基于合泰單片機的節(jié)能型智能多用途落地燈的實現(xiàn)

1、2015年重慶地區(qū)第八屆“合泰杯”大學生單片機應(yīng)用設(shè)計競賽節(jié)能型智能多用途落地燈參賽編號：20150296重慶科技學院指導老師： 電氣與信息工程學院 電氣與信息工程學院參賽學生： 電氣與信息工程學院 電氣與信息工程學院 電氣與信息工程學院E-mail：2015 年 05 月 10 日推薦精選1、摘要隨著人民生活水平的提高、生活條件的改善，人們在追求更高生活質(zhì)量的同時對家居生活中電器的要求也不斷提高?？茖W技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，家用電器主要功能不斷增強，輔助功能不斷出現(xiàn)，不僅要具有綠色節(jié)能的特點，還要有人性化的使用方法。同時人們注意到，我國日益龐大的老齡化人群引發(fā)了眾多的社會問題，特別是空巢老人在生

2、活中常因身體部分機能的退化，對火災(zāi)、燃氣泄漏等家庭中的意外事故不夠敏感，在家中摸黑行走意外摔倒引起悲劇的發(fā)生。市場上缺少為獨居老人提供方便的人性化多功能家居產(chǎn)品。本設(shè)計就是對日常生活常見的落地燈加以改進，使之能夠擔負起智能照明、綠色節(jié)能、空氣溫濕檢測、火災(zāi)燃氣報警等工作，給人們以更好的生活體驗。通過傳感器和繼電器來控制燈的開關(guān)及明亮程度，以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。另外，產(chǎn)品還具有智能檢測功能，通過對室內(nèi)溫度、濕度、煙霧、煤氣的檢測，進行語音提示或報警。本設(shè)計使用HOLTEK單片機作為節(jié)能型智能多用途落地燈的檢測單元和控制單元的主器件，與各模塊間直接連接或間接連接控制，實現(xiàn)單片機對各強弱電模塊的控制。關(guān)鍵

3、詞：家用電器 人性化 智能 綠色節(jié)能 傳感器 HOLTEK 單片機2、前言近年來，隨著高科技的迅猛發(fā)展，家用電器的節(jié)能化、多功能及智能化日漸深入人心。為了滿足人們對上述功能的需要，故設(shè)計此節(jié)能型智能多用途落地燈。高亮LED語音模塊顯示模塊操作區(qū)紅外釋熱傳感器煙霧傳感器溫度濕度傳感器等1、 節(jié)能化通過紅外釋熱傳感器、光敏傳感器和繼電器來實現(xiàn)對落地燈開啟及關(guān)斷的控制，運用光敏傳感器來滿足落地燈明暗程度隨自然光線強度的變化而變化。其特點是在有人時且外界光強較弱時能自動開燈，無人或外界光較強時關(guān)燈，整個過程不像聲控燈那樣需要人為發(fā)出聲響，影響家中其他人的休息。不僅節(jié)約了能源，更方便了老人和殘障人士在夜

4、晚使用。除此之外，該落地燈還可以在正常模式和空閑模式之間進行切換，在低功耗的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化單片機操作來獲得最佳性能/功耗比，真正實現(xiàn)了節(jié)能。2、 功能多該落地燈除了它的本職工作照明，它還有其他很多功能。作品以HOLTEK單片機為主控制元，配合其他各個模塊來實現(xiàn)多種功能。運用溫濕度傳感器檢測室內(nèi)的溫度和濕度，在溫度過高且家里沒人的情況下發(fā)送短信提醒主人注意防火防暑；運用煙霧傳感器來檢測室內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)，如果煙霧濃度過高且家里沒人，發(fā)送短信提醒主人做好救火準備；運用燃氣傳感器來檢測是否出現(xiàn)燃氣泄漏，如果檢測到室內(nèi)燃氣濃度過高且家里沒人，發(fā)送短信提醒主人，避免災(zāi)難的發(fā)生；運用光敏傳感器可以實現(xiàn)智能調(diào)

