【基于51單片機燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)11000字（論文）】

PAGE12基于51單片機燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)目錄24354緒論 167001技術介紹及系統(tǒng)方案設計 3216911.1技術介紹 3246951.1.1紅外傳感技術 3204071.1.2單片機開發(fā)技術 4155021.1.3光敏傳感器技術 4124091.2系統(tǒng)方案設計 499381.2.1主控制方案 423431.2.2光照檢測方案 579321.2.3人體檢測方案 5164321.2.4整體架構(gòu)設計 5104782系統(tǒng)電路設計 7277362.1主控制器電路的設計 7166662.2光照檢測電路 7240682.3人體檢測電路的設計 833662.4燈光電路的設計 9101842.5按鍵電路的設計 9293712.6障礙物檢測電路的設計 9185712.7報警提示電路的設計 10198582.8紅外遙控電路的設計 10275882.9指示燈電路的設計 1118653系統(tǒng)程序設計 1362963.1主程序設計 1398623.2按鍵掃描程序設計 14119963.3人體檢測程序設計 14226323.4LED調(diào)光程序設計 15187694系統(tǒng)軟件仿真 17200604.1Proteus仿真軟件簡介 1757794.2手動模式仿真 17235104.3自動模式仿真 1816724.4呼吸燈模式仿真 19231565硬件制作與調(diào)試 20226195.1硬件制作 20206295.2硬件調(diào)試 20136405.2.1手動模式上電測試 20300725.2.2自動模式上電測試 2199205.2.3呼吸燈模式上電測試 2218253結(jié)論 2427309參考文獻 26緒論隨著人們整體生活條件不斷地變好，科技領域探究速度不斷地加快，市場也在不斷的變化，頂尖科技的逐漸民用化使得產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢開始向著智能化發(fā)展。隨著科技在控制理論和智能化方面不斷地突破，人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫奈锲烽_始變得智能化，作為日常使用的燈也要追上科技發(fā)展的步伐走向智能化。智能家居按照發(fā)展的先后順序分為三個階段：首先是每個人家庭設備在電氣化方面提高，在這個階段主要是單獨電器的大規(guī)模使用，家庭用電設備之間沒有聯(lián)系，每一個設備都是單獨運行的。第二個階段是家用電器的自動化。在這個階段是面向用戶使用體驗的階段，小部分家用電器設備具有了網(wǎng)絡連接功能和簡單的基礎設定等功能，這些功能主要是為了人們可以更加方便地使用家用電器，還可以小幅度的提高人們的使用體驗。最后一個階段是全部家用電器的智能化，智能化系統(tǒng)設計面向的是家用電器整體。智能化系統(tǒng)需要通過WIFI或其他網(wǎng)絡連接方式來把家庭住宅里面的各種家用電器相互連接，不僅僅需要每一個家用電器自己單獨運行，同時也需要做到兩個或者多個家用電器一起聯(lián)動運行。當所有家用電器和輔助裝置都接入到同一個網(wǎng)絡中時，可以進行遠程控制多個設備聯(lián)動或者某一個單獨的設備運轉(zhuǎn)，該網(wǎng)絡需要保證各個家電設備可以與住宅環(huán)境協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)從而安全、穩(wěn)定、方便快捷地提供各項服務，營造出智能化的居住空間。照明燈作為每個家庭必須使用的家電，在智能家居產(chǎn)品種類中占比逐年上升，智能燈率先開始進入住宅智能化領域。目前傳統(tǒng)開關方式的燈依舊在家用照明市場占大部分的份額，但是隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展和智能化家電的普及以及人們的需求變化，傳統(tǒng)的燈已經(jīng)察覺到有被新產(chǎn)品更新?lián)Q代的趨勢，不僅僅照明燈是這樣，其他的家用電器也一樣。