余文洋基于單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)

20XX2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)-第1章緒論目錄/CONTENTS第2章

系統(tǒng)方案的選擇2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)第1章緒論 121.2.1

LED優(yōu)勢(shì) 122.1

控制芯片的選擇方案 141.1

課題研究背景 121.2.2

方案簡(jiǎn)述 132.1.1

STC89C51RC 141.2

系統(tǒng)方案的提出 12第2章

系統(tǒng)方案的選擇 142.1.2

AVR單片機(jī) 142021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)2.1.3

FPGA 152.1.4

主控制芯片的確定 152.2

照明模塊的選擇 152.2.1

三極管驅(qū)動(dòng) 152.2.2

PWM芯片控制 152.2.3

照明方案的確定 162.3

遙控模塊的選擇 162.3.1

超再生無(wú)線模塊 162.3.2

紅外遙控 172021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)2.3.3

遙控方案的確定 18第3章硬件設(shè)計(jì) 183.1單片機(jī)STC89C51芯片簡(jiǎn)介 183.2LED驅(qū)動(dòng)電路 223.3按鍵控制電路 243.4LED指示電路 253.5自動(dòng)控制電路 263.5.1光敏電路 263.5.2ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換 262021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)3.6遙控電路 27第4章軟件設(shè)計(jì) 294.1KeilC51 294.2Protel99SE 304.3程序流程圖 31第5章調(diào)試 325.1硬件調(diào)試 325.2軟件調(diào)試 32第6章總結(jié) 332021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn) 34附錄一：protel99se原理圖 35附錄二：源程序 36總結(jié)致謝 36

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042021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)前言LED照明又稱固態(tài)照明，作為繼白熾燈、熒光燈后的第三代照明技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保、安全可靠的特點(diǎn)，固態(tài)光源是被業(yè)界看好的未來(lái)十年替換傳統(tǒng)照明器具極具潛力的新型光源，代表照明技術(shù)的未來(lái)。發(fā)展新固態(tài)照明，不僅是照明領(lǐng)域的革命，而且符合當(dāng)前政府提出的"建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)"的要求2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)LED臺(tái)燈就是以LED(LightEmittingDiode)即發(fā)光二極管為光源的臺(tái)燈，LED是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED臺(tái)燈是典型的綠色照明光源產(chǎn)品，作為國(guó)家綠色照明推廣使用的產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景隨著時(shí)代發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保、健康等一系列話題被人們?nèi)找骊P(guān)注，照明是人們生活必不可少的一部分，我國(guó)年用電量5185.9萬(wàn)兆瓦，其中照明占到總用電量的12%，并且以每年3.44%的速度持續(xù)增長(zhǎng)，如何更好地節(jié)約能源？作為照明，照明燈具的損耗，剩余材料丟棄，勢(shì)必會(huì)造成環(huán)境的污染，如何才能使照明更加環(huán)保？據(jù)統(tǒng)計(jì)2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)，我國(guó)39.3%的人有不同程度視力問(wèn)題，由于不正確的用眼方式造成近視人數(shù)占到總?cè)藬?shù)的30%左右，因此用眼健康越來(lái)越被人重視如何才能使照明更加健康，保護(hù)視力？本文介紹了以STC89C51為控制核心，通過(guò)光敏電阻感應(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)LED進(jìn)行光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)設(shè)置手動(dòng)控制。該LED臺(tái)燈電路簡(jiǎn)單，很大程度上節(jié)省電能，延長(zhǎng)LED燈壽命，適宜閱讀1第1章緒論第1章緒論1.1

課題研究背景臺(tái)燈已是千家萬(wàn)戶的必需生活電器，經(jīng)常由于忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費(fèi)。在我國(guó),照明耗電占年發(fā)電總量的12%

(超過(guò)100億千瓦每小時(shí))

,

現(xiàn)在的臺(tái)燈絕大部分是采用普通的白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈和螺旋節(jié)能燈

,并且控制方式多采用手動(dòng)開(kāi)關(guān),不能連續(xù)調(diào)節(jié)，更不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)夜晚來(lái)臨時(shí)，人們又摸黑去開(kāi)燈，非常不方便，與現(xiàn)在家電的智能化，人性化，低碳設(shè)計(jì)理念相違背LED被認(rèn)為是21世紀(jì)的照明光源LED發(fā)光器件是冷光源，光效高，工作電壓低，而且能耗低，可控制好、無(wú)輻射，同樣亮度下，LED能耗為白熾燈的10％，熒光燈的50％LED壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，是熒光燈的10倍，白熾燈的100倍第1章緒論1隨著能源緊缺、電價(jià)越來(lái)越高、環(huán)保要求及LED的光效的提高,用LED替代現(xiàn)在臺(tái)燈普遍使用的白熾燈或熒光燈，環(huán)保無(wú)污染2另外，LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段,其發(fā)光效率可達(dá)80～90%，并且傳統(tǒng)的臺(tái)燈中的光源體使用的是交流電，所以每秒鐘會(huì)產(chǎn)生100－120次的頻閃3LED燈是把交流電直接轉(zhuǎn)換為直流電，不會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，保護(hù)眼睛，可以獲得"柔和"的燈光環(huán)境4另外一個(gè)情況是現(xiàn)在中國(guó)約30%的人有不同程度的視力問(wèn)題，其中近視是主要問(wèn)題，近年來(lái)，我國(guó)的近視率已上升為全球第二，僅次于日本，但近視的總?cè)藬?shù)確是全球第一。引起近視的主要原因是用眼不健康，如看書(shū)的光線不在正常范圍時(shí)，學(xué)習(xí)時(shí)的坐姿不正確等5解決以上問(wèn)題迫在眉睫第1章緒論1.2

