基于51单片机的自动感应环境光的调光控制器设计(课程设计)

等级等级:课程设计课程名称测控电路课题名称自动感应环境光的调光控制器专业班级学号姓名指导老师年月日

课程设计任务书课题名称自动感应环境光的调光控制器姓名专业班级学号指导老师课程设计时间教研室意见意见：审核人：一、任务及要求1）设计一个环境光亮度检测电路，并根据环境亮度进行台灯光照强度的自动调节；2）采用多只LED指示亮度等级，环境亮度达到最高时，自动关闭；3）拓展部分：具有LED数码显示亮度等级功能；4）安装、调试电路，记录调零、测试的数据，进行测试、分析；设计要求：1）设计以测量显示部分电路为主；2）进行系统的方案设计；3）要绘制原理框图，绘制原理电路4）要有必要的计算及元件选择说明5）如果采用单片机，必需绘制软件流程图6）写出课程设计报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。7）答辩二、进度安排周一：集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。周二～周三：完成硬件电路设计周四～周五：设计报告撰写。周五进行答辩和设计结果检查。

三、参考资料1.测控电路（第2版），张国雄，机械工业出版社.2006。2.模拟电子技术基础（第2版），童诗白，高等教育出版社.1988。3.传感器原理及应用（第2版），王化祥，天津大学出版社.1999。4.中国传感器网站/

目录TOC\o"3-3"\h\z\t"标题1,1,副标题,3,标题2,2"第1章设计要求与任务 11.1设计任务 11.2设计要求 1第2章系统方案设计 22.1总电路设计 22.2系统硬件设计 22.3系统软件设计 3第3章系统硬件设计 43.1LM324运算放大器 43.2光敏电阻 43.2.1光敏电阻介绍 43.2.2光敏电阻主要参数 43.3光电检测电路 53.4单片机最小系统电路 63.5A/D转换模块 63.6硬件电路原理图 7第4章系统软件设计 84.1Proteus软件介绍 84.2KeilC51简介 84.3程序设计总方案 8第5章系统仿真 95.1夜晚模拟 95.2环境光加大过程模拟 95.3环境光最大情况模拟 10第6章总结 11参考文献 12附录 13附录A 13附录B 14PAGE1第1章设计要求与任务1.1设计任务设计一个环境光亮度检测电路，并根据环境亮度进行台灯光照强度的自动调节；采用多只LED指示亮度等级，环境亮度达到最高时，自动关闭；拓展部分：具有LED数码显示亮度等级功能；安装、调试电路，记录调零、测试的数据，进行测试、分析。1.2设计要求设计以测量显示部分电路为主；进行系统的方案设计；要绘制原理框图，绘制原理电路；要有必要的计算及元件选择说明；如果采用单片机，必需绘制软件流程图；写出课程设计报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会；答辩。

第2章系统方案设计2.1总电路设计要求以台灯控制器为对象，完成硬件系统和软件程序的设计，实现以光线强弱方式来控制台灯亮灭功能，需要结合硬件与软件两部分来完成。其中硬件电路部分主要包括以下单元：单片机最小系统、A/D转换电路、光电检测电路；软件部分主要包括两个软件Proteus、Keil-C51软件和路灯控制、光电检测两个程序模块。图2-1工作原理图2.2系统硬件设计系统组成原理图如图2-2所示，自动感应环境光的调光控制器应该具有单片机最小系统、光电检测、A/D转换电路等多部分，从而实现对环境光亮度等级的显示以及自动调节。图2-2硬件模块

