燈光控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)（）

1、燈光控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)邵慧敏 賈妍妍 劉明宇（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）指導(dǎo)教師：王立欣 隨著經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展，人們對所處的生活環(huán)境的要求也越來越高。我國的申奧主題就有“綠色奧運(yùn)”之說。本項目的研究就是基于人們生存的光環(huán)境的“綠色”所開展的。緊扣能源節(jié)約與健康的主題。能源與健康是當(dāng)代社會的幾大熱門話題之一。節(jié)約能源，已經(jīng)迫在眉睫。環(huán)顧我們的周圍，能源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。就拿我們十分熟悉的校園來說，大家肯定都留心到了這些現(xiàn)象：教室時常是不分白晝黑夜的亮著燈；宿舍斷電時，我們常常忘了關(guān)掉電源。等到再次來電時，我們又常常不在宿舍，此時燈卻依舊亮著，而當(dāng)時的光線常常不需要開燈。這樣不僅浪費(fèi)電，而且也會縮短燈泡的壽命；另外

2、，我們有時會因光線不好而開燈，可過了一會兒，當(dāng)光線好起來時，我們又因手頭的事不能停下而無法去關(guān)燈，這樣也導(dǎo)致了能源的浪費(fèi)。不良的光源會在不知不覺中對眼睛造成傷害。太強(qiáng)或太弱的光對眼睛都是有害的。大量研究表明學(xué)生的近視和長期應(yīng)用不科學(xué)照明光源有直接關(guān)系。所以一個好的光環(huán)境尤為重要。鑒于以上的分析，我們設(shè)計了這個便攜式的燈光控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它與燈泡相連便構(gòu)成光控電燈。它的意義在于：使用者可通過自己設(shè)置的光強(qiáng)通過本系統(tǒng)使室內(nèi)達(dá)到恒定的光強(qiáng)。即達(dá)到了節(jié)能的目的，又有保護(hù)視力的效果。在家居、工作、學(xué)習(xí)的各個環(huán)境中，我們所使用的光源均為固定瓦數(shù)的，提供固定光強(qiáng)的電燈。我們計劃研制的燈光調(diào)節(jié)器，能夠為人們提供

3、“綠色光源”。我們查閱了大量的資料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)目前市面上還沒有此種燈。有些人也研制了一些調(diào)節(jié)燈，如 HYPERLINK :/ /vote1/htm/A13.asp (東南大學(xué)電工電子試驗中心)網(wǎng)頁上所介紹的調(diào)節(jié)燈僅能人為手動調(diào)節(jié)亮度，再附上幾個比較器組成的光感報警系統(tǒng)，來提醒人們室內(nèi)光強(qiáng)超出允許范圍，我們研制的調(diào)節(jié)器能真正意義上的達(dá)到自動調(diào)節(jié)光強(qiáng)的目的。此燈通過傳感器采集的光強(qiáng)來控制燈泡的亮度，使室內(nèi)達(dá)到了穩(wěn)定的光強(qiáng)，此恒定光強(qiáng)也可通過外設(shè)鍵盤自主設(shè)定，既減少了經(jīng)常開關(guān)燈的不便，又解決了浪費(fèi)電能與影響視力的問題。此燈成本不高，可在辦公室圖書館等公共場合使用。使人們生活的光環(huán)

4、境的質(zhì)量有了大大的提高，使人們生活在由自己隨心所欲控制的光環(huán)境下，滿足了工作、 學(xué)習(xí)及家居對光的要求。通過動手實踐鞏固所學(xué)的知識體系，將理論與實踐相結(jié)合，更好的理解書本上的知識。通過查詢相關(guān)的課外資料，掌握更加系統(tǒng)的知識體系，開拓視野。在相互協(xié)作制作的同時，增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊精神。知道怎樣分工協(xié)作才能達(dá)到最高效率。本課題研究的主要內(nèi)容是如何采光與如何控光。2.1光檢方案：方案一：圖1所示為英文資料上推薦的光檢電路，我們對該電路進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如下：圖1實驗條件：Rf=470K，采用60W的可調(diào)臺燈照明，臺燈亮度從最暗調(diào)整到最亮。實驗數(shù)據(jù)：光檢電路的輸出電壓變動范圍，電路電流為520uA。實驗

