多功能智能台灯设计报告.doc

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1、多功能智能台灯设计报告摘 要本项目以智能、绿色环保和节能为导向设计系统，以人性化保健和方便人们生活为理念设计功能；系统使用集成PWM、AD转换功能芯片、热释电传感器、无线接收模块和STC89C52单片机实现台灯的智能化控制；应用PWM技术实现LED照明光源大范围调光的控制和驱动；电源采用太阳能和市电结合；系统实现电能的循环利用。所实现功能：可以自动感应人体是否在场而实现自动开关灯以实现节能，根据外界光线来适时调节台灯的亮度。自动调时计时提醒休息，让人的眼睛更加健康，同时播放音乐，解除疲劳。有无线遥控控制系统，方便人们日常生活应用，达到最佳的人性化效果。关键字：STC89C52单片机；台灯；智能

2、；环保；保健；目录摘 要1一、系统方案21.1 系统设计方案的提出21.2灯的选择21.3控制芯片的选择21.4电源方案3二、系统设计32.1系统概述32.2系统的基本功能42.3 系统工作原理及主要硬件电路设计42.3.1 系统基本工作原理42.3.2 硬件设计52.4 软件设计11三、测试说明153.1系统测试方案153.2测试设备163.3电源测试163.4 LED灯调光及相关数据的测试163.5软件调试16四、结束语16参考文献：17附录：17作品操作说明：17程序清单：17一、系统方案1.1 系统设计方案的提出社会在不断进步，人类在不断追求，随着生活节奏的加快，人们越来越需要方便快捷

3、的生活方式，智能化家居也因此逐步走进我们的生活。随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化。家用电器在不断发展，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。目前在国内外的灯光照明产品已多不胜举，但是否具备好的市场竞争力，依靠的是能否跟得上社会的发展，能否满足人们日常生活的需求。随着社会的发展，人们的生活水平不断提高，但工作也越来越繁忙，多少人为了工作，整天对着电脑，由于光线不足导致眼疲劳甚至近视或近视加深；多少人为了工作忘记了休息甚至趴在电脑前睡着了；多少人为了工作而导致精神紧张。也经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。且现在的

4、普通台灯90%的供电系统是用交流电经变压后直接供电，在用电高峰期时使用会增加供电系统的负担，并且停电时不能工作，移动使用性较差，太阳能是新型的绿色能源，但普及率还不高。为了改善人们的工作和生活环境，我们提出了多功能智能台灯方案。1.2灯的选择“使用哪类型的灯？”这是系统所要考虑的第一个问题。根据所要实现的功能和灯的应用场合的特点；我们选用LED灯作为系统所针对设计的灯。理由如下：LED被认为是21世纪的照明光源，LED发光器是冷光源，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10

5、0倍。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。另外，环境亮度不够时，有人时亮，无人时灭，开关频率较高；对于普通的灯（如白炽灯），因为频繁的开关，使用宿命会降低；而LED灯不会；再则，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提使用的是交流电，所以每秒钟会产生100-120次的频闪，而LED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。因此，本系统采用LED灯是最佳的选择。1.3控制芯片的选择经分析和实验，我们采用PWM控制三极管实现对

6、电流大小的控制；采用热释电传感器感应是否有人，如有人则发指令让单片机控制台灯亮，反之让台灯灭；采用DS18B20芯片和PCF8563时钟芯片对当前温度和时间进行实时显示。进而，我们选择了使用性高且价格较便宜的STC89C52单片机作为控制芯片，该系列单片机电路成熟，应用广泛。1.4电源方案台灯一天的耗能是比较少的；以环保节能和市场的要求（能适合较多的客户的需要），系统设计了双电源输入的电源方案。一个为太阳能系统电源输入，另一个为市电输入。太阳能和LED是绝配的组合，时代的发展。我们还设计出电能和光能的循环利用，充分利用电能，最能体现节能环保。相对于单电源设计，双电源的优势如下：只增加少量的成本

7、，就可适应更多的客户需要，可实现不间断供电。系统控制中心电源选用开关电源集成ICLM7805，理由：1、电路简单、稳定，调试方便（几乎不用调试）；2、价格便宜；3电路中几乎没有产生高频或者低频辐射信号的元件，工作频率低，EMI等方面易于控制。二、系统设计2.1系统概述多功能的智能台灯有许多普通按键式台灯所无法比拟的优势。多功能智能台灯集照明、节能、自动调节亮度、设置时间提醒、播放音乐解除疲劳这些功能于一体。它趋于人性化，更是优化人们的生活方式：在黑暗的时候，它的自动开关灯功能让人们使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦；在无人使用时，它可以自动关灯，节省电能，有利于环保；它的自动调节亮度功能有助于

