基于51單片智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

目錄

1產(chǎn)品研究意義...........................................................................................................5

2產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................5

3設(shè)計(jì)方案遴選...........................................................................................................5

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.................................................................................................5

3.2單片機(jī)的選擇.................................................................................................6

3.3系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì).............................................................................................6

4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)...........................................................................................................6

4.1ST89C52的介紹以及最小系統(tǒng)電路..............................................................6

4.2LED照明電路設(shè)計(jì)..........................................................................................7

4.3光照強(qiáng)度采集電路.........................................................................................8

4.4HC-SR501人體紅外檢測(cè)電路........................................................................8

4.5按鍵輸入模塊.................................................................................................9

5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì).........................................................................................................10

5.1主程序流程圖...............................................................................................10

5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖設(shè)計(jì)...........................................................................11

5.3PWM調(diào)光程序流程圖設(shè)計(jì)..........................................................................12

6產(chǎn)品使用說(shuō)明書.....................................................................................................13

6.1產(chǎn)品配置圖...................................................................................................13

6.2產(chǎn)品調(diào)試.......................................................................................................14

6.3產(chǎn)品的功能介紹以及使用說(shuō)明...................................................................14

附錄.............................................................................................................................16

參考文獻(xiàn).....................................................................................................................26

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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于51單片機(jī)智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與制作

1產(chǎn)品研究意義

伴隨著全球氣候變暖跟能源危機(jī)日益嚴(yán)重的問(wèn)題，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為了全

球普遍關(guān)注的問(wèn)題，為了提高我國(guó)照明用電比例的提高，LED燈出現(xiàn)了。它是

繼高強(qiáng)度放電燈、白熾燈、熒光燈之后的新光源，LED燈的固態(tài)照明是典型的

綠色照明方式，跟以往的光源相比，LED具有環(huán)保、節(jié)能、體積小、壽命長(zhǎng)、

安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)在市場(chǎng)上采用熒光燈、白熾燈、鹵素?zé)糇鳛楣庠吹呐_(tái)燈很多都存在著能

源消耗高、低效率、調(diào)光難等缺點(diǎn)。部分臺(tái)燈產(chǎn)品的功能很單一，缺少亮度調(diào)

節(jié)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、人體感應(yīng)等功能，在現(xiàn)代家庭中無(wú)法適應(yīng)。而智能臺(tái)燈可以在

黑暗中自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈的，在房間沒(méi)人的情況下可以自動(dòng)熄滅，可以根據(jù)外界環(huán)境

的亮度強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度，在做到最大化的節(jié)能的同時(shí)還可以給使用者帶

來(lái)便捷。

2產(chǎn)品功能分析

系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心和電阻電容晶振等器件，構(gòu)成單片機(jī)最小

系統(tǒng)，其它模塊圍繞單片機(jī)最小系統(tǒng)工作，其它模塊分別為L(zhǎng)ED照明電路、光

照強(qiáng)度采集電路、HC-SR501人體紅外檢測(cè)電路、按鍵輸入模塊。光照強(qiáng)度采集

電路是用來(lái)檢測(cè)外界環(huán)境亮度強(qiáng)度的，用來(lái)自動(dòng)控制LED等的亮度；LED照明

電路提供照明燈光；HC-SR501人體紅外檢測(cè)電路的作用是檢測(cè)周圍是否有人存

在，沒(méi)人會(huì)自動(dòng)熄滅；按鍵輸入模塊的作用就是控制臺(tái)燈模式的選擇和手動(dòng)調(diào)

節(jié)燈光的大小。

3設(shè)計(jì)方案遴選

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

方案一：采用直流電LED的調(diào)光技術(shù),如果LED的亮度需要改變,相對(duì)容易實(shí)

現(xiàn),LED的亮度是要靠它的決定的的亮度越大,在一個(gè)特定的它的亮度就越亮,反

之它的亮度就越小。

方案二：采用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)光，LED是一個(gè)發(fā)光二極管，它可以快

速實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)。這一特點(diǎn)是其他的發(fā)光器件所無(wú)法比擬的。PWM調(diào)光具有調(diào)光精

確、可以和任何數(shù)字控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行控制，PWM調(diào)光可以通過(guò)軟件的簡(jiǎn)

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單實(shí)現(xiàn)，使用的范圍很廣闊。所以這里我們選擇方案二。

3.2單片機(jī)的選擇

采用STC89C52作為系統(tǒng)的控制器。STC89C52單片機(jī)具有可靠性強(qiáng)、性價(jià)

比高、電壓低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，他的算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度

大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，帶有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，可以用來(lái)定時(shí)和

