基于單片機的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計(共37頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶動下的物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居逐漸開始迅猛發(fā)展。照明作為家庭用電中的重要部分，智能照明也擁有廣闊的發(fā)展前景。而且隨著人們對能源節(jié)約的越來越深入人心的認識，設計一種可以隨著光照強度的變化來調(diào)節(jié)自身亮度的照明設備顯得很有必要。針對這一問題，本設計采用光照傳感器模塊采集環(huán)境光照強度，然后利用STC89C51單片機對燈光亮度進行控制，完成了光照強度的實時檢測與顯示，同時可對燈光進行相應的亮度調(diào)節(jié)，完成了各功能模塊的硬件電路設計和軟件程序編寫，最后用Proteus進行了模擬仿真。仿真結(jié)果表明該設計實現(xiàn)了光照強度的實時檢測與顯示并能對燈光亮度進行適當調(diào)節(jié)。關鍵

2、詞： 智能照明；光照強度檢測； STC89C51； 燈光自動控制； 專心-專注-專業(yè)Abstract With the development of Internet technology, the smart home is beginning to develop rapidly.As an important part of the household,intelligent illumination also has a huge development prospect.And as the understanding of energy saving is deeply roote

3、d in peoples mind, designing a kind of light which can change its light intensity with the surrounding is very necessary. In order to solve this problem, this design uses the light sensor module to collect environmental light intensity and then use STC89C51 microcontroller to control the light brigh

4、tness.Completed the real-time detection and display for the light intensity, and to adjust the brightness of the lighting accordingly a system of the design of the hardware system and software program. After the simulation with the Proteus. The simulation results show that the design realizes the re

5、al-time detection and display of the light intensity and can adjust the brightness of the light.Keywords：Intelligent lighting；Light intensity test；STC89C51；Automatic lighting control 目 錄1 緒論1.1 課題研究的背景及意義 電燈是人類最偉大的發(fā)明之一。自從有了電燈，人類就沒有了對黑夜的恐懼。自從有了電燈，人類就增添了光明的信心。自從愛迪生發(fā)明第一盞炭絲白熾燈以來，電燈光源經(jīng)歷了由白熾燈到低氣壓氣體放電燈，到HI

6、D高強度氣體放電燈，再到LED發(fā)光二極管的演變。電燈光源演變的動力基本在于更高的亮度需求，更低的能耗要求等等。隨著科學水平的發(fā)展和社會的進步，人們對能源的需求量愈來愈大1。而受限于目前大比例使用的化石能源的不可取代性。能源的節(jié)約與合理利用成為社會科學中迫切需求的研究課題。在能量消耗之中，照明所消耗的電量在每一個國家的用電總量中都占比較大的比例。據(jù)相關部門統(tǒng)計，照明應用消耗的能源大約占全球消耗總能源的19%2。其中我國每年照明消耗的電量占全國總耗電量的12%；隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，照明用電量還在以大約每年5%的速度增長。在很多使用照明設備場合，由于大多數(shù)照明設備燈光不可調(diào)節(jié)，所以產(chǎn)生許多不

7、必要的能量浪費和由此產(chǎn)生的經(jīng)濟損失。因此設計一種可以隨著外界光照強度變化來調(diào)節(jié)照明設備的照明強弱的系統(tǒng)具有重大深遠的經(jīng)濟效益和社會意義。在眾多照明設備中，LED燈比其他比如熒光燈，節(jié)能燈、高壓，鈉燈等更容易實現(xiàn)而且能耗也更低3。 現(xiàn)階段社會公民的節(jié)能意識的淡薄，造成了電能的極度浪費，一般存在以下幾種浪費現(xiàn)象：由于我國大多數(shù)人的節(jié)能意識還很淡薄，對能源的使用很隨意。而且由于在陽光照射條件人眼對照明設備發(fā)出的相對微弱的光不很敏感，在自然光照的條件下，人們往往不太容易覺察到燈光的存在，因此，設計一種可以進行光照強度自動調(diào)節(jié)的系統(tǒng)可以在很大程度上方便我們的生活；樓道里安裝的燈在不需要時往往并不引人注意

8、，而且也由于其使用情況的隨機性，也并太容易對其進行很好的控制4。如果樓道里安裝的燈能在有人或者無人的條件下自動調(diào)節(jié)燈光光照強度，將促使我們在生活的點點滴滴上注意節(jié)約能源；從全國范圍來看，這些也同樣是對電力資源的一種極大的浪費，同時，這種有形和無形的浪費，給社會越來越帶來了沉重的負擔，不利于社會的可持續(xù)發(fā)展5。 總的來說，一個好的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以改善工作環(huán)境，提高工作效率；一個好的光照自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)也可以為我們提供一個良好的節(jié)能效果，并且可以延長燈具使用壽命；一個好的光照度自動控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以提高管理水平；一個好的光照度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)還可以產(chǎn)生較好的投資收益效果6。因此，設計一個高效的光照度自

