課程設計報告---智能照明控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　題目名稱：智能照明控制系統(tǒng)設計</p><p>　　摘要： 本系統(tǒng)以光敏電阻的光強采集、A/D轉換、單片機AT89C51為核心，組成最小控制系統(tǒng)，并和高亮LED顯示電路共同構成。外界光強的大小通過電壓的線性轉換，并用延時來控制燈亮度來體現(xiàn)。該系統(tǒng)能夠隨環(huán)境光強的變化或軟件所設定的時間自動控制燈的亮滅；同時系統(tǒng)可以根據(jù)光線強度自動控制燈的亮度，也可以手動調節(jié)燈的亮度。</p>&

2、lt;p>　　關鍵詞：51學習板 ADC0804 光敏電阻 中斷定時 延時</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1方案設計與論證3</p><p>　　1.1整體設計方比較和選擇3</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設計4</b><

3、/p><p>　　2.1 總體設計4</p><p>　　2.2各單元模塊功能介紹及電路設計5</p><p>　　2.2.1光線采集模塊5</p><p>　　2.2.2模數(shù)轉換模塊6</p><p>　　2.2.3 AT89C51單片機6</p><p>　　2.2.4 LED顯示

4、模塊7</p><p>　　2.2.5電源模塊7</p><p><b>　　3軟件設計7</b></p><p><b>　　4系統(tǒng)測試10</b></p><p>　　4.1測試方案10</p><p>　　4.2測試結果10</p><

5、p>　　4.3結果分析10</p><p><b>　　5結語11</b></p><p><b>　　附錄：12</b></p><p>　　附1：元器件明細表12</p><p>　　附2：電路圖圖紙及實物圖13</p><p>　　附3：程序清單14&

6、lt;/p><p><b>　　1方案設計與論證</b></p><p>　　整體設計方比較和選擇</p><p>　　本系統(tǒng)包括智能系統(tǒng)和照明系統(tǒng)。這兩個部分的具體的設計思路如下所示：</p><p>　　智能系統(tǒng)是基于學習板上的51單片機，理論結合實際的應用，故主要是軟件程序的編寫，其次是單片機的擴展口與A/D芯片和高亮

7、發(fā)光二極管的連接。其有4個并行I/O端口，分別是P0、P1、P2和P3，每個端口都有雙向I/O功能。P0口在學習板上控制數(shù)碼管的顯示，故在設計本系統(tǒng)時暫不考慮，P1口只能做I/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、按鍵和學習板上的燈的使能端，故只剩P1.4-P1.7口，不妨將P1.5與高亮發(fā)光二極管相連（因為P1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，為單片機輸

8、入轉化后的8位二進制；P3口實有特殊功能，直接與A/D芯片的端口相連。</p><p>　　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弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達1~10M歐,在強光條件下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。只要人眼可感受的光，都會引起光敏電阻的阻值變化。當外界光線強度變化時，可以將光敏電阻的電壓值經(jīng)過模數(shù)轉換成8位二進制，送入單片機進行處理，再由程序

9、根據(jù)這8位二進制數(shù)據(jù)來處理判斷燈的亮滅或燈的亮度。</p><p><b>　　方案1：</b></p><p>　　方案的特點：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對測量結果的影響。三極管將由光強變化引起的電流變化轉化為電壓變化輸出，

10、接入ADC0804數(shù)模轉換的輸入端口。</p><p><b>　　方案2：</b></p><p><b>　　方案特點：</b></p><p>　　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)境光強弱的變化。</p><p><b>　　方

11、案論證：</b></p><p>　　方案1的最大的特點是可以防止溫度等其他原因造成的電阻波動對測量結果的影響，而考慮到此次的課程設計的目的是了解智能照明控制系統(tǒng)的基本原理，基于51學習板，掌握和夯實單片機的擴展和應用，故選擇方案2這一簡單的環(huán)境光采集電路，同樣可以達到系統(tǒng)隨時間和環(huán)境光線強度自動控制燈的亮滅。而且，該電路簡單，不容易被損壞。</p><p><b>