當然智能化的燈有許多的優(yōu)勢，電器智能化不僅僅可以更加省電的同時也有利于人類社會的可持續(xù)發(fā)展；另一方面照明的智能化可以使得人們在燈光下看得更加清楚，也可以讓人們控制燈光亮度更加的方便、快捷和簡單。相信在不久的將來，智能燈將會大規(guī)模取代目前傳統(tǒng)按鍵控制的照明器件，從而成為照明行業(yè)市場占有率最高的主流產(chǎn)品。目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了很多智能家電，例如智能電冰箱，相較于傳統(tǒng)電冰箱而言，不僅僅解決了很多傳統(tǒng)電冰箱的使用痛點如容易結(jié)冰、不能分區(qū)控制溫度等，而且添加了很多新的功能例如聯(lián)網(wǎng)控制，人們可以遠程控制冰箱各個區(qū)域的溫度，也可以讓冰箱自己進行控制使得冰箱內(nèi)的食物儲存狀態(tài)更好時間更久。智能燈相較于傳統(tǒng)燈來說不僅僅需要解決目前使用出現(xiàn)的問題，同時需要對于燈來進行智能化的升級，跟隨時代的進步。中國在智能燈領域相比較其他國家而言，發(fā)展的時間遠遠不及其他發(fā)達國家，直到上個世紀末期中國才開始了解其他發(fā)達國家的智能家居概念。上個世紀九十年代末，中國在首都建設了一個智能小區(qū)作為試點，這個試點為中國智能家居的發(fā)展打下了堅實的基礎，為后續(xù)的智能燈發(fā)展埋下了種子。截至目前中國在探索智能家居行業(yè)并且有智能燈產(chǎn)品的公司已經(jīng)達到了三位數(shù)，主要分布在中國的一線城市和新一線城市。雖然大部分公司市值很小，產(chǎn)品線并不豐富，但是在創(chuàng)新上投入了大量的資金。雖然現(xiàn)在還沒有一個公司的產(chǎn)品占領了大量市場，不過卻出現(xiàn)了很多家居行業(yè)的龍頭進入，如海爾、格力、美的和小米等。它們的產(chǎn)品線更加豐富，多種產(chǎn)品的功能也比較繁多，人機交互體驗也很棒。不過這些行業(yè)龍頭做出來的產(chǎn)品和國外的智能產(chǎn)品相似，主要面向的是年輕客戶或者是對于生活要求高的客戶，由于目前的產(chǎn)品價格高昂，所以用戶數(shù)量并不多，離傳統(tǒng)的消費者還有距離。現(xiàn)在智能燈這一領域代表產(chǎn)品主要有小米公司的Yeelight，這是一款采用網(wǎng)絡連接的智能燈，該智能燈通過局域網(wǎng)來進行燈光亮度調(diào)節(jié)和開關，但是其零售價格達到了100元以上。和傳統(tǒng)燈相比沒有價格優(yōu)勢，但是依舊受到了消費者的喜愛和購買，可見智能燈的消費前景廣闊。發(fā)達國家在智能家居行業(yè)中一直處于一個領先的地位并且擁有著領先的技術，國外智能家居行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了多年，逐漸形成了行業(yè)的標準規(guī)范。20世紀80年代一種智能化的新型建筑率先在美國建造成功，與此同時電子工業(yè)協(xié)會制定了第一個智能家用電器的電氣設計標準；21世紀初IET國際現(xiàn)場總線標準研究大會將其進行了提名并被列入國際標準；美國為首的發(fā)達國家率先進行智能家居試探性的使用，之后提出了多種不同的智能家居未來的發(fā)展規(guī)劃。目前國外的智能照明燈接口標準雖然可以統(tǒng)一，但是沒有一個統(tǒng)一的連接方式與協(xié)議，不同公司的產(chǎn)品也不能相互連接配套使用，而且售價依舊高昂，對于消費者來說依舊難以負擔?？傊?，中國在智能燈領域發(fā)展時間短暫，產(chǎn)品質(zhì)量水平差距大。不過中國的人口基數(shù)大，因為具有龐大的消費的潛力，所以能夠促進智能家居行業(yè)的發(fā)展，相信在未來智能家居可以在中國急速發(fā)展，中國將會成為行業(yè)領軍的角色。基于此，本次設計的是一個以STC89C51單片機為控制核心的多功能智能LED臺燈。硬件設計部分有單片機控制模塊、按鍵模塊、照明模塊、光敏模塊、LED指示模塊、遙控模塊?？刂菩酒x用STC89C51，LED指示模塊分別選用紅、黃、綠三種顏色的小LED來指示臺燈的手動、自動、呼吸三種工作模式，臺燈上有三個按鍵，第一個按鍵能改變臺燈工作模式，其余兩個按鍵能實現(xiàn)臺燈燈光的亮度調(diào)節(jié)，亮度一共有10個檔位。