)習(xí)板上控制數(shù)碼管的顯示，故在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)暫不考慮，P1口只能做I/

3、O口使用，且其內(nèi)部有上拉電阻，因P1.0-P1.3控制數(shù)碼管、按鍵和學(xué)習(xí)板上的燈的使能端，故只剩P1.4-P1.7口，不妨將P1.5與高亮發(fā)光二極管相連（因?yàn)镻1口有上拉電阻故可直接相連），P1.7控制A/D的使能端；P2口與A/D芯片的數(shù)字輸出端相連，為單片機(jī)輸入轉(zhuǎn)化后的8位二進(jìn)制；P3口實(shí)有特殊功能，直接與A/D芯片的端口相連。照明系統(tǒng)是基于光敏電阻的光線采集電路，光敏電阻器的阻值隨入射光線的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在強(qiáng)光條件下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。只要人眼可感受的光，都會(huì)引起光敏電阻的阻值變化。當(dāng)外界光線強(qiáng)度變化時(shí)，可以將光敏電阻的電壓

4、值經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換成8位二進(jìn)制，送入單片機(jī)進(jìn)行處理，再由程序根據(jù)這8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)來處理判斷燈的亮滅或燈的亮度。方案1：方案的特點(diǎn)：該電路采用的是基極分壓式射極偏置電路該電路具有很好的穩(wěn)定性，阻值很大的R1直接接在三極管的基極，起到很強(qiáng)的控制基極電流的作用，可以有效防止由于溫度等原因造成的電阻阻值波動(dòng)對測量結(jié)果的影響。三極管將由光強(qiáng)變化引起的電流變化轉(zhuǎn)化為電壓變化輸出，接入ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸入端口。方案2：方案特點(diǎn)：該電路簡單，利用光敏電阻與定值電阻R組成環(huán)境光檢測電路，通過測量R兩端電壓的變化來體現(xiàn)環(huán)境光強(qiáng)弱的變化。方案論證：方案1的最大的特點(diǎn)是可以防止溫度等其他原因造成的電阻波動(dòng)對測量結(jié)

5、果的影響，而考慮到此次的課程設(shè)計(jì)的目的是了解智能照明控制系統(tǒng)的基本原理，基于51學(xué)習(xí)板，掌握和夯實(shí)單片機(jī)的擴(kuò)展和應(yīng)用，故選擇方案2這一簡單的環(huán)境光采集電路，同樣可以達(dá)到系統(tǒng)隨時(shí)間和環(huán)境光線強(qiáng)度自動(dòng)控制燈的亮滅。而且，該電路簡單，不容易被損壞。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)硬件電路包括電源模塊、光線采集模塊、模數(shù)模塊、AT89C51單片機(jī)模塊和LED顯示電路模塊等5部分組成。各模塊之間的關(guān)系如圖1所示。 光線采集模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換AT89C51單片機(jī)LED顯示電路電 源 模 塊光線采集模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換AT89C51單片機(jī)LED顯示電路電 源 模 塊光線采集模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換AT89C51單片機(jī)LED顯示電

6、路電 源 模 塊光線采集模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換AT89C51單片機(jī)LED顯示電路電 源 模 塊 圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖主控系統(tǒng)模塊采用基于51內(nèi)核的AT89C51單片機(jī)及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來完成信號(hào)采集、控制和通信功能，在本設(shè)計(jì)中AT89C51單片機(jī)模塊擔(dān)當(dāng)了控制核心，首先通過光線采集電路對外部的光強(qiáng)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，輸出的電壓值經(jīng)過8位A/D轉(zhuǎn)換器，將光敏電阻感應(yīng)光強(qiáng)產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)采樣，送至單片機(jī)AT89C51進(jìn)行處理，再通過算法將其與內(nèi)部參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與比對，實(shí)現(xiàn)當(dāng)外界環(huán)境光強(qiáng)變化時(shí)LED燈能夠隨之變化的功能。2.2 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)2.2.1光線采集模塊光線采集模塊通過ADC0

