《基于单片机的多功能智能台灯设计》15000字

基于单片机的多功能智能台灯设计目录TOC\o"1-1"\h\u1202基于单片机的多功能智能台灯设计 119068摘要 117118第1章绪论 25271第2章总体设计方案 517092第3章硬件电路设计 125154第4章软件设计与仿真 2911597第5章总结 3317102参考文献 34摘要以LED为基础制作的台灯属于绿色照明产品,也是国家一直推广使用的。时代的不断发展，健康、节能、环保这几个词与我们的日常生活越来越密切，科技的进步让我们的生活更加智能化和人性化。台灯是家家户户都需要的，它能让我们更好地工作和学习。为了我们的身体健康和能源的节约，所以我提出了具有PWM调光、人体感应、语音播报的智能台灯设计。该设计是以单片机为基础的多功能智能台灯。该台灯实现了光亮度具有手动调节、自动调节两种方式;具有人走灯灭的功能，还具有语音提醒的功能。硬件设计部分分为语音模块、人体红外检测模块、光敏模块、照明模块、按键模块、最小系统模块等多个部分。单片机主控制以最小系统为基础，光敏模块选用ADCO832芯片实现对光敏信号的采集，并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节。即不改变PWM方波周期，用单片机控制PWM的占空比来改变电压的大小，实现光照强度的调节。当人在光线较暗的环境下，灯光自动调亮，光照亮度随着环境明暗程度而改变。当人离开台灯一定的范围之外，红外热释传感器检测不到人，持续一分钟，台灯自动熄灭。当人打开台灯工作或者学习1小时，会有语音播报提醒。通过单片机和C语言编程对台灯进行编写和控制，实现了台灯的全部功能。关键词：LED台灯;PWM调光;人体感应;语音播报绪论选题背景及意义选题背景随着全球能源危机和温室效应的日益突出，绿色节能已经成为全球众多人谈论的话题，人们一直通过不同途径寻找新的节能方式。人类消耗大多数能源是用来照明，在电能消耗中，发达国家在照明用电方面占发电总量的比例是19%,我国也达到12%。随着经济不断发展，我国的照明用电在人类消耗能源的占比越来越大，因此研发人员都在研究绿色节能的产品。LED作为一种固态冷光源，替代了传统光源白炽灯。白光LED是固态照明，相对于白炽灯，它的特点是节能、环保、安全性强等，会成为人们家庭的普遍照明，符合政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。通过这些可以预测不久的将来，LED必然会成为绿色照明光源取代普通光源。目前，市场上采用白炽灯、荧光灯为光源的台灯存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；对于寿命结束的台灯，一旦处理不当，会破坏生态平衡；有一部分台灯产品功能单一，缺少亮度自动调节、人体感应、语音提醒等功能，无法满足现代人们生活的实际需求。恰恰相反的是，智能台灯在黑暗的环境下能自动开关灯，人们不需要再去寻找开关。智能型产品将渐渐进入人们的生活中。选题意义一方面，我国政府非常重视节能和节约。1997年11月1日我国颁布了《中华人民共和国节约能源法》，节能已经是法律上的规定，是我国重要国策之一。国家发改委提出了“电机系统节能工程”、“建筑节能工程”、“绿色照明工程”等十大重点节能工程，通过这十大工程，“十一五”期间将实现节约2.4亿吨标准煤的目标，可带动上亿万元的节能投资。照明节能意义重大，我国照明耗电大体占全国总发电量10%～12%，2003年我国总发电量为18500亿度，按12%计，照明耗电达2220亿度。面对如此庞大的耗能，我们应采用全数字智能路灯节能控制技术：智能光源降压—稳压—调光技术。此技术实现了在人流量繁忙时段控制路灯保持合适的光照强度，在午夜自动根据环境自动调光；人流量稀少时，减少照明亮度。另一方面，近年来我国青少年近视的人数不断增长，近视眼的防治工作刻不容缓。目前我国共有四亿多近视眼患者，以13亿人口计，约每3个人中就有1个是近视眼，青少年近视人数居世界第一，且渐趋低龄化，中小学生近视检出率为53.8％，高中以上学生更是高达70％。本设计所制作的智能台灯，同时具备手动调节和自动调节两种模式，还增加了人体感应功能，实现了人走灯灭的效果。在保护人们眼睛视力的同时，还能实现节能环保。国内外发展现状在古代，人们使用蜡烛照明，匡衡凿壁偷光的故事人人皆知，这说明了照明的重要性。随着时代不断发展，出现了台灯，国内不同品牌的商家为了提高竞争力，创新了节能台灯、护眼台灯、简约台灯等。护眼台灯护眼台灯以欧普为例，它可以随意调节高度，让我们有一个适度的光源；通过CQC检测，无蓝光危害；无可视频闪；防眩光；具有极高的显色度。