照明模塊上用的是12個高亮度白光LED燈，背部有一個光敏電阻來采集周圍環(huán)境光照信息，使用ADC0809轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對信號的轉(zhuǎn)換，用PWM調(diào)光技術實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)，臺燈也可以用紅外遙控器上“1”，“2”，“3”按鈕控制臺燈工作模式的轉(zhuǎn)變，“+”和“-”用來控制臺燈手動模式下燈光的亮度。有了框架之后，分別對系統(tǒng)各個功能進行了軟件功能設計，完成各部分功能代碼之后進行組合。最終將硬件和軟件進行組合，對系統(tǒng)進行各項測試，按照設計好的功能邏輯關系，對系統(tǒng)進行總體測試，實現(xiàn)了設計。1技術介紹及系統(tǒng)方案設計1.1技術介紹1.1.1紅外傳感技術紅外傳感技術的原理是運用紅外成像，以紅外線為物理基礎的技術為紅外成像技術。泛指在光子或者電磁波中產(chǎn)生的波長0.78-1000um的一種波段通常被稱作紅外線，有時候還叫做“紅外輻射”。通過一種黑體輻射理論證明，只要一個物體的溫度超過了絕對的零度，那么一個物體就有機會源源不斷地從內(nèi)部向外傳遞發(fā)出光譜。紅外線的頻段很寬，根據(jù)它們的波長區(qū)域范圍大致可以劃分為：近紅外線（0.7~2μm），中紅外線（3~5μm）和遠紅外線（8~14μm）。由于發(fā)射該四個不同頻段的大氣紅外線各自分別具有不同的大氣物理學和大氣化學物理特性，因而又被人們稱為紅外線的大氣窗口。其中，中波遠紅外線和長波遠紅外線對于檢測大氣中的熱可以檢測具有很好的耐熱穿透性，因此絕大多數(shù)的紅外輻射檢測在元器件中都是直接同時采用這兩個不同頻率的檢測波段。紅外熱釋電傳感器的工作原理：該紅外傳感器是基于熱電效應原理，紅外熱釋電傳感器內(nèi)部的熱電元是由能夠產(chǎn)生高熱電系數(shù)的鐵、鈦、酸、鉛、汞、陶瓷、和鉭、酸、鋰、硫酸三甘鐵等元素結(jié)合濾光鏡鏡片的窗口組成，其極化是隨著內(nèi)部溫度的增加而發(fā)生移動。截至目前，紅外傳感器在世界上已經(jīng)發(fā)展得越來越來繁多，這些紅外傳感器的功能和應用也有很大的區(qū)別。但是根據(jù)它們的工作原理，主要分為紅外光子特側(cè)器、熱檢測器和紅外焦平面三種。熱檢測器的主要部件是熱敏電阻。高溫差的電偶和電堆。熱釋電技術等種類，本論文采用的是熱釋電傳感器。如圖1-1為紅外熱釋電功能圖，圖1-2為紅外熱釋電實物圖。圖1-1紅外熱釋電功能圖圖1-2紅外熱釋電實物圖1.1.2單片機開發(fā)技術單片機系統(tǒng)開發(fā)的軟件技術：一塊具有單片的主機本身就是一塊主機芯片，單片機的軟件開發(fā)技術一般是在一塊具有單片的主機開發(fā)芯片的技術基礎上通過擴展其他外圍控制電路或外圍控制芯片所得而組成的一種可能具有一定技術應用與控制功能的通用計算機軟件系統(tǒng)。單片機的產(chǎn)品類型雖然有很多個，但在世界我國目前已經(jīng)使用較為廣泛的一種就是美國因特爾公司自主生產(chǎn)的MCS-51單片機產(chǎn)品系列。MCS-51是在上世紀80年代早期慢慢地開始發(fā)展了應用起來的，雖然它也是采用8位的數(shù)控單片機，但其實際工作功效相對較以往的8位單片式電機并沒有很大的幅度提升。除此之外，它還同樣可以具有軟件產(chǎn)品品種全、兼容性強、軟硬件基本信息以及資料豐富等多大優(yōu)勢，正因如此它的技術應用領域才因此得以更為廣泛，直到現(xiàn)在51單片機產(chǎn)品系列仍然一直保持不失為國內(nèi)單片機的技術領先者和市場主流。1.1.3光敏傳感器技術目前市上最常用的光敏傳感器之就是光敏傳感器一，它們的產(chǎn)品種類十分豐富，產(chǎn)品主要有：光電管、光電光敏倍增二極管、光敏二極電阻、光敏三極光電管、太陽能發(fā)光電池、紅外傳感器、紫外傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。目前產(chǎn)量最多、應用最廣泛的傳感器主要是光傳感器，在有關自動化控制及非電量電測技術中光傳感器都具備很重要的作用。目前來說最簡單的光敏傳感器就是光敏電阻，光敏電阻的主要工作原理就是發(fā)出電流的方式是當光子被沖擊到相同的接合點處。