7、804將光敏電阻感應(yīng)光強(qiáng)產(chǎn)生的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)采樣至單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對外界環(huán)境光強(qiáng)數(shù)據(jù)的采集。電路連接如下： 由VCC=5V，則光敏電阻兩端的電壓，即VIN(+)=VCCR光敏/(R光敏+R)，而 01.V<VIN(+)<4.9V （保證在參考電壓范圍之內(nèi)05V）其中，本課程設(shè)計(jì)中R光敏范圍大約是在5k-300k之間，故由上不等式可以得出：<R<，即有6.1k<R<245k所以，我們在電路中與光敏電阻串聯(lián)的電阻選擇為10k，符合上述的范圍要求。2.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由ADC0804構(gòu)成。當(dāng)溫度值轉(zhuǎn)換為電壓后，還需要將電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)

8、換后的8位二進(jìn)制才能送到單片機(jī)進(jìn)行處理。ADC0804芯片是典型的8位8通道逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，可對8路模擬電壓實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換。為了換算方便，設(shè)置基準(zhǔn)電壓為5 V，即模擬量輸入為+5.0時(shí)，ADC輸出為0FFH，即255，系統(tǒng)分辨率為5255=002VLSB。其外圍設(shè)計(jì)電路為：2.2.3 AT89C51單片機(jī)單片機(jī)主要通過程序來控制燈的亮滅或燈的亮度。AT89C51單片機(jī)電路圖如下：2.2.4 LED顯示模塊LED顯示模塊主要由高亮LED燈構(gòu)成。主要是由單片機(jī)的外部中斷來控制LED燈的亮度。單片機(jī)每接收到一個(gè)同步信號(hào)后，就啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)程序。而延時(shí)的長短由按鍵或是外界光強(qiáng)來改變。當(dāng)延時(shí)結(jié)束后，單

9、片機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，使燈發(fā)光。電路連接如下：2.2.5電源模塊電源模塊主要是由學(xué)習(xí)板連接電腦所獲得的電壓，再分別連到所需電路中去。3 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)智能照明系統(tǒng)的思想和原理，本次設(shè)計(jì)制作的電路比較簡單。系統(tǒng)重點(diǎn)在軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)相對較簡單。主要和關(guān)鍵的問題是根據(jù)光敏電阻、A/D芯片和學(xué)習(xí)板上的51單片的工作原理來編寫程序以達(dá)到所要求實(shí)現(xiàn)的照明系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。其流程圖如下所示：1基本要求：系統(tǒng)能夠隨時(shí)間和環(huán)境的光線強(qiáng)度自動(dòng)控制燈的亮滅。（先定時(shí)5s使燈不受外界環(huán)境變化的影響，5s結(jié)束后，燈隨外界光強(qiáng)度變化，25s后，燈一直亮）開始 端口初始化定時(shí)器T0申請中斷初始設(shè)定系統(tǒng)控制燈的時(shí)間到否？定

10、時(shí)中斷NY重裝初值A(chǔ)/D芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)定系統(tǒng)控制燈的時(shí)間單位（s）設(shè)定外界控制燈的時(shí)間單位（s）顯示燈隨外界的 變化情況設(shè)定外界控制燈的時(shí)間到否？N中斷返回Y燈 亮結(jié)束 (a)主程序 （b）中斷程序2發(fā)揮部分：1.燈的亮度由外界光線的變化調(diào)節(jié)；開始 A/D模數(shù) 轉(zhuǎn)換由電壓值判斷燈的亮度的等級(jí)Y燈的顯示結(jié)束3發(fā)揮部分：2.燈的亮度由學(xué)習(xí)板上的按鍵手動(dòng)調(diào)節(jié)；開始開始掃描第一行端口初始化N有鍵閉合？數(shù)碼管顯示占空比Y延時(shí)消抖N延時(shí)，顯示燈的亮度變化有鍵閉合？Y判斷鍵值和占空比變化結(jié)束（a）手動(dòng)調(diào)節(jié)的主程序N鍵釋放？YN數(shù)碼管顯示占空比（兩位小數(shù)）返回主程序 （b）數(shù)碼管顯示芯片4系統(tǒng)測試4.1測試方

11、案步驟1：基于proteus和keil軟件，根據(jù)基本要求實(shí)現(xiàn)仿真；步驟2：先安上元件后，焊接電路，用萬用表測試電路是否正確連通，以確定無虛焊、漏焊和焊接錯(cuò)誤等問題，然后將集成芯片安上。以此可以防止集成芯片由于電壓過大而燒壞；步驟3：將焊接好的電路與學(xué)習(xí)板上的51單片機(jī)相連，檢查連接無誤后，裝載程序，調(diào)試，運(yùn)行；步驟4：觀察硬件反映情況，檢查錯(cuò)誤，調(diào)整程序，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)所要求的功能和現(xiàn)象的目的。4.2測試結(jié)果當(dāng)裝載基本要求的程序后，數(shù)碼管由5-0倒計(jì)時(shí)，在此期間高亮發(fā)光二極管燈滅，且當(dāng)外界變暗或是變亮，都對燈沒有影響；當(dāng)數(shù)碼管為0時(shí)，在接下來的25秒內(nèi)，外界的變化會(huì)影響燈的亮滅；當(dāng)裝載自動(dòng)調(diào)節(jié)燈的

