基于單片機(jī)的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、Word資料摘要隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶動下的物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居逐漸開始迅猛發(fā)展。照明作為家庭用電中的重要部分，智能照明也擁有廣闊的發(fā)展前景。而且隨著人們對能源節(jié)約的越來越深入人心的認(rèn)識，設(shè)計(jì)一種可以隨著光照強(qiáng)度的變化來調(diào)節(jié)自身亮度的照明設(shè)備顯得很有必要。針對這一問題，本設(shè)計(jì)采用光照傳感器模塊采集環(huán)境光照強(qiáng)度，然后利用STC89C51單片機(jī)對燈光亮度進(jìn)行控制，完成了光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)檢測與顯示，同時(shí)可對燈光進(jìn)行相應(yīng)的亮度調(diào)節(jié)，完成了各功能模塊的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編寫，最后用Proteus進(jìn)行了模擬仿真。仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)檢測與顯示并能對燈光亮度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞：智能照明；光

2、照強(qiáng)度檢測；STC89C51；燈光自動控制；Word資料AbstractWiththedevelopmentofInternettechnology,thesmarthomeisbeginningtodeveloprapidly.Asanimportantpartofthehousehold,intelligentilluminationalsohasahugedevelopmentprospect.Andastheunderstandingofenergysavingisdeeplyrootedinpeoplesmind,designingakindoflightwhichcanchange

3、itslightintensitywiththesurroundingisverynecessary.Inordertosolvethisproblem,thisdesignusesthelightsensormoduletocollectenvironmentallightintensityandthenuseSTC89C51microcontrollertocontrolthelightbrightness.Completedthereal-timedetectionanddisplayforthelightintensity,andtoadjustthebrightnessoftheli

4、ghtingaccordinglyasystemofthedesignofthehardwaresystemandsoftwareprogram.AfterthesimulationwiththeProteus.Thesimulationresultsshowthatthedesignrealizesthereal-timedetectionanddisplayofthelightintensityandcanadjustthebrightnessofthelight.Keywords：Intelligentlighting；Lightintensitytest；STC89C51；Automa

5、ticlightingcontrolWord資料Word資料Word資料目錄TOC o 1-5 h z摘要I目錄III HYPERLINK l bookmark0 緒論-1- HYPERLINK l bookmark2 課題研究的背景及意義-1- HYPERLINK l bookmark4 國外研究現(xiàn)狀-2- HYPERLINK l bookmark8 1.4本設(shè)計(jì)主要容-3- HYPERLINK l bookmark10 方案分析-4- HYPERLINK l bookmark12 光照傳感器的方案分析-4- HYPERLINK l bookmark14 調(diào)光方式的方案分析-4- HYPER

6、LINK l bookmark16 硬件設(shè)計(jì)-6- HYPERLINK l bookmark18 硬件選型及電路設(shè)計(jì)-6-單片機(jī)-6-晶振電路-7-復(fù)位電路-8-光照強(qiáng)度傳感器-8-顯示電路-10-調(diào)光電路-11-3.2整體電路設(shè)計(jì)-12-軟件設(shè)計(jì)-13-系統(tǒng)軟件功能-13-程序調(diào)試-14-仿真分析-16-致-23-參考文獻(xiàn)-24-附錄：程序代碼-26-1緒論課題研究的背景及意義電燈是人類最偉大的發(fā)明之一。自從有了電燈，人類就沒有了對黑夜的恐懼。自從有了電燈，人類就增添了光明的信心。自從愛迪生發(fā)明第一盞炭絲白熾燈以來，電燈光源經(jīng)歷了由白熾燈到低氣壓氣體放電燈，到hid高強(qiáng)度氣體放電燈，再到LE

7、D發(fā)光二極管的演變。電燈光源演變的動力基本在于更高的亮度需求，更低的能耗要求等等。隨著科學(xué)水平的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對能源的需求量愈來愈大1。而受限于目前大比例使用的化石能源的不可取代性。能源的節(jié)約與合理利用成為社會科學(xué)中迫切需求的研究課題。在能量消耗之中，照明所消耗的電量在每一個國家的用電總量中都占比較大的比例。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，照明應(yīng)用消耗的能源大約占全球消耗總能源的19%2。其中我國每年照明消耗的電量占全國總耗電量的12%；隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，照明用電量還在以大約每年5%的速度增長。在很多使用照明設(shè)備場合，由于大多數(shù)照明設(shè)備燈光不可調(diào)節(jié)，所以產(chǎn)生許多不必要的能量浪費(fèi)和由此產(chǎn)生的經(jīng)

8、濟(jì)損失。因此設(shè)計(jì)一種可以隨著外界光照強(qiáng)度變化來調(diào)節(jié)照明設(shè)備的照明強(qiáng)弱的系統(tǒng)具有重大深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會意義。在眾多照明設(shè)備中，led燈比其他比如熒光燈，節(jié)能燈、高壓，鈉燈等更容易實(shí)現(xiàn)而且能耗也更低3。現(xiàn)階段社會公民的節(jié)能意識的淡薄，造成了電能的極度浪費(fèi)，一般存在以下幾種浪費(fèi)現(xiàn)象:由于我國大多數(shù)人的節(jié)能意識還很淡薄，對能源的使用很隨意。而且由于在照射條件人眼對照明設(shè)備發(fā)出的相對微弱的光不很敏感，在自然光照的條件下，人們往往不太容易覺察到燈光的存在，因此，設(shè)計(jì)一種可以進(jìn)行光照強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)的系統(tǒng)可以在很大程度上方便我們的生活；樓道里安裝的燈在不需要時(shí)往往并不引人注意，而且也由于其使用情況的隨機(jī)性，也