5、結(jié)論：輸出電壓不穩(wěn)定，而且電壓太小，無法實現(xiàn)控制。經(jīng)過計算，將電路參數(shù)Rf調(diào)整為5M左右，電路輸出電壓將近3V，但輸出電壓穩(wěn)定度下降。 方案二：圖2為經(jīng)過改進(jìn)的電路圖2測試條件與方案一相同。測量結(jié)果：電路輸出電壓范圍為，達(dá)到設(shè)計要求，電壓穩(wěn)定性也比第一種方案好。 通過以上兩個試驗的測試，決定采用第二種方案。2.2燈控方案：方案一：圖3所示方案為采用可控硅調(diào)節(jié)燈泡的電壓，從而調(diào)節(jié)了燈的亮度。圖3方案二：圖4所示方案采用CMOS管和光耦來調(diào)節(jié)燈泡的電壓。圖4通過對上述兩種方案的具體測試，我們發(fā)現(xiàn)用可控硅的光控電路控制燈泡時出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。第二種方案在同等控制輸入信號頻率下，電路工作穩(wěn)定，燈泡無閃爍現(xiàn)

6、象。分析原因在于第一種方案中可控硅的開關(guān)速度達(dá)不到設(shè)計要求，因而出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。方案一：采用C51單片機(jī)采用C51單片機(jī)，容易編程，但外圍硬件接口電路的設(shè)計較復(fù)雜。方案二：采用美國TI公司MSP430系列單片機(jī)美國TI公司的MSP430系列單片機(jī)，內(nèi)置模塊功能較強(qiáng)，接口電路簡易，可通過編程直接產(chǎn)生PWM信號，方便地控制燈的亮度。MSP430系列單片機(jī)簡介：TI公司的MSP430系列是一個特別強(qiáng)調(diào)超低功耗的單片機(jī)品種。在這個系列中有多個型號，他們是由一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成的。特性功能：1定時器中斷可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM等2A/D轉(zhuǎn)換器（10位或更高精度）有8個輸入端，可

7、作為恒流源3具有LCD驅(qū)動電路4已開發(fā)了c-編譯器5系統(tǒng)內(nèi)置模塊：LCD驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換、I/O端口、UART、看門狗、定時器、EPROM等64KB公共空間中，有可能實現(xiàn)任意的ROM/RAM混合分配 八位脈寬調(diào)制定時器PWM介紹： 用8位定時器計數(shù)器，PWM外圍模塊產(chǎn)生一個占空比可以是0%100%的方波輸出。占空比由8位占空比控制寄存器PWMDT來確定。 PWM定時器模塊具有以下特性：1可選擇8個時鐘源；2占空比為0%100%，分辨率為1/254；3可以用正或負(fù)邏輯輸出?；谡n題的設(shè)計要求，我們所選用的單片機(jī)是MSP430系列的448型號。圖5系統(tǒng)原理框圖如圖5所示，主要包含六個部分：（1）電

8、源部分圖6（2）光檢電路圖7（3）光控電路圖8 （4）單片機(jī)電路圖9（5）按鍵電路圖10 （6）蜂鳴器電路圖11圖12圖13圖14圖15本作品將光強(qiáng)分為了十個級別，1#、2#、3#鍵為快捷鍵。1#鍵為亮，相當(dāng)于第十級。2#鍵為次亮，相當(dāng)于第五級。3#鍵為暗，相當(dāng)于第三級。4#鍵為級別上升控制鍵。5#鍵為級別下降控制鍵。按動4#鍵、5#鍵，光亮便可以一級一級的變動。6#鍵為顯示切換鍵。按動此鍵可使液晶的顯示值分別顯示PWM占空比、光亮等級和采集電壓值。 本品是220V電壓供電?？刹捎靡粋€箱體控制燈的光強(qiáng)，也可將多個箱體分散放置于室內(nèi)以獲得較均衡的光強(qiáng)。本作品凈成本為300400元，若產(chǎn)品化批量生