8、预防眼睛近视；同时，它可以帮助人们有效地安排学习工作及休息时间，让人们在休息时还可以聆听音乐解除疲劳。它可以说是学习、工作、生活上的一个“智能保健师”。我们的多功能智能台灯分成自动和手动两种模式。在自动模式下，台灯能根据环境光的亮暗与人是否被台灯检测到（人是否在）来自动开启台灯。系统设计了热释电传感器控制电路，当人体离台灯一定距离时，自动感应开灯，并能定时播放音乐。手动模式是为了不习惯使用自动模式的人或台灯中的微机出现故障等紧急情况时用的。在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的。本项目的创新点在于：第一、智能。以人体红外辐射（波长为10um）传感器控制电路实现人体距离台灯的自动检测，实现

9、自动感应开光灯，达到智能控制和节能的目的；可通过单片机控制，实现自动调光功能，可起到保护眼睛的作用。第二、低碳。台灯采用LED光源体，耗电极小；采用太阳能电池板给台灯电池充电，充分利用绿色能源，符合节能减排，营造低碳生活环境的发展趋势。第三、电能循环利用。在外观设计时，我们将太阳能电池板安放在台灯下面，在白天可以对太阳能进行充电，在台灯亮的同时也能对太阳能进行充电，这就实现了将电能转换为光能，又将光能转换为电能的循环利用。第四、多功能。台灯可以自动感应人体是否在场而实现自动开关灯以实现节能，根据外界光线来适时调节台灯的亮度。自动调时计时提醒休息，让人的眼睛更加健康，同时播放音乐，解除疲劳。达到

10、最佳的人性化效果。2.2系统的基本功能 根据我们的目标所要实现的功能，我们经过仔细分析，充分考虑各种影响因素，制定出了整体的设计方案。以STC89C52单片机为核心，结合无线收发和传感器件、时钟芯片等协调完成以下几个功能：(1) 可实现太阳能和市电的切换，实现不间断供电。(2) 当有人靠近台灯且环境光强较弱时，灯自动点亮；人离后自动熄灭。(3) 全亮模式，可作为后备灯使用，系统可由太阳能供电，节能省钱。(4) 自动调光功能：LED台灯会根据外界环境的亮度自动进行调光，这有利于保护眼睛，防止近视。(5) 系统实现温度感应显示和时钟显示功能，实时显示当前时间和当前室温。(6) 在自动模式下可定时自

11、动播放音乐，使人放松心情，减轻疲劳。(7) 遥控器可以实现对系统的控制。(8) 可适应电压范围宽，5-8V可稳定工作。2.3 系统工作原理及主要硬件电路设计2.3.1 系统基本工作原理一、系统组成：系统原理框图：无线遥控YAOKONG热释电人体感应无线发射光敏传感模块控制中心STC89C52LED驱动LED灯无线接收音乐播放市电与太阳能切换模块5VPWM市电5V适配器5V5V锂电池太阳能PCF8563调时显示温度图2.1 系统原理框图本系统组成如上图所示，主要由四部分组成：（1）双电源模块：在白天，太阳能电池板对锂电池进行充电，以实现对台灯的供电。当锂电池的电量不足时，可切换为市电供电模式对台

12、灯进行供电。（2）以STC89C52组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令。（3）输出提醒电路及LED灯驱动电路：给出提醒信号并根据STC89C52给出的命令控制灯光及实时显示当前温度和时间。（4）无线遥控模块：通过无线收发器对系统进行控制。二、系统基本工作原理整个系统是以单片机STC89C52控制下工作的。其工作过程为：热释电红外传感器探测比较远的距离，当人体进入到传感器的探测范围内，信号处理电路检测到高电平，从而启动热释电红外传感器和LED灯工作，并利用PWM技术对LED灯进行亮度调节。通过单片机对PCF8563芯片、DS18B20芯片和LCD1602进行编程控制，对当前时间和温度进行