这些都保护人们的眼睛，保护我们的视力。此外，还具有45分钟智能休息。但它只能水平调节。图SEQ图\*ARABIC1-1欧普照明台灯2、节能台灯节能台灯实际上就是充分利用能源，从而减少不必要的消耗。节能台灯以好视力为例，它具有手动调节光亮度的功能，触摸屏，减少了制作材料，节约了资源。但它只能水平调节。图2-3好视力照明台灯3、简约台灯简约台灯以无品牌创新台灯为例,它可以360°调节，触摸三挡调光，让人们有一个舒适的学习环境，具有防蓝光功能，很好的保护了人们的视力，并且价格便宜，深受人们的喜欢。图SEQ图\*ARABIC2-3无品牌创新台灯国外LED研究现状以飞利浦为例，飞利浦锐视防眩光护眼台灯，特有专业光学格栅，消除任何角度的眩光。其次特点就是亮度大，可调节。飞利浦台灯的亮度是非常大的，因为它使用的是最先进的LED发光技术，而且我们可以根据需要控制它的亮度。其次就是外形美观。飞利浦台灯的颜色种类非常多，我们可以根据自己的喜好或者是家里的环境搭配使用。飞利浦台灯还有一个特点就是省电，节能环保。图1-1飞利浦台灯总体设计方案总体目标智能台灯设计的总体目标是实现台灯的自动手动调节灯光亮度，人走灯灭，语音提示的功能。台灯的自动手动调节灯光亮度，合适的亮度可以保护人们的眼睛，起到护眼的作用；人走灯灭，体现出台灯的智能和节能；语音提醒，防止人多过度工作学习导致损害身体。适用于教师、学生和上班族等人群。系统概述本设计的系统以单片机为核心，加上电容电阻按钮晶振等器件，构成单片机的最小系统。单片机最小系统有光照强度采集模块、语音模块、人体感应模块、电源模块、按键模块五种输入模块以及照明设备、模块指示灯和喇叭三种输出模块。光照强度采集模块，是由光敏电阻和ADC0832芯片构成。语音模块采用JQ8900-16P语音模块芯片来控制延时播报，提醒人注意休息；人体感应模块采用红外热释传感器，是因为该传感器灵敏度高，操作简单，容易控制；照明设备使用USB随身灯进行模拟测试，在外形上使本设计更加美观，USB随身灯的内部由6颗LED灯组成；指示灯模块使用绿的发光二极管，当指示灯亮时，台灯调光是自动模式，指示灯熄灭时，台灯调光是手动模式；按键模块，是控制LED台灯的按键，按键有三种作用分为切换模式、增加亮度和减小亮度；台灯供电采用USB5V。系统框图如图2-2所示：图2-2系统框图光照强度采集模块概述光照强度采集模块主要由光敏电阻和ADC0832芯片构成。光敏电阻的最主要的特性是其电阻值随环境光的变化而变化，当环境光线增强时，光敏电阻它的电阻值会减小，传感器的信号处理电路会根据其电阻值来进行处理；当环境光线变弱时，它的电阻值会增大，传感器将处理后的信号传送到单片机控制电路，从而使台灯点亮。本文设计的多功能智能台灯也是充分利用光敏电阻这一特性，来感应周围环境光线的强弱，从而达到节能。ADC0832芯片按照以下这种方式转换光敏电阻。将LXD/GB5-A1CV与一个电阻串联，可以很轻易地将输出电流转化为电压，其动态感应zd范围由电源和外接电阻决定（可以使用5V的输入电压和电阻阻值为10K连接，可以用来探测0～160Lux的照度，如果电阻阻值下降到1K，它探回可测范围达700Lux以上）。它还有一个内置暗电流消除的电路，使它在整个工作温度范围内提供了高精度，在低照度条件下也有着出色的表现。人体感应模块模块概述热释电红外传感器的原理热释电红外线(PIR)传感器是在80年代逐渐成为一种新型探测元件，它具有高灵敏度的特点，是一种能检测人体发射的红外线，能够将输出信号转化为电信号的传感器，它普遍存在于各种防盗警报器和各种自动节能装置。它可以检测出人体发出的非接触形式辐射的红外线能量的变化量，能够将输出信号转化为电压信号，这个输出的电压信号可以被放大来运行各种控制电路。本文中使用的热释放传感器采用了这种双探测元结构。热释电红外传感器由场效应管匹配器、干涉滤波片和传感探测元构成。在设计中，高热电材料应做成具有一定厚度的薄片，镀金属电极在它的两面上，之后通电使其极化，从而制成热释电探测器。语音模块概述语音模块这一方面，我只需要达到我的要求，能实现定时播报提醒。跟语音识别模块有差异，语音识别是通过语音来控制，而我需要的语音模块能储存MP3，并且定时播报MP3。语音模块可以单片机或开关控制，预先下载声音，再根据需要播放。可应用于下列场景：1、车载导航语音播报；2、公路收费站语音提示；3、高铁站安全检查语音提示；4、电力、通信、金融营业厅语音提示；5、车辆进、出通道验证语音提示；6、公安边防检查通道语音提示；7、多路语音告警或设备操作引导语音；8、电动观光车安全行驶语音告示；9、机电设备故障自动报警；10、消防语音报警提示；11、自动广播设备，定时播报；12、跑步机语音导航；医疗器材、家用电器等需要语音提示的场所。