9、并太容易對其進(jìn)行很好的控制4。如果樓道里安裝的燈能在有人或者無人的條件下自動調(diào)節(jié)燈光光照強(qiáng)度，將促使我們在生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴上注意節(jié)約能源；從全國圍來看，這些也同樣是對電力資源的一種極大的浪費(fèi)，同時(shí)，這種有形和無形的浪費(fèi)，給社會越來越帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，不利于社會的可持續(xù)發(fā)展5。總的來說，一個好的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以改善工作環(huán)境，提高工作效率；一個好的光照自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)也可以為我們提供一個良好的節(jié)能效果，并且可以延長燈具使用壽命；一個好的光照度自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以提高管理水平；一個好的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)還可以產(chǎn)生較好的投資收益效果6。因此，設(shè)計(jì)一個高效的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是有意義而且有需要的。國外研

10、究現(xiàn)狀目前在全球圍，丹麥一直走在能源的利用與節(jié)約前列。其在能源利用與節(jié)約方面的成功經(jīng)驗(yàn)給我們提供了一個很好的借鑒。他們不斷地建設(shè)或經(jīng)自主研發(fā)或由國外引進(jìn)的先進(jìn)節(jié)能照明及供熱系統(tǒng)。政府及其注重家庭耗電和公共照明的節(jié)約，并且規(guī)定了許多各類住房節(jié)能目標(biāo)的硬性指標(biāo)。該國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，所有居民入住未裝有各種節(jié)能裝置的房屋時(shí)，他們最終將會花費(fèi)比擁有節(jié)能方案的同類房屋高出8%的費(fèi)用7。該國的節(jié)能項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)在已經(jīng)歐盟國家中廣為流傳。國外研究并成功開發(fā)的智能照明及控制系統(tǒng)，按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢詾榧惺胶头植际?。集中式主要為星狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點(diǎn)為控制核心，把其他節(jié)點(diǎn)全部連接起來。其中所有的照明控制器、信息采集

11、器和控制面板等都在中央節(jié)的控制器上，由中央控制器向周圍的執(zhí)行單元發(fā)送指令從而來調(diào)節(jié)設(shè)備的發(fā)光情況；與之相對應(yīng)的另一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為分布式，該系統(tǒng)以中央節(jié)點(diǎn)來統(tǒng)籌全局，組建起主干網(wǎng)絡(luò)和若干子網(wǎng)8。各個設(shè)備都有獨(dú)立的信息處理及邏輯控制單元，顯示和控制部分直接連在子網(wǎng)，從而有更加高效的調(diào)節(jié)速率。國研究現(xiàn)狀在我國目前還不太成熟的市場中，盡管智能照明及其控制設(shè)備發(fā)展前景十分廣闊，但受限于當(dāng)前市場環(huán)境條件和由于未能普及所造成的價(jià)格較高等特點(diǎn)，智能照明及其控制設(shè)備目前在我國仍未得到較大面積的推廣和使用。而且目前社會仍缺少智能照明及其光照控制產(chǎn)品的消費(fèi)意識，商家和廠家也未對其進(jìn)行及時(shí)的宣傳，因此我國當(dāng)前的智能照明

12、仍具有較大發(fā)展前景9。然而，智能照明設(shè)備對于國目前的消費(fèi)水平仍顯得有些奢侈，智能照明設(shè)備的價(jià)格十分高昂，相比其節(jié)約的能源，民眾還是難以負(fù)擔(dān)智能照明設(shè)備相比傳統(tǒng)照明設(shè)備產(chǎn)生的額外費(fèi)用，所以智能照明產(chǎn)品及控制設(shè)備在當(dāng)今社會上還難以真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模普及。國智能照明行業(yè)已逐步興起，海爾、瑞郎等都已投入大量精力于智能照明和相關(guān)設(shè)備的研發(fā)10。隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，以及現(xiàn)代通信技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視數(shù)字化家居。智能照明及設(shè)備作為智能家居的重要部分，能在很大程度上促進(jìn)家居智能化的發(fā)展，隨著智能家居的熱潮，智能照明市場也漸漸有興旺發(fā)展的勢頭。鑒于當(dāng)前發(fā)展勢頭，智能照明設(shè)備和技術(shù)將很快走進(jìn)人們