9、動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是有意義而且有需要的。1.2 國外研究現(xiàn)狀目前在全球范圍內(nèi)，丹麥一直走在能源的利用與節(jié)約前列。其在能源利用與節(jié)約方面的成功經(jīng)驗給我們提供了一個很好的借鑒。他們不斷地建設或經(jīng)自主研發(fā)或由國外引進的先進節(jié)能照明及供熱系統(tǒng)。政府及其注重家庭耗電和公共照明的節(jié)約，并且規(guī)定了許多各類住房節(jié)能目標的硬性指標。該國統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，所有居民入住未裝有各種節(jié)能裝置的房屋時，他們最終將會花費比擁有節(jié)能方案的同類房屋高出8%的費用7。該國的節(jié)能項目經(jīng)驗教訓在已經(jīng)歐盟國家中廣為流傳。國外研究并成功開發(fā)的智能照明及控制系統(tǒng)，按照網(wǎng)絡拓撲可以為集中式和分布式。集中式主要為星狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點為控制核心，把其

10、他節(jié)點全部連接起來。其中所有的照明控制器、信息采集器和控制面板等都在中央節(jié)的控制器上，由中央控制器向周圍的執(zhí)行單元發(fā)送指令從而來調(diào)節(jié)設備的發(fā)光情況；與之相對應的另一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為分布式，該系統(tǒng)以中央節(jié)點來統(tǒng)籌全局，組建起主干網(wǎng)絡和若干子網(wǎng)8。各個設備都有獨立的信息處理及邏輯控制單元，顯示和控制部分直接連在子網(wǎng)，從而有更加高效的調(diào)節(jié)速率。1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在我國目前還不太成熟的市場中，盡管智能照明及其控制設備發(fā)展前景十分廣闊，但受限于當前市場環(huán)境條件和由于未能普及所造成的價格較高等特點，智能照明及其控制設備目前在我國仍未得到較大面積的推廣和使用。而且目前社會仍缺少智能照明及其光照控制產(chǎn)品的消費

11、意識，商家和廠家也未對其進行及時的宣傳，因此我國當前的智能照明仍具有較大發(fā)展前景9。然而，智能照明設備對于國內(nèi)目前的消費水平仍顯得有些奢侈，智能照明設備的價格十分高昂，相比其節(jié)約的能源，民眾還是難以負擔智能照明設備相比傳統(tǒng)照明設備產(chǎn)生的額外費用，所以智能照明產(chǎn)品及控制設備在當今社會上還難以真正實現(xiàn)大規(guī)模普及。國內(nèi)智能照明行業(yè)已逐步興起，海爾、瑞郎等都已投入大量精力于智能照明和相關設備的研發(fā)10。隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，以及現(xiàn)代通信技術(shù)等一系列先進技術(shù)的發(fā)展，人們越來越重視數(shù)字化家居。智能照明及設備作為智能家居的重要部分，能在很大程度上促進家居智能化的發(fā)展，隨著智能家居的熱潮，智能照明市場也漸漸有

12、興旺發(fā)展的勢頭。鑒于當前發(fā)展勢頭，智能照明設備和技術(shù)將很快走進人們身邊11。1.4 本設計主要內(nèi)容本設計以外界環(huán)境光照強度的實時檢測及燈光光照強度的控制為研究方向，研究了各種目前可行的數(shù)據(jù)采集方案和燈光光照強度的調(diào)節(jié)方式，經(jīng)分析比較最后確定了合適的方案。設計了一個以STC89C51單片機為核心的控制電路，用羅姆半導體公司生產(chǎn)的BH1750FVI型光照強度傳感器進行外界環(huán)境光照強度信息的獲取，通過總線將光照強度數(shù)據(jù)信息送給單片機，經(jīng)過單片機處理后，通過LCD1602液晶進行當前光照強度的顯示，并根據(jù)采集到的光照強度數(shù)據(jù)進行判斷，調(diào)節(jié)通電發(fā)光二極管的數(shù)量，從而實現(xiàn)自動光照調(diào)節(jié)。本文主要內(nèi)容如下：第

13、1章主要介紹了光照自動調(diào)節(jié)設備及技術(shù)的研究背景，其在國內(nèi)和國外的研究發(fā)展狀況等，為本設計提供了相關理論依據(jù)和應用前景分析。第2章主要介紹了系統(tǒng)擬采用的光照強度信息獲取方案的選擇及調(diào)光方案的選擇，詳細分析比較了各種方案的優(yōu)缺點，并最終確定了本設計所采用的方案。第3章主要介紹了本系統(tǒng)所采用的硬件電路，完成了從各元器件的選則到各模塊原理圖的繪制，以及整個系統(tǒng)的搭建。第4章主要介紹了本系統(tǒng)控制程序的編寫編譯和仿真，并對所得結(jié)果進行了詳細的分析。2 方案分析2.1 光照傳感器的方案分析信息是控制的前端，只有獲取目標信息后才能對系統(tǒng)進一步進行控制。為了控制燈光亮度，本系統(tǒng)需要采集外界光照強度信息，獲取該信