按键模块概述本设计选用按钮开关的原因是，按钮开关导电性强，安全可靠性高。按键开关被称为轻触开关，也称为轻触式按键开关。按键开关属于电子元器件，是一种电子开关，称为敏感性开关。使用时向开关施压，开关闭合接通；当开关没有受到压力时，开关即断开,是通过金属弹片受力变化来实现。按键开关使用参数如下表所示：表2-6按键开关使用参数使用温度范围-40℃~70℃额定负荷DC12V0.1A接触电阻≤200MΩ耐压AC250V(50Hz)/min按力250±50g绝缘电子≥100MΩ使用寿命10000times（次）本次设计中主要使用六脚开关（六脚自锁开关），也就是我们说的双刀双掷开关，引脚共2排，每排3个引脚，中间一根是公共端，对应他左右2个脚一个常开一个常闭，另外一排和这个一样，常开对常开，公共点对公共点，常闭对常闭，但是是完全独立的2组，除非你在PCB上将他们连接起来才是通的。未按下的状态按下的状态如何判断引脚的办法：1、用万用表调至二极管处；2、先测量四个引脚中的任意两脚，判断哪两个是导通的，哪两个是断开的；3、按键按下，再测量任意两个引脚，判断哪两个是导通的，哪两个是断开的；4、开始断开，按键按下导通的两个引脚可做为焊接的两个脚，接线即可。电源模块概述电源模块采用DC电源插座，DC-002额定值是DC30V0.5A,插入力度是3到20N,是插件DC电源插座,针芯直径有1.0mm和1.3mm,分别有梅花针和圆针,DC插座的孔径尺寸是4.2mm,DC-002电源插座主要应用领域：电视机、DVD、音箱、游戏机、计算机等家用电器以及电子仪器设备。DC-002电源插座技术参数如下表所示：表2-7DC-002电源插座技术参数表环境温度15~35℃插入力度2.94~29.4N压力86kPa~106kPa拔出力度2.94~29.4N相对湿度25%~80%接触电阻≤0.03Ω额定值DC12V1A绝缘电阻≥100MΩ照明设备概述LED属于半导体二极管，可以将电能转化为光能。发光二极管由一个PN结组成，具有单向导电性。发光二极管的核心部分由P型半导体和N型半导体组成的晶片组成，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的多数载流子与少数载流子结合后，会把多余的能量以光的形式释放出来，从而直接将电能转化为光能。这种利用注入式流子发光原理制作的二极管称作发光二极管，通称LED。此设计选用的是LED随身灯，它有小巧便捷，任意扭转，省点节能等特点。它由USB接口加上6颗LED等组成。外观颜色多样，美观。LED随身灯技术参数如下表:表2-8LED随身灯技术参数表尺寸16.9*1.8*0.9cm重量21g材质TPU+6颗LED灯额定功率1.2W额定电压5V模块指示灯概述本设计的模块指示灯选取普通单色发光二极管。他有诸多优点，比如体积小但发光稳定，工作电流小、寿命长等，它属于电流控制半导体器件，使用时需要串联合适的限流电阻，它可以由各种直流电、交流点、脉冲产生的电源等来点亮。模块指示灯的发光颜色与发光的波长有关，半导体材料决定不同波长的颜色如下表所示：表2-9发光二极管波长与发光颜色关系表波长（nm）发光颜色650～700红色630～650琥珀色610～630橙色585左右黄色555～570绿色喇叭概述喇叭是一种换能器件，能把电信号转换为声信号。喇叭性能的好坏对音质有着很大的影响。一般喇叭的组成：定心支片、模折环锥型纸盆、框架和磁铁。喇叭是一个薄弱的器件，但就音效来说，它又是一个重要的部件，音效喇叭的好坏起着决定性作用。音频电能够通过静电、电磁或压电效应，使它的膜片振动，并与空气产生共振，这样才能发出声音。设计成本预算台灯设计的成本并不高，主要花费的时间精力以及工艺会外增加成本。台灯制作的成本如下表所示：表2-11台灯的制作成本元器件数量价格/元STC89C52芯片1片10单片机座子1个0.0612M晶振1个0.0130pF独石电容2个0.02*2电解电容10uF1个0.02电阻1K3个0.01*3电阻10K2个0.01*2轻触开关3个0.36*3USB小灯1个5USB座1个2光敏电阻1个0.02ADC08321个2.1ADC0832座子1个0.01绿led1个0.1S8550（PNP）三极管1个0.02人体红外热释传感器1个4热释传感器座子1个0.5电源开关1个0.5电源座1个0.412*18洞洞板1张6.56导线若干2.1电源线1根2喇叭1个5JQ8900-16P芯片1块15单排针1*4P若干1.47杜邦线公对母若干1.83杜邦线母对母若干1.83硬件电路设计语音模块电路设计JQ8900-16P是一款语音芯片，含有单片机内核，因此，被称为JQ8900系列语音单片机。