計(jì)數(shù)，并且其功耗低，體積小，計(jì)數(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以我選擇的是

它。

3.3系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

4產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)

4.1ST89C52的介紹以及最小系統(tǒng)電路

1、ST89C52的介紹

STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含

2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫

口線。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)

品的需求。

2、ST89C52最小系統(tǒng)電路

由ST89C52單片機(jī)、晶振電路部分、復(fù)位電路部分、電源電路等四個(gè)部分

組成。

晶振電路包括2個(gè)30pF的電容C2和C3，以及12M的晶振X1。電容的作

用在這里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是15-33pF。晶振的

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取值也可以是24M，晶振的取值越高，單片機(jī)的執(zhí)行速度越快。在進(jìn)行電路設(shè)

計(jì)的時(shí)候，晶振部分越靠近單片機(jī)越好。

單片機(jī)復(fù)位電路就好比電腦的重啟部分，當(dāng)電腦在使用中出現(xiàn)死機(jī)，按下

重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)也一樣，當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行

中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)

始執(zhí)行。復(fù)位電路由10uF的極性電容C1和10K的電阻R4構(gòu)成。利用電容電

壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電，RESET腳將會(huì)出現(xiàn)高電平，并且

這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定。典型的51單片機(jī)當(dāng)RESET腳的

高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位，所以適當(dāng)組合RC的取值就可以保證

可靠的復(fù)位。

最后一個(gè)是電源部分，采用5V的USB直接供電，可采用手機(jī)充電器、電

腦USB口、移動(dòng)電源等設(shè)備進(jìn)行供電。

ST89C52最小系統(tǒng)電路如下圖4.1所示。

U1

VCC

LED140

P10VCC

KEY1239

P11P00

KEY2338

P12P01

KEY3437

P13P02

VCCLight536

P14P03

635

P15P04

734

C1P16P05

833

10uFP17P06

932

RESETP07

1031

P30/RXDEAVCC

R41130

P31/TXDALE

10K1229

P32/INT0PSEN

1328

P33/INT1P27

1427

P34/T0P26

1526

P35/T1P25

GND1625

P36/WRP24

1724CS

P37/RDP23

1823HC

X1XTAL2P22

121922DAT

XTAL1P21

2021CLK

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

圖4.1ST89C52最小系統(tǒng)電路

4.2LED照明電路設(shè)計(jì)

LED照明電路設(shè)計(jì)如下圖4.2所示，采用由PNP三極管作為照明電路的驅(qū)

動(dòng)控制，三極管型號(hào)為S8550,基極串聯(lián)一個(gè)限流電阻后接入單片機(jī)IO口,發(fā)射

極接電源,集電極并聯(lián)USB小燈后接入GND。

只要單片機(jī)該IO口輸出一個(gè)低電平信號(hào)，即可控制三極管導(dǎo)通，繼而點(diǎn)

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亮LED燈。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，采用通過(guò)單片機(jī)輸出PWM信號(hào)來(lái)控制燈的亮度。

VCC

LightQ1

8550

D2

+USB-Light

-

GND

圖4.2LED照明電路

4.3光照強(qiáng)度采集電路

照強(qiáng)度采集電路如下圖4.3所示，這個(gè)板塊的作用是采集燈光，檢測(cè)外界

環(huán)境亮度的強(qiáng)度，然后再來(lái)控制臺(tái)燈的亮度大小，電路由一個(gè)光敏電阻來(lái)對(duì)外

界自然光進(jìn)行采集，由ADC0832將光照模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)

行處理，進(jìn)而達(dá)到控制效果。

VCC

VCC

R1

RG

U3

CS18

CSVCC

27CLK

CH0CLK

36DAT

CH1D0

45DAT

GNDDI

R6

10KADC0832

GND

GND

圖4.3照強(qiáng)度采集電路

4.4HC-SR501人體紅外檢測(cè)電路

HC-SR501人體紅外檢測(cè)電路及實(shí)物如下圖4.4所示，模塊引出3個(gè)引腳，

其中第1腳和第3腳分別連接VCC和GND給模塊，第2腳接單片機(jī)的IO口P22，

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當(dāng)有人出現(xiàn)在模塊的檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，該引腳輸出高電平，沒(méi)人輸出低電平。

U2HC-SR501

HC-SR501

TD

C

CUN

VOG

123

VCCGND

HC

圖4.4人體紅外檢測(cè)電路及實(shí)物

4.5按鍵輸入模塊

按鍵電路如下圖4.5所示，本設(shè)計(jì)中按鍵有3個(gè)按鍵，分別是模式切換按

鍵、亮度減少按鍵和亮度增加按鍵。

K1

KEY1

K2

KEY2

K3

KEY3

GND

圖4.5按鍵電路

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5產(chǎn)品軟件設(shè)計(jì)