13、实时显示，并通过几个按键进行调时。系统通过单片机进行定时控制播放音乐，设置几个按键对系统进行开关及模式转换控制。2.3.2 硬件设计（1）太阳能与市电切换电源模块本系统的特色之一可实现太阳能（配5V锂电池）和市电经适配器转换后的5V电源切换。电源为太阳能和市电双电源时，将SW2按下，系统实现太阳能供电；当没有太阳能供电时，将SW1按下，则为市电供电。以此实现对台灯的不间断供电，这样适合不同客户的需要。由上述模块电源经开关电压集成ICLM7805应用电路转换得到5V电源，以此作为控制系统电源。并将电流通过电解电容，逐步达到滤波的作用。具体电路如下图2.2所示：图2.2 电源切换模块(2) 音乐报

14、警模块WARN连接单片机I/O口的P3.1,当系统内部设定的休息时间一到，单片机P3.1输出低电平，Q1导通，继电器K1的1脚和3脚合上，既而蜂鸣器响。具体电路如下图2.3所示：图2.3 音乐报警模块（3）自动调光模块脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。我们运用脉宽PWM法，通过测量光敏电阻两端的电压值，经AD转换后得出的数值来改变单片机的PWM的占空比，实现自动调光功能。具体电

15、路如下图2.4所示：图2.4 自动调光模块（4）LED恒流电路使用三极管8550是电流控制电压器件，通过控制PWM的占空比达到对电流大小的控制。PWM连接单片机的P1.4。具体电路如下图2.5所示：图2.5（1） LED恒流电路图2.5（2） LED灯模块（4）无线接收模块、无线传感模块和无线遥控器采用8位地址码和4位数据码的可编码的无线接收模块，地址码有6561种；只有发射模块的地址码、工作频率和震荡电阻等与之相同时接收模块才能接收到信号，故不用担心受到其他干扰，而且接收数据的编码有15种。接收模块如下图2.6所示：图2.6 无线接收模块（P0接无线发射模块）根据系统设计需要采用通用遥控器，

16、如下图2.7所示：图2.7 遥控器系统三种模式对应三个无线传感模块，通过对待机模式，全亮模式，和自动模式的远距离控制，使得整个台灯更富人性化和智能化。无线人体红外热释电的原理图如下图2.8所示：图2.8 无线人体红外热释电的原理图（5）PCF8563时钟芯片调时模块 本系统在设计中的巧妙之处就是应用了4输入与门芯片74LS21，实现了所有键都用于单片机的中断处理，以此避免了不按下按键时单片机仍停留在扫描某按键这一程序里，做不了别的事情。用中断处理有利于单片机系统正常运行。在本模块中，采用了PCF8563时钟芯片、74LS21四输入与门芯片和三个按键对时间进行调时控制。3个按键接四输入与门，一有

17、按键按下，就给单片机一个中断请求，单片机再根据此中断请求对时间进行加一、减一调节。具体电路图如下图2.9所示：图2.9 PCF8563时钟芯片调时模块（6）控制中心（单片机）模块其具体电路图连接如下图2.10所示：图2.10 单片机控制模块2.4 软件设计系统的功能主要由软件实现，通过对控制中心芯片STC89C52的软件编程实现台灯的智能化控制，软件编程要实现热释电红外传感器检测和外部按键信号的处理，遥控接收模块的信息处理。软件的具体流程如下流程图所示：（1）主流程图（如下图2.11所示）：开始初始化人体感应与自动模式标志？启动定时器温度函数读时间调时模式？显示调时显示正常时间YNYN温度函数

18、图2.11主程序流程图（2）定时器0（调PWM脉宽）中断流程图（如下图2.12所示）：开始停止计数PWM口置1结束图2.12定时器T0中断流程图（3）定时器1（调节PWM频率）中断流程图（如下图2.13所示）：开始PWM置零读串行AD函数送T0初始值音乐是否开始？延时关闭人体感应标志？开启T0结束YNYN图2.13 定时器T1中断流程图（4）外部中断0中断流程图（如下图2.14所示）：开始按键扫描函数是否调时？调时完毕？写时间数据结束YNYN图2.14 外部中断0中断流程图（5）外部中断1中断流程图（如下图2.15所示）：开始音乐标志置位开启音乐功能结束图2.15 外部中断1中断流程图（6）按