该语音芯片的特点是：音效好、多功能、应用范围广泛、性能稳定，还支持采样率为6K～22KHz的音频加载。它具有一线串口控制模式、RX232串口控制、两线串口通信、按键模式、并口控制模式等多种控制方式，配套专用上位机，指令自动生成，弥补了其他语音芯片应用范围小的缺陷。此芯片的优势是SPI-flash内的语音内容可以随意更换，避免了传统语音芯片需要安装上位机才能更换语音的麻烦，SPI-flash直接模拟成U盘，使用非常方便。使得产品的研发提供了方便。这就是我选择JQ8900-16P语音芯片的原因。硬件参数表2-2硬件参数表名称参数MP3文件格式1、支持所有比特率为11172-3和ISO13813-3layer3的音频解码2、采样率支持(KHZ):8/11.025/12/22.05/24/44.1/483、支持Normal、Jazz、Classic、Pop、Rock等音效USB接口2.0标准UART接口标准串口，TTL电平输入电压DC3.3-5.2V，推荐5V供电;IO电平为3.3V额定电流睡眠电流：500uA；工作电流：10MA尺寸20.32*15.5mm工作温度-40度~85度湿度5%~95%模块管脚说明图2-3模块管脚图模块管脚功能表表2-3模块管脚功能表引脚序号引脚名称功能描述备注1VPP一线串口控制脚2BUSY播放指示灯无音频输出低，有音频输出时高3RXUART串行数据的输入3.3V，TTL电平4TXUART串行数据的输出3.3V，TTL电平5GND接地电源地6DC-5V电源模块的输入不能超过5.2V7SPK-喇叭+接3W/8R以下无源喇叭8SPK+喇叭-9IO7触发输入口7对地触发10IO6触发输入口6对地触发11IO5触发输入口5对地触发12IO4触发输入口4对地触发13IO3触发输入口3对地触发14IO2触发输入口2对地触发15IO1触发输入口1对地触发16DAC音频输出外接功放两线串口通信方式组合播放是按照文件名来组合播放，文件要求被存储在“ZhuHe”的文件夹下，一般把要组合的文件名称更改为：01.MP3，02.MP3，03.MP3。芯片的通信方式采用全双工串口通信；波特率：9600b/s，数据位:8，停止位：1位，检验位：N。通信格式：起始码–指令类型–数据长度(n)–数据1一数据n一和检验(SM)。1.指令码:固定为AA。2.指令类型:用来区分指令类型。3.数据长度:指令中的数据的字节数。4.数据:指令中的相关数据，当数据长度为1时，表示只有CMD，没有数据位。5.检验:为之前所有字节之和的低8位，即起始码到数据相加后取低8位。6.数据格式:发送的数据或命令，高8位数据在前，低8位在后。通信机制1.我方做为从机处理，上电默认等待状态，所有播放操作全由主机控制。2.从机不会主动发起通信，所有通信都是由主机发起。3.串口是3.3V的TTL电平，如果主机系统是5V电平请在中间串1K电阻。4.如未特别说明，协议中所有数据都是表示十六进制数据。协议约定：以下是本芯片返回和能识别的数据定义。播放状态定义:系统上电处于停止状态00(停止)01(播放)02(暂停)盘符定义:切换盘符后处于停止状态USB；00SD；01FLASH:02N0_DEVICE:FF音量:音量总共为31级，0-30级，上电默认为20级播放模式定义:上电默认为单曲停止全盘循环(00):按顺序播放全盘曲目，播放完后循环播放单曲循环(01):一直循环播放当前曲目单曲停止(02):播放完当前曲目一次停止全盘随机(03):随机播放盘符内曲目目录循环(04):按顺序播放当前文件夹内曲目，播放完后循环播放，目录不包含子目录目录随机(05):在当前目录内随机播放，目录不包含子目录目录顺序播放(06):按顺序播放当前文件夹内曲目，播放完后停止，目录不包含子目录顺序播放(07):按顺序播放全盘曲目，播放完后停止EQ定义:N0RMAL(00)POP(01)ROCK(02)JAZZ(03)CLASSIC(04)上电默认EQ为NORMAL(00)DAC输出通道定义:上电默认为MP3播放通道(00)MP3播放通道(00):播放MP3通道，DAC输出的声音为音乐播放的声音AUX通道(01):DAC输出的声音为P26和P27输入的声音MP3+AUX(02):AUX通道MP3同时打开，DAC输出的声音是音乐播放的声音和P26、P27输入的声音混合输出组合播放如:01.MP3，02.MP3可以用两个字母。本芯片支持MP3和WAV两种格式。