12、　　2 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　2.1 總體設計 </p><p>　　本設計硬件電路包括電源模塊、光線采集模塊、模數(shù)模塊、AT89C51單片機模塊和LED顯示電路模塊等5部分組成。各模塊之間的關系如圖1所示。 </p><p>　　圖1系統(tǒng)硬件結構框圖</p><p>　　主控系統(tǒng)模塊

13、采用基于51內(nèi)核的AT89C51單片機及模數(shù)轉換電路來完成信號采集、控制和通信功能，在本設計中AT89C51單片機模塊擔當了控制核心，首先通過光線采集電路對外部的光強參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，輸出的電壓值經(jīng)過8位A/D轉換器，將光敏電阻感應光強產(chǎn)生的模擬信號轉換為數(shù)字信號采樣，送至單片機AT89C51進行處理，再通過算法將其與內(nèi)部參考數(shù)據(jù)進行分析與比對，實現(xiàn)當外界環(huán)境光強變化時LED燈能夠隨之變化的功能。</p><p>

14、;　　各單元模塊功能介紹及電路設計</p><p>　　2.2.1光線采集模塊</p><p>　　光線采集模塊通過ADC0804將光敏電阻感應光強產(chǎn)生的模擬信號轉換為數(shù)字信號采樣至單片機，實現(xiàn)對外界環(huán)境光強數(shù)據(jù)的采集。電路連接如下：</p><p>　　由VCC=5V，則光敏電阻兩端的電壓，即VIN(+)=VCCR光敏/(R光敏+R)，而</p>&

15、lt;p>　　01.V<VIN(+)<4.9V （保證在參考電壓范圍之內(nèi)0—5V）</p><p>　　其中，本課程設計中R光敏范圍大約是在5k-300k之間，故由上不等式可以得出：</p><p>　　<R<，即有6.1k<R<245k</p><p>　　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

16、圍要求。</p><p>　　2.2.2模數(shù)轉換模塊</p><p>　　模數(shù)轉換電路主要由ADC0804構成。當溫度值轉換為電壓后，還需要將電壓值進行A/D轉換，轉換后的8位二進制才能送到單片機進行處理。ADC0804芯片是典型的8位8通道逐次逼近式A／D轉換器，可對8路模擬電壓實現(xiàn)分時轉換。為了換算方便，設置基準電壓為5 V，即模擬量輸入為+5.0時，ADC輸出為0FFH，即255，系

17、統(tǒng)分辨率為5／255=0．02V／LSB。</p><p><b>　　其外圍設計電路為：</b></p><p>　　2.2.3 AT89C51單片機</p><p>　　單片機主要通過程序來控制燈的亮滅或燈的亮度。AT89C51單片機電路圖如下：</p><p>　　2.2.4 LED顯示模塊</p>

18、<p>　　LED顯示模塊主要由高亮LED燈構成。主要是由單片機的外部中斷來控制LED燈的亮度。單片機每接收到一個同步信號后，就啟動一個延時程序。而延時的長短由按鍵或是外界光強來改變。當延時結束后，單片機會產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，使燈發(fā)光。電路連接如下：</p><p><b>　　2.2.5電源模塊</b></p><p>　　電源模塊主要是由學習板連接電腦所獲

19、得的電壓，再分別連到所需電路中去。</p><p><b>　　軟件設計</b></p><p>　　根據(jù)智能照明系統(tǒng)的思想和原理，本次設計制作的電路比較簡單。系統(tǒng)重點在軟件設計，硬件設計相對較簡單。主要和關鍵的問題是根據(jù)光敏電阻、A/D芯片和學習板上的51單片的工作原理來編寫程序以達到所要求實現(xiàn)的照明系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。其流程圖如下所示：</p><

20、p>　?、倩疽螅合到y(tǒng)能夠隨時間和環(huán)境的光線強度自動控制燈的亮滅。（先定時5s使燈不受外界環(huán)境變化的影響，5s結束后，燈隨外界光強度變化，25s后，燈一直亮）</p><p>　　(a)主程序 （b）中斷程序</p><p>　?、诎l(fā)揮部分：1.燈的亮度由外界光線的變化調節(jié)；</p><p>　?、郯l(fā)揮部分