14、息后下才能繼續(xù)之后的信息處理及燈光控制工作，故而需研究與討論光照強度信息的獲取方式。方案一：光敏電阻器光敏電阻器主要由半導體光電晶體組成。當有陽光照射到光電晶體表面時，該晶體內(nèi)的載流子數(shù)量將會隨光照強度的增加而隨之增長，與此同時電導率會隨之增強11。光敏電阻器本質(zhì)上就是利用半導體的光電效應而制成的一種阻值會隨入射光的變化而變化的可變電阻器。當入射光的光照強度大時，阻值將下減，當入射光的光照強度小時，阻值會變大。將其與一已知且固定阻值的電阻串聯(lián)接入電路，就可以根據(jù)其分壓值的變化來測量光照強度的對應改變。但其輸出的電壓信號是模擬信號，還需繼續(xù)增加一模數(shù)轉(zhuǎn)換，并需要對硬件進行不斷調(diào)試，而且還需要對不

15、同的光照強度進行標定，增加了成本和難度，且可靠性較低。方案二：光照強度傳感器成熟的商業(yè)光照強度采集模塊的內(nèi)部集成了傳感器、調(diào)理電路、放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換。擁有精度高，可靠性好，實時性優(yōu)，性價比高等諸多優(yōu)點12。目前已經(jīng)商業(yè)化的光照采集模塊有Intersil公司生產(chǎn)的ISL29033，羅姆半導體生產(chǎn)的BH1750FVI，On Electronics公司生產(chǎn)的On9658等等。這種類型傳感器具有片內(nèi)高集成度，很強的可靠性，和高性價比的特點，能夠?qū)崟r監(jiān)測光強并將數(shù)據(jù)傳遞給控制芯片。依據(jù)以上比較，在能夠達到目的的條件下，方案二中的BH1750FVI是更加合適的方案。故本設計中采用羅姆半導體生產(chǎn)的BH17

16、50FVI作為光照強度采集模塊。2.2 調(diào)光方式的方案分析目前光照調(diào)光方案有模擬調(diào)光、可控硅調(diào)光和控制點亮LED數(shù)量調(diào)光三種方案。下文會以這三種方案來展開分析：方案一：模擬調(diào)光模擬調(diào)光的原理是通過改變電流的強弱，來實現(xiàn)改變燈的亮度13。普遍采取的實現(xiàn)方法有兩種：其一是調(diào)節(jié)與燈串聯(lián)的限流電阻 Rs 的大小，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)電流的目的；其二是采取控制電流調(diào)節(jié)芯片的模擬調(diào)光功能引腳來控制輸出電流的大小，進而調(diào)節(jié)燈光亮度。模擬調(diào)光具有一個很大的缺點：驅(qū)動器的能量利用效率會隨輸出電流的減小大幅度下降，而這必將使整體耗能加大，使能源利用的效率下降，不符合節(jié)能趨勢。再有由于燈光的電流和色溫之間存在著相關關系，因

17、而燈光色溫會隨著電流的變化而產(chǎn)生變化14。因此在許多對燈光顏色有要求的條件下，不適宜運用模擬調(diào)光。方案二：可控硅調(diào)光三端雙向可控硅是一個電壓驅(qū)動開關，其工作原理是通過與其并聯(lián)的滑動變阻器調(diào)節(jié)其兩端電壓從而控制其兩端電壓，進而控制其開關動作。通過迅速的開關動作來調(diào)節(jié)燈光的總體亮度15。因此采用可控硅會使燈產(chǎn)生100Hz的頻閃，對人眼健康不利，要想去掉頻閃則需要增加負載調(diào)節(jié)電路，而這必將使驅(qū)動器的能量利用效率下降，也與節(jié)能的出發(fā)點不合。方案三：通過控制導通的LED數(shù)量控制亮度 每個LED亮度基本相同，因此可以在需要高光強的情況下增加導通LED數(shù)目，在不需要高光強的情況下減少導通LED數(shù)目。LED具

18、有亮度高，價格低，控制簡單的優(yōu)點。根據(jù)以上分析可以得出，最簡單易行且可靠的調(diào)光方案是通過控制導通LED的數(shù)量調(diào)光。3 硬件設計3.1 硬件選型及電路設計本設計采用BH1750FVI來獲取當前外界環(huán)境的光強度信息，得到的信息送給STC89C51單片機處理。處理后的數(shù)據(jù)會通過LCD1602進行實時顯示，此即為外界的光照強度。同時單片機將該光照強度值與初設數(shù)值來對比，根據(jù)對比結(jié)果來調(diào)節(jié)導通LED燈的數(shù)量，從而實現(xiàn)燈光的控制。硬件電路框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)硬件電路框圖3.1.1 單片機本設計采用STC89C51單片機作為控制芯片。它有4KB可重復編程的片內(nèi)Flash，512Byte的RAM