通信指令指令：AA0100AB返回：AA0101播放状态SM说明：在任何时候都可以查询当前的播放状态指令：AA0200AC返回：无说明：在任何时候发此命令都会从头开始播放当前曲目指令：AA0300AD返回：无指令：AA0400AE返回：无指令：AA0500AF返回：无指令：AA0600B0返回：无指令：AA0702曲目高曲目低SM返回：无例如：AA07020008BB指定播放当前盘符第8首，曲目数从1－65535指令：AA08长度盘符路径SM返回：无说明：长度＝盘符长度+路径长度=1+路径长度语音模块电路通过需要达到设计的要求，只需要用到模块的RX、RT、GND、DC-5V、SPK-和SPK+这几个连接口。语音模块JQ8900-16P通过双线串口与单片机芯片连接，按照芯片的说明书将分段录音保存到此芯片中，通过编程延时播报录音。语音模块电路如图3-5所示：图3-5语音模块电路光照强度采集电路设计光敏电阻光敏电阻主要由金属半导体组成，如硫化物、硒化物和碲化物。在黑暗环境中，其电阻值很高。在光照下，只要光子能量大于半导体材料的带隙，价带中的电子就可以吸收一个光子的能量，然后跃迁到导带，并在价带中产生带正电荷的空穴。光产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数量，光敏电阻的电阻因其电阻率的降低而减小。光线越强，阻力越小。当光线消失后，光子激发产生的电子-空穴对将逐渐复合，它的阻值将渐渐恢复到原来的值。光敏电阻的主要参数有明亮电阻、暗电阻以及四个特性：温度特性、光谱特性、频率特性和光电特性。当在光敏电阻两端的金属电极之间施加电压时，电极之间会有电流。当适当波长的光照射时，电流会随着光照强度的增大而增大，从而实现光电转换。ADC0832简介ADC0832是一个8位A/D转换芯片，最大分辨率为256级，可以满足一般的模拟量转换要求。内部电源输入和参考电压加倍使得芯片的模拟输入电压范围为0〜5V。芯片切换时间仅为32μS，双倍数据输出可用于验证数据，减少数据错误，切换速度快，稳定性强。启用独立的芯片输入可使多设备通信和处理器控制更加方便。使用DI数据输入端子，可以轻松识别通道功能。当用作单通道模拟信号输入时，ADC0832的输入电压为0〜5V，在8位分辨率下的电压精度为19.53mV。如果通过IN+和IN-输入，则可以在较大范围内调节电压值以增加转换宽度。最要注意的是，当输入IN+和IN-时，如果IN-电压大于IN+电压，则转换后的数据结果始终为00H。光照强度采集电路本设计的台灯需要采集环境中的光照强度，将采集到的数据进行计算分析，从而台灯具有自动调光功能。光照强度采集电路采用的是光敏电阻，因为光敏电阻能够采集到光照强度的模拟量，通过ADC0832将光照强度模拟量转换为数字量，再传给单片机进行处理。该模块的电路图如图3-1所示。图3-1光照强度采集电路人体红外检测电路设计热释电红外传感器的原理特性热释电红外传感器是一种主要由高热电系数制成的检测元件。每个检测器中安装一个或两个检测元件，并且两个检测元件以反极性串联连接，以抑制温度升高引起的干扰。检测元件将检测并接收到的红外辐射，转化为微弱的电压信号，通过安装在探头中的场效应管，放大并输出。人体辐射的红外中心波长为9-10um，而检测元件的波长灵敏度为0.2-20um，几乎是稳定的。带有过滤器的窗口在传感器的顶部打开。这种滤光片可以通过波长在7-10um范围内的光，正好适用于人体红外辐射的检测，其他波长的红外线被滤光片吸收，从而形成专门用于检测人体辐射的红外传感器。一旦有人进入探测区域，人体发出的红外辐射就会被部分镜面聚焦，并被热释电元件接收。然而，两个热释电元件接收的热量不同，热释电功率也不同，因此，它不能被抵消，电压信号经过信号处理后输出。HC-SR501模块相关介绍本设计采用人体红外感应模块:HC-SR501模块。该模块的基础是红外技术的自动控制模块。采用德国进口LHI778红外探头设计，可靠性强，灵敏度高，超低电压工作模式广泛应用于各类自动感应电气设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。其实物图片如图2-3所示。图2-3HC-SR501实物图（1）使用范围1、安防产品2、人体感应灯具3、人体感应玩具4、工业自动化控制等（2）电气参数产品型号HC--SR501人体感应模块工作电压范围直流电压4.5-20V静态电流<50uA电平输出高3.3V/低0V触发方式L不可重复触发/H重复触发延时时间0.5-200S（可调）可制作范围零点几秒-几十分钟封锁时间2.5S（默认）可制作范围零点几秒-几十秒电路板外形尺寸32mm*24mm感应角度<100度锥角工作温度-15+-70度感应透镜尺寸直径：23mm（默认）人体红外检测电路液晶模块的电路的连接图如图3-4所示。