感应台灯的设计与实现

1智能感应台灯电子科技大学微芯杯刘承文2简介本智能感应台灯控制系统基于超声波测距方式，利用单片机进行处理，能够感知一定范围内的人、或其他物体，当人或物进入其探测范围，台灯开启，并随着距离台灯距离减少。可利用PWM控制台灯亮度，以节约电能。目录一．项目背景·············································3二．方案设计·············································3三．设计过程·············································4四．实用化的可能性、推广价值·····························13五．创新点···············································14六．作品实物图片·········································14一·项目背景3随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器开始走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更加方便。随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用电器的发展越来越方便、舒适。随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。目前，灯具市场上出售的灯具种类繁多，一般台灯均采用220V交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开光来控制。但这类台灯存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费。正因如此，制作生产智能感应台灯具有很重要的意义二·方案设计2.1设计题目：制作一个基于超声波、红外等测距方式的智能感应台灯控制系统，系统能够感知一定范围内的人、或其他物体，当人或物进入其探测范围，台灯开启，并随着距离台灯距离减少，利用PWM控制台灯亮度，以节约电能。2.2基础要求：1、在控制系统2m范围内，能正常感知物体并开启台灯2、当人或物，移出其感应范围时，能够关闭台灯3、在人或物与控制系统距离变化超过20cm时，台灯光线应用明显变化2.3发挥部分：1、控制系统能同时控制2路或2路以上台灯2、控制系统能显示人或物体与控制系统距离3、控制系统能够实时显示系统开启时间4、其他三·设计过程43.1方案比较与选择3.1.1测距模块的选择方案一：红外线测距模块SHARP夏普原装红外测距传感器GP2Y0A21YK0F量程10-80cm红外测距模块虽然距离精准，但是最大距离不够，不能达到要求的2M距离。方案二：超声测距模块工作电压：4.5V~5.5V。功耗电流：最小1mA最大20mA谐振频率：40KHz；探测距离范围：4毫米～4米。误差：4%；经比较，超声测距模块的距离和工作电压都符合系统要求，而且超声测距模块比较便宜，所以本次设计采用超声测距模块。53.1.2台灯电路的选择方案一:采用三极管放大电路方案二：采用上拉电源的方式经比较，本次设计采用四组LED，没有必要采用三极管放大电路，三极管电路复杂，上拉电源的方法电路简单，而且灌入单片机的电流在可控范围内，所以本次设计采用方案二。3.2方案描述系统总体框图如图所示。超声测距模块测出超声波从发出到返回过程的时间，单片机通过计时器记录这一时间，并按照公式计算出物体到系统的距离。这个距离再通过显示模块显示出来，距离作为一个参数，PWM波参考距离的值开启或关闭LED灯。STC89C52单片机超声波测距模块计时器显示6当物体与系统间的距离为0-50cm时，开启四盏灯，距离为50-100cm时开启三盏灯，距离为100-150cm时开启两盏灯，距离为150-200cm时开启一盏灯，距离大于200cm时关闭台灯。3.3设计原理由单片机的P3^3引脚产生一个20us的脉冲信号，超声测距模块接收到此信号的时候，产生超声波，同时ECHO引脚产生高电平信号，当接收到超声波以后，echo引脚产生低电平信号，单片机通过定时器1中断来记录时间，以此来计算距离。单片机得出距离以后，通过定时器0中断来驱动计时数码管和距离显示数码管和PWM波，以此来控制LED灯。3.4程序#includereg52.h//包括一个52标准内核的头文件#defineucharunsignedchar//定义一下方便使用#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlong//***********************************************sfrCLK_DIV=0x97;//为STC单片机定义,系统时钟分频//为STC单片机的IO口设置地址定义sfrP0M1=0X93;sfrP0M0=0X94;sfrP1M1=0X91;sfrP1M0=0X92;sfrP2M1=0X95;sfrP2M0=0X96;//***********************************************sbitTrig=P3^3;//产生脉冲引脚sbitEcho=P3^2;//回波引脚sbittest=P3^1;//测试用引脚sbitLED1=P3^4;sbitLED2=P3^5;sbitLED3=P3^6;sbitLED4=P3^7;//定义4个灯泡引脚staticunsignedcharsecond,minute,hour;//定义计时器计时变量unsignedinttcount;距离显示4个LED灯7unsignedcharm;ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