傳感器的應用研究不僅僅只是需要局限于直接對光的轉(zhuǎn)移檢測，它本身還有一個特殊的檢測功能那就是可以利用光子傳感器將光作為一種轉(zhuǎn)移檢測控制零件，這些零件進行組裝和幫忙設計另外的激光類型的傳感器，這樣就對很多非特殊電量的光都進行了轉(zhuǎn)換檢量，只是需要你把這些非特定電量的轉(zhuǎn)移添加到光檢測信號中可能發(fā)生的電量變化之上即可完全簡單地用來實現(xiàn)檢測工作。1.2系統(tǒng)方案設計1.2.1主控制方案主控制器芯片應用STC89C51實現(xiàn)系統(tǒng)功能。目前市場上的單片機廠商和型號非常多，其中用的比較廣泛的是以8051內(nèi)核擴展出來的單片機，不同的國家有不同的廠商生產(chǎn)各種單片機，比如說AT、STC、Intel等，這足以見識到單片機的應用地位。STC89C51使用非常常見，它與其他同為51內(nèi)核的單片機有很好的兼容性，比如說當前51單片機資料非常豐富，像書上或者教學視頻上的程序再該單片機上都能運行，具有很好的兼容性。其次該單片機比較簡單，只有最常見的40個引腳和4組I/O口，學習資源非常豐富，再加上性價比很高，該單片機為核心的開發(fā)板價格平民，所以非常適合新手單片機入門，不管是什么廠商生產(chǎn)的什么型號的單片機，只要會熟練操作一種51內(nèi)核單片機，其他的都不會有問題，歸根結(jié)底對其的操作都是通過用戶編碼控制的，最后，單片機代碼信息封裝好，因為其加密算法的緣故能很好地保護知識產(chǎn)權。從成本上、操作難度上并結(jié)合目前現(xiàn)狀本次設計選擇了這種主控制器。1.2.2光照檢測方案該方案通過光敏電阻來實現(xiàn)，光敏電阻常見的生產(chǎn)制作材料為硫化鎘，因為制作材料的特性，用其能實現(xiàn)對周圍環(huán)境光照的采集。光敏傳感器也屬于電阻，傳感器的阻值因為制作材料的特性可以隨著光照強度大小變化。傳感器應用光電效應實現(xiàn)對光照的采集。如果光照強度變大，則傳感器的阻值就降低，光照強度變大的速度越快，傳感器的阻值降低的也越快。如果傳感器所處環(huán)境無光照，傳感器成高阻態(tài)，阻值可以達到1.5MΩ。1.2.3人體檢測方案通過人體檢測方案實現(xiàn)臺燈自動工作模式下人走燈滅、檢測到人開燈的功能。該方案用熱釋電紅外傳感器實現(xiàn)。其原理為人和動物會散發(fā)出紅外線信號，而這些信號能被該傳感器收集，然后轉(zhuǎn)變成電信號輸出，再經(jīng)過將信號放大處理并通過其他元器件識別達到無接觸檢測目的。整個識別模塊上有個白色外殼，因其組成材料與外觀結(jié)構(gòu)的特性能提高識別能力。1.2.4整體架構(gòu)設計整個系統(tǒng)分為光照收集、人體檢測、燈光、按鍵、指示燈、坐姿報警、紅外遙控模塊。主控制器將數(shù)據(jù)采集部分和控制功能部分進行連接，對得到的數(shù)據(jù)值進行處理分析，按照處理結(jié)果控制功能部分，實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯功能。數(shù)據(jù)采集部分負責獲取需要采集的數(shù)據(jù)。控制功能部分完成對應的控制操作，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的控制。系統(tǒng)在自動模式下，該系統(tǒng)使用傳感器來檢測人的信號。光敏電阻感測環(huán)境亮度。只有人靠近，如果亮度不夠，則開啟燈光。如果此人暫時離開了，燈光自動關閉?；蛘吡炼葔蛄?，燈光也會自動關閉。在手動操作下，能夠應用紅外遙控對燈光進行操作。在呼吸燈模式下，燈光可以自動形成呼吸燈模式點亮。如果紅外傳感器檢測范圍內(nèi)有障礙物即坐姿不正，就通過蜂鳴器報警提示。如圖1-3所示。圖1-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2系統(tǒng)電路設計2.1主控制器電路的設計STC89C51單片機是以8051作為內(nèi)核芯片的STC公司生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，屬于比較常見的一種。這款單片機外部具有40個引腳，分別有編程控制引腳、電源和時鐘引腳和4組I/O口引腳，每一組I/O口具有8個引腳。