该模块只引出3个引脚，其中第1脚是连接VCC,第3脚连接GND，第2脚接单片机的IO口P22，当有人出现在模块的检测范围内时，该引脚输出高电平，开始是输出低电平的。图3-4人体红外检测电路按键输入电路设计本设计加入的按键只有三个，第一个按键控制台灯自动手动切换光照模式，第二个是按键是用来增强光照强度，第三个按键是用来减小光照强度，故采用了独立键盘的方式。按键的连接图3-3所示：图3-3按键输入电路电源输入电路设计DC电源插座连接的原理：当插头被插入后，电源插座内部的动触点引脚会被顶开，进而切断电路内部的电池负极通路。在这时电源插座线圈通电后，线圈中的铁芯会产生强大的电磁力，与衔铁吸引带动内部的簧片，使触点1、2断开，此时1，3脚接通电源，为通路供电。DC电源插座的接线是，零线接电源插座的引脚左接，火线接右边的引脚，地线接中间(上边)的引脚。六脚开关（六脚自锁开关），也称双刀双掷开关，共有两排三对引脚，三对分别是：常开、公共端、常闭。通过DC直流电源插座正极与按键六角开关的一脚连接，构成电源输入电路，这样才能控制电源的通断。电源输入的连接图3-4所示：图3-4电源输入电路LED照明电路设计照明方案的确定目前常用的调光技术主要有:1。直流电源LED的调光技术。2.

使用脉宽调制(PWM)调光。3.采用可控硅对LED调光。依照传统技术的应用有三种方法可以选择。方案一：直流电源LED的调光技术如果有必要更改变LED的亮度，这是相对容易做到的。具有单向导电性的发光二极管是由电流器件驱动的，因为LED的亮度是由通过它的电流决定的，在一定范围内，电流越大亮度越高，反之亦然。调整LED亮度只需要调整电流的大小,LED工作电流很低，通常需要一个串联限流电阻,因此当我们改变检测限流电阻时，可以改变电流的大小来改变LED的亮度。但限流检测电阻值通常很小，用非常小的阻值电位器来调节电流，操作上很难实现电流调节。因此，一般不采用调整电阻的大小来实现电流的调节。为了实现电流调节，一些芯片提供控制电压接口，通过改变输入控制电压，可以改变输出恒流值，这使得它更容易实现。然而，采用正向电流法调节亮度存在一个问题，即在改变亮度的同时，也会改变其光谱和色温。调整电流会导致严重的问题，那就是阻止恒流源工作。长期在低亮度下工作，可能会降压型恒流源效率，导致温升升高，使其无法工作。精确调光不能通过调节正向电流获得。方案二：使用脉宽调制(PWM)调光LED是一种发光二极管，可以快速打开和关闭。这与其他发光器件相比是不可比拟的。因此，我们需要将电源转换为脉冲恒流电源。通过改变电源的脉冲宽度，可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM)调光方法。如果脉冲周期为tpwm，脉冲宽度为ton，则其工作比D(或孔隙率比)为ton/tpwm。通过改变恒流源脉冲的工作比率，可以改变LED的亮度。简而言之，PWM是模拟信号电平的数字编码方法。使用高分辨率计数器，对方波的占空比进行调制，以编码特定模拟信号的电平。PWM信号甚至更数字，因为在任何给定时刻，全振幅DC电源完全打开或完全关闭。电压或电流源以重复脉冲的ON或OFF序列施加到模拟负载上。通就是负载增加直流电源时为“On”，断开电源时为“off”。只要带宽足够，任何模拟值都可以用PWM编码。PWM调光的优点:1.不会产生任何色谱偏差;2、PWM调光具有很高的调光精度;3、可结合数字控制技术进行控制。因为任何数字都可以很轻易地转换为PWM信号;4.PWM调光可以很容易地通过软件实现，用途广泛。方案三：采用可控硅对LED调光。一般的照明灯具通常用可控硅来调整光线，比如白炽灯和卤素灯。因为它们基本上是纯阻器件，所以使用纯阻器件作为照明工具的照明系统对输入电压没有要求，输入电压是否为正弦交流电对照明系统没有影响。通过纯电阻器件的电流和电压波形完全相同，因此无论电压波形如何偏离正弦波，都可以通过改变输入纯电阻器件电压的有效值来调整光线。然而可控硅并不能使LED供电的照明系统来调节光线，因为LED不是一个纯阻性器件。总而言之，最好的LED调光技术是PWM调光。当使用PWM调光时，可以使用微控制系统，比如单片机，通过程序可以预先设定灯光的亮度级别，然后通过调节灯光的级别就可以进行达到。PWM调光可以直接应用于调光台灯，所以我最后选择了方案二。LED灯照明电路如图3-7所示。本设计采用市场上的一款小型USB灯作为照明设备，拆开这盏小灯的外壳，就会找到它，它实际上是6个白色LED灯和6个电阻串联在一起。