家用节能灯自动控制系统设计论文.doc

1、 摘要本设计采用Atmel公司生产的8位单片机AT89C51对室内正常灯光和智能光控灯光进行控制，通过I/O接口输出的信号来控制灯泡的亮灭情况。我设计的课题主要分为四个部分：键盘操作部分，微控制部分，室内灯光控制部分和智能光控部分。我们通过键盘操作来给灯泡一个模式，正常模式和光控模式。在光控模式中，通过光敏电阻感受光的强度，来给比较器一个高低电压，与我们之前设定的基准电压作比较。再由微控制部分接收、判断并输出信号来控制灯泡的亮灭情况，来完成整个工作过程。关键词 光敏电阻；单片机AbstractThis design uses Atmels 8-bit microcontroller AT89C

2、51 produced by normal indoor lighting and intelligent light control lighting control, through the I / O interface, the output signal to control the lamps light eliminate the situation.I designed the subject is divided into four parts: keyboard parts, micro-control section, indoor lighting controls,

3、parts and intelligent light control section. We have adopted to give bulbs a keyboard operation mode, normal mode and light control mode. In the light control mode, through the light intensity of feeling light-sensitive resistors, to give a high and low voltage comparator, and before we set the refe

4、rence voltage for comparison. Received by the micro control part, determine and output signals to control the lamps light eliminate conditions to complete the entire work process.Key words: photosensitive resistance;SCM目录1概述62系统框图72.1正常模式72.2光控模式83.家用节能灯自动控制系统结构83.1键盘操作83.2微控制系统9主要特性：10管脚说明：103.3室内灯

5、光控制123.31电路原理133.32元器件说明133.4智能光控系统143.4.1电路原理153.4.2光敏电阻的工作原理：153.4.3LM32417结束语19参考文献20附录211概述 人类生活除了水、空气、食物必需用品之外，光一直影响人们的作息，一直过着日出而作，日落而息的生活。直到1879年爱迪生发明了电灯炮（白炽灯），可以说是给社会乃至整个人类史带来了辉煌的一笔。而随着社会的进步发展，人类更注重节能环保，这样我们的照明系统也在不断的更新，为了更方便更节能，我们的照明系统也在不断地完善。 在生活中我们常会因为天气较亮的时候经常忘记关灯，有时为了局部需要又往往不得不大面积的开灯，因此致

6、使大量电能被浪费。解决这一问题较好的办法通常是采用照明自动控制系统。如采用超声波开关系统或微机自动控制系统及优化开关控制路数，以满足灯开、关的数量和事先设定的照度要求，以期合理用电。因此我设计了这个照明自动控制系统，它融合了我们日常的照明装置，而且更人性化的添加了自动光控系统。你可以根据不同的环境来设置它不同的模式。 在这几年的学习过程中，主要学习的是弱电。但是这次毕业设计及制作过程中，我使用了模拟电子技术、数字电子技术，单片机技术，光电检测技术，电气控制技术以及机械等技术进行设计及制作。我把这几年中所学的理论知识基本都融合起来了，这次的设计及制作对理论联系实际有了一定的作用，使我三年中所学的

7、理论知识得到了升华，同时也提高了我的独立思考和动手能力 我设计的课题主要分为四个部分：键盘操作部分，微控制部分，室内灯光控制部分和智能光控部分。我们通过键盘操作来给灯泡一个模式，正常模式和光控模式。在光控模式中，通过光敏电阻感受光的强度，来给比较器一个高低电压，与我们之前设定的基准电压作比较。再由微控制部分接收、判断并输出信号来控制灯泡的亮灭情况。新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构，为系统的扩展和配置打下了良好的基础。2系统框图微控制器部分外部光线感应（智能光控）键盘控制室内灯光控制 图2-12.1正常模式按键闭合，微控制部分接收到一个电信号，将信号传到室内灯光控制部分，使其做出相应的

8、响应。2.2光控模式按键闭合，智能光控部分中的外部光线感应器件，感受光线的亮暗程度来调节自身的阻值的大小，即对应电压值在起变化，与我们之前设置的基准电压作比较。满足条件时，则将其信号反馈给微控制器并对其进行处理，然后把信号传到室内灯光控制部分，使其做出相应的响应。3.家用节能灯自动控制系统结构3.1键盘操作 图3-1键盘操作开关选用SW-SPST单刀单掷开关，控制每个房间有两个开关。一个控制正常照明系统，一个控制光控节能系统。当SW1开关闭合启动正常模式，当SW2开关闭合启动光控模式。如此选用有两个好处：一是便于观察开关的闭合情况，二是分开独立，互不影响。 3.2微控制系统 图3-2微控制部分