I/O口用來與外部設備相連接實現(xiàn)信號傳輸，這種傳輸方式是雙方都能同時進行的并且用戶能自行控制。單片機最小系統(tǒng)電路如圖2-1所示。圖2-1單片機最小系統(tǒng)電路在該圖中能看到單片機中所有的引腳和部分引腳的使用情況，另外能了解到單片機最小系統(tǒng)的組成電路。晶振電路在單片機中是普遍存在的，是非常重要的部分，相當于單片機的心臟，離開了它，等于沒有了心臟起跳，單片機根本無法正常運行。因為晶振電路是接X1、X2腳，接上后會產(chǎn)生時鐘，單片機只有這樣才會正常運轉(zhuǎn)起來。復位電路顧名思義作用就是復位，就像電腦、手機等電子設備的重啟按鍵一樣，當出現(xiàn)了死機、軟件代碼燒寫失敗、外界干擾等不可控制的情況出現(xiàn)時，用戶想讓整個系統(tǒng)從頭開始運行回到最初的狀態(tài)，按下復位按鍵就能讓整個單片機系統(tǒng)內(nèi)部程序重新執(zhí)行。復位電路接第9個引腳RST，要想實現(xiàn)復位，只需使這個引腳保持一個持續(xù)2us的高電平即可，在給單片機上電后，復位電路因為有C3電容的緣故一段時間后9腳會有一段時間高電平輸出而復位，這種方式為上電復位，還有另一種復位方式為按鍵復位。2.2光照檢測電路光照檢測即“光照強度測量”并通過ADC0809把信號轉(zhuǎn)變成單片機能接受的信號，也可以理解成“光照傳感器”?；A元器件選用光敏電阻，用它的特性來采集周邊環(huán)境光照信息，光敏電阻一端接電源并和103電阻串聯(lián)，C4電容用來濾波，電路輸出端接上ADC0809的26引腳，當光敏電阻周圍環(huán)境光線強時，它阻值會降低，相應的電路輸出電壓值就會變大，信號經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)變后的數(shù)字量也會變大，光線弱時也一樣，是這樣來實現(xiàn)光照檢測的。電路圖如圖2-2所示。圖2-2光照檢測電路圖2.3人體檢測電路的設計該部分電路能實現(xiàn)人體的感應，人體感應模塊用的型號為HC-SR501，因其進口材料、工作電壓、靈敏度等方面表現(xiàn)出色被廣泛應用在自動檢測產(chǎn)品中，該模塊相當于熱釋電紅外傳感器。該模塊能自動感應，當檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)人體時，就會輸出高電平，當檢測范圍內(nèi)人體不存在的時候，模塊自動延時關閉高電平，這種輸出信號方式可以自行跳線選擇，即檢即不可重復觸發(fā)方式，另一種為輸出高電平后，在延時時間內(nèi)，檢測范圍內(nèi)一直能檢測到活動物體，輸出就一直保持高電平一直持續(xù)到人離開檢測范圍，然后輸出變成低電平，這種是可重復觸發(fā)方式。根據(jù)需要也能設置當白天或者光線強情況時不自動檢測，也具有溫度補償特性，也就是說在溫度比較高的環(huán)境下，該模塊的探測范圍會變得小一些，模塊特性很多。感應模塊輸出的電平信號經(jīng)過三極管驅(qū)動電路能將信號放大，然后在單片機中處理，電路如圖2-3所示。圖2-3人體檢測電路圖2.4燈光電路的設計燈光電路需要設計驅(qū)動電路，選擇PNP三極管驅(qū)動這組燈光，通過單片機的P1.3進行控制，單片機P1.3輸出低電平的時候，三極管Q1導通，燈光亮，單片機輸出高電平時候，三極管Q1斷開，燈不亮。在設計時配合軟件的PWM波控制，就可以對燈光實現(xiàn)亮度控制的效果。如圖2-4所示。圖2-4單片機燈光電路圖2.5按鍵電路的設計按鍵的目的就是控制單片機上接按鍵電路的引腳輸出高低電平來對單片機進行控制，將按鍵K1、K2、K3分別和單片機的P1.5、P1.6、P1.7連接，分別對三個按鍵的信號進行掃描識別，K1、K2、K3作用分別是模式切換、亮度加、亮度減。按鍵電路如圖2-5所示。圖2-5按鍵電路2.6障礙物檢測電路的設計紅外接近傳感器能夠檢測燈光附近是否有障礙物的存在，能實現(xiàn)障礙物檢測功能。原理如下：傳感器發(fā)射紅外光后，經(jīng)過前方反射紅外光，傳感器接收到反射后的紅外光就實現(xiàn)了障礙物檢測，因此傳感器包括紅外線發(fā)射端和紅外線接收端，通電后紅外線發(fā)射端發(fā)出紅外光，遇到障礙物就會反射紅外光，紅外線接收端就會收到反射后的紅外光，表示檢測到障礙物。通過這樣的方式就實現(xiàn)了障礙物檢測功能。