使用这盏USB小灯，不仅使设计更加简单，并且让外观上更好看，更接近现实中的台灯外观。实际电路是使用PNP三极管驱动，其型号为S8550，基极串联限流电阻后再连接到单片机的IO口。发射极接电源，集电极串联USB小灯后再连接到到电源地。只要单片机的IO口输出一个低电平信号，就可以控制三极管传导，然后LED灯就可以点亮。图3-7LED照明电路语音播报电路设计语音播报电路主要由语音芯片JQ8900-16P，喇叭、串口线与单片机等组成。喇叭播报储存在芯片里面的MP3片段从而达到语音提醒的作用。当电路通电，单片机定时器初始化开始计时，计时一小时，单片机通过串口控制语音芯片，喇叭中的线圈得电，其线圈就会产生磁场，与磁铁的磁场相互作用下，线圈振动，产生振动，喇叭播放语音芯片里的第一段录音。计时2小时，喇叭播放语音芯片里的第二段录音；计时3小时，喇叭播放语音芯片里的第三段录音；计时4小时，喇叭播放语音芯片里的第四段录音。语音播报电路如图3-8所示：图3-8语音播报电路模块指示灯电路当向发光二极管施加直流电压时，从P区注入N区的空穴和从N区注入P区的电子，在PN结附近的几微米内，它与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射荧光。不同半导体材料中电子与空穴的能态不同。当电子和空穴重新结合时，释放的能量是不同的。释放的能量越多，发出的光的波长就越短。通常使用发出红色，绿色光或黄色光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线非常陡峭，在使用过程中必须串联限流电阻，以控制通过二极管的电流。此电路通过高低电平控制D1灯亮灭，当LED端低电平0V时，D1灯亮；当LED端高电平，D1灯灭。当台灯通电后，灯D1亮，台灯是自动模式，自动根据环境亮度调光。按下按钮，灯D1灭，台灯是手动模式，可以通过按钮控制灯亮度。图3-9模块指示灯电路控制模块设计控制器的选型（1）选择STC89C52型号的单片机STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的STC89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。（2）主要功能特性 ◆兼容MCS51指令系统； ◆8k可反复擦写(>1000次）FlashROM； ◆32个双向I/O口；◆256x8bit内部RAM； ◆3个16位可编程定时/计数器中断；◆时钟频率0-24MHz； ◆2个串行中断； ◆可编程UART串行通道； ◆2个外部中断源； ◆共8个中断源； ◆2个读写中断口线； ◆3级加密位； ◆低功耗空闲和掉电模式；◆软件设置睡眠和唤醒功能；（3）8051单片机的引脚功能MCS-51系列单片机一般采用40个引脚，双列直插式封装，用HMOS工艺制造，其外部引脚排列如图3-2所示。其中，各引脚的功能为:图3-2STC89C52引脚图①主电源引脚VCC（40脚），接＋5V电源正端；GND（20脚），接＋5V电源地端；②外接晶体或外部振荡器引脚XTAL1（19脚），接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器 的输入端。当采用外部振荡器时，此引脚应接 地。XTAL2（18脚），接外部晶振的另一个引脚。在片内接至反相放大器的输出端和 内部时钟电路的输入端。当采用外部振荡器时，此脚接外部振荡器的输出端。③控制信号线RESET（9脚），复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端。ALE（30脚），地址锁存允许/编程脉冲输入，用ALE锁存从P0口输出的低8位地址。在对片内EPROM编程时，编程脉冲由此输入。PSEN（29脚），外部程序存储器读选通信号，低电平有效。 EA（31脚）,访问外部存储器允许/编程电压输入。EA为高电平时，访问内部存 储器；低电平时，访问外部存储器。④多功能I/O口引脚8051单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中：P0口（32～39脚）——双向口（三态），可作为输入/输出口，可驱动8个LSTTL门电路。实际应用中常作为分时使用的地址/数据总线口，对外部程序或数据存储器寻址时低8位地址与数据总线分时使用P0口：先送低8位地址信号到P0口，由地址锁存信号ALE的下降沿将地址信号锁存到地址锁存器后，再作为数据总线的口线对数据进行输入或输出。 P1口（1～8脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。