5、光；通過HOLTEK匯總處理，可以在液晶屏上分別顯示各項檢測結(jié)果。它還有一個實時時鐘功能，我們可以設(shè)置時間，設(shè)置鬧鐘，完全可以把它當做一個鐘表來使用。最后它還有一鍵關(guān)機功能，省去拔插頭的繁瑣。3、 智能化除了它的智能開關(guān)和智能調(diào)光以外，語音模塊向用戶提供注意保暖防暑等語音提示、鬧鐘提示和進行火情燃氣泄漏的報警，GSM模塊在特定情況下（火災(zāi)等）給用戶發(fā)送提醒短信。用液晶屏顯示時間、溫度、濕度、光線強度和燃氣濃度方便用戶的查詢。另外，可以通過人工按鍵調(diào)節(jié)燈光強度，人工調(diào)節(jié)紅外釋熱傳感器和光敏傳感器的靈敏度，來控制燈的開關(guān)和燈光的強度，從而實現(xiàn)用戶個性化設(shè)置。推薦精選4、 創(chuàng)新性本產(chǎn)品的主要功能是綠

6、色照明，但不僅僅局限在實現(xiàn)照明功能，還能檢測室內(nèi)的溫度、濕度、火情、燃氣濃度，還具備報警功能。既節(jié)約能源，又有多種用途，可謂一舉多得。打破了燈只能用來照明的傳統(tǒng)觀念，實現(xiàn)了創(chuàng)新。5、 實用性家用落地燈是一種必備電器，常用于客廳臥室等場合，本產(chǎn)品將多種功能集成在一座燈上，實用性強。另外，避免用戶購買單一功能的產(chǎn)品，為用戶節(jié)約了花費，經(jīng)濟性好。3、工作原理該智能落地燈是以HT66芯片為核心掌控整個系統(tǒng)。主要應(yīng)用紅外釋熱傳感器和光敏傳感器配合繼電器實現(xiàn)自動開關(guān)達到智能節(jié)能的效果；利用溫濕度傳感器和煙霧傳感器等通過HT66芯片上的ADC獲取外部模擬信號數(shù)據(jù)，實現(xiàn)落地燈的多功能；并且通過光敏傳感器和PW

7、M調(diào)光器控制臺燈亮度，再次體現(xiàn)作品的智能和節(jié)能。除此之外，作品還使用了GSM通信模塊，在體現(xiàn)智能節(jié)能和多功能的同時還實現(xiàn)了遠程安防智能家居的功能。在軟件方面，使用HT-IDE3000集成開發(fā)環(huán)境選用c語言編程，對各個模塊分成單個文件編寫?？傊?，此落地燈可通過單片機智能控制開關(guān)，控制光的亮度保護視力以及對室內(nèi)的濕度、溫度、煙霧濃度以及燃氣濃度等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，并且顯示模塊可以實時顯示室內(nèi)當前光線強度、濕度、溫度、煙霧濃度以及燃氣濃度等功能，當濕度高于某個特定值時，可實現(xiàn)提醒主人注意室內(nèi)通風功能；同理，當溫度、煙霧濃度以及燃氣濃度高于某一特定值時，系統(tǒng)也會有相應(yīng)的提醒警報功能。綜上所述，此智能落

8、地燈既保護視力，又環(huán)保，集多功能為一身，從而滿足人們的需求。 3.1 電源模塊為了使用方便，系統(tǒng)工作時直接使用標準220V/50Hz交流電。而對于本落地燈，它需要不同大小的直流電壓，例如HT66單片機和部分傳感器的工作電壓都不會超過5V，高亮LED燈的電壓一般在1236V左右，所以我們需要一個多路輸出直流穩(wěn)壓電源模塊來滿足系統(tǒng)對不同電壓的需求。電源模塊的需求設(shè)計思路如圖3.1所示。圖3.1 電源模塊框圖3.2 紅外釋熱傳感器模塊系統(tǒng)共用到兩個紅外釋熱傳感器模塊，工作電壓5V。兩個傳感器模塊采用的是HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊，靈敏度可調(diào)節(jié)，有信號放大和溫度補償電路，有效范圍為85角34米內(nèi)

9、，用于檢測周圍是否存在駐留人群。3.3 溫濕度、光線強度采集模塊溫濕度，光線強度采集：溫濕度采集是應(yīng)用DTH11模塊，光線強度采集是利用光敏電阻獲取外部數(shù)據(jù)。本落地燈是應(yīng)用光敏電阻，溫濕度模塊和HT66芯片上的ADC獲取外部數(shù)據(jù)，并且經(jīng)分析AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號利用PWM調(diào)光器控制臺燈亮度功能。說明：對于落地燈光線的智能調(diào)節(jié)，提出了三個方案：1、可控硅調(diào)節(jié)可控硅又叫晶閘管。它的原理在宏觀上說來是通過調(diào)節(jié)電壓來實現(xiàn)調(diào)節(jié)燈光的強弱。實現(xiàn)光敏電阻和可控硅的組合能達到智能調(diào)節(jié)燈光的目的。但是該方式在硬件電路設(shè)計上比較復(fù)雜，對于用到MCU的系統(tǒng)來說，在控制方面比較難以實現(xiàn)。2、PWM調(diào)光器調(diào)節(jié)基本思想就是利