13、身邊11。本設(shè)計(jì)主要容本設(shè)計(jì)以外界環(huán)境光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)檢測及燈光光照強(qiáng)度的控制為研究方向，研究了各種目前可行的數(shù)據(jù)采集方案和燈光光照強(qiáng)度的調(diào)節(jié)方式，經(jīng)分析比較最后確定了合適的方案。設(shè)計(jì)了一個以STC89C51單片機(jī)為核心的控制電路，用羅姆半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的BH1750FVI型光照強(qiáng)度傳感器進(jìn)行外界環(huán)境光照強(qiáng)度信息的獲取，通過12C總線將光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)信息送給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后，通過LCD1602液晶進(jìn)行當(dāng)前光照強(qiáng)度的顯示，并根據(jù)采集到的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，調(diào)節(jié)通電發(fā)光二極管的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)自動光照調(diào)節(jié)。本文主要容如下：第1章主要介紹了光照自動調(diào)節(jié)設(shè)備及技術(shù)的研究背景，其在國和國外的研究發(fā)展?fàn)?/p>

14、況等，為本設(shè)計(jì)提供了相關(guān)理論依據(jù)和應(yīng)用前景分析。第2章主要介紹了系統(tǒng)擬采用的光照強(qiáng)度信息獲取方案的選擇及調(diào)光方案的選擇，詳細(xì)分析比較了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并最終確定了本設(shè)計(jì)所采用的方案。第3章主要介紹了本系統(tǒng)所采用的硬件電路，完成了從各元器件的選則到各模塊原理圖的繪制，以及整個系統(tǒng)的搭建。第4章主要介紹了本系統(tǒng)控制程序的編寫編譯和仿真，并對所得結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。方案分析光照傳感器的方案分析信息是控制的前端，只有獲取目標(biāo)信息后才能對系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行控制。為了控制燈光亮度，本系統(tǒng)需要采集外界光照強(qiáng)度信息，獲取該信息后下才能繼續(xù)之后的信息處理及燈光控制工作，故而需研究與討論光照強(qiáng)度信息的獲取方式。方

15、案一：光敏電阻器光敏電阻器主要由半導(dǎo)體光電晶體組成。當(dāng)有照射到光電晶體表面時(shí)，該晶體的載流子數(shù)量將會隨光照強(qiáng)度的增加而隨之增長，與此同時(shí)電導(dǎo)率會隨之增強(qiáng)11。光敏電阻器本質(zhì)上就是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)而制成的一種阻值會隨入射光的變化而變化的可變電阻器。當(dāng)入射光的光照強(qiáng)度大時(shí)，阻值將下減，當(dāng)入射光的光照強(qiáng)度小時(shí)，阻值會變大。將其與一已知且固定阻值的電阻串聯(lián)接入電路，就可以根據(jù)其分壓值的變化來測量光照強(qiáng)度的對應(yīng)改變。但其輸出的電壓信號是模擬信號，還需繼續(xù)增加一模數(shù)轉(zhuǎn)換，并需要對硬件進(jìn)行不斷調(diào)試，而且還需要對不同的光照強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)定，增加了成本和難度，且可靠性較低。方案二：光照強(qiáng)度傳感器成熟的商業(yè)光照強(qiáng)

16、度采集模塊的部集成了傳感器、調(diào)理電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換。擁有精度高，可靠性好，實(shí)時(shí)性優(yōu)，性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)12。目前已經(jīng)商業(yè)化的光照采集模塊有Intersil公司生產(chǎn)的ISL29033,羅姆半導(dǎo)體生產(chǎn)的BH1750FVI,OnElectronics公司生產(chǎn)的On9658等等。這種類型傳感器具有片高集成度，很強(qiáng)的可靠性，和高性價(jià)比的特點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測光強(qiáng)并將數(shù)據(jù)傳遞給控制芯片。依據(jù)以上比較，在能夠達(dá)到目的的條件下，方案二中的BH1750FVI是更加合適的方案。故本設(shè)計(jì)中采用羅姆半導(dǎo)體生產(chǎn)的BH1750FVI作為光照強(qiáng)度采集模塊。調(diào)光方式的方案分析目前光照調(diào)光方案有模擬調(diào)光、可控硅調(diào)光和控制點(diǎn)亮

17、LED數(shù)量調(diào)光三種方案。下文會以這三種方案來展開分析：方案一：模擬調(diào)光模擬調(diào)光的原理是通過改變電流的強(qiáng)弱，來實(shí)現(xiàn)改變燈的亮度13。普遍采取的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：其一是調(diào)節(jié)與燈串聯(lián)的限流電阻Rs的大小，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電流的目的；其二是采取控制電流調(diào)節(jié)芯片的模擬調(diào)光功能引腳來控制輸出電流的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈光亮度。模擬調(diào)光具有一個很大的缺點(diǎn)：驅(qū)動器的能量利用效率會隨輸出電流的減小大幅度下降，而這必將使整體耗能加大，使能源利用的效率下降，不符合節(jié)能趨勢。再有由于燈光的電流和色溫之間存在著相關(guān)關(guān)系，因而燈光色溫會隨著電流的變化而產(chǎn)生變化14。因此在許多對燈光顏色有要求的條件下，不適宜運(yùn)用模擬調(diào)光。方案二：可控