5.1主程序流程圖

圖5.1主程序流程圖

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5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換程序流程圖設(shè)計(jì)

在讀取數(shù)據(jù)之前，單片機(jī)會(huì)發(fā)送信號(hào)給adc芯片，因?yàn)閍dc0832有兩個(gè)通

道，所以需要去選擇是那個(gè)通道然后進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

圖5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換流程圖

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5.3PWM調(diào)光程序流程圖設(shè)計(jì)

原理是確定一個(gè)固定的時(shí)間周期，在合適的周期下臺(tái)燈才不會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)

象。然后在這個(gè)周期里面確定不同的高低電平的比例，從而調(diào)節(jié)臺(tái)燈的不同亮

度。

圖5.3PWM調(diào)光程序流程圖

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6產(chǎn)品使用說(shuō)明書

6.1產(chǎn)品配置圖

圖6.1作品實(shí)物圖

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6.2產(chǎn)品調(diào)試

檢查產(chǎn)品的焊接情況，查看是否焊接好所有元器件，檢查有沒(méi)有焊接錯(cuò)誤的

地方，然后用萬(wàn)用表檢查是否出現(xiàn)短路、短路的現(xiàn)象，然后通電查看是否一切

正常。

檢查編寫好的程序，沒(méi)有問(wèn)題之后燒錄單片機(jī)。

6.3產(chǎn)品的功能介紹以及使用說(shuō)明

1、接通電源打開(kāi)開(kāi)關(guān)，臺(tái)燈亮起，默認(rèn)模式是自動(dòng)模式，光照采集系統(tǒng)根據(jù)外

界燈光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度，人體紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)周圍是否有人，沒(méi)人1

分鐘會(huì)自動(dòng)熄滅。

2、自動(dòng)模式下，光照采集模塊根據(jù)外界環(huán)境亮度強(qiáng)度調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度，外界環(huán)境

越亮臺(tái)燈越暗（用打火機(jī)的光照模擬外界環(huán)境亮度強(qiáng)），相反臺(tái)燈亮度就越高

（用手遮住光敏電阻模擬外界光照環(huán)境弱）。

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3、自動(dòng)模式下，人體紅外檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)周圍是否有人，沒(méi)有檢測(cè)到自動(dòng)熄滅

（用盒子蓋住人體紅外檢測(cè)模擬無(wú)人情況），檢測(cè)到就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。

4、按下k1，臺(tái)燈轉(zhuǎn)化為自動(dòng)模式，不再受外界環(huán)境影響，人體紅外檢測(cè)系統(tǒng)不

再檢測(cè)，通過(guò)k2、k3調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度，k2減小，k3增強(qiáng)。

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附錄

附錄1元器件清單

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附錄２電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計(jì)圖

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附錄4作品實(shí)物照

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附錄5軟件程序代碼

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar//以后unsignedchar就可以用uchar代替

#defineuintunsignedint//以后unsignedint就可以用uint代替

sbitLED=P1^0;//模式指示燈，亮是自動(dòng)模式，滅是手動(dòng)模式

sbitLamp=P1^4;//臺(tái)燈控制引腳

sbitKey1=P1^1;//按鍵1，模式切換按鍵

sbitKey2=P1^2;//按鍵2，亮度減少按鍵

sbitKey3=P1^3;//按鍵3，亮度增加按鍵

sbitADC_CS=P2^3;//ADC0832的CS引腳

sbitADC_CLK=P2^0;//ADC0832的CLK引腳

sbitADC_DAT=P2^1;//ADC0832的DI/DO引腳

sbitModule=P2^2;//人體紅外檢測(cè)模塊

uchargCount=0;//全局計(jì)數(shù)變量

uchargIndex;//亮度變量，0是最暗，9是最亮，一共10檔

uintgTime=0;//計(jì)時(shí)變量，用于計(jì)時(shí)多久沒(méi)檢測(cè)到有人

/*********************************************************/

//毫秒級(jí)的延時(shí)函數(shù)，time是要延時(shí)的毫秒數(shù)

/*********************************************************/

voidDelayMs(uinttime)

{

uinti,j;

for(i=0;i<time;i++)

for(j=0;j<112;j++);

}

/*********************************************************/

//ADC0832的時(shí)鐘脈沖

/*********************************************************/

voidWavePlus()

{

_nop_();

ADC_CLK=1;

_nop_();

ADC_CLK=0;

}

/*********************************************************/

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//獲取指定通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果

/*********************************************************/

ucharGet_ADC0832()

{

uchari;

uchardat1=0;

uchardat2=0;