系統(tǒng)方案的提出通過(guò)采用LED照明，提高電能利用率，利用傳感器檢測(cè)，微處理器控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光、視力保護(hù)、安全合理多項(xiàng)功能的智能臺(tái)燈第1章緒論1.2.1

LED優(yōu)勢(shì)相較于普通照明，LED照明有以下主要優(yōu)點(diǎn)(1)較長(zhǎng)的使用壽命白熾燈的發(fā)光機(jī)理是：通電時(shí)，電能流過(guò)發(fā)光鎢絲，產(chǎn)生熱能，使鎢絲加熱發(fā)光第1章緒論因此，當(dāng)經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間加熱，鎢絲就會(huì)發(fā)生老化甚至燒斷，那么，白熾燈的壽命也就告終了發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光機(jī)理是由它的特殊結(jié)構(gòu)決定的，它是由PN結(jié)晶片、兩個(gè)電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，當(dāng)在電極兩端加上正向偏置電壓時(shí)，空穴和電子分別被注入到P區(qū)和N區(qū)，非平衡少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，多余的能量以輻射光子的形式轉(zhuǎn)化為光能，二極管是依賴于載流子的不斷移動(dòng)發(fā)光的，所以不存在老化或燒斷，它的發(fā)光壽命可長(zhǎng)達(dá)5~10萬(wàn)小時(shí)(2)發(fā)光效率高。實(shí)驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)LED通電發(fā)光時(shí)，可以把10%左右的電能轉(zhuǎn)成光能，而普通白熾燈的轉(zhuǎn)化效率僅有7%~8%，所以，當(dāng)需要達(dá)到同等的照明效果時(shí)，LED燈比普通白熾燈更節(jié)能第1章緒論(6)綠色環(huán)保。普通節(jié)能燈(如熒光燈)工作原理是加熱電阻絲，所以容易產(chǎn)生汞或其他重金屬污染(7)使用靈活。因?yàn)長(zhǎng)ED的體積較小，所以可根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)LED燈進(jìn)行靈活組合，其顏色也可進(jìn)行靈活搭配(8)尺寸較小，防震動(dòng)及抗沖性能好(3)發(fā)光響應(yīng)速度快。LED燈的響應(yīng)時(shí)間為10-7~10-9S，具有很好的高頻特性，能顯示脈沖信號(hào)，而白熾燈響應(yīng)時(shí)間在ms級(jí)，高頻特性差(4)發(fā)光有較強(qiáng)的方向性，適用于定向照明(5)易控制。LED驅(qū)動(dòng)可采用模擬調(diào)光、PWM脈寬調(diào)制、TRICA雙向晶閘管調(diào)光方式、帶總線接口LED驅(qū)動(dòng)器、適配微控制(單片機(jī)或其他微處理器)等多種方式進(jìn)行調(diào)光第1章緒論因此，我們提出新型LED智能多功能臺(tái)燈方案第1章緒論1.2.2

方案簡(jiǎn)述針對(duì)上述節(jié)能、環(huán)保、健康等問(wèn)題研究，基于C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED臺(tái)燈以STC89C51作為主控芯片，設(shè)置了手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和呼吸模式。在手動(dòng)控制時(shí)，分為十個(gè)檔，輸出不同的PWM占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)在自動(dòng)控制時(shí)，通過(guò)ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來(lái)間接測(cè)量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整PWM的占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)?？傮w框圖如下(圖1.1)圖1.12第2章

系統(tǒng)方案的選擇第2章

系統(tǒng)方案的選擇2.1

控制芯片的選擇方案選擇嵌入式微處理器主要考慮因素有以下幾個(gè)方面應(yīng)用領(lǐng)域：一個(gè)產(chǎn)品的功能、性能一旦定制下來(lái)，其所在的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之確定。應(yīng)用領(lǐng)域的確定將縮小選型的范圍自帶資源：芯片自帶資源越接近產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相對(duì)就越簡(jiǎn)單。可擴(kuò)展資源，要求芯片可擴(kuò)展存儲(chǔ)器低功耗：低功耗的產(chǎn)品即節(jié)能又節(jié)財(cái)，甚至可以減少環(huán)境污染，還能增加可靠性，它有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此低功耗也成了芯片選型時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)芯片的可延續(xù)性及技術(shù)的可繼承性，芯片的價(jià)格和供貨也是必須考慮的因素，所以選型時(shí)盡量選擇有量產(chǎn)的芯片，選擇市面上使用較廣的芯片，將會(huì)有比較多的共享資源，給開(kāi)發(fā)帶來(lái)許多方便第2章

系統(tǒng)方案的選擇2.1.1

STC89C51RCSTC89C51RC為40引腳雙列直插式芯片，增強(qiáng)型8051單片機(jī)，工作電壓3.3V~5.5V，片內(nèi)集成4K字節(jié)ROM和256字節(jié)RAM，具有EEPROM功能，兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，具有看門(mén)狗功能，工作頻率范圍為0~40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz，有32個(gè)通用I/O口，可采用在系統(tǒng)編程(In

system

programming，簡(jiǎn)稱ISP)或在應(yīng)用編程(In

application

programming，簡(jiǎn)稱IAP)，無(wú)需專(zhuān)用編程器和仿真器，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051具有價(jià)格低廉、兼容性強(qiáng)、超強(qiáng)抗干擾能力、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)第2章

系統(tǒng)方案的選擇2.1.2

AVR單片機(jī)AVR單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32個(gè)寄存器文件)和單體高速輸入/輸出的方案(即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯)。提高了指令執(zhí)行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；同時(shí)又減少了對(duì)外設(shè)管理的開(kāi)銷(xiāo)，相對(duì)簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVR單片機(jī)在軟/硬件開(kāi)銷(xiāo)