10、用HT66單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制LED燈的充電電流，以此來調(diào)整亮度。對于HT66芯片來說，它的PWM輸出模式為我們提供了方便。3、DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)DAC0832輸入的是8位數(shù)字信號，輸出的是電流信號，而控制發(fā)光二極管亮度需要用電壓實現(xiàn)，所以這是配合外接運算放大器構(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路。因為HT66本身不具備DA轉(zhuǎn)換，而且運算放大電路更加復(fù)雜化了我們的外圍電路，所以我們決定不采用本方案。推薦精選綜上所述，我們選擇方案2，PWM調(diào)光器。 3.4 煙霧、燃氣濃度采集模塊煙霧、燃氣濃度采

11、集是應(yīng)用氣敏元件獲取外部數(shù)據(jù)。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大，即模擬量輸出電壓隨濃度越高電壓越高。對液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度。3.5 顯示模塊采用液晶顯示。QC12864B液晶顯示屏是一種具有8位并行、2線或3線串行多種接口方式的液晶顯示模塊，并帶中文字庫。該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。其工作電壓為3.05.5V，低電壓低功耗。3.6 語音模塊語音模塊采用ISD1760優(yōu)質(zhì)語音錄放芯片，其功能是在自動

12、關(guān)燈和執(zhí)行提醒警報時進行語音提示。ISD1760語音模塊具有語音錄制，選擇性播放的功能。4、作品結(jié)構(gòu)4.1系統(tǒng)框圖 LED燈(白光)繼電器手機熱釋感溫濕度模塊GSM通信氣敏模塊光敏電阻液晶顯示電源模塊供電HT66F70A語音報警按鍵圖4.1 系統(tǒng)框圖4.2控制關(guān)系該智能落地燈是以HT66芯片為核心掌控整個系統(tǒng)。其他如紅外釋熱傳感器、光敏傳感器，溫濕度傳感器、煙霧傳感器、GSM模塊、語音模塊和顯示模塊等為外圍器件。以HT66F70A為主，其他外圍器件為輔設(shè)計。 4.3具體實現(xiàn)推薦精選4.3.1RTCCRTCC實時時鐘其實就是利用TM定時器中斷（多功能中斷）來實現(xiàn)的，只是與其他用到的定時器中斷相比

13、，它的時鐘源來自fSUB，即內(nèi)部低速振蕩器，而不是(fsys/4)。在HT-IDE3000做配置選項的時候，將fSUB配置為RTC（LXT），即外部32.768KHz晶體振蕩器。這樣當MCU進入空閑模式0時，雖然CPU和系統(tǒng)時鐘都已關(guān)閉，但是fSUB任然開啟，我們的實時時鐘會繼續(xù)運行，給我們的工作模式的切換和實現(xiàn)低功耗功能提供了方便。具體寄存器設(shè)置為_tm1c0=0b01000000。4.3.2IO模擬UART所謂數(shù)據(jù)，其最終被電腦所認可的都是二進制數(shù)據(jù)，即位。而電腦所執(zhí)行的物理信息就是高低電平，置1或0分別代表高低電平,也就是串口通信中所說的位,如起始位用低電平,則將其置0,停止位為高電平,

14、則將其置1,各種數(shù)據(jù)位和校驗位則根據(jù)情況置1或置0。至于串口通信的波特率,說到底只是每位電平持續(xù)的時間,波特率越高,持續(xù)的時間越短。如波特率為9600BPS,即每一位傳送時間為1000ms/9600=0.104ms,即位與位之間的延時為為0.104毫秒。我們經(jīng)?？梢?1.0592MHz的晶振,為什么會是這么一個奇怪的數(shù)字。用此頻率則每個指令周期的時間為(12/11.0592)us,那么波特率為9600BPS每位要間隔多少個指令周期呢？指令周期s=(1000000/9600)/(12/11.0592)=96,剛好為一整數(shù),如果為4800BPS則為96x2=192,如為19200BPS則為48。所