19、键扫描函数流程图（如下图2.16所示）：开始哪个键按下？键1键2键3键4键5键6延时消抖延时消抖延时消抖延时消抖延时消抖延时消抖调时标志0？调时标志0？设调时标志count关灯待机全亮开启自动模式时间加1时间减1count4?count=0结束YNNNYY图2.16 按键扫描函数三、测试说明3.1系统测试方案先分别测试电源、LED灯调光及相关数据的测试，再组合对时间温度显示、调时、遥控、人体感应等功能进行软件调试。3.2测试设备直流电源，数字万用表，示波器。3.3电源测试测试方案：太阳能输入口接直流电源模拟电源变化；并接上市电，输出端接电压表。调节稳压电源，观察电压表的电压变化；看是否实现目标

20、。3.4 LED灯调光及相关数据的测试LED灯是电流源器件，其亮度与流过的电流有关，电流越大，LED灯越亮，每种LED灯都有其流过电流的限制，系统选择5mmLED草帽灯，当流过电流为1520mA最佳，效率高。系统采用控制变量法进行以下测试：（1）输入电压一定，改变PWM的占空比 （2）PWM的占空比一定，改变输入电压经实验分析可得：当输入电压一定时，流过LED的电流随PWM的占空比的增大而增加，电流的增加比较幅度比较平稳。系统设计以60颗LED为对象，综合LED的特性及电池电压的变化，应将PWM的最高占空比限制在95%左右，即使当输入电压为5V时，流过LED的最大电流为150mA左右。从控制占

21、空比一定时，可以看出在锂电池工作电压变化范围内流过LED的电流基本保持在120mA至150mA的范围内，在此变化范围内LED的亮度变化很小。故符合系统的需要。3.5软件调试将控制中心、LED、温度传感、时间调时、人体感应、无线模块、直流电源组合起来；通过调试，实现太阳能和市电切换供电。再进行LED灯的调试，通过软件限定PWM的最高占空比，使在输入电压为5V时流过LED的电流最大为145mA。接着，进行功能的调试和实现。四、结束语经过重重困难及挑战，多功能智能台灯终于做出来了并且调试成功。本系统适合范围广，扩展方便，功能容易提升，故拥有比较大的市场空间。本作品最值得一提的是我们充分利用了单片机的

22、所有I/O口资源，并且只用单面电路板实现复杂的电路图布线。在开发、调试与检测过程中，我们悟出了一句话：只要思想不懒惰，方法总比困难多！参考文献：【1】单片机C语言程序设计实训100例基于8051+Proteus仿真（彭伟编著）【2】单片机开发系统及其应用技术（丁向荣、贾萍主编，刘映群、周永明副主编）【3】单片机C语言编程与实践（丁向荣、谢俊、王彩申主编，田森平主审）【4】Protel DXP电路原理图与PCB设计（郝文化主编，黄炜等编著）附录：作品操作说明：1. 开电源并选择电源模式：按下电源开关，断开市电与太阳能的切换开关，此时台灯工作在外接电源状态；若按下市电与太阳能切换开关，此时台灯工作

23、在太阳能供电的状态。2. 自动模式状态：打开电源系统自动进入自动模式，此时人体进入热释电的感应区域，台灯亮。调光和音乐播放由系统自动完成。3. 全亮或待机状态：打开电源后，按下全亮或者待机键，系统将进入全亮或待机模式。4. 遥控控制：遥控三个键分别控制台灯的自动，全亮，待机三种状态，按下相应的键即可。5. 调时：首先按下调时键进入调时界面，调时可调整小时和分钟，按位调节，“+”“-”键分别对其加一或减一操作，确定时按下调时键进入下一位调整，如此四次调整四位后，再按下调时键将跳出调时模式。程序清单：#include #include / 声明了void _nop_(void)#define uc

24、har unsigned char#define uint unsigned int#define lcd_d P2typedef bit BOOL ;sbit CLK=P10;sbit DAT=P11;sbit CS=P12;sbitganying=P13;/热释电sbit PWM=P14;sbit rs = P15; /RSsbit rw = P16; /读写选择RWsbit e = P17; /使能信号Esbit DQ = P30;/单总线接口sbit scl=P36; /定义串行I/O口sbit sda=P37;sbit key1=P03;/加一键sbit key2=P04; /减一键