18、硅調(diào)光三端雙向可控硅是一個電壓驅(qū)動開關(guān)，其工作原理是通過與其并聯(lián)的滑動變阻器調(diào)節(jié)其兩端電壓從而控制其兩端電壓，進(jìn)而控制其開關(guān)動作。通過迅速的開關(guān)動作來調(diào)節(jié)燈光的總體亮度15。因此采用可控硅會使燈產(chǎn)生100Hz的頻閃，對人眼健康不利，要想去掉頻閃則需要增加負(fù)載調(diào)節(jié)電路，而這必將使驅(qū)動器的能量利用效率下降，也與節(jié)能的出發(fā)點(diǎn)不合。方案三：通過控制導(dǎo)通的LED數(shù)量控制亮度每個LED亮度基本相同，因此可以在需要高光強(qiáng)的情況下增加導(dǎo)通LED數(shù)目，在不需要高光強(qiáng)的情況下減少導(dǎo)通LED數(shù)目。LED具有亮度高，價(jià)格低，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)以上分析可以得出，最簡單易行且可靠的調(diào)光方案是通過控制導(dǎo)通LED的數(shù)量調(diào)光

19、。硬件設(shè)計(jì)3.1硬件選型及電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用BH1750FVI來獲取當(dāng)前外界環(huán)境的光強(qiáng)度信息，得到的信息送給STC89C51單片機(jī)處理。處理后的數(shù)據(jù)會通過LCD1602進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，此即為外界的光照強(qiáng)度。同時(shí)單片機(jī)將該光照強(qiáng)度值與初設(shè)數(shù)值來對比，根據(jù)對比結(jié)果來調(diào)節(jié)導(dǎo)通LED燈的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)燈光的控制。硬件電路框圖如圖3.1所示。圖3.1系統(tǒng)硬件電路框圖3.1.1單片機(jī)本設(shè)計(jì)采用STC89C51單片機(jī)作為控制芯片。它有4KB可重復(fù)編程的片F(xiàn)lash,512Byte的RAM,4組8位的I/O接口和三個定時(shí)器16滿足本設(shè)計(jì)需求。并且還有功耗低、價(jià)格便宜的優(yōu)勢。該單片機(jī)的控制主要通過其4組I/O接口

20、實(shí)現(xiàn)。其4組I/O接口特點(diǎn)描述如表1。表1STC89C51I/O口描述P0口八位雙向I/O口可被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用端口P1口八位雙向I/O口主要作為通用I/O使用P2口八位雙向I/O口可被作為高8位地址端口來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器P3口八位雙向I/O口除作為通用I/O口使用外，主要是使用其第二功能圖3.2是該單片機(jī)的引腳圖。L1STC89C51P1.0VCCP1.1POO(ADO)卩1.2P0.1(ADI)P13P0,2(AD2)卩L斗P0,3(AD3)P15卩6P0.5(AD5)P3.7P0.6(AD6)RSTPG.7(AD7)P3,0(RXL)liA(VPP)P3.KTXD)ALEfPR

21、OG)PSHN卩3.3(XT1)P2.7(A15)P3.4(TQ)P2.$fAU)P3,5(T1)P2.5(A13)円血WR)P14P2.3(A11)VIAL2P2r2(A10)XTAL1P2.I(A9)GNDP2駅A和圖3.2單片機(jī)引腳圖3467g17Uw20丸37363534工231SO292fs272625242221403.1.2晶振電路晶振雖然不復(fù)雜但對單片機(jī)運(yùn)行是不能缺少的，由它提供使單片機(jī)正常工作的時(shí)鐘信號。因?yàn)槭⒕д駬碛袠O好的頻率穩(wěn)定特性以及很強(qiáng)的抵抗外界干擾能力，因此它是十分理想的基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生器件。如圖3.3是單片機(jī)的晶振電路。其中單片機(jī)的部電路和片外器件一起作用而構(gòu)成一個

22、簡單的時(shí)鐘發(fā)生電路，單片機(jī)部振蕩器的頻率與外部晶振的頻率十分相似，通常情況下在1.2MHz24MHz之間選則，為了方便計(jì)算，常常選擇12MHz。反饋電容C1和C2的作用是對電路進(jìn)行充電和放電，它們的電容值一般在20pF100pF之間選則，本電路二者均選用30pF的電容17。圖3.3晶振電路硬件原理圖復(fù)位電路復(fù)位電路也是單片機(jī)不復(fù)雜卻很重要的模塊之一，其功能是對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的初始化操作。它的工作條件是在單片機(jī)的RST引腳加上穩(wěn)定的大于2個機(jī)器周期的高電平信號。因此按下復(fù)位按鍵以后，仍然需要經(jīng)過一定時(shí)間的信號保持才能撤去該信號，否則無法進(jìn)行有效復(fù)位操作。為了有效復(fù)位，避免因在按鍵過程的抖動影響復(fù)

23、位操作，通常采用RC復(fù)位電路來避免該情況18】。其原理圖如圖3.4所示。3.1.4光照強(qiáng)度傳感器光照強(qiáng)度傳感器的主要作用是感知與獲取當(dāng)前外界環(huán)境的光照強(qiáng)度，采集到當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度值后，通過12C總線與單片機(jī)通信，單片機(jī)將以該光照強(qiáng)度信息作為下一步動作的依據(jù)。該傳感器的原理是其中的光敏二極管PD在不同光照強(qiáng)度的照射時(shí)，產(chǎn)生的電流不一樣，運(yùn)算放大電器AMP能將電流的改變轉(zhuǎn)化為容易測量的電壓的波動，接下來由片模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號19。原理框圖如3.5所示。由于在Protues元器件庫中并沒有BH1750FVI這一型號傳感器。故在模擬仿真中，使用光敏電阻和固定電阻串聯(lián)分壓，再加一A/