9、產(chǎn)，成本可降為100元以內(nèi)，如果將所使用的單片機(jī)換成同系列的較低級的亦可實現(xiàn)本功能，雖然功能擴(kuò)展難以實現(xiàn)，但成本可降到更低。這樣如果將其商品化，既可以用于公共場所，亦可用于家居。它的價值不僅在于節(jié)省的電能，而且可以保護(hù)人們的視力，這一點(diǎn)是用價錢無法衡量的。由于本系統(tǒng)所使用的單片機(jī)性能好，可擴(kuò)展許多功能，所以本作品有繼續(xù)開發(fā)的價值，最終可將其作為一個智能家電控制系統(tǒng)使用。經(jīng)過近一年的長時間努力，我們小組終于完成了這個課題，回想這一過程，真是感受頗多。自從2003年9月份組隊申報項目開始，到現(xiàn)在完成課題，我們小組的三個人邵慧敏、賈妍妍、劉明宇都為之付出了艱辛的努力。從方案論證，硬件電路設(shè)計到軟件設(shè)

10、計，工作量都非常大，而且我們只有業(yè)余時間可以利用。如果我們不能很好的分工合作，是不可能完成這項課題的。我們的小組是由兩名大二學(xué)生和一名經(jīng)驗豐富的大三學(xué)生組成，由于知識上的欠缺，我們在剛剛開始研究課題的時候，由大三的同學(xué)劉明宇指導(dǎo)我們在圖書館以及網(wǎng)上查閱下載了相當(dāng)多的有關(guān)資料和一些必備的基本知識。經(jīng)過了一段時間的學(xué)習(xí)積累，我們對這個課題有了更為深入地了解。于是我們共同進(jìn)入了方案的研制測試階段。我們集中在一起討論，商定最終的方案，確定硬件電路，軟件編程。在這個課題中我們所使用單片機(jī)MSP430*448是比較新的產(chǎn)品，我們從來都沒有使用過，而且有關(guān)的資料很多都是英文，但是這并沒有阻礙我們前進(jìn)的步伐，

11、我們克服重重困難，在實踐中積累經(jīng)驗，掌握了這種單片機(jī)的基本應(yīng)用方法，并且成功的將它應(yīng)用到我們的課題之中。通過本次活動，我們拓寬了思路，開闊了視野，從中學(xué)到了許多課本上沒有的知識，為以后進(jìn)入實驗室進(jìn)行更深入的研究奠定了基礎(chǔ)。與此同時，我們還學(xué)會了許多解決實際問題的方法，鞏固了我們所學(xué)的基礎(chǔ)知識，將課本上的知識與實踐結(jié)合起來，加強(qiáng)了我們的動手能力。團(tuán)隊合作的精神在這一過程中也得到了充分的展示。我們相互討論，分工明確，互相幫助，有條不紊的對方案進(jìn)行修進(jìn)和調(diào)試。一年的時間，我們一起經(jīng)歷風(fēng)雨，在討論中互相學(xué)習(xí)，在失意中相互鼓勵，在協(xié)作中增強(qiáng)友誼。這種經(jīng)歷無疑將成為我們在今后走向社會時的一種寶貴的財富?？?/p>

12、以毫不愧言的說：我們的團(tuán)隊是一個團(tuán)結(jié)，高效，友愛的團(tuán)隊。值此課題完成之際，我們要特別感謝王立欣，齊明老師給予我們的幫助。最重要的是感謝學(xué)校給我們提供一次這樣的機(jī)會，讓我們的大學(xué)生活過得更加精彩，更加充實。8.1參考文獻(xiàn)：MSP430 Family Users Guide 美國TI公司資料8.2單片機(jī)源程序：#include unsigned char flashbuffer128;/*void delay(unsigned long i) while(i-);/*unsigned char input3(unsigned char bit)unsigned char temp1;temp1=P

13、3DIR; /讀取A口原來的方向?qū)傩訮3DIR=temp1&(0 xff-(1bit);/設(shè)置要設(shè)置的位為輸入if(P3IN)&(1bit)return(1);elsereturn(0);void output2(unsigned char bit,unsigned char value)unsigned char temp1,temp2/*,temp3*/;/save the value beforetemp1=P2DIR;/讀取A口原來的方向?qū)傩詔emp2=P2IN;/讀取A口原來的數(shù)據(jù)P2DIR=temp1|(1bit);/設(shè)置要設(shè)置的位為輸出switch(value)case 1:P2

14、OUT=temp2|(1bit);break;case 0:P2OUT=temp2&(0 xff-(1bit);break;default:break;/end switch / end output2/*float Vchange(unsigned int in_res) float i; i=(float)(3.3*in_res)/4095.0); return(i);/*void pwminit() TACTL = ID1+ID0+TASSEL1 + TACLR; / SMCLK, Clear Tar CCR0 = 4096; / PWM Period CCTL2 = OUTMOD_7;