12、亮滅的程序后，光線逐漸變強(qiáng)的時(shí)候，燈的亮度也會(huì)逐漸增加。當(dāng)裝載手動(dòng)調(diào)節(jié)燈的亮度的程序，隨著按鍵的變化，可以發(fā)現(xiàn)燈隨著按鍵K0，數(shù)碼管顯示的占空比增加，燈變亮；若按K1鍵，數(shù)碼管顯示的占空比減小，燈變暗；若按K3鍵占空比清零。4.3結(jié)果分析在實(shí)現(xiàn)基本要求時(shí)，光敏電阻對光線比較敏感，外界光線變化會(huì)使燈亮滅明顯，不足的是數(shù)碼管顯示系統(tǒng)控制燈的時(shí)間（t1）和外界控制燈的時(shí)間(t2)是同步的，限制了t2>t1;在手動(dòng)調(diào)節(jié)燈的亮滅的時(shí)候，數(shù)碼管可以正確顯示占空比的值，不足是燈的亮度改變等級(jí)不明顯。經(jīng)過各項(xiàng)性能的測試，系統(tǒng)的指標(biāo)和電路基本達(dá)到預(yù)期的效果，如果能考慮到實(shí)際的光敏電阻的感光性和燈的亮滅區(qū)間

13、，系統(tǒng)將更加完善。5結(jié)語本報(bào)告詳細(xì)講述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并給出了相關(guān)程序流程。由于系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)合理，功能電路實(shí)現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達(dá)到了題目要求的各項(xiàng)指標(biāo)?；趯W(xué)習(xí)板系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)試很容易。在自動(dòng)調(diào)節(jié)燈的亮度時(shí)，通過延時(shí)用數(shù)碼管顯示燈的亮的占空比，從而改變了燈的亮度。本系統(tǒng)的智能控制是以51學(xué)習(xí)板上的AT89C51單片機(jī)控制單元為核心，通過電腦的驅(qū)動(dòng)，完成對系統(tǒng)燈的控制，采用一個(gè)高亮發(fā)光二級(jí)管的亮滅來顯示整個(gè)系統(tǒng)的效果。系統(tǒng)設(shè)計(jì)智能化控制的同時(shí)，還設(shè)計(jì)了手動(dòng)按鍵的控制，達(dá)到了簡單的智能照明。 附錄：附1：元器件明細(xì)表器件名稱規(guī)格數(shù)量電容150PF1個(gè)光敏電阻1個(gè)電阻10千歐4個(gè)芯片

14、底座20pin1個(gè)芯片ADC08041個(gè)學(xué)習(xí)板1個(gè)插針若干杜邦線19根LED燈高亮燈一個(gè)附2：電路圖圖紙實(shí)物圖附3：程序清單基本要求的程序：#include <REGX51.H>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char sbit adcs=P17; sbit adrd=P37; sbit adwr=P36; sbit led=P15; sbit Seg_ce=P10; sbit Dig_ce=P11;uchar tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F;

15、/0到9uint ad_data,m=0,n=0,t1=5,t2=25; /ad_data表示AD輸出8位2進(jìn)制，t1為定時(shí)5秒后啟動(dòng)光采集電路,t2為定時(shí)25秒后關(guān)閉光采集電路void delay(uint i) uint j; for(i;i>0;i-) for(j=124;j>0;j-); void keyscan(uint num) /顯示5秒 uint ge,shi; ge=num%10; shi=num/10; P0=0; Seg_ce=1;Seg_ce=0; /清段選 P0=0xff; Dig_ce=1;Dig_ce=0; /清位選 P0=tabge; Seg_ce=