//计时用数码管显示0-9inttime_count=1;unsignedchardistances;ucharcodeSEG7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//数码管0-9uintdistance[4];//测距接收缓冲区ucharge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i;//自定义寄存器bitsucceed_flag;//测量成功标志//********函数声明voidconversion(uinttemp_data);voiddelay_20us();voidpai_xu();voidmain(void)//主程序{uintdistance_data,a,b;ucharCONT_1;CLK_DIV=0X03;//系统时钟为1/8晶振（pdf-45页）P0M1=0;//将io口设置为推挽输出P1M1=0;P2M1=0;P0M0=0XFF;P1M0=0XFF;P2M0=0XFF;i=0;flag=0;test=0;Trig=0;//首先拉低脉冲输入引脚TMOD=0x11;//定时器0，定时器1，16位工作方式TR0=1;//启动定时器0IT0=0;//由高电平变低电平，触发外部中断ET0=1;//打开定时器0中断ET1=1;//打开定时器1中断EX0=0;//关闭外部中断EA=1;//打开总中断08while(1)//程序循环{EA=0;Trig=1;delay_20us();Trig=0;//产生一个20us的脉冲，在Trig引脚while(Echo==0);//等待Echo回波引脚变高电平succeed_flag=0;//清测量成功标志EX0=1;//打开外部中断TH1=0;//定时器1清零TL1=0;//定时器1清零TF1=0;//TR1=1;//启动定时器1EA=1;while(TH130);//等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现）TR1=0;//关闭定时器1EX0=0;//关闭外部中断if(succeed_flag==1){distance_data=outcomeH;//测量结果的高8位distance_data=8;//放入16位的高8位distance_data=distance_data|outcomeL;//与低8位合并成为16位结果数据distance_data/=40;//微秒的单位除以58等于厘米}//为什么除以58等于厘米，Y米=（X秒*344）/2//X秒=（2*Y米）/344==》X秒=0.0058*Y米==》厘米=微秒/58if(succeed_flag==0){distance_data=0;//没有回波则清零test=!test;//测试灯变化}distance[i]=distance_data;//将测量结果的数据放入缓冲区i++;distances=distance_data;if(i==3){distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+distance[3])/4;9pai_xu();distance_data=distance[1];a=distance_data;if(b==a)CONT_1=0;if(b!=a)CONT_1++;if(CONT_1=3){CONT_1=0;b=a;conversion(b);}i=0;}}}//***************************************************************//外部中断0，用做判断回波电平INTO_()interrupt0//外部中断是0号{outcomeH=TH1;//取出定时器的值outcomeL=TL1;//取出定时器的值succeed_flag=1;//至成功测量的标志EX0=0;//关闭外部中断}//****************************************************************//定时器0中断,用做显示timer0()interrupt1//定时器0中断是1号{TH0=(65536-5)/256;TL0=(65536-5)%256;switch(flag){case0x00:P0=ge;P1=table[minute/10];P2=0x17;flag++;break;case0x01:P0=shi;P1=(table[minute%10]&0x7f);P2=0x2b;flag++;break;case0x02:P0=bai;P1=table[second/10];P2=0x4d;flag++;break;case0x03:P1=table[second%10];P2=0x8f;flag=0;break;}//计时器显示和距离显示time_count++;if(distances5&&distances==5){LED1=0;LED2=0;LED3=0;LED4=0;10}if(5distances&&(distances50||distances==50)){if(time_countdistances){LED1=0;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}else{LED1=1;LED2=1;LED3=1;LED4=1;}if(time_count50){time_count=1;}}//距离在0-50，1个台灯变化，其余三个都亮if(51distances&&(distances100||distances==100)){if(time_countdistances-50){LED1=