智能照明系统的课程设计报告

1题目名称：智能照明控制系统设计摘要：本系统以光敏电阻的光强采集、A/D转换、单片机AT89C51为核心，组成最小控制系统，并和高亮LED显示电路共同构成。外界光强的大小通过电压的线性转换，并用延时来控制灯亮度来体现。该系统能够随环境光强的变化或软件所设定的时间自动控制灯的亮灭；同时系统可以根据光线强度自动控制灯的亮度，也可以手动调节灯的亮度。关键词：51学习板ADC0804光敏电阻中断定时延时目录1方案设计与论证.................................................................................................................21.1整体设计方比较和选择.........................................................................................22系统设计................................................................................................................................42.1总体设计.....................................................................................................................42.2各单元模块功能介绍及电路设计.......................................................................52.2.1光线采集模块........................................................................................................52.2.2模数转换模块........................................................................................................52.2.3AT89C51单片机....................................................................................................62.2.4LED显示模块........................................................................................................62.2.5电源模块................................................................................................................73软件设计...............................................................................................................................724系统测试.................................................................................................................................94.1测试方案........................................................................................................................94.2测试结果........................................................................................................................94.3结果分析........................................................................................................................95结语..........................................................................................................................................10附录：.........................................................................................................................................10附1：元器件明细表.........................................................................................................10附2：电路图图纸及实物图...........................................................................................11附3：程序清单..................................................................................................................121方案设计与论证1.1整体设计方比较和选择本系统包括智能系统和照明系统。这两个部分的具体的设计思路如下所示：智能系统是基于学习板上的51单片机，理论结合实际的应用，故主要是软件程序的编写，其次是单片机的扩展口与A/D芯片和高亮发光二极管的连接。其有4个并行I/O端口，分别是P0、P1、P2和P3，每个端口都有双向I/O功能。P0口在学习板上控制数码管的显示，故在设计本系统时暂不考虑，P1口只能做I/O口使用，且其内部有上拉电阻，因P1.0-P1.3控制数码管、按键和学习板上的灯的使能端，故只剩P1.4-P1.7口，不妨将P1.5与高亮发光二极管相连（因为P1口有上拉电阻故可直接相连），P1.7控制A/D的使能端；P2口与A/D芯片的数字输出端相连，为单片机输入转化后的8位二进制；P3口实有特殊功能，直接与A/D芯片的RDWR和端口相连。照明系统是基于光敏电阻的光线采集电路，光敏电阻器的阻值随入射光线3的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。只要人眼可感受的光，都会引起光敏电阻的阻值变化。当外界光线强度变化时，可以将光敏电阻的电压值经过模数转换成8位二进制，送入单片机进行处理，再由程序根据这8位二进制数据来处理判断灯的亮灭或灯的亮度。方案1：R1100kR25.1kQ1NPN方案1-光采集电路12LDR1TORCH_LDR方案的特点：该电路采用的是基极分压式射极偏置电路该电路具有很好的稳定性，阻值很大的R1直接接在三极管的基极，起到很强的控制基极电流的作用，可以有效防止由于温度等原因造成的电阻阻值波动对测量结果的影响。三极管将由光强变化引起的电流变化转化为电压变化输出，接入ADC0804数模转换的输入端口。方案2：12LDR2TORCH_LDRR10k4方案特点：该电路简单，利用光敏电阻与定值电阻R组成环境光检测电路，通过测量R两端电压的变化来体现环境光强弱的变化。方案论证：方案1的最大的特点是可以防止温度等其他原因造成的电阻波动对测量结果的影响，而考虑到此次的课程设计的目的是了解智能照明控制系统的基本原理，基于51学习板，掌握和夯实单片机的扩展和应用，故选择方案2这一简单的环境光采集电路，同样可以达到系统随时间和环境光线强度自动控制灯的亮灭。而且，该电路简单，不容易被损坏。2系统设计2.1总体设计本设计硬件电路包括电源模块、光线采集模块、模数模块、AT89C51单片机模块和LED显示电路模块等5部分组成。各模块之间的关系如图1所示。图1系统硬件结构框图主控系统模块采用基于51内核的AT89C51单片机及模数转换电路来完成信号采集、控制和通信功能，在本设计中AT89C51单片机模块担当了控制核心，首先通过光线采集电路对外部的光强参数进行数据采集，输出的电压值经过8位A/D转换器，将光敏电阻感应光强产生的模拟信号转换为数字信号采样，送至单片机AT89C51进行处理，再通过算法将其与内部参考数据进行分析与比对，实现当外界环境光强变化时LED灯能够随之变化的功能。光线采集模块模数转换AT89C51单片机LED显示电路电源模块52.2各单元模块功能介绍及电路设计2.2.1光线采集模块光线采集模块通过ADC0804将光敏电阻感应光强产生的模拟信号转换为数字信号采样至单片机，实现对外界环境光强数据的采集。电路连接如下：12LDRTORCH_LDRR10k由VCC=5V，则光敏电阻两端的电压，即VIN(+)=VCCR光敏/(R光敏+R)，而01.VVIN(+)4.9V（保证在参考电压范围之内0—5V）其中，本课程设计中R光敏范围大约是在5k-300k之间，故由上不等式可以得出：光敏R491R光敏R49，即有6.1kR245k所以，我们在电路中与光敏电阻串联的电阻选择为10k，符合上述的范围要求。2.2.2模数转换模块模数转换电路主要由ADC0804构成。当温度值转换为电压后，还需要将电压值进行A/D转换，转换后的8位二进制才能送到单片机进行处理。ADC0804芯片是典型的8位8通道逐次逼近式A／D转换器，可对8路模拟电压实现分时转换。为了换算方便，设置基准电压为5V，即模拟量输入为+5.0时，ADC输出为0FFH，即255，系统分辨率为5／255=0．02V／LSB。其外围设计电路为：6VIN+6VIN-7VREF/29CLKIN4AGND8RD2WR3INTR5CS1DGND10DB7(MSB)11DB612DB513DB414DB315DB216DB117DB0(LSB)18CLKR19VCC20U1ADC0804R110kC1150pFR310kR410k2.2.3AT89C51单片机单片机主要通过程序来控制灯的亮灭或灯的亮度。AT89C51单片机电路图如下：XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51234567891RP110KC133pC233pX112