21、：2.燈的亮度由學習板上的按鍵手動調節(jié)；</p><p>　?。╝）手動調節(jié)的主程序</p><p>　?。╞）數(shù)碼管顯示芯片</p><p><b>　　4系統(tǒng)測試</b></p><p><b>　　4.1測試方案</b></p><p>　　步驟1：基于proteus和

22、keil軟件，根據(jù)基本要求實現(xiàn)仿真；</p><p>　　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；</p><p>　　步驟3：將焊接好的電路與學習板上的51單片機相連，檢查連接無誤后，裝載程序，調試，運行；</p><p>　　步驟4：觀察硬件反映

23、情況，檢查錯誤，調整程序，以達到實現(xiàn)所要求的功能和現(xiàn)象的目的。</p><p><b>　　4.2測試結果</b></p><p>　　當裝載基本要求的程序后，數(shù)碼管由5--0倒計時，在此期間高亮發(fā)光二極管燈滅，且當外界變暗或是變亮，都對燈沒有影響；當數(shù)碼管為0時，在接下來的25秒內(nèi)，外界的變化會影響燈的亮滅；</p><p>　　當裝載自動調

24、節(jié)燈的亮滅的程序后，光線逐漸變強的時候，燈的亮度也會逐漸增加。</p><p>　　當裝載手動調節(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。</p><p><b>　　4.3結果分析</b></p><p>　　在實現(xiàn)基本要求時，光

25、敏電阻對光線比較敏感，外界光線變化會使燈亮滅明顯，不足的是數(shù)碼管顯示系統(tǒng)控制燈的時間（t1）和外界控制燈的時間(t2)是同步的，限制了t2>t1;</p><p>　　在手動調節(jié)燈的亮滅的時候，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不明顯。</p><p>　　經(jīng)過各項性能的測試，系統(tǒng)的指標和電路基本達到預期的效果，如果能考慮到實際的光敏電阻的感光性和燈的亮滅區(qū)間，系統(tǒng)

26、將更加完善。</p><p><b>　　5結語</b></p><p>　　本報告詳細講述了系統(tǒng)設計方案，并給出了相關程序流程。由于系統(tǒng)架構設計合理，功能電路實現(xiàn)較好，系統(tǒng)性能優(yōu)良、穩(wěn)定，較好地達到了題目要求的各項指標?；趯W習板系統(tǒng)進行軟件調試很容易。在自動調節(jié)燈的亮度時，通過延時用數(shù)碼管顯示燈的亮的占空比，從而改變了燈的亮度。</p><p&

27、gt;　　本系統(tǒng)的智能控制是以51學習板上的AT89C51單片機控制單元為核心，通過電腦的驅動，完成對系統(tǒng)燈的控制，采用一個高亮發(fā)光二級管的亮滅來顯示整個系統(tǒng)的效果。系統(tǒng)設計智能化控制的同時，還設計了手動按鍵的控制，達到了簡單的智能照明。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　附1：元器件明細表</b></

28、p><p><b>　　附2：電路圖圖紙</b></p><p><b>　　實物圖</b></p><p><b>　　附3：程序清單</b></p><p><b>　　基本要求的程序：</b></p><p>　　#include

29、 <REGX51.H></p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit adcs=P1^7;</p><p>　　sbit adrd=P3^7;</p><p>　　sbit a

30、dwr=P3^6;</p><p>　　sbit led=P1^5;</p><p>　　sbit Seg_ce=P1^0;</p><p>　　sbit Dig_ce=P1^1;</p><p>　　uchar tab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//0到9&

31、lt;/p><p>　　uint ad_data,m=0,n=0,t1=5,t2=25; //ad_data表示AD輸出8位2進制，t1為定時5秒后啟動光采集電路,t2為定時25秒后關閉光采集電路</p><p>　　void delay(uint i)</p><p><b>　　{</b></p><p>

32、<b>　　uint j;</b></p><p>　　for(i;i>0;i--)</p><p>　　for(j=124;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void keyscan(uint num) //顯示5秒<