19、，4組8位的I/O接口和三個定時器16，滿足本設計需求。并且還有功耗低、價格便宜的優(yōu)勢。該單片機的控制主要通過其4組I/O接口實現(xiàn)。其4組I/O接口特點描述如表1。表1 STC89C51 I/O口描述P0口八位雙向I/O口可被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用端口P1口八位雙向I/O口主要作為通用I/O使用P2口八位雙向I/O口可被作為高8位地址端口來訪問外部數(shù)據(jù)存儲器P3口八位雙向I/O口除作為通用I/O口使用外，主要是使用其第二功能圖3.2是該單片機的引腳圖。圖3.2 單片機引腳圖3.1.2 晶振電路晶振雖然不復雜但對單片機運行是不能缺少的，由它提供使單片機正常工作的時鐘信號。因為石英晶振擁有極好的

20、頻率穩(wěn)定特性以及很強的抵抗外界干擾能力，因此它是十分理想的基準頻率產(chǎn)生器件。如圖3.3是單片機的晶振電路。其中單片機的內(nèi)部電路和片外器件一起作用而構(gòu)成一個簡單的時鐘發(fā)生電路，單片機內(nèi)部振蕩器的頻率與外部晶振的頻率十分相似，通常情況下在1.2MHz24MHz之間選則，為了方便計算，常常選擇12MHz。反饋電容C1和C2的作用是對電路進行充電和放電，它們的電容值一般在20pF100pF之間選則，本電路二者均選用30pF的電容17。圖3.3 晶振電路硬件原理圖3.1.3 復位電路復位電路也是單片機不復雜卻很重要的模塊之一，其功能是對單片機進行復位的初始化操作。它的工作條件是在單片機的RST引腳加上穩(wěn)

21、定的大于2個機器周期的高電平信號。因此按下復位按鍵以后，仍然需要經(jīng)過一定時間的信號保持才能撤去該信號，否則無法進行有效復位操作。為了有效復位，避免因在按鍵過程的抖動影響復位操作，通常采用RC復位電路來避免該情況18。其原理圖如圖3.4所示。圖3.4 復位電路硬件原理圖3.1.4 光照強度傳感器光照強度傳感器的主要作用是感知與獲取當前外界環(huán)境的光照強度，采集到當前環(huán)境的光照強度值后，通過總線與單片機通信，單片機將以該光照強度信息作為下一步動作的依據(jù)。該傳感器的原理是其中的光敏二極管PD在不同光照強度的照射時，產(chǎn)生的電流不一樣，運算放大電器AMP能將電流的改變轉(zhuǎn)化為容易測量的電壓的波動，接下來由片

22、內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號19。原理框圖如3.5所示。由于在Protues元器件庫中并沒有BH1750FVI這一型號傳感器。故在模擬仿真中，使用光敏電阻和固定電阻串聯(lián)分壓，再加一A/D轉(zhuǎn)換芯片來模擬光照強度傳感器。PDAMPOSCGNDADCVCCDVISCLSDALogic+I2C Interface圖3.5 光照采集系統(tǒng)原理圖 BH1750FVI轉(zhuǎn)換完成的光照強度數(shù)字信號依據(jù)通信協(xié)議與單片機通信?？偩€時序圖如圖3.6。圖3.6 總線時序圖 總線由PHILIPS公司設計，多用于主控制器和從器件間的主從通信，適合在小數(shù)據(jù)量場合使用，傳輸距離比較短，并且在任意時刻可以有多個從機，卻只

23、能有一個主機。市場上已有許多種類非常豐富的兼容芯片。已成為工業(yè)標準而廣泛應用。通信協(xié)議硬件部分由兩條線路構(gòu)成，其一是數(shù)據(jù)線SDA，其二是時鐘線SCL。連到總線線路上的所有器件能通過唯一的7位二進制硬件地址和其它器件之間實現(xiàn)通信，主/從機角色可實時配置，主機即可當成數(shù)據(jù)發(fā)送端也可成為數(shù)據(jù)接收端。該協(xié)議要求在高電平時鐘周期內(nèi)，SDA上的數(shù)據(jù)一定要維持穩(wěn)定不可發(fā)生跳變，否則會出現(xiàn)誤判。SDA上信號的變化僅可以發(fā)生在SCL線為低電平的時候。通信的開始條件規(guī)定為當SCL為高電平的時候，SDA線上由高電平跳變到低電平，通信結(jié)束條件規(guī)定為當SCL為高電平的時候，SDA線上由低電平跳變到高電平。應該注意，無論