24、D轉(zhuǎn)換芯片來模擬光照強(qiáng)度傳感器。圖3.5光照采集系統(tǒng)原理圖BH1750FVI轉(zhuǎn)換完成的光照強(qiáng)度數(shù)字信號依據(jù)I2C通信協(xié)議與單片機(jī)通信。I2C總線時(shí)序圖如圖3.6。圖3.6I2C總線時(shí)序圖I2C總線由PHILIPS公司設(shè)計(jì)，多用于主控制器和從器件間的主從通信，適合在小數(shù)據(jù)量場合使用，傳輸距離比較短，并且在任意時(shí)刻可以有多個從機(jī)，卻只能有一個主機(jī)。市場上已有許多種類非常豐富的12C兼容芯片。12C已成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而廣泛應(yīng)用。2C通信協(xié)議硬件部分由兩條線路構(gòu)成，其一是數(shù)據(jù)線SDA，其二是時(shí)鐘線SCL。連到總線線路上的所有器件能通過唯一的7位二進(jìn)制硬件地址和其它器件之間實(shí)現(xiàn)通信，主/從機(jī)角色可實(shí)時(shí)配置，

25、主機(jī)即可當(dāng)成數(shù)據(jù)發(fā)送端也可成為數(shù)據(jù)接收端。該協(xié)議要求在高電平時(shí)鐘周期，SDA上的數(shù)據(jù)一定要維持穩(wěn)定不可發(fā)生跳變，否則會出現(xiàn)誤判。SDA上信號的變化僅可以發(fā)生在SCL線為低電平的時(shí)候。通信的開始條件規(guī)定為當(dāng)SCL為高電平的時(shí)候，SDA線上由高電平跳變到低電平，通信結(jié)束條件規(guī)定為當(dāng)SCL為高電平的時(shí)候，SDA線上由低電平跳變到高電平。應(yīng)該注意，無論是起始信號還是終止信號，都是由主機(jī)發(fā)出的。只要具有12C總線硬件接口的器件連到總線，就能檢測到該信號?？偩€在起始信號之后，就為繁忙狀態(tài)，停止條件之后為空閑狀態(tài)。每當(dāng)主機(jī)向從機(jī)發(fā)送完一字節(jié)的數(shù)據(jù)后，主機(jī)需要等待從機(jī)給出應(yīng)答信號，以確認(rèn)從機(jī)是否成功收到了該數(shù)

26、據(jù)，應(yīng)答信號有固定的規(guī)：低電平0表示應(yīng)答，高電平1表示非應(yīng)答。12C總線上傳送的信息既能是器件地址信號，也可以是數(shù)據(jù)信號。起始信號后要求由主機(jī)發(fā)送一個由7位從機(jī)硬件地址加上1位讀寫位構(gòu)成的一字節(jié)信號，信息傳輸都必須由主機(jī)發(fā)出終止信號表示本次傳輸完成20STC89C51并沒有單獨(dú)的12C總線接口，因此必須利用軟件模擬12C時(shí)序。以實(shí)現(xiàn)12C總線的數(shù)據(jù)傳輸。模擬具體時(shí)間如圖3.7所示。SCLSDA5CLSDA厘始佶兮S圖3.7模擬I2C時(shí)序時(shí)間3.1.5顯示電路顯示電路是本系統(tǒng)的輸出端，這里將實(shí)時(shí)顯示外界的光強(qiáng)照度值。本設(shè)計(jì)采用的顯示模塊為LCD1602液晶。LCD液晶屏相對于LED數(shù)碼管，其可讀

27、效果更好，可展示的信息也更豐富。在本設(shè)計(jì)中，LCD1602液晶負(fù)責(zé)顯示當(dāng)前外界光照強(qiáng)度值。其原理圖如圖3.8所示。GND沖GND圖3.8LCD1602液晶硬件原理圖調(diào)光電路調(diào)光電路是本系統(tǒng)中的被控部分。當(dāng)單片機(jī)從光照強(qiáng)度傳感器獲取光照強(qiáng)度值，判斷當(dāng)前環(huán)境光照強(qiáng)度在某一光照強(qiáng)度圍時(shí)，點(diǎn)亮對應(yīng)數(shù)量的LED,即可實(shí)現(xiàn)對光源強(qiáng)度的控制。原理圖如圖3.9所示。圖3.9調(diào)光電路硬件原理圖整體電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的硬件原理圖均使用AltiumDesigners繪制。該軟件功能十分強(qiáng)大，部擁有許多電子元器件模型21，應(yīng)用時(shí)只需尋找所需元器件就能對其應(yīng)用調(diào)試。還可對該元器件的每個參數(shù)分別改變，從而迎合用戶所需。依