用作输入线时，口锁存器必须由单片机先写入“1”，每一位都可编程为输入或输出线。 P2口（21～28）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。可作为输入/输出口，实际应用中一般作为地址总线的高8位，与P0口一起组成16位地址总线，用于对外部存储器的接口电路进行寻址。 P3口（10～17脚）——准双向口（三态），可驱动4个LSTTL门电路。双功能口，作为第一功能使用时，与P1口一样；作为第二功能使用时，每一位都有特定用途，其特殊用途如表3.1所示：表3.1P3口第二用途端口引脚第二功能注释P3.0RXD串行口数据接收端P3.1TXD串行口数据发送端P3.2/INT0外中断请求0P3.3/INT1外中断请求1P3.4T0定时/计数器0外部计数信号输入P3.5T1定时/计数器1外部计数信号输入P3.6/WR外部RAM写选通信号输出P3.7/RD外部RAM读选通信号输出控制器的电路设计单片机STC89C52的最小系统如图3-3所示，最小系统由晶振电路、复位电路、电源电路三个部分组成。晶振电路包括2个30pF的电容C2和C3，还有12M的晶振X1。电容的作用是起振，帮助晶振更容易的起振，取值在15-33pF的范围中。晶振的取值也可以是24M，晶振的取值越高，单片机的执行速度越快。在进行电路设计的时候，晶振部分越靠近单片机越好。单片机复位电路就好比电脑的重启部分，按下重启按钮，内部的程序从头开始执行。复位电路由10uF的极性电容C1和10K的电阻R4构成。利用电容电压不能突变的性质,当系统一通电，RESET脚将会出现高电平，并且这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定。电源部分，可采用电脑USB口、移动电源等设备5VUSB进行供电。特别注意的是，对于31脚(EA),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。由于我们的程序存储在了单片机内部，所以EA要接高电平，保证单片机是从内部读取程序去执行的。图3-3单片机最小系统软件设计与仿真程序流程图设计总体程序流程图设计本系统的软件流程图如图4-1所示，当接通电源，按下电源开关按钮，单片机定时器开始初始化，判断按键1是否被按下，被按下的话则切换控制模式，即手动调光模式变为自动调光模式，自动调光模式变为手动调光模式。如果是自动模式，先判断过去的1分钟是否检测到有人在范围内存在，有的话则通过读取ADC0832的数据，之后计算出当前环境的光照强度，根据不同的光照强度，自动调节台灯的亮度，实现光线越暗，台灯越亮的效果。检测不到人的话，台灯自动熄灭。如果是手动模式，则分别判断按键2和按键3有没有被按下，如果按键2被按下，则按一次降低台灯亮度一次，如果是按键3被按下，则按一次增加台灯亮度一次。当单片机的定时器初始化后，定时器开始计时，计时到了1小时，喇叭播放第一段录音；计时到了2小时，喇叭播放第二段录音；计时到了3小时，喇叭播放第三段录音；计时到了4小时，喇叭播放第四段录音。图4-1主函数流程图模数转换程序设计读取ADC0832芯片的采集数据之前，单片机要先发一个起始信号给ADC芯片，由于ADC0832有两路AD转换通道，因此还需要发一个通道选择信号，告诉ADC芯片要选择哪个通道进行转换。之后就进行采集结果的读取，ADC芯片会返回2字节数据，第1字节是进行正向传输，第2字节是反向传输，之所以要进行两次的传输，是因为可以把这两字节数据进行校验，以判断传输是否出错。最后把读取的AD结果返回给主函数。模数转换流程图如图4-2所示：图4-2模数转换流程图PWM调光程序设计PWM调光程序流程图如图4-3所示，PWM称为脉冲宽度调制，PWM调光的原理主要是首先确定一个固定的时间周期，在本设计中把这个周期定为10毫秒，这个周期的时间不宜过长，否则会有台灯闪烁的现象。然后在这个周期里面，确定不同的高低电平比例，即可确定不同的台灯亮度。如下流程图所示，假如N的取值是3，那么就是点亮台灯3毫秒，熄灭台灯7毫秒，然后又重新点亮3毫秒，熄灭7毫秒，依此循环。这样亮灭的时间比例就是3:7，亮的时间所占的比例越大，台灯就越亮。图4-3PWM调光程序流程图语音播报程序设计语音播报流程图如图4-4所示，当接通电源，按下电源开关按钮，当单片机定时器的初始化后，定时器开始计时，计时到了1小时，喇叭播放第一段录音；计时到了2小时，喇叭播放第二段录音；计时到了3小时，喇叭播放第三段录音；计时到了4小时，喇叭播放第四段录音。图4-4语音播报流程图按键控制程序设计按键控