單片機通過P3.6采集紅外接近傳感器輸出的信號。按鍵電路如圖2-6所示。圖2-6障礙物檢測電路2.7報警提示電路的設計設計該電路是為了提醒臺燈前人坐姿不正或者是睡著了時來提醒一下，主要器件是蜂鳴器，外加了一個驅(qū)動電路控制，報警提示電路如圖2-7所示。圖2-7報警提示電路2.8紅外遙控電路的設計在目前很多電器產(chǎn)品中，紅外遙控技術因其便于控制的特性而被廣泛使用，該技術能實現(xiàn)遠程操控，分為發(fā)射和接收兩部分，通過調(diào)制后的紅外線通信。不過由于光線的直線傳播，遙控器即發(fā)射端只能對準接收端才能有預期的效果并且對距離也有要求，所以說該技術還有改進的空間。紅外線首先要進過編碼再經(jīng)過發(fā)射二極管發(fā)射出去，接收端接收后要對信號進行放大、濾波、整型、解調(diào)處理才能傳到單片機解碼。編碼芯片用hs5104。紅外遙控器上鍵盤輸入模塊中的三個按鍵用于控制臺燈的三種工作模式，按鍵1控制臺燈進入手動調(diào)光模式，按鍵2控制臺燈進入自動調(diào)光模式，按鍵3則是呼吸模式的按鈕。紅外遙控接收電路如圖2-8所示，通過單片機P3.2控制接收紅外信號。圖2-8紅外遙控電路圖2.9指示燈電路的設計設計這一部分是為了讓智能燈不同的工作模式能用一種方式顯示出來，通過LED指示燈就能清楚的知道智能燈當前處于什么樣的工作狀態(tài)。LED是通過正負點擊實現(xiàn)發(fā)光，內(nèi)部包括了鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）材料，通電之后，電子和空穴相遇，就得到了光，電路設計簡單，單片機控制起來方便。不同發(fā)光顏色的發(fā)光二極管所使用的材料不同，但是原理是一樣的。系統(tǒng)在手動模式下，單片機通過P2.2控制D1亮。系統(tǒng)在自動模式下，單片機通過P2.4控制D2亮。系統(tǒng)在呼吸燈模式下，單片機通過P2.2控制D3亮。指示燈電路如圖2-9所示。圖2-9指示燈電路圖2-10整體電路原理圖3系統(tǒng)程序設計3.1主程序設計系統(tǒng)首先對光照采集控制、人體檢測控制、紅外遙控控制、按鍵控制、燈光控制、指示燈控制、障礙物檢測控制、聲音報警控制接口進行初始化。系統(tǒng)在自動模式下，該系統(tǒng)使用傳感器來檢測人的信號。光敏電阻感測環(huán)境亮度。當光強足夠大時，打開開關；若沒有足夠大的光強度時，通過紅外線感應是否有行人接近。如果有，則關閉電源或停止照明。如無行人，則繼續(xù)工作。系統(tǒng)采用51單片機作為核心控制器。系統(tǒng)具有以下特點：可與手機等移動設備連接并實現(xiàn)遠程無線操控，同時能接收和處理來自不同終端的信息。在手動操作下，能夠應用紅外遙控對燈光進行操作。在呼吸燈模式下，燈光可以自動形成呼吸燈模式點亮。如果紅外傳感器檢測范圍內(nèi)有障礙物，則進行聲音報警提示。見圖3-1主程序設計流程圖。圖3-1主程序設計流程圖用戶使用該系統(tǒng)后，可以根據(jù)需要選擇關閉或開啟燈光功能。在光線不足或者環(huán)境比較昏暗的情況下，可以利用語音控制來輔助燈光調(diào)節(jié)，從而提高了照明效果。此外，還設計有紅外線傳感器用于探測前方是否有人，若有人就會啟動語音播報程序以提醒周圍人注意安全。另外，在夜間時也可以通過語音控制使LED燈光閃爍。3.2按鍵掃描程序設計通常的按鍵是通過彈片到觸點的接觸，將信號進行傳遞，這種被稱為機械彈性開關，按鍵動作執(zhí)行時，按鍵的連通并不會立馬穩(wěn)定，斷開也是一樣，這種是抖動現(xiàn)象，軟件設計流程如圖3-2所示。圖3-2按鍵設計流程圖3.3人體檢測程序設計單片機根據(jù)紅外傳感器采集的信號來判斷有沒有人，設計流程如圖3-3所示。圖3-3單人體檢測設計流程圖3.4LED調(diào)光程序設計LED調(diào)光可以對燈光亮度進行調(diào)節(jié)。通過PWM波實現(xiàn)對燈光亮度的調(diào)節(jié)。PWM波能夠?qū)崿F(xiàn)對電壓的大小控制，通過不同頻率的波形實現(xiàn)對負載不同電壓的加載，進而達到燈光亮度控制效果。在軟件設計中應用定時器設置不同的頻率數(shù)據(jù)，對PWM波的占空比進行調(diào)節(jié)，完成電壓調(diào)節(jié)的作用，實現(xiàn)LED亮度的控制。LED調(diào)光流程圖如圖3-4所示。