28、據(jù)前面的整體框架思路，用Altiumdesigner13畫出了整體的原理圖。整體硬件原理圖如圖3.10所示。fiNDIg*GMD|vccVODG0DiliDO*D&dD66hRHLAHLKEK|rmn4,7K兇Ciw2.一址3=空n-Fl.DYCCPI1Pl.2PJ.3皿加曲Pl.lPI3PJ.i回P-1,7HL附剛K9TPi側(cè)譽(yù)茗回FTrvrpFlHTKDi.41.tJPUCK!：P32|NTTTraisrirs-Ais)H.-HTffiP2A(Al4jPlSlTLl旳*AP2.4AI2R.TjffTTiP2AllhXIAL2K2CAL0FKT戌1PIXUrtHF圖3.10整體硬件原理圖軟件

29、設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件功能本系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程如圖4.1所示。程序進(jìn)入主函數(shù)后，BH1750FVI傳感器模塊將不停地采集光照強(qiáng)度數(shù)據(jù),STC89C51單片機(jī)部程序會將采集到的數(shù)據(jù)傳送至LCD1602液晶實(shí)時(shí)顯示并與設(shè)定值進(jìn)行比較。如果測得數(shù)值大于或等于200，所有的LED都不會被點(diǎn)亮；如果數(shù)值小于200但大于或等于160，LED1被點(diǎn)亮；如果數(shù)值小于160但大于等于125，LED1和LED2被點(diǎn)亮；如果數(shù)值小于125,但大于等于50,LED1,LED2和LED3被點(diǎn)亮；如果數(shù)值小于50,則所有LED燈均被點(diǎn)亮。BH1750FVI光強(qiáng)度傳感器模塊采隼埶據(jù)到ASTC89C51單片機(jī)控制種塊1602晶顯示

30、A的具體嫩值LED1，LED2，LED3，LED4全都宴結(jié)克,J圖4.1系統(tǒng)軟件流程圖程序調(diào)試STC89C51單片機(jī)可采用C或匯編作為編程語言,因?yàn)閰R編閱讀起來不方便,可移植性也不好,故而選擇使用C語言編程。本設(shè)計(jì)采用KeiluVision4來對控制程序編寫和編譯。如圖4.2，打開KeiluVision4程序后，首先需要新建一個工程，為了保證良好的識別，該工程名盡量使用英文和數(shù)字，避免出現(xiàn)中文。為了跟硬件很好的配合，要確定所采用的單片機(jī)具體種類。由于型號庫里并沒有STC89C51,這里選擇具有相同8051核的Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51,確定后就建立了一個工程。WdrDamnATSCSI

31、RufeeiDrifthu-C&1-AT3K1051U占；JATBK2D51-AHKJQ51口Mi農(nóng)商|JI-ATa3C5H5L3A.H5C5I3C-ATHC5I3CAL3AT35C5I31-ATSX：5i3UA.HKMZ2ATg9l：5l.S3iJATBECSICCniQATSK5IED2|IIIFIhitt-LtidFrotfanNtffuv129BvtesCn-chpRAM圖4.2KeiluVision4確定單片機(jī)種類然后新建文件，文件名也最好避免使用中文，以c為后綴名，保存。如圖所示。tu2WP/iWZ131ISoww%HEU剛i呂：2EMMJUJriinq鬥8H175MBJ30171

32、Z112BOfcjcrtFfc呂kdLf口匚+-iitdirIhW*IU54iQ西“腳21也）1au腫陽MLW1扛幻沖lcd.Cfl.!LEO3CILWS-J1Zb!：圖4.3KeiluVision4工程里新建C語言程序最后將C文件添加到左側(cè)剛剛新建的工程里，如圖4.4所示。然后就能里面中寫入C語言控制源程序了。圖4.4KeiluVision4工程里添加C語言程序程序編寫完成后，最好及時(shí)保存，已防止出現(xiàn)意外情況丟失，而產(chǎn)生不必要的麻煩。選擇編譯程序，KeiluVision4將對控制源代碼開始糾錯和編譯，并會在BuildOutput對話框中提示出編譯中出現(xiàn)的錯誤和警告結(jié)果。假若編寫的代碼中有錯誤

33、，對話框中就會提醒出錯原因和大概地點(diǎn)，點(diǎn)擊報(bào)錯的那一段就能找到源代碼中有問題的地方附近。更改源代碼之后，繼續(xù)查錯，到?jīng)]有出現(xiàn)錯誤提示。源程序沒有問題后，點(diǎn)擊TargetOptions按鈕，找到Output，把CreateHexFile的前面勾上，點(diǎn)擊后繼續(xù)編譯，就會在工程路徑產(chǎn)生了以.hex為擴(kuò)展名的文件。如圖4.5，代碼編譯之后提醒信息錯誤數(shù)為0，警告數(shù)為0。FileEditViewFrajeciFlash&ebugPeripheraIsTools丫匚呂WindowHelpTAicCjjiuU|LCD.HjjTIX549.匸茴TLC&42H曰TargetILB-gEourceGsud1自團(tuán)m

34、ain-c：!21rc51hpjtlcSg-.hL-Qled.hjJintrins.hLJw卜石r=g51.h卜3H點(diǎn)4時(shí)rkd.h：_口irrtrinskh曰廚TLU549,C卜右reg乩hiIQlk549.lt卜囪lcd.hQintrins-hD7rs：sbitpi4=pi*a?K5bitPl5-Pl*5F10sbitPl6-Pl*6?sbitP17-P1A7-n13voidPaTTjnli;tvoitl)14_：C15ie:;21l22voidnta丄口1523F24aZB盹=oxri?El-Dxff?已三Dxff;P2Dxff?P-ort_InLt)LZ2d_lTklCF；irhile