24、是起始信號還是終止信號，都是由主機發(fā)出的。只要具有總線硬件接口的器件連到總線，就能檢測到該信號。總線在起始信號之后，就為繁忙狀態(tài)，停止條件之后為空閑狀態(tài)。每當主機向從機發(fā)送完一字節(jié)的數(shù)據(jù)后，主機需要等待從機給出應答信號，以確認從機是否成功收到了該數(shù)據(jù)，應答信號有固定的規(guī)范：低電平0表示應答，高電平1表示非應答?？偩€上傳送的信息既能是器件地址信號，也可以是數(shù)據(jù)信號。起始信號后要求由主機發(fā)送一個由7位從機硬件地址加上1位讀寫位構(gòu)成的一字節(jié)信號，信息傳輸都必須由主機發(fā)出終止信號表示本次傳輸完成20。STC89C51并沒有單獨的總線接口，因此必須利用軟件模擬時序。以實現(xiàn)總線的數(shù)據(jù)傳輸。模擬具體時間如圖

25、3.7所示。圖3.7 模擬時序時間3.1.5 顯示電路顯示電路是本系統(tǒng)的輸出端，這里將實時顯示外界的光強照度值。本設計采用的顯示模塊為LCD1602液晶。LCD液晶屏相對于LED數(shù)碼管，其可讀效果更好，可展示的信息也更豐富。在本設計中，LCD1602液晶負責顯示當前外界光照強度值。其原理圖如圖3.8所示。圖3.8 LCD1602液晶硬件原理圖3.1.6 調(diào)光電路調(diào)光電路是本系統(tǒng)中的被控部分。當單片機從光照強度傳感器獲取光照強度值，判斷當前環(huán)境光照強度在某一光照強度范圍時，點亮對應數(shù)量的LED，即可實現(xiàn)對光源強度的控制。原理圖如圖3.9所示。圖3.9 調(diào)光電路硬件原理圖3.2 整體電路設計本設計

26、采用的硬件原理圖均使用Altium Designer13繪制。該軟件功能十分強大，內(nèi)部擁有許多電子元器件模型21，應用時只需尋找所需元器件就能對其應用調(diào)試。還可對該元器件的每個參數(shù)分別改變，從而迎合用戶所需。依據(jù)前面的整體框架思路，用Altium designer13畫出了整體的原理圖。整體硬件原理圖如圖3.10所示。圖3.10整體硬件原理圖4 軟件設計4.1 系統(tǒng)軟件功能本系統(tǒng)軟件運行流程如圖4.1所示。程序進入主函數(shù)后，BH1750FVI傳感器模塊將不停地采集光照強度數(shù)據(jù)，STC89C51單片機內(nèi)部程序會將采集到的數(shù)據(jù)傳送至LCD1602液晶實時顯示并與設定值進行比較。如果測得數(shù)值大于或等

27、于200，所有的LED都不會被點亮；如果數(shù)值小于200但大于或等于160，LED1被點亮；如果數(shù)值小于160但大于等于125，LED1和LED2被點亮；如果數(shù)值小于125，但大于等于50，LED1，LED2和LED3被點亮；如果數(shù)值小于50，則所有LED燈均被點亮。圖4.1 系統(tǒng)軟件流程圖4.2 程序調(diào)試STC89C51單片機可采用C或匯編作為編程語言，因為匯編閱讀起來不方便，可移植性也不好，故而選擇使用C語言編程。本設計采用KeiluVision4來對控制程序編寫和編譯。如圖4.2，打開Keil uVision4程序后，首先需要新建一個工程，為了保證良好的識別，該工程名盡量使用英文和數(shù)字，避

28、免出現(xiàn)中文。為了跟硬件很好的配合，要確定所采用的單片機具體種類。由于型號庫里并沒有STC89C51，這里選擇具有相同8051內(nèi)核的Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51，確定后就建立了一個工程。圖4.2 KeiluVision4確定單片機種類 然后新建文件，文件名也最好避免使用中文，以c為后綴名，保存。如圖4.3所示。圖4.3 Keil uVision4工程里新建C語言程序最后將C文件添加到左側(cè)剛剛新建的工程里，如圖4.4所示。然后就能里面中寫入C語言控制源程序了。圖4.4 KeiluVision4工程里添加C語言程序程序編寫完成后，最好及時保存，已防止出現(xiàn)意外情況丟失，而產(chǎn)生不必要的麻煩。選擇編

