余文洋基于单片机的智能台灯设计

20XX2021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计-第1章绪论目录/CONTENTS第2章

系统方案的选择2021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计第1章绪论 121.2.1

LED优势 122.1

控制芯片的选择方案 141.1

课题研究背景 121.2.2

方案简述 132.1.1

STC89C51RC 141.2

系统方案的提出 12第2章

系统方案的选择 142.1.2

AVR单片机 142021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计2.1.3

FPGA 152.1.4

主控制芯片的确定 152.2

照明模块的选择 152.2.1

三极管驱动 152.2.2

PWM芯片控制 152.2.3

照明方案的确定 162.3

遥控模块的选择 162.3.1

超再生无线模块 162.3.2

红外遥控 172021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计2.3.3

遥控方案的确定 18第3章硬件设计 183.1单片机STC89C51芯片简介 183.2LED驱动电路 223.3按键控制电路 243.4LED指示电路 253.5自动控制电路 263.5.1光敏电路 263.5.2ADC0809模数转换 262021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计3.6遥控电路 27第4章软件设计 294.1KeilC51 294.2Protel99SE 304.3程序流程图 31第5章调试 325.1硬件调试 325.2软件调试 32第6章总结 332021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计参考文献 34附录一：protel99se原理图 35附录二：源程序 36总结致谢 36

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042021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计前言LED照明又称固态照明，作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术，具有节能、环保、安全可靠的特点，固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源，代表照明技术的未来。发展新固态照明，不仅是照明领域的革命，而且符合当前政府提出的"建设资源节约型和环境友好型社会"的要求2021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计LED台灯就是以LED(LightEmittingDiode)即发光二极管为光源的台灯，LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED台灯是典型的绿色照明光源产品，作为国家绿色照明推广使用的产品，具有广阔的应用前景随着时代发展，节能、环保、健康等一系列话题被人们日益关注，照明是人们生活必不可少的一部分，我国年用电量5185.9万兆瓦，其中照明占到总用电量的12%，并且以每年3.44%的速度持续增长，如何更好地节约能源？作为照明，照明灯具的损耗，剩余材料丢弃，势必会造成环境的污染，如何才能使照明更加环保？据统计2021008022余文洋基于51单片机的智能台灯设计，我国39.3%的人有不同程度视力问题，由于不正确的用眼方式造成近视人数占到总人数的30%左右，因此用眼健康越来越被人重视如何才能使照明更加健康，保护视力？本文介绍了以STC89C51为控制核心，通过光敏电阻感应光度，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。同时设置手动控制。该LED台灯电路简单，很大程度上节省电能，延长LED灯寿命，适宜阅读1第1章绪论第1章绪论1.1

课题研究背景台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。在我国,照明耗电占年发电总量的12%

(超过100亿千瓦每小时)

,

现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯

,并且控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便，与现在家电的智能化，人性化，低碳设计理念相违背LED被认为是21世纪的照明光源LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍第1章绪论1随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染2另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪3LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得"柔和"的灯光环境4另外一个情况是现在中国约30%的人有不同程度的视力问题，其中近视是主要问题，近年来，我国的近视率已上升为全球第二，仅次于日本，但近视的总人数确是全球第一。引起近视的主要原因是用眼不健康，如看书的光线不在正常范围时，学习时的坐姿不正确等5解决以上问题迫在眉睫第1章绪论1.2

系统方案的提出通过采用LED照明，提高电能利用率，利用传感器检测，微处理器控制，实现自动调光、视力保护、安全合理多项功能的智能台灯第1章绪论1.2.1

LED优势相较于普通照明，LED照明有以下主要优点(1)较长的使用寿命白炽灯的发光机理是：通电时，电能流过发光钨丝，产生热能，使钨丝加热发光第1章绪论因此，当经过相当长时间加热，钨丝就会发生老化甚至烧断，那么，白炽灯的寿命也就告终了发光二极管(LED)的发光机理是由它的特殊结构决定的，它是由PN结晶片、两个电极和光学系统构成，当在电极两端加上正向偏置电压时，空穴和电子分别被注入到P区和N区，非平衡少数载流子和多数载流子发生复合，多余的能量以辐射光子的形式转化为光能，二极管是依赖于载流子的不断移动发光的，所以不存在老化或烧断，它的发光寿命可长达5~10万小时(2)发光效率高。实验测定，当LED通电发光时，可以把10%左右的电能转成光能，而普通白炽灯的转化效率仅有7%~8%，所以，当需要达到同等的照明效果时，LED灯比普通白炽灯更节能第1章绪论(6)绿色环保。普通节能灯(如荧光灯)工作原理是加热电阻丝，所以容易产生汞或其他重金属污染(7)使用灵活。因为LED的体积较小，所以可根据应用需求对LED灯进行灵活组合，其颜色也可进行灵活搭配(8)尺寸较小，防震动及抗冲性能好(3)发光响应速度快。LED灯的响应时间为10-7~10-9S，具有很好的高频特性，能显示脉冲信号，而白炽灯响应时间在ms级，高频特性差(4)发光有较强的方向性，适用于定向照明(5)易控制。LED驱动可采用模拟调光、PWM脉宽调制、TRICA双向晶闸管调光方式、带总线接口LED驱动器、适配微控制(单片机或其他微处理器)等多种方式进行调光第1章绪论因此，我们提出新型LED智能多功能台灯方案第1章绪论1.2.2

方案简述针对上述节能、环保、健康等问题研究，基于C51单片机和PWM调光的LED台灯以STC89C51作为主控芯片，设置了手动控制、自动控制和呼吸模式。在手动控制时，分为十个档，输出不同的PWM占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的手动调节在自动控制时，通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断检验光敏电阻的电压来间接测量感应光度，将电压和预设的阈值进行对比，调整PWM的占空比对LED的电流进行控制，从而实现了对光度的自动调节。总体框图如下(图1.1)图1.12第2章

系统方案的选择第2章

系统方案的选择2.1

控制芯片的选择方案选择嵌入式微处理器主要考虑因素有以下几个方面应用领域：一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围自带资源：芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。可扩展资源，要求芯片可扩展存储器低功耗：低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，还能增加可靠性，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标芯片的可延续性及技术的可继承性，芯片的价格和供货也是必须考虑的因素，所以选型时尽量选择有量产的芯片，选择市面上使用较广的芯片，将会有比较多的共享资源，给开发带来许多方便第2章

系统方案的选择2.1.1

STC89C51RCSTC89C51RC为40引脚双列直插式芯片，增强型8051单片机，工作电压3.3V~5.5V，片内集成4K字节ROM和256字节RAM，具有EEPROM功能，两个定时/计数器，具有看门狗功能，工作频率范围为0~40MHz，实际工作频率可达48MHz，有32个通用I/O口，可采用在系统编程(In

system

programming，简称ISP)或在应用编程(In

application

programming，简称IAP)，无需专用编程器和仿真器，指令代码完全兼容传统8051具有价格低廉、兼容性强、超强抗干扰能力、超低功耗等优点第2章

系统方案的选择2.1.2

AVR单片机AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销