2.3系统软件设计本系统软件方案设计主要由初始化模块，A/D转换子程序和显示子程序等模块组成。如图2-3所示。图2-3软件模块

第3章系统硬件设计3.1LM324运算放大器LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。3.2光敏电阻3.2.1光敏电阻介绍光敏电阻（PhotoresistororLight-dependentResistor，后者缩写为LDR）或光导管（Photoconductor），常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.4~0.76）μm的响应很接近，只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。3.2.2光敏电阻主要参数（1）光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。（2）暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示(用照度计测量光的强弱，其单位为拉克斯lx)。（3）灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。（4）光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。（5）光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。（6）伏安特性曲线。在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。在给定偏压下，光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。（7）温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高，而在高温下的灵敏度则较低。3.3光电检测电路在本系统中使用光敏电阻作为光传感器对外界的环境光进行检测，主要是利用了光敏电阻在光线的作用下其阻值变小的光导效应现象，如下图所示的是光电检测电路将检测到的信号转向A/D转换电路。有光电检测电路如图3-1。图3-1光电检测电路3.4单片机最小系统电路单片机最小系统是单片机系统的核心，主要由单片机、复位电路、时钟电路、电源和地端组成。在整个系统中，单片机控制系统负责对光电检测电路采集到的光信号进行加工处理，并按照之前设定好的指令进行执行。原理图如图3-2所示。图3-2单片机最小系统3.5A/D转换模块现实世界的物理量都是模拟量，能将模拟量转换为数字量的器件称为A/D转换器，本系统使用的是ADC0808,ADC0808是含8位A/D转换器、8路多路开关，以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件，其转换方法为逐次逼近型。ADC0808的精度为1/2LSB。在A/D转换器内部有一个高阻抗斩波稳定比较器，一个带模拟开关树组的256电阻分压器，以及一个逐次通近型寄存器。8路的模拟开关的通断由地址锁存器和译码器控制，可以在8个通道中任意访问一个单边的模拟信号。有A/D转换模块如图3-3。图3-3A/D转换模块

3.6硬件电路原理图通过多次设计，仿真，有硬件设计图如图3-4所示。图3-4电路设计图

第4章系统软件设计4.1Proteus软件介绍Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。4.2KeilC51简介KeilC51是美国KeilSoftware公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。4.3程序设计总方案根据模块的划分原则，将程序划分为初始化模块，A/D转换模块和显示模块，这三个模块组成了整个系统软件的主程序，有流程图如图4-1所示。图4-1流程图

第5章系统仿真5.1夜晚模拟将程序运行后所生成的.hex文件添加到电路的AT89C51芯片中去，运行，此时模拟的是夜晚的情况，代表亮度等级的二极管全亮，有初始亮度等级界面如图5-1。图5-1夜晚情况模拟5.2环境光加大过程模拟此时我们使用光敏电阻模拟光传感器，通过调节电灯的远近来模拟环境光的变化。有图5-2表示的环境光增大过程中，表示亮度等级的二极管依次熄灭。图5-2环境光增大模拟5.3环境光最大情况模拟当模拟的环境光达到最大时，代表亮度的等级二极管全部熄灭，如图5-3所示。图5-3环境光最大模拟

第6章总结

参考文献1.测控电路（第2版），张国雄，机械工业出版社.2006。2.模拟电子技术基础（第2版），童诗白，高等教育出版社.1988。3.传感器原理及应用（第2版），王化祥，天津大学出版社.1999。4.中国传感器网站/

附录附录A

附录B#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitCLK=P1^3;sbitST=P1^2;sbitEOC=P1^1;sbitOE=P1^0;ucharAD_val;voidmain(){ TMOD=0x02; TH0=216; TL0=216; IE=0x82; TR0=1; EA=1; P2=0x00; P1=0x3f; while(1) { ST=0; //启动 ST=1; ST=0; while(EOC==0); OE=1; AD_val=P3; if(AD_val==0x00) { P2=0xf0; } elseif(0xbf<AD_val&&AD_val<0xff) { P2=0xf0; } elseif(0x8f<AD_val&&AD_val<=0xbf) { P2=0xe0; } elseif(0x3f<AD_val&&AD_val<=0x8f) { P2=0xc0; } elseif(0x03<AD_val&&AD_val<=0x3f) { P2=0x80; } else if(0x00<AD_val&&AD_val<=0x03) { P2=0x00; } P0=AD_val; //getdata=(AD_val)/51*100+(AD_val%51)*100/51; //display(0); OE=0; ST=1; ST=0; }}voidTime0()interrupt1{ CLK=~CLK;}