29、譯程序，KeiluVision4將對控制源代碼開始糾錯和編譯，并會在Build Output對話框中提示出編譯中出現(xiàn)的錯誤和警告結(jié)果。假若編寫的代碼中有錯誤，對話框中就會提醒出錯原因和大概地點，點擊報錯的那一段就能找到源代碼中有問題的地方附近。更改源代碼之后，繼續(xù)查錯，到?jīng)]有出現(xiàn)錯誤提示。源程序沒有問題后，點擊Target Options按鈕，找到Output，把Create Hex File 的前面勾上，點擊后繼續(xù)編譯，就會在工程路徑產(chǎn)生了以.hex為擴展名的文件。如圖4.5，代碼編譯之后提醒信息錯誤數(shù)為0，警告數(shù)為0。圖4.5 程序編譯4.3 仿真分析想出了設計方案，搭建出完整電路圖，調(diào)試

30、了代碼并編譯生成可被單片機識別的文件，還有必要來檢查設想的實施方案可否實行，代碼有沒有BUG?？梢允褂肞roteus軟件來進行模擬仿真。Proteus是一款專業(yè)的電路設計仿真軟件22。此軟件擁有十分豐富的元件庫，如果未找到所需元件也能親自動手設計，基本能夠滿足本設計所需。如圖4.6所示，按照完整電路圖，畫出了仿真圖。由于其元件庫中沒有BH1750FVI，所以改用一固定電阻和一光敏電阻串聯(lián)分壓，然后由A/D轉(zhuǎn)換輸出光照強度值，這個一過程與BH1750FVI的工作過程是相似的。圖4.6 系統(tǒng)仿真圖要想使其可以開始運行，必須在單片機中添加控制代碼。左鍵點擊單片機芯片中心區(qū)域，在出現(xiàn)對話框中“Prog

31、ram File”這里點擊，然后找到在前面編譯完成的.hex文件，選擇確定之后就可以把編譯生成的.hex文件下載到51單片機中。如圖4.7所示。圖4.7 Proteus中向單片機載入程序加載控制代碼之后，選擇軟件左邊的，之后就能開始仿真測試。測試開展后，LCD1602液晶會展現(xiàn)A/D模塊獲取的信息。在Proteus仿真中，紅色代表高電平，藍色代表低電平。當發(fā)光二極管兩邊都是高電平時，它無法導通。當二極光的正極為高電平，負極為低電平時，即可導通并發(fā)光，也即當發(fā)光二極管正極端為紅色，負極為藍色時，表示該管被點亮?？梢园l(fā)現(xiàn)，對應不同輸入數(shù)值范圍，會有不同數(shù)量的LED被點亮。且隨著輸入數(shù)值變小，即表示

32、光照強度變小，被點亮發(fā)光二極管數(shù)量會隨著增多。當光照強度大于或等于200Lx時，四個發(fā)光二極管均是熄滅狀態(tài)，仿真結(jié)果如圖4.8所示；當光照強度大于或等于160Lx，而小于200Lx時，一個發(fā)光二極管被點亮，仿真結(jié)果如圖4.9所示；當光照強度大于或等于125Lx，而小于160Lx時，兩個發(fā)光二極管被點亮，仿真結(jié)果如圖4.10所示；當光照強度大于或等于50Lx，而小于125Lx時，三個發(fā)光二極管被點亮，仿真結(jié)果如圖4.11所示；當光照強度小于50Lx時，四個發(fā)光二極管均被點亮，仿真結(jié)果如圖4.12所示。圖4.8 光照強度大于200Lx,LED均熄滅圖4.9 光照強度大于150Lx,小于200Lx,

33、一個LED被點亮圖4.10 光照強度大于125Lx,小于150Lx,兩個LED被點亮圖4.11 光照強度大于50Lx,小于125Lx,三個LED被點亮圖4.12 光照強度小于50Lx,四個LED均被點亮分析Proteus的一系列仿真測試產(chǎn)生的現(xiàn)象可知，該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了本設計預定目的，滿足了預設需求。5 總結(jié)和展望5.1 總結(jié)本設計以外界環(huán)境光照強度的及時獲取及燈光強度的調(diào)節(jié)為設計目標，比較了光照強度信息獲取方法和燈光控制方法的可行設計，在選則了恰當?shù)脑O計后，最終模擬了一個以STC89C51單片機為中心的燈光自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用BH1750FVI傳感器來完成對外界光照強度信息的獲取，得到的光照強度信

34、息經(jīng)由單片機處理后，通過LCD1602液晶實時顯示出來，并由獲取得到的光照強度信息，調(diào)節(jié)通電發(fā)光二極管的數(shù)量來調(diào)節(jié)燈的亮度，從而實現(xiàn)自動調(diào)光功能。本設計可以實現(xiàn)如下功能：1. 實時獲取環(huán)境的光照強度信息，通過LCD1602液晶展示光照強度值；2. 當外界光照強度增大時，系統(tǒng)自動減少通電發(fā)光二極管數(shù)量來實現(xiàn)減少燈光目的；光照強度減小時，系統(tǒng)自動增加通電發(fā)光二極管數(shù)量來實現(xiàn)增強燈光亮度的目的；3. 環(huán)境光照強度大于設定值時，燈將全部熄滅；5.2展望然而因為設計周期較短，本設計還留有幾個缺憾。在以后可以加以改進。1. 對應某一外界環(huán)境光照強度值，輸出燈光強度為多少比較合適，這需要實際做許多實驗才能加