15、以，UART模擬，我們將字符或漢字轉(zhuǎn)換為16進制數(shù)，將波特率用定時器來實現(xiàn)，最后規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀格式，實現(xiàn)就不難了。我們所用波特率為19200BPS，那么定時器需定時1000/19200=0.052ms，對于用TM0定時器，我們選擇(fsys/4)作為時鐘源，那么根據(jù)公式定時時間=初值/時鐘源，我們可求得初值為104。字符串轉(zhuǎn)換成16進制我們可在網(wǎng)上資源查表可得。最后數(shù)據(jù)幀我們采用18N1，即一位起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗位，一位結(jié)束位。關(guān)鍵代碼如下：定時器初始化：void time_init(void)/簡易型TM(查找TMnC0寄存器)，4分頻_tm0c0 = 0; /簡易型TM(TMnC1

16、寄存器)計數(shù)器模式；比較器A匹配 _tm0c1 = 0xc1; /*計數(shù)值的上限是3FFH，這里取計數(shù)初值為0068H，每隔104 / (fsys/4)的時間觸發(fā)一次中斷,系統(tǒng)時間為8MHz， 每個計數(shù)脈沖經(jīng)4分頻后的脈沖周期為0.5uS，定時時間為52uS。*/簡易型TM(TM0 CCRA低字節(jié)寄存器)先寫低字節(jié)_tm0al = 0x61; /這里不是0x68，因為經(jīng)調(diào)試，波特率為19200時該值為精確值，而0x68有誤差/另外，波特率9600也不是0xd0，精確值為0xce/簡易型TM(TM0 CCRA高字節(jié)寄存器)先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié)_tm0ah = 0x00; /啟動定時器0(TM0

17、C0寄存器的bit3位)/_t0on = 1; /定時器0比較器A匹配中斷控制位(MFI0寄存器bit1位)_t0ae = 1; /允許多功能中斷0，多功能中斷包括TM中斷(INTC1寄存器bit1位)_mf0e = 1; 發(fā)數(shù)據(jù)：void WByte(uchar input)/發(fā)送起始位，高電平到低電平的遷移uchar j=8;_t0on=1;/TR0=1;newTXD=0;Waitflag();/每到52us就發(fā)送一位，模擬保證其傳輸波特率為19200/發(fā)送8位數(shù)據(jù)位while(j-)推薦精選 newTXD=input&0x01; /先傳低位 Waitflag();/每到52us就發(fā)送一位

18、，模擬保證其傳輸波特率為19200 input=input1;/發(fā)送校驗位(無)/發(fā)送結(jié)束位newTXD=1;Waitflag();/每到52us就發(fā)送一位，模擬保證其傳輸波特率為19200_t0on=0;/TR0=0; 4.3.3PWMHT66F70A自帶PWM輸出功能，它被設(shè)計在TM模塊。無論是CTM、STM或ETM都有PWM輸出功能，只是它們各自的頻率輸出范圍不同，因為它們有10bit和16bit之分。例如TM0，它是10bit-CTM，它的最大初值可為1023，根據(jù)公式PWM 輸出頻率=時鐘源/初值，那么可求得在時鐘源為(fsys/4)時的最小輸出頻率為488.76Hz，超出了我們所用

19、的100300HzPWM調(diào)光模塊，所以我們選擇使用TM1，16bit-STM。16bit-STM根據(jù)PWM 輸出頻率 =時鐘源/(CCRP256)若將其頻率設(shè)置在196Hz，那么CCRP比較器的值為40，即寄存器tm2rp=0b00101000。具體代碼如下：PWM初始化：void PWM_init(void)/設(shè)置STM(TM2，16bit)輸出引腳，pc4，pd1_pcs2=0x02;_pds0=0x50;/_pcs0=0x11;_pcs2=0x40; _tmpc0=0b01110000;/設(shè)置暫停位、時鐘源、計數(shù)器開關(guān)_tm2c0=0;/_tm1c0=0;/設(shè)置PWM模式、輸出引腳功能位、輸出引腳控制位、輸出引腳極性位、周期/占空比控制位、/計數(shù)器清零條件位_tm2c1=0b10100100;/_tm1c1=0b10000001;/_tm1c2=0b10101000; STM(TM2)無該寄存器，默認邊沿對齊模式/設(shè)置周期/_tm1al=(1024-1)&0xff;/_tm1ah=(1024-1)8;_tm2rp=0b00101000;/設(shè)置TM輸出引腳為輸出且初始化為0_pcc4=0;_pdc1=