圖3-4LED調(diào)光流程圖4系統(tǒng)軟件仿真4.1Proteus仿真軟件簡介Proteus作為仿真、設計工具這是單片機工程師必學的，它支持很多仿真電路。對于沒有條件的情況下，可以借助這款軟件對電路和單片機相關設計進行學習，通過在仿真中進行模擬，可以更方便的多學習單片機等相關理論知識。Proteus能結(jié)合相應的代碼編程開發(fā)工具實現(xiàn)聯(lián)合調(diào)試，也就是說通過它既能驗證代碼是不是正確又可以檢測電路的連通性和正確性。通過Proteus仿真軟件能很好的解決這些問題，器繪圖功能與Protel相同，并動態(tài)地模仿Proteus開發(fā)硬件的KEIL軟件。Proteus是在ProteusISIS環(huán)境中開發(fā)的。ISIS編輯環(huán)境具有人機友好界面，設計具有強大的能力。操作模式則是，啟動“ProteusISIS”項目包括進入“ProteusISIS”的編輯環(huán)境。這個項目開發(fā)的軟件使用的龍骨可以與Proteus調(diào)試。這是一個程序，調(diào)試和調(diào)試單個軟件，可以調(diào)試單獨的子程序，也可以與模擬硬件電路調(diào)試相結(jié)合。為了滿足設計要求，需要在自動和手動模式下，通過脈寬調(diào)節(jié)下實現(xiàn)多功能智能燈不同亮度控制，在自動模式下自適應外界光度，改變光敏電阻中的光強度，觀察亮度的變化；當智能燈處于手動擋時，手動按鍵增加或者減少鍵觀察亮度能夠進行相應的增加和降低。圖4-1仿真界面4.2手動模式仿真仿真啟動后，在手動模式下，可以通過紅外遙控手動控制燈光的開與關。手動模式仿真測試如圖4-2所示，通過add按鍵可以增強燈光亮度，通過sub按鍵可以降低燈光亮度。圖4-2手動模式仿真測試4.3自動模式仿真系統(tǒng)在自動模式下，該系統(tǒng)使用傳感器來檢測人的信號。光敏電阻感測環(huán)境亮度。只要有人靠近，如果亮度不夠，則開啟燈光。如果此人暫時離開了，燈光自動關閉。或者亮度夠亮，燈光也會自動關閉。自動模式仿真測試如4-3所示，此時自動模式指示燈亮，通過調(diào)節(jié)光敏電阻GUANGMIN模擬光照變化，調(diào)節(jié)燈光亮度。圖4-3自動模式仿真4.4呼吸燈模式仿真在呼吸燈模式下，燈光可以自動形成呼吸燈模式點亮。呼吸燈模式仿真測試如圖4-4所示，此時呼吸燈模式指示燈亮。圖4-4自動模式仿真5硬件制作與調(diào)試5.1硬件制作在進行實物焊接制作前，需要先按照電路圖置辦所有的器件以及相關工具。相關工具包括烙鐵、萬用表、焊錫絲、飛線等工具。按照電路圖的設計，先進行電源接口電路的焊接，因為電源是其他電路部分必須的部分，只有有了電源才可以進行測試。之后進行單片機系統(tǒng)電路的焊接，其他部分需要通過單片機進行控制，所以有了單片機這部分才可以測試其他功能，在制作好單片機部分后，要進行檢測，保證這部分電路沒有問題，才可以進行接下來電路的制作，在檢測時首先要檢測電源，即用萬用表判斷電源是否有短接現(xiàn)象。進行其他電路功能部分焊接的時候，檢測完一個功能電路之后，就要結(jié)合單片機系統(tǒng)進行測試，測試是否有短路，測試電壓是否正確，測試功能是否正確。最終完成實物的焊接制作，即可進行系統(tǒng)各項功能的測試。實物組裝圖如圖5-1所示。圖5-1實物組裝圖5.2硬件調(diào)試5.2.1手動模式上電測試上電測試時必須保證系統(tǒng)電源沒有短路的情況，如果出現(xiàn)短路，系統(tǒng)的很多器件都可能被燒壞，甚至整個系統(tǒng)都要從新制作。使用萬用表測試系統(tǒng)是否短路，在上電之前保證系統(tǒng)沒有短接，系統(tǒng)供電開關打開后指示燈是否亮起，如果沒有亮起，馬上關閉電源，進行測量。如果電源指示燈正常，觀察燈光顯示狀態(tài)，一步步觀察各個功能狀態(tài)，都沒什么問題后，然后就可以驗證系統(tǒng)各個功能是否達到最終的要求。系統(tǒng)供電開關打開之前，一定要確保沒有短接，并且電路板底部和周圍不能有導電物體，否則很可能會影響電路板線路的連接，嚴重的話可能導致燒壞器件。電源開關打開后，就可以對系統(tǒng)的各項功能進行測試。上電測試啟動后，在手動模式下，可以通過紅外遙控手動控制燈光的開與關。手動模式上電測試如圖5-2所示，通過add按鍵可以增強燈光亮度，通過sub按鍵可以降低燈光亮度。