15、 / CCR2 reset/set CCR2 = 18; / CCR2 PWM duty cycle P2DIR |= 0 x01; / P2.0 output P2SEL |= 0 x01; / P2.0 TA2 otion TACTL |= MC0; / Start Timer_A in up mode/*void usext2(void) SCFQCTL=0 x00; / mudulation enable, and muliplier=0 / if DCOPLUS=0:fDCOCLK=(N+1)*fCRYSTAL else *D-12M FLL_CTL0=0 x80; / not di

16、vided FLL_CTL1=0 x14; / use xt2,MCLK=xt2,SMCLK=xt2/*char *LCD = LCDMEM;char dig_dp4=0 x00,0 x00,0 x00,0 x10;char dig104=0 x11,0 x11,0 x11,0 x00, / 0 0 x10,0 x01,0 x00,0 x00, / 1 0 x11,0 x10,0 x01,0 x01, / 2 0 x11,0 x11,0 x00,0 x01, / 3 0 x10,0 x01,0 x10,0 x01, / 4 0 x01,0 x11,0 x10,0 x01, / 5 0 x01,

17、0 x11,0 x11,0 x01, / 6 0 x11,0 x01,0 x00,0 x00, / 7 0 x11,0 x11,0 x11,0 x01, / 8 0 x11,0 x11,0 x10,0 x01 / 9 ;/*void LCDsegmentON(unsigned char control) switch(control) case 0:LCDCTL&=0 xff-LCDSON;break; case 1:LCDCTL|=LCDSON;break; default:break; /*void selectLCDfre(unsigned char level) switch(leve

18、l) case 1: BTCTL&=0 xff-(BTFRFQ1+BTFRFQ0);break; case 2: BTCTL&=0 xff-(BTFRFQ1);BTCTL|=(BTFRFQ0);break; case 3: BTCTL&=0 xff-(BTFRFQ0);BTCTL|=(BTFRFQ1);break; case 4: BTCTL|=(BTFRFQ1+BTFRFQ0);break; default:break; /*#pragma vector=BASICTIMER_VECTOR_interrupt void basic_timer(void) /P5OUT = 0 x02; /

19、Toggle P5.1 using exclusive-OR unsigned char i; for(i=0;i4;i+) LCDi+15=dig4i; i=i;#pragma vector=PORT1_VECTOR_interrupt void port1(void) /P5OUT = 0 x02; / Toggle P5.1 using exclusive-OR unsigned char i; for(i=0;i4;i+) LCDi+15=dig3i; i=i;static unsigned int results4; /*void write_flash_init(void) WDT

20、CTL = WDTPW + WDTHOLD; / Stop watchdog timer FCTL2 = FWKEY + FSSEL0 + FN0; / MCLK/2 for Flash Timing Generatorunsigned char read_SegA_byte(unsigned char address) char *Flash_ptr; / Flash pointer Flash_ptr = (char *) 0 x1080; / Initialize Flash pointer write_flash_init(); return(*(Flash_ptr+address);

21、 / Write value to flashvoid write_SegA_byte(unsigned char address,unsigned char value) char *Flash_ptr; / Flash pointer write_flash_init(); Flash_ptr = (char *) 0 x1080; / Initialize Flash pointer FCTL1 = FWKEY + ERASE; / Set Erase bit FCTL3 = FWKEY; / Clear Lock bit *Flash_ptr = 0; / Dummy write to

22、 erase Flash segment FCTL1 = FWKEY + WRT; / Set WRT bit for write operation *(Flash_ptr+address) = value; / Write value to flash FCTL1 = FWKEY; / Clear WRT bit FCTL3 = FWKEY + LOCK; / Reset LOCK bitvoid write_SegA (char value) char *Flash_ptr; / Flash pointer unsigned int i; write_flash_init(); Flas

23、h_ptr = (char *) 0 x1080; / Initialize Flash pointer FCTL1 = FWKEY + ERASE; / Set Erase bit FCTL3 = FWKEY; / Clear Lock bit *Flash_ptr = 0; / Dummy write to erase Flash segment FCTL1 = FWKEY + WRT; / Set WRT bit for write operation for (i=0; i128; i+) *Flash_ptr+ = value; FCTL1 = FWKEY; / Clear WRT