25、sbit key3=P05; /调时sbit key4=P00;/全亮sbit key5=P01; /全灭sbit key6=P02;/自动sbit warn=P31;uchar bdata ADCdata;sbit ADbit=ADCdata0;uint temp,count1,music_count1,music_count2,music_count3;uchar count=0;bit flag,flag1,flag2=0,music_flag,model_flag=0,model_flag1=0;idata uchar rom_sed10; /当前发送值idata uchar rom_

26、rec7; /接收值char data diff=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;char data diff1=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;void pcf8563();void Write_data();/*;* 函数名： delay;* 功能描述：延时子程序;* 调用函数：无;*/void delay1ms(uchar ms) uchar i; while(ms-) for(i = 0; i0;i-) DQ = 0; /将总线拉低，要在1us之后释放总线 /单片机要在此下降沿后的15us内读数据才会有效。 _nop_(); /至

27、少维持了1us,表示读时序开始 dat = 1; /让从总线上读到的位数据，依次从高位移动到低位。 DQ = 1; /释放总线，此后DS18B20会控制总线,把数据传输到总线上 delay(1); /延时7us,此处参照推荐的读时序图，尽量把控制器采样时间放到读时序后的15us内的最后部分 if(DQ) /控制器进行采样 dat |= 0x80; /若总线为1,即DQ为1,那就把dat的最高位置1;若为0,则不进行处理,保持为0 delay(10); /此延时不能少，确保读时序的长度60us。return (dat);void Write_One_Byte(uchar dat)uchar i

28、= 0;for(i=8;i0;i-) DQ = 0; /拉低总线 _nop_(); /至少维持了1us,表示写时序(包括写0时序或写1时序)开始 DQ = dat&0x01; /从字节的最低位开始传输 /指令dat的最低位赋予给总线,必须在拉低总线后的15us内, /因为15us后DS18B20会对总线采样。 delay(10); /必须让写时序持续至少60us DQ = 1; /写完后,必须释放总线, dat = 1; delay(1);uint Get_Tmp() /获取温度get the temperaturefloat tt;uchar a,b;Init_Ds18b20(); /初始化

29、Write_One_Byte(0xcc); /忽略ROM指令Write_One_Byte(0x44); /温度转换指令Init_Ds18b20(); /初始化Write_One_Byte(0xcc); /忽略ROM指令Write_One_Byte(0xbe); /读暂存器指令a = Read_One_Byte(); /读取到的第一个字节为温度LSBb = Read_One_Byte(); /读取到的第一个字节为温度MSBtemp = b; /先把高八位有效数据赋于temptemp 4; /BCD码转十进制 高位右移4位 diff2=rom_rec1&0x0f; diff3=rom_rec14;

30、 diff4=rom_rec2&0x0f; diff5=rom_rec24; lcd_start(0x44);lcd_data(48+diff5);lcd_start(0x45);lcd_data(48+diff4);lcd_start(0x46);lcd_data(-); lcd_start(0x47);lcd_data(48+diff3);lcd_start(0x48);lcd_data(48+diff2);lcd_start(0x49);lcd_data(-); lcd_start(0x4a);lcd_data(48+diff1);lcd_start(0x4b);lcd_data(48+

31、diff0);void lcd_display1()/ lcd_init(); lcd_start(0); / 设置显示位置为第一行的第5个字符 lcd_data(T);lcd_start(1);lcd_data(m);lcd_start(2);lcd_data(p);lcd_start(3);lcd_data(:); lcd_start(4);lcd_data(48+temp/100);lcd_start(5);lcd_data(48+temp/10%10);lcd_start(6);lcd_data(.); lcd_start(7);lcd_data(48+temp%10); delay1

32、ms(1); lcd_start(0x44);lcd_data(48+diff15);lcd_start(0x45);lcd_data(48+diff14);lcd_start(0x46);lcd_data(-); lcd_start(0x47);lcd_data(48+diff13);lcd_start(0x48);lcd_data(48+diff12);lcd_start(0x49);lcd_data(-); lcd_start(0x4a);lcd_data(48+diff11);lcd_start(0x4b);lcd_data(48+diff10);/*/ AD转换/*uchar TLC549ADC(void) uchar i; CLK=0; DAT=1; CS=0; /使能549 for(i=0;i8;i+) CLK=1; /准备好数据 _nop_(); _nop_(); ADCdata=1; /AD转换 ADbit=DAT; CLK=0; _nop_();