圖5-2手動模式上電測試5.2.2自動模式上電測試系統(tǒng)在自動模式下，該系統(tǒng)使用傳感器來檢測人的信號。光敏電阻感測環(huán)境亮度。只要有人靠近，如果亮度不夠，則開啟燈光。如果此人暫時離開了，燈光自動關閉?；蛘吡炼葔蛄?，燈光也會自動關閉。自動模式上電測試如圖5-3所示，此時自動模式指示燈亮，通過調(diào)節(jié)光敏電阻模擬光照變化，調(diào)節(jié)燈光亮度。圖5-3自動模式上電測試5.2.3呼吸燈模式上電測試在呼吸燈模式下，燈光可以自動進入呼吸燈模式運行。呼吸燈模式上電測試如圖5-4、圖5-5所示，分別表示呼吸燈的臨界情況，此時呼吸燈模式指示燈亮。圖5-4呼吸燈模式上電測試圖5-5呼吸燈模式上電測試結(jié)論本次畢業(yè)設計我的課題為基于51單片機的智能調(diào)光燈設計。首先對系統(tǒng)相關的產(chǎn)品進行分析，了解當前相關技術方案，分析各大技術方案的優(yōu)勢，了解相關產(chǎn)品的功能，設計系統(tǒng)的功能，完善系統(tǒng)的性能。對整個論文的設計思路進行整理。然后詳細設計系統(tǒng)功能，將各個功能的邏輯關系進行分析，繪制出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，闡述系統(tǒng)運行的功能關系，對主要功能的核心器件進行方案選擇，確定核心器件的具體型號，從功能、穩(wěn)定性、成本、技術角度確定方案。之后對系統(tǒng)進行電路設計，有了各個功能核心器件，就可以對核心器件的設計技術文檔進行解讀，分析電路設計原理，完成系統(tǒng)各個功能的電路原理圖，并對電路原理圖進行分析，按照系統(tǒng)邏輯功能關系，完成系統(tǒng)整體電路圖。對智能調(diào)光燈系統(tǒng)軟件代碼進行編寫，按照設計的電路完成各個功能的代碼設計，有了框架之后，分別對系統(tǒng)各個功能進行軟件功能設計，完成各部分功能代碼之后進行組合。最終將硬件和軟件進行組合，對系統(tǒng)進行各項測試，按照設計好的功能邏輯關系，對系統(tǒng)進行測試，調(diào)試好了所有功能。論文的寫作到實物的制作花費了較長一段時間，在這段期間，我查找了很多資料，在這過程中也是學習到了很多以前沒有了解到的知識。因為我要完成一個實物的制作，這是一個實踐的過程，在這個過程中，我清楚的發(fā)現(xiàn)了我知識儲備的不足、不能將書本上的理論知識運用到實踐中來，碰到這種情況，我只能更加努力。于是我開始不斷地查閱資料并且在網(wǎng)上購買元器件自己動手實踐，剛開始碰到了很多的問題，也想過放棄，但是再經(jīng)過老師的耐心指導后，我堅持了下來，最終經(jīng)過了我的不斷努力我實現(xiàn)了我的設計方案，做出來了成品，真的是滿滿的成就感。在這過程中我總結(jié)了以下幾點經(jīng)驗：進行硬件電路設計時，要考慮實際應用情況，比如電源要加入開關，還需要有指示燈，考慮實際應用情況，所以在生活中要多多觀察一些產(chǎn)品的功能，多站在用戶的角度設計系統(tǒng)功能，讓用戶使用起來更加方便。在進行軟件設計時需要考慮到后期的調(diào)試，畢竟軟件是不可見的，需要加入便于調(diào)試的功能，比如串口調(diào)試打印信息，這樣在系統(tǒng)軟件出現(xiàn)問題的情況下，可以借助打印信息了解系統(tǒng)的BUG信息，可以更快的進行調(diào)試，解決軟件問題。在進行實物制作時，一定要有順序，不能隨便焊接，通過多次的焊接制作，明白了要先焊接制作電源，因為電源是其他模塊驗證的必要條件，其他功能模塊需要按照功能驗證的順序，一步一步制作，按照先后條件去制作。最重要的一點就是不可以一次性全部焊接制作完成，要制作一個功能模塊調(diào)試一個功能模塊，這樣可以更方便的處理焊接出現(xiàn)的問題，否則很難查找到原因。經(jīng)過了這次畢業(yè)設計的制作，我能清楚的感覺到我的動手能力、將理論知識運用到實際設計中的能力提高了，并且對51系列單片機有了更深層次的理解，單片機C語言編程能力也提高了不少，這些都是我做完畢業(yè)設計成品后的收獲，感覺真的很不錯，希望我在以后的工作學習生涯中能繼續(xù)以現(xiàn)在的狀態(tài)前行。參考文獻[1]李冶,劉賓坤,吉慶輝,陳昱行,黃浚恒.基于自動控制的教室智能燈設計[J].電子制作,2021,(2