24、bit FCTL3 = FWKEY + LOCK; / Reset LOCK bit/ segBunsigned char read_SegB_byte(unsigned char address) char *Flash_ptr; / Flash pointer Flash_ptr = (char *) 0 x1000; / Initialize Flash pointer write_flash_init(); return(*(Flash_ptr+address); / Write value to flashvoid readsegBtobuffer(void) char *Flash

25、_ptr; unsigned char i; Flash_ptr=(char *) 0 x1000; write_flash_init(); for(i=0;i128;i+) flashbufferi=*(Flash_ptr+i); void write_SegB_byte(unsigned char address,unsigned char value) unsigned char i; char *Flash_ptr; / Flash pointer write_flash_init(); readsegBtobuffer(); Flash_ptr = (char *) 0 x1000;

26、 / Initialize Flash pointer FCTL1 = FWKEY + ERASE; / Set Erase bit FCTL3 = FWKEY; / Clear Lock bit *Flash_ptr = 0; / Dummy write to erase Flash segment FCTL1 = FWKEY + WRT; / Set WRT bit for write operation flashbufferaddress=value; for (i=0; i128; i+) *(Flash_ptr+i) = flashbufferi; / Write value to

27、 flash FCTL1 = FWKEY; / Clear WRT bit FCTL3 = FWKEY + LOCK; / Reset LOCK bitvoid write_SegB (char value) char *Flash_ptr; / Flash pointer unsigned int i; write_flash_init(); Flash_ptr = (char *) 0 x1000; / Initialize Flash pointer FCTL1 = FWKEY + ERASE; / Set Erase bit FCTL3 = FWKEY; / Clear Lock bi

28、t *Flash_ptr = 0; / Dummy write to erase Flash segment FCTL1 = FWKEY + WRT; / Set WRT bit for write operation for (i=0; i128; i+) *Flash_ptr+ = value; / Write value to flash FCTL1 = FWKEY; / Clear WRT bit FCTL3 = FWKEY + LOCK; / Reset LOCK bit/*void main(void) float set=0.6; float step=0.08; int j;

29、float a; unsigned char i=0,k; unsigned char displaymode; set=read_SegB_byte(0 x05)/10.0; displaymode=read_SegB_byte(0 x06); WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD; / Stop watchdog timer P6SEL = 0 xff; / Enable A/D channel inputs set sampling time ADC12CTL0 = ADC12ON+MSC+SHT0_2; / Turn on ADC12, set sampling time AD

30、C12CTL1 = SHP+CONSEQ_1; / Use sampling timer, single sequence ADC12MCTL0 = INCH_3; / ref+=AVcc, channel = A0 ADC12MCTL1 = INCH_4; / ref+=AVcc, channel = A1 ADC12MCTL2 = INCH_5; / ref+=AVcc, channel = A2 ADC12MCTL3 = INCH_6+EOS; / ref+=AVcc, channel = A3, end seq. ADC12CTL0 |= ENC; / Enable conversio

31、ns ADC12CTL0 |= ADC12SC; / Start conversion LCDCTL = 0 xe5; /static LCD, segments = 0 - 23 BTCTL = BTFRFQ1+BTFRFQ0; / BTCTL ;set fLCD = ACLK / 256 BTFRFQ1 for (i=0; imax) set=max; write_SegB_byte(0 x05,(unsigned char)(set*10); / down if(!input3(4) output2(7,1); while(!input3(4); output2(7,0); delay(

32、delayvalue); set-=max/10; if(set3) displaymode=1; write_SegB_byte(0 x06,displaymode); if(a=set+step) CCR2-; if(CCR2=1) CCR2=1; if(a=4096) CCR2=4096; switch(displaymode) case 1: / CCR2 for(i=0;i4;i+) LCDi+7=digCCR2/1000%10i; for(i=0;i4;i+) LCDi+11=digCCR2/100%10i; for(i=0;i4;i+) LCDi+15=digCCR2/10%10i; break; case 2: / voltage for(i=0;i4;i+) LCDi+7=dig(int)a%10i+dig_dpi; for(i=0;i4;i+) LCDi+11=dig(int)(a*10)%10i; for(i=0;i4;i+) LCDi+15=dig(int)(a*100)