33、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint ge,shi;</p><p>　　ge=num%10;</p><p>　　shi=num/10;</p><p>　　P0=0; Seg_ce=1;Seg_ce=0; //清段選 </p

34、><p>　　P0=0xff; Dig_ce=1;Dig_ce=0; //清位選 </p><p>　　P0=tab[ge]; Seg_ce=1;Seg_ce=0; </p><p>　　P0=0xfe; Dig_ce=1;Dig_ce=0; //顯示5秒 </p><p><b

35、>　　} </b></p><p>　　void read_ad()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　adcs=0;</b></p><p>　　adwr=0;delay(1);adwr=1;delay(1); //啟動AD

36、，開始采樣(/wr低電平保持的最短時間為100ns啟動轉換后必須加入一個延時以等待AD采樣結束</p><p>　　adrd = 0;delay(1);ad_data =P2;delay(1);adrd=1; //讀數(shù)據(jù)讀取轉換結果(/rd>200ns)</p><p><b>　　adcs=1;</b></p><p><b

37、>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ P0=0;</b></p><p>　　P1=0x2c;//初始化P1_5為低(燈一開始是滅的)</p><p>　　TMOD=0x01; //方式1,16位定

38、時器</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256; //設置定時器初值</p><p>　　IE=0x82; //設置中斷允許</p><p>　　TR0=1; //啟動定時器

39、 </p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(m==0)keyscan(t1);</p><p>　　if(t1==0)//5秒已完，啟動光采集電路</p><p>&

40、lt;b>　　{ </b></p><p><b>　　while(t2)</b></p><p>　　{</p><p>　　read_ad();</p><p>　　if(ad_data<125) //當外界很亮的時候關燈</p><p

41、><b>　　{</b></p><p><b>　　led=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p>&l

42、t;p>　　led=0; //亮燈</p><p>　　delay(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(t2==0) led=0; //25秒已完 ，foreve

43、r亮</p><p>　　} </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void T0_timer()interrupt 1 //定時器T0中斷函數(shù)</p><

44、p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(65536-50000)/256; </p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p>　　if(t1!=0)m++; //不為0說明光采集電路還未啟動，還在5秒之內(nèi)</p><p>　　i

45、f(m==20) //1秒 時間</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　m=0; </b></p><p><b>　　t1--;</b></p><p><b>　　}</b></p&g

46、t;<p>　　if(t2!=0)n++; //不為0說明還在25秒之內(nèi)</p><p>　　if(n==20) //1秒 時間</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n=0;</b></p><p>

47、;<b>　　t2--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　#include <REGX51.H></p><p>　　#define uint unsigned int<

48、;/p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit Dig_ce = P1^1; </p><p>　　sbit Seg_ce = P1^0;</p><p>　　sbit Key_ce = P1^3;</p><p>　　sbit led= P1^

49、5;</p><p>　　uint z; </p><p>　　uchar tab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; //0-9</p><p>　　void delay(uint i)</p><p><b>　　{</b><

50、/p><p><b>　　uint j;</b></p><p>　　for(i;i>0;i--)</p><p>　　for(j=19;j>0;j--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void keyscan()</p>

51、<p><b>　　{</b></p><p>　　uchar Temp1,Temp2;</p><p>　　P0=0;Seg_ce=1;Seg_ce=0;</p><p>　　P0=0xfe;Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(1); //掃描第一行，將第一行置低電平<

52、/p><p>　　Key_ce=0; //將P1_3口拉低，74LS244使能</p><p>　　Temp1=P0; //讀P0口數(shù)據(jù)</p><p>　　Temp1=Temp1&0x0f;

53、 //提取按鍵相關數(shù)據(jù)-P0口的低四位</p><p>　　if(Temp1!=0x0f) //判斷是否有按鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　de

54、lay(10); //延時消抖</p><p>　　Temp2=P0;Temp2=Temp2&0x0f; //再讀P0口，并提取P0口低四位數(shù)據(jù)</p><p>　　if(Temp1==Temp2)</p><p><

55、;b>　　{</b></p><p>　　switch(Temp2)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　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</p><p>　

56、　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</p><p>　　case 0x07:z=0; break; //按K3鍵清零</p><p>　　default:break;</p><p>　　}//等待按鍵釋放</p><p>　　