35、LI)底Pi金日口Ufu.IJ.eilloffilnaci口evalue=ILC59ADC;Bcxldtarget*Target1?pllinersonfillingTLC5CB.-LJjjkisiguSize:data-lfi4xdj.ta-Dsodf-57zrsatinghexfilefHczm-LEDH，.-.LED-口Errcr(aI-Warning(aI-圖4.5程序編譯仿真分析想出了設(shè)計(jì)方案，搭建出完整電路圖，調(diào)試了代碼并編譯生成可被單片機(jī)識別的文件，還有必要來檢查設(shè)想的實(shí)施方案可否實(shí)行，代碼有沒有BUG?？梢允褂肞roteus軟件來進(jìn)行模擬仿真。Proteus是一款專業(yè)的電路設(shè)計(jì)

36、仿真軟件22。此軟件擁有十分豐富的元件庫，如果未找到所需元件也能親自動手設(shè)計(jì)，基本能夠滿足本設(shè)計(jì)所需。如圖4.6所示，按照完整電路圖，畫出了仿真圖。由于其元件庫中沒有BH1750FVI，所以改用一固定電阻和一光敏電阻串聯(lián)分壓，然后由A/D轉(zhuǎn)換輸出光照強(qiáng)度值，這個一過程與BH1750FVI的工作過程是相似的。E.LZ1S1-LUwoLCfilTPWGI.LPKtmCLL4/F1HTZPi.imBCr12p2FTEtlSRTCK:113.2他麗門卜POSSISADAHD6PD7MD?_i_Er|LIUJIcLsT&ffrfflLDPThLDFLpLE：r丿nrkdahIc-212圖4.8光照強(qiáng)度大

37、于200Lx,LED均熄滅FJATirD2fi2pei*燈IL_LIII|1119-LL3htntensity_L70LXSI!理苑皓昶芝幗呂PZZCK1DP2A1IPT.4A17PZJiH.15=?1DU4e?cp-57二dMumfum&i：圖4.9光照強(qiáng)度大于150LX，小于200LX,個LED被點(diǎn)亮XT!L2FFTFDIADFD.tfASi1py3tU.-i/M-iFD*.沽LirtLxautnTREF-SCLC-e主TTPP一臺TmiALE:riJJTTZP1.V71KP1JF1JP1.ririapidP1.7Pn.WATnn/ksPZV.OrZJfAIDPI.IMI2P2AA.13壯

38、的猝rz.iMSrXTLKDP3.1TKDpisimrasinn口raarripaAnnparmrcT&iH圖4.10光照強(qiáng)度大于125Lx，小于150LX,兩個LED被點(diǎn)亮!1Alri510F.cr*舟P.EbSOWY1b4znj3aR?I+inkLt49TFsTCCT.二葉:曲-KT笛LIFOnAE3FQW.D1H14fAD*PQrAWnsrrPCUffAKraLTTAP?FZEf/eTSEffP2N.WF2JaA11ALEP2.|I:KD4.IliTftURSTseff?rIDKREI1-BCLKF1FIZP1$T7KPl_ZP1Fl.*P1P1J6P1.TKHlADaH3.1LAD1F

39、C3Anfumd*RJCAMrei.aLpiD3miAmnojspzhwrzjfj*.naF72TM11rz.*-Aiz皿cFaLefAUraLWA15F3DHK0P31i&PJZfffrTEIP3ifRTl,F3.*nnrasmFJjMDHra.irfTTLCdlumcLftewf|Li9htIntsniitw_0E5LKE盟Eh既曲占辭占圖4.12光照強(qiáng)度小于50Lx，四個LED均被點(diǎn)亮分析Proteus的一系列仿真測試產(chǎn)生的現(xiàn)象可知，該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)預(yù)定目的，滿足了預(yù)設(shè)需求?？偨Y(jié)和展望5.1總結(jié)本設(shè)計(jì)以外界環(huán)境光照強(qiáng)度的及時(shí)獲取及燈光強(qiáng)度的調(diào)節(jié)為設(shè)計(jì)目標(biāo)，比較了光照強(qiáng)度信息獲取方法

40、和燈光控制方法的可行設(shè)計(jì)，在選則了恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)后，最終模擬了一個以STC89C51單片機(jī)為中心的燈光自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用BH1750FVI傳感器來完成對外界光照強(qiáng)度信息的獲取，得到的光照強(qiáng)度信息經(jīng)由單片機(jī)處理后，通過LCD1602液晶實(shí)時(shí)顯示出來，并由獲取得到的光照強(qiáng)度信息，調(diào)節(jié)通電發(fā)光二極管的數(shù)量來調(diào)節(jié)燈的亮度，從而實(shí)現(xiàn)自動調(diào)光功能。本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)如下功能：實(shí)時(shí)獲取環(huán)境的光照強(qiáng)度信息，通過LCD1602液晶展示光照強(qiáng)度值；當(dāng)外界光照強(qiáng)度增大時(shí)，系統(tǒng)自動減少通電發(fā)光二極管數(shù)量來實(shí)現(xiàn)減少燈光目的；光照強(qiáng)度減小時(shí)，系統(tǒng)自動增加通電發(fā)光二極管數(shù)量來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)燈光亮度的目的；環(huán)境光照強(qiáng)度大于設(shè)定值時(shí)，燈將全部