16、1;Seg_ce=0; P0=0xfe; Dig_ce=1;Dig_ce=0; /顯示5秒 void read_ad()adcs=0;adwr=0;delay(1);adwr=1;delay(1); /啟動(dòng)AD，開始采樣(/wr低電平保持的最短時(shí)間為100ns啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后必須加入一個(gè)延時(shí)以等待AD采樣結(jié)束adrd = 0;delay(1);ad_data =P2;delay(1);adrd=1; /讀數(shù)據(jù)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果(/rd>200ns)adcs=1;void main() P0=0; P1=0x2c;/初始化P1_5為低(燈一開始是滅的) TMOD=0x01; /方式1,16位定時(shí)器 T

17、H0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; /設(shè)置定時(shí)器初值 IE=0x82; /設(shè)置中斷允許 TR0=1; /啟動(dòng)定時(shí)器 while(1) if(m=0)keyscan(t1); if(t1=0)/5秒已完，啟動(dòng)光采集電路 while(t2) read_ad(); if(ad_data<125) /當(dāng)外界很亮的時(shí)候關(guān)燈 led=1; else led=0; /亮燈 delay(1); if(t2=0) led=0; /25秒已完 ，forever亮 void T0_timer()interrupt 1 /定時(shí)器T0中斷函數(shù)TH0=(6553

18、6-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;if(t1!=0)m+; /不為0說明光采集電路還未啟動(dòng)，還在5秒之內(nèi)if(m=20) /1秒 時(shí)間 m=0; t1-; if(t2!=0)n+; /不為0說明還在25秒之內(nèi)if(n=20) /1秒 時(shí)間 n=0;t2-; #include <REGX51.H>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit Dig_ce = P11; sbit Seg_ce = P10;sbit Key_ce = P13;sbit led= P15;uint z

19、; uchar tab=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F; /0-9 void delay(uint i) uint j; for(i;i>0;i-) for(j=19;j>0;j-); void keyscan() uchar Temp1,Temp2; P0=0;Seg_ce=1;Seg_ce=0; P0=0xfe;Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(1); /掃描第一行，將第一行置低電平 Key_ce=0; /將P1_3口拉低，74LS244使能 Temp1=P0; /讀P0口數(shù)據(jù) Temp1=Tem

20、p1&0x0f; /提取按鍵相關(guān)數(shù)據(jù)-P0口的低四位 if(Temp1!=0x0f) /判斷是否有按鍵按下 delay(10); /延時(shí)消抖 Temp2=P0;Temp2=Temp2&0x0f; /再讀P0口，并提取P0口低四位數(shù)據(jù) if(Temp1=Temp2) switch(Temp2) case 0x0e:z=z+10; break; / 按K0鍵每按一次鍵就增加10%的亮度，從而逐漸變亮,若低四位的值與0x0e相等，就執(zhí)行其后的語句 case 0x0d:z=z-10;break; / 按K1鍵每按一次鍵就減少10%的亮度，從而逐漸變暗 case 0x07:z=0; br

21、eak; /按K3鍵清零 default:break; /等待按鍵釋放 while(Temp2!=0x0f) /不斷地讀取P0口數(shù)據(jù)，只要結(jié)果不等于0x0f，說明有按鍵沒有被釋放，直到釋放，才退出 Temp2=P0; Temp2=Temp2&0x0f; Key_ce=1; /關(guān)使能端 if(z<=100) P0=0xff; Dig_ce=1;Dig_ce=0; /清段選 P0=tabz%10; Seg_ce=1;Seg_ce=0;delay(5); / 個(gè)位 P0=0xfe; Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(5); P0=0xff;Dig_ce=1;Dig_ce=

22、0; P0=tab(z/10)%10;Seg_ce=1;Seg_ce=0;delay(5);/ 十位 P0=0xfd; Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(5); P0=0xff; Dig_ce=1;Dig_ce=0; P0=tabz/100|0x80;Seg_ce=1;Seg_ce=0;delay(5); / 百位 P0=0xfb; Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(5); else z=0; void main() P0=0; P1=0x2c; z=0; / 100為100%的占空比 / 機(jī)器周期 led=1; while(1) keyscan(); led=0;

23、 delay(z); led=1; delay(100-z); 拓展2(自動(dòng)控制燈的亮滅) #include <REGX51.H>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int sbit adcs=P17; /A/D使能端 sbit adrd=P37; sbit adwr=P36; sbit led=P15;uint ad_data,num;void delay(uint z) /50微 uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=10;y>0;y-);void read_ad()adcs=0;adwr=0;delay(10);adwr=1