35、以確定，由于時間和條件的限制，該實驗未能做成。2. 可以添加無線通信模塊，光照強度獲取部分與燈光控制部分之間進行無線通信，進而根據(jù)該數(shù)據(jù)信息控制可控光源。 期待在未來能檢驗這些想法，讓該設計的功能可以進一步完滿。致 謝光陰似箭，歲月如梭。仿佛昨天才拉著皮箱風塵仆仆地來到學校，而今天卻已離分別的日子越來越近。細細回想，心中全是依戀與不舍。在即將完成最后一次作業(yè)之時，想對那許許多多在生活、學習中給我無私幫助、殷切期望和無限支持的老師同學和親人朋友們表達最真摯的感謝。經(jīng)過這幾個月的緊張學習和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲了。在這最后一次作業(yè)中，我受益良多。一開始定題時，我完全摸不著頭腦，不知從何處下

36、手，經(jīng)過和指導老師郭老師的多次溝通，我逐漸理清了思路，并有了方向。在具體方案設計的過程中，郭老師也給了我很多建議和意見，讓我對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)有了更深地理解。郭老師在治學上的嚴謹和在學識上的淵博給我留下很深的印象。能夠說沒有郭老師的幫助就不可能有本次畢業(yè)設計的完成。在此我要向郭老師表達我最誠摯的謝意。我的同學尤其室友在本次畢業(yè)設計中也給我提出一些非常寶貴的建議，在生活上也給了我許多幫助，讓我更加感受到了集體的溫暖。感謝他們的幫助，祝大家將來都事業(yè)有成。感謝自動控制系的各位領導和老師們，在四年的學習生活中，老師們傳授我們知識，教我們?yōu)槿俗鍪?，讓我的大學生活充實而豐富多彩。祝各位老師們身體健康，萬事

37、如意，桃李滿天下。特別要感謝的還有我的父母，他們一直在背后默默支持我，遇到困難鼓勵我，取得成績表揚我，對我傾注了極大的心血和期望。父母之恩無以為報，只有在校努力學習，步入社會后努力工作，讓他們過上輕松的生活。祝愿我的父母永遠健康快樂。最后，對答辯委員會的每個老師道一聲您辛苦了！感謝諸位老師對本設計的審閱及答辯工作。最后祝愿老師們工作順利，心想事成。參 考 文 獻1 左栓秀，雁北高寒黃土區(qū)杏-草-藥旱作種植模式的探索J，山西農(nóng)業(yè)大學學 報（自然科學版），2004(3):300-302.2 潘毅，賓館飯店的節(jié)能途徑J，大眾用電，2004(8):18.3 張小林，羅來成.單片機在光度測試中的應用J.

38、江西科學，2004,22(2):118-121.4 杜駿喜，趙若楠，徐江寧.一種基于Intel80C196KC單片機的自動光照檢測儀研究J.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2004-02,35(1):45-47.5 楊曉東.日光溫室光照分布及調(diào)控技術(shù)J.現(xiàn)代農(nóng)村科技，2013(5):68.6 杜尚豐.智能光照傳感器的研制J.儀器儀表學報，2003-08,24(4):298-299.7 鄒楊，儲健.農(nóng)田環(huán)境下溫度、濕度及光照度的檢測J.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2008-06(3):46-48.8 白澤生，白宗文.一種簡易光照度檢測電路的設計J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2006(11):91-92.9 高智富.溫室環(huán)境控制技術(shù)的

39、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.中國市場，2007(35):106-107.10 王艷輝，姬曉飛，錢繞金.溫室光照度控制系統(tǒng)J.計算機系統(tǒng)應用，2014,23(11):67-70.11 王瑩瑩，徐玉珍，洪耀，等.光照度檢測儀的設計J.電子測試，2012-05(5):70-72.12 張德寧，袁洪波，李麗華.基于STC89C52和TSL2561的雞舍光照測控系統(tǒng)J.農(nóng)機化研究，2011-06(6):149-152.13 田立東，周繼軍，秦會斌.PWM調(diào)光LED驅(qū)動器設計J.機電工程，2012-04: 465-468.14 王鑫鑫，周國平，封維忠，等.溫室環(huán)境數(shù)字光照度計監(jiān)控系統(tǒng)的研究J.農(nóng)機化研究，2014-