41、熄滅；5.2展望然而因?yàn)樵O(shè)計(jì)周期較短，本設(shè)計(jì)還留有幾個缺憾。在以后可以加以改進(jìn)。對應(yīng)某一外界環(huán)境光照強(qiáng)度值，輸出燈光強(qiáng)度為多少比較合適，這需要實(shí)際做許多實(shí)驗(yàn)才能加以確定，由于時(shí)間和條件的限制，該實(shí)驗(yàn)未能做成?？梢蕴砑訜o線通信模塊，光照強(qiáng)度獲取部分與燈光控制部分之間進(jìn)行無線通信，進(jìn)而根據(jù)該數(shù)據(jù)信息控制可控光源。期待在未來能檢驗(yàn)這些想法，讓該設(shè)計(jì)的功能可以進(jìn)一步完滿。致光陰似箭，歲月如梭。仿佛昨天才拉著皮箱風(fēng)塵仆仆地來到學(xué)校，而今天卻已離分別的日子越來越近。細(xì)細(xì)回想，心中全是依戀與不舍。在即將完成最后一次作業(yè)之時(shí)，想對那許許多多在生活、學(xué)習(xí)中給我無私幫助、殷切期望和無限支持的老師同學(xué)和親人朋友們表

42、達(dá)最真摯的感。經(jīng)過這幾個月的緊學(xué)習(xí)和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了。在這最后一次作業(yè)中，我受益良多。一開始定題時(shí)，我完全摸不著頭腦，不知從何處下手，經(jīng)過和指導(dǎo)老師郭老師的多次溝通，我逐漸理清了思路，并有了方向。在具體方案設(shè)計(jì)的過程中，郭老師也給了我很多建議和意見，讓我對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)有了更深地理解。郭老師在治學(xué)上的嚴(yán)謹(jǐn)和在學(xué)識上的淵博給我留下很深的印象。能夠說沒有郭老師的幫助就不可能有本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成。在此我要向郭老師表達(dá)我最誠摯的意。我的同學(xué)尤其室友在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也給我提出一些非常寶貴的建議，在生活上也給了我許多幫助，讓我更加感受到了集體的溫暖。感他們的幫助，祝大家將來都事業(yè)有成。感自

43、動控制系的各位領(lǐng)導(dǎo)和老師們，在四年的學(xué)習(xí)生活中，老師們傳授我們知識，教我們?yōu)槿俗鍪?，讓我的大學(xué)生活充實(shí)而豐富多彩。祝各位老師們身體健康，萬事如意，桃滿天下。特別要感的還有我的父母，他們一直在背后默默支持我，遇到困難鼓勵我，取得成績表揚(yáng)我，對我傾注了極大的心血和期望。父母之恩無以為報(bào)，只有在校努力學(xué)習(xí)，步入社會后努力工作，讓他們過上輕松的生活。祝愿我的父母永遠(yuǎn)健康快樂。最后，對答辯委員會的每個老師道一聲您辛苦了！感諸位老師對本設(shè)計(jì)的審閱及答辯工作。最后祝愿老師們工作順利，心想事成。參考文獻(xiàn)左栓秀，雁北高寒黃土區(qū)杏-草-藥旱作種植模式的探索J,農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004(3):300-3

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50、e=0;sbitP14=PM4;sbitP15=PM5;sbitP16=PM6;sbitP17=PM7;voidPort_lnit(void)端口初始化，全部O口高電平P0=0 xff;P1=0 xff;P2=0 xff;P3=0 xff;voidmain()Port_lnit();/端口初始化Lcd_lnit();/液晶初始化while(1)illumination_value=TLC549_ADC();lcd_scan();if(illumination_value=200)P14=1;P15=1;P16=1;P17=1;elseif(illumination_value=160)P14=

51、0;P15=1;P16=1;P17=1;elseif(illumination_value=125)P14=0;P15=0;P16=1;P17=1;elseif(illumination_value=50)P14=0;P15=0;P16=0;P17=1;elseP14=0;P15=0;P16=0;P17=0;BH1750模塊程序#include#includebitwrite=0;sbitSDA=P20;sbitSCL=P2A；typedefunsignedcharBYTE;BYTEBUF8;unsignedcharnum;unsignedchara,b,sec,count;unsignedc

52、harge,shi,bai,qian,wan;/顯示變量intdis_data,dis_data1;/變量voidconversion(unsignedinttemp_data)/數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換出個，十，百，千，萬wan=temp_data/10000+0 x30;temp_data=temp_data%10000;/取余運(yùn)算qian=temp_data/1000+0 x30;temp_data=temp_data%1000;/取余運(yùn)算bai=temp_data/100+0 x30;temp_data=temp_data%100;/取余運(yùn)算shi=temp_data/10+0 x30;temp_data=temp_data%10;/取余運(yùn)算ge=temp_data+0 x30;voidNOP()_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();voidDelay(unsignedinti)unsignedintj,k;for(j=i;j0;j-)for(k=110;k0;k-);