ADC_CLK=0;//電平初始化

ADC_DAT=1;

_nop_();

ADC_CS=0;

WavePlus();//起始信號(hào)

ADC_DAT=1;

WavePlus();//通道選擇的第一位

ADC_DAT=0;

WavePlus();//通道選擇的第二位

ADC_DAT=1;

for(i=0;i<8;i++)//第一次讀取

{

dat1<<=1;

WavePlus();

if(ADC_DAT)

dat1=dat1|0x01;

else

dat1=dat1|0x00;

}

for(i=0;i<8;i++)//第二次讀取

{

dat2>>=1;

if(ADC_DAT)

dat2=dat2|0x80;

else

dat2=dat2|0x00;

WavePlus();

}

_nop_();//結(jié)束此次傳輸

ADC_DAT=1;

ADC_CLK=1;

ADC_CS=1;

if(dat1==dat2)//返回采集結(jié)果

returndat1;

else

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return0;

}

/*********************************************************/

//定時(shí)器初始化

/*********************************************************/

voidTimerInit()

{

TMOD=0x01;//使用定時(shí)器0，工作方式1

TH0=252;//給定時(shí)器0的TH0裝初值

TL0=24;//給定時(shí)器0的TL0裝初值

ET0=1;//定時(shí)器0中斷使能

EA=1;//打開(kāi)總中斷

TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0

}

/*********************************************************/

//手動(dòng)控制

/*********************************************************/

voidManualControl()

{

//亮度減少

if(Key2==0)//如果按鍵2被按下去

{

if(gIndex>0)//只要當(dāng)前亮度不為最低才能減少亮度

{

gIndex--;//亮度降低一檔

DelayMs(300);//延時(shí)0.3秒

}

}

//亮度增加

if(Key3==0)//如果按鍵3被按下去

{

if(gIndex<9)//只要當(dāng)前亮度不為最高才能增加亮度

{

gIndex++;//亮度增加一檔

DelayMs(300);//延時(shí)0.3秒

}

}

}

/*********************************************************/

//自動(dòng)控制

22

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/*********************************************************/

voidAutoControl(ucharnum)

{

if(num<59)//最亮

gIndex=9;

elseif((num>65)&&(num<81))//第二亮

gIndex=8;

elseif((num>87)&&(num<103))//第三亮

gIndex=7;

elseif((num>109)&&(num<125))

gIndex=6;

elseif((num>131)&&(num<147))

gIndex=5;

elseif((num>153)&&(num<169))

gIndex=4;

elseif((num>175)&&(num<191))

gIndex=3;

elseif((num>197)&&(num<213))

gIndex=2;

elseif((num>219)&&(num<235))

gIndex=1;

elseif(num>241)//最暗

gIndex=0;

}

/*********************************************************/

//主函數(shù)

/*********************************************************/

voidmain()

{

ucharret;

TimerInit();//定時(shí)器初始化

LED=0;//指示燈點(diǎn)亮(自動(dòng)模式指示燈)

ret=Get_ADC0832();//獲取AD采集結(jié)果(環(huán)境光照強(qiáng)度)

AutoControl(ret);//上電先進(jìn)行一次自動(dòng)亮度控制

AutoControl(ret+7);

while(1)

{

/*模式切換控制*/

if(Key1==0)//如果按鍵1被按下去

{

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LED=~LED;//切換LED燈狀態(tài)

if(LED==0)//如果切換后是自動(dòng)模式的話

{

ret=Get_ADC0832();//獲取AD采集結(jié)果(環(huán)境光照強(qiáng)度)

AutoControl(ret);//進(jìn)行一次自動(dòng)亮度調(diào)整

AutoControl(ret+7);

}

DelayMs(10);//延時(shí)消除按鍵按下的抖動(dòng)

while(!Key1);//等待按鍵釋放

DelayMs(10);//延時(shí)消除按鍵松開(kāi)的抖動(dòng)

}

/*亮度控制*/

if(LED==1)//如果LED是滅的

{

ManualControl();//則進(jìn)行手動(dòng)控制

}

else//如果LED是亮的

{

if(gTime<60000)//如果最近60秒內(nèi)檢測(cè)到有人

{

ret=Get_ADC0832();//獲取AD采集結(jié)果(環(huán)境光照強(qiáng)度)

AutoControl(ret);//進(jìn)行自動(dòng)控制

DelayMs(200);

}

}

/*檢測(cè)是否有人*/

if(Module==1)

{

gTime=0;//檢測(cè)到有人，則把60秒計(jì)時(shí)清零

}

if(gTime>60000)//如果gTime的值超過(guò)了60000

{

gTime=60000;