40、11(11):85-90.15 陳輝煌，佘明輝.基于LED光源的溫室光環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計J.電子技術(shù)，2012(8):24-27.16 張小云，裴騰達.基于單片機的多功能測量系統(tǒng)的設計J.軟件工程師，2015-05,18(5):21-23.17 閆展坤.智能照明控制系統(tǒng)研究D.浙江：浙江大學，2013:1-54.18 韓晨燕.溫室大棚數(shù)字光照度計系統(tǒng)的研究D.南京：南京林業(yè)大學，2013:1-78.19 Coaton J.R, Marsden A.M. Lamps and LightingM.London,UK:Arnold,2007:210-220.20 Sutu Y, Whalen J

41、. Statistics for Demodulation RFT in Operational AmplifiersJ.IEEE International Symposium on Electromagnctic Compatibility,2004-08.21 Danny H.W.Li, Joseph C.Lam. Evaluation of lighting performance in office buildings with daylighting controlsJ.Energy and Building,2001(33):793803.22 Edward Ng, Vicky

42、Cheng, Ankur Gadi,et al. Defining standard skies for Hong KongJ.Building and Environment,2007(42):866-876.23 Jennings J.D, Rubinstein F.M, Dibartlomeo D, Blance S.L. Comparison of control options in private offices in an advanced lighting controls testbedJ.Journal of the Illuminating Engineering Soc

43、iety,2000,29(2):39-60.24 LIANG Junli, YANG Shuyuan, TANG Zhifeng. Weak signal detection based on Stochastic resonanceJ.Election&Inform Technology,2O06,28(6):106-107.25 Johnson J.B. Thermal agitation of electricity in conductorsJ.Phys Rev,2002,5(32):97-109.26 Ingemar J.Cox, Matthew L.Miller, Jeffrey

44、A.Bloom,et al. Digital light and Steganography 2ndEdM.Burlington:MorganKauftnann Publishers,2008:52-73.附錄：程序代碼主控制程序#include#include#include#include intrins.huint illumination_value=0;sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;void Port_Init(void) /端口初始化，全部IO口高電平P0 = 0xff;P1 = 0xff;P2 = 0xff

45、;P3 = 0xff;void main()Port_Init();/端口初始化Lcd_Init();/液晶初始化while(1)illumination_value = TLC549_ADC();lcd_scan(); if(illumination_value=200) P14=1;P15=1;P16=1;P17=1; else if(illumination_value=160) P14=0; P15=1; P16=1; P17=1; else if(illumination_value=125) P14=0; P15=0; P16=1; P17=1; else if(illuminat

46、ion_value=50) P14=0; P15=0; P16=0;P17=1; else P14=0; P15=0; P16=0; P17=0; BH1750模塊程序#include #include bit write=0; sbit SDA=P20; sbit SCL=P21; typedef unsigned char BYTE; BYTE BUF8; unsigned char num; unsigned char a,b,sec,count; unsigned char ge,shi,bai,qian,wan; /顯示變量 int dis_data,dis_data1; /變量 v

47、oid conversion(unsigned int temp_data) / 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換出 個，十，百，千，萬 wan=temp_data/10000+0x30 ; temp_data=temp_data%10000; /取余運算 qian=temp_data/1000+0x30 ; temp_data=temp_data%1000; /取余運算 bai=temp_data/100+0x30 ; temp_data=temp_data%100; /取余運算 shi=temp_data/10+0x30 ; temp_data=temp_data%10; /取余運算 ge=temp_data+0

48、x30; void NOP() _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); void Delay(unsigned int i) unsigned int j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=110;k0;k-); void BH1750_Start() SDA=1; NOP(); SCL=1; NOP(); SDA=0; NOP(); SCL=0; NOP(); void BH1750_Stop() SDA=0; NOP(); SCL=1; NOP(); SDA=1; NOP(); void BH1750_Write_Byte(u

49、nsigned char dat) unsigned char i,temp; temp=dat; for(i=0;i8;i+) temp=temp1; SDA=CY; NOP(); SCL=1; NOP(); SCL=0; NOP(); SDA=0; NOP(); SCL=1; NOP(); SCL=0; NOP(); unsigned char BH1750_Read_Byte() unsigned char i,x=0; SDA=1; NOP(); for(i=0;i8;i+) x=x1; SCL=1; NOP(); x=x|SDA; SCL=0; NOP(); return x; vo

50、id Responds() SDA=0; NOP(); SCL=1; NOP(); SCL=0; NOP(); void No_Responds() SDA=1; NOP(); SCL=1; NOP(); SCL=0; NOP(); void Single_Write_BH1750(unsigned char reg_address) BH1750_Start(); BH1750_Write_Byte(0x46); BH1750_Write_Byte(reg_address); BH1750_Stop(); void Multiple_Read_BH1750(void) unsigned char i; BH1750_Start(); BH1750_Write_Byte(0x47); for(i=0;i2;i+) /連續(xù)讀取2個地址數(shù)據(jù)，存儲中BUF BUFi=BH1750_Read_Byte(); /BUF0存儲0x32地址中的數(shù)據(jù) if (i = 1) No_Responds(); /最后一個數(shù)據(jù)需要回