余文洋基于單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計

20XX2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計-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)的智能臺燈設(shè)計第1章緒論 121.2.1

LED優(yōu)勢 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)的智能臺燈設(shè)計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 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)的智能臺燈設(shè)計2.3.3

遙控方案的確定 18第3章硬件設(shè)計 183.1單片機(jī)STC89C51芯片簡介 183.2LED驅(qū)動電路 223.3按鍵控制電路 243.4LED指示電路 253.5自動控制電路 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)的智能臺燈設(shè)計3.6遙控電路 27第4章軟件設(shè)計 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)的智能臺燈設(shè)計參考文獻(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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02

03

042021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計前言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。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"的要求2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計LED臺燈就是以LED(LightEmittingDiode)即發(fā)光二極管為光源的臺燈，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臺燈是典型的綠色照明光源產(chǎn)品，作為國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，我國年用電量5185.9萬兆瓦，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，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，勢必會造成環(huán)境的污染，如何才能使照明更加環(huán)保？據(jù)統(tǒng)計2021008022余文洋基于51單片機(jī)的智能臺燈設(shè)計，我國39.3%的人有不同程度視力問題，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，通過光敏電阻感應(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對LED進(jìn)行光度的自動調(diào)節(jié)。同時設(shè)置手動控制。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀1第1章緒論第1章緒論1.1

課題研究背景臺燈已是千家萬戶的必需生活電器，經(jīng)常由于忘記關(guān)燈而造成巨大的能源浪費(fèi)。在我國,照明耗電占年發(fā)電總量的12%

(超過100億千瓦每小時)

,

現(xiàn)在的臺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開關(guān),不能連續(xù)調(diào)節(jié)，更不能自動調(diào)節(jié)。當(dāng)夜晚來臨時，人們又摸黑去開燈，非常不方便，與現(xiàn)在家電的智能化，人性化，低碳設(shè)計理念相違背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)10萬小時，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、電價越來越高、環(huán)保要求及LED的光效的提高,用LED替代現(xiàn)在臺燈普遍使用的白熾燈或熒光燈，環(huán)保無污染2另外，LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段,其發(fā)光效率可達(dá)80～90%，并且傳統(tǒng)的臺燈中的光源體使用的是交流電，所以每秒鐘會產(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另外一個情況是現(xiàn)在中國約30%的人有不同程度的視力問題，其中近視是主要問題，近年來，我國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，如看書的光線不在正常范圍時，學(xué)習(xí)時的坐姿不正確等5解決以上問題迫在眉睫第1章緒論1.2

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

LED優(yōu)勢相較于普通照明，LED照明有以下主要優(yōu)點(diǎn)(1)較長的使用壽命白熾燈的發(fā)光機(jī)理是：通電時，電能流過發(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)過相當(dāng)長時間加熱，鎢絲就會發(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，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發(fā)光的，所以不存在老化或燒斷，它的發(fā)光壽命可長達(dá)5~10萬小時(2)發(fā)光效率高。實(shí)驗(yàn)測定，當(dāng)LED通電發(fā)光時，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，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ED的體積較小，所以可根據(jù)應(yīng)用需求對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，防震動及抗沖性能好(3)發(fā)光響應(yīng)速度快。LED燈的響應(yīng)時間為10-7~10-9S，具有很好的高頻特性，能顯示脈沖信號，而白熾燈響應(yīng)時間在ms級，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智能多功能臺燈方案第1章緒論1.2.2

方案簡述針對上述節(jié)能、環(huán)保、健康等問題研究，基于C51單片機(jī)和PWM調(diào)光的LED臺燈以STC89C51作為主控芯片，設(shè)置了手動控制、自動控制和呼吸模式。在手動控制時，分為十個檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對比，調(diào)整PWM的占空比對LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)。總體框圖如下(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方面應(yīng)用領(lǐng)域：一個產(chǎn)品的功能、性能一旦定制下來，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)品開發(fā)相對就越簡單?？蓴U(kuò)展資源，要求芯片可擴(kuò)展存儲器低功耗：低功耗的產(chǎn)品即節(jié)能又節(jié)財，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的一個重要指標(biāo)芯片的可延續(xù)性及技術(shù)的可繼承性，芯片的價格和供貨也是必須考慮的因素，所以選型時盡量選擇有量產(chǎn)的芯片，選擇市面上使用較廣的芯片，將會有比較多的共享資源，給開發(fā)帶來許多方便第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，兩個定時/計數(shù)器，具有看門狗功能，工作頻率范圍為0~40MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz，有32個通用I/O口，可采用在系統(tǒng)編程(In

system

programming，簡稱ISP)或在應(yīng)用編程(In

application

programming，簡稱IAP)，無需專用編程器和仿真器，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051具有價格低廉、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；同時又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。故AVR單片機(jī)在軟/硬件開銷