57、while(Temp2!=0x0f)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　//不斷地讀取P0口數(shù)據(jù)，只要結果不等于0x0f，說明有按鍵沒有被釋放，直到釋放，才退出</p><p><b>　　Temp2=P0;</b></p><p>　　Temp2=Temp2&0x

58、0f;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　Key_ce=1; //關使能端</p><p>

59、　　if(z<=100) </p><p>　　{ P0=0xff; Dig_ce=1;Dig_ce=0; //清段選</p><p>　　P0=tab[z%10]; Seg_ce=1;Seg_ce=0;delay(5); // 個位</p><p>　　P

60、0=0xfe; Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(5);</p><p>　　P0=0xff;Dig_ce=1;Dig_ce=0;</p><p>　　P0=tab[(z/10)%10];Seg_ce=1;Seg_ce=0;delay(5);// 十位</p><p>　　P0=0

61、xfd; Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(5);</p><p>　　P0=0xff; Dig_ce=1;Dig_ce=0;</p><p>　　P0=tab[z/100]|0x80;Seg_ce=1;Seg_ce=0;delay(5); // 百位<

62、/p><p>　　P0=0xfb; Dig_ce=1;Dig_ce=0;delay(5);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else z=0; </p><p><b>　　} </b></p><p

63、>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P0=0;</b></p><p><b>　　P1=0x2c;</b></p><p>　　z=0;

64、 // 100為100%的占空比 // 機器周期</p><p><b>　　led=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p>&l

65、t;p><b>　　{</b></p><p>　　keyscan();</p><p><b>　　led=0;</b></p><p><b>　　delay(z);</b></p><p><b>　　led=1;</b></p>

66、<p>　　delay(100-z); </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　拓展2(自動控制燈的亮滅)</p><p>　　#include <REGX51.H></p><p>　　

67、#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　sbit adcs=P1^7; </p><p><b>　　//A/D使能端</b></p><p>　　sbit adrd=P3^7;

68、</p><p>　　sbit adwr=P3^6;</p><p>　　sbit led=P1^5;</p><p>　　uint ad_data,num;</p><p>　　void delay(uint z) //50微</p><p><b>　　{</b>

69、;</p><p><b>　　uint x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x>0;x--)</p><p>　　for(y=10;y>0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void read_ad()

70、</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　adcs=0;</b></p><p>　　adwr=0;delay(10);adwr=1;delay(10); //啟動AD，開始</p><p>　　adrd = 0;delay(10);ad_data =P

71、2;delay(10);adrd=1; //讀數(shù)據(jù)讀取轉換結果(/rd>200ns)</p><p><b>　　adcs=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b><

72、;/p><p>　　uint z[]={0,10,20,30,40,50,60,70,80,90};</p><p>　　P0=0xff; //初始化</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　read_

73、ad();</p><p>　　if(ad_data<=50)</p><p>　　num=0; </p><p>　　//判斷外界光的強弱從而判斷燈應該亮的等級</p><p>　　else if(ad_data>50&&ad_data<=60)</p><p&g

74、t;<b>　　num=1;</b></p><p>　　else if(ad_data>60&&ad_data<=73)</p><p><b>　　num=2;</b></p><p>　　else if(ad_data>73&&ad_data<=87)</

75、p><p><b>　　num=3;</b></p><p>　　else if(ad_data>87&&ad_data<=120)</p><p><b>　　num=4;</b></p><p>　　else if(ad_data>120&&ad_d

76、ata<=140)</p><p><b>　　num=5;</b></p><p>　　else if(ad_data>140&&ad_data<=160)</p><p><b>　　num=6;</b></p><p>　　else if(ad_data>

77、;160&&ad_data<=180)</p><p><b>　　num=7;</b></p><p>　　else if(ad_data>180&&ad_data<=215)</p><p><b>　　num=8;</b></p><p>　　

78、else if(ad_data>215&&ad_data<=255)</p><p><b>　　num=9;</b></p><p>　　led=0;delay(z[num]); </p><p>　　led=1;delay(100-z[num]); </p><p>&l