9、选用我们常见的AT89C51,主要用来接收、判断并输出信号。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT8

10、9C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的

11、第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的

12、缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 T

13、XD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于

14、定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电

15、平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 复位：当在89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就

16、处于循环复位状态)。实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。这里我们采用第一种，上电复位。上电复位要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位电路如图 a所示。图 3-3上电复位电路上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。RST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。该电路典型的电阻和电容参数为：晶振为12MHZ时，C1为10F，R1为8.2K;晶振为6MHZ时，C1为22F,R1为1K。3.3室内灯光控制 图3-43.31电路原理如图所示，当ROOMLED端口接到

17、低电位信号，经过7404反相器给三极管基极一个高电位，使三极管导通，并将信号放大送入继电器形成回路，使继电器闭合。灯泡工作。3.32元器件说明采用弱电控制强电，选用HK4100F电磁继电器来实现。在各种自动控制设备中，都存在一个低电压的自动控制电路与高压电器电路的互相连接问题，一方面要使低压的电子电路的控制信号能够控制高压电器电路的执行元件，如电动机，电磁铁，电灯等；另一方面又要为电子线路的电气电路提供良好的电隔离，以保护电子电路和人身的安全，电磁式继电器能完成这一桥梁作用。电磁式继电器一般由控制线圈、铁芯、衔铁、触点簧片等组成，控制线圈和接点组之间是相互绝缘的，因此，能够为控制电路起到良好的

18、电气隔离作用。当我们在继电器的线圈两头加上其线圈的额定的电压时，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应。衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的接通，切断的开关目的。下面是一个小型信号继电器HK4100F-DC5V-SH的实物照片和主要参数：线圈参数：阻值：120线圈功耗：0.2W额定电压：DC5V吸合电压：DC3.75V释放电压：DC0.5V工作温度：-25+70绝缘电阻：10

19、0 线圈与触点间耐压：4000VAC/1分钟触点与触点间耐压：750VAC/1分钟 图3-53.4智能光控系统 图3-63.4.1电路原理如图所示，电路主要由光敏电阻和LM324比较器组成。光敏电阻的阻值随着光线亮暗程度的变化而变化，光线越暗阻值越大。当光线暗到一定的程度，阻值也达到适当的大小。这时LM324将其所承载的电压值与我们之前设定的基准电压值作比较。当大于基准电压时，比较器LM324输出电压为+5V，经过模数转换7404，将检测信号送入单片机对应端口。（这部分由于要达到仿真效果，选用滑动变阻器代光敏电阻）3.4.2光敏电阻的工作原理：光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材

20、料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。 半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐小。 图3-7光敏电阻结构图片 图3-8光敏电阻外观图片光敏电阻器以硫化隔制成，所以简称为CD

21、S，通常使用热压结晶 体之光电传导零件，其特性有： 1.光传导零件之特性: CDS之相对灵敏度与照射光线之灵敏度有关，波长从5500至 6500A(1A=110-8CM)之间有最大的灵敏度。 2.照度特性： 在同样之电压下，照度愈强，光电流愈大，亦即是电阻愈小，适当 的添加杂质，便能使照度在小11000 LUX范围内保持与光电 时间的直线关系。 3.时间响应特性: 光照射到度件，光电流达到正常值之63%的时间，称为上升时间， 反之一，将光遮断，而光电流减少为原来的63%之时间，则叫做 衰弱时间。一般其值为10毫秒至数秒，若置于黑暗的时间较短而 有照度愈强，向应时间就有愈短之倾向，此外，负载电阻

22、增大，则 上升时间就变短而衰弱时间就变长。 4.温度特性: CDS之禁带宽度高达2.4EV(EV为电子伏特)，故可以在-20C70C 之范围内工作，当温度上升，光灵敏度减少，在低照度时特别显著图3-9光敏电阻CDS之符号 图3-10光敏电阻光谱图光敏电阻特性曲线3.4.3LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。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。每一组运算放大器有5个引出脚，其中

23、“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图10。LM324的特点：1.短跑保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源8.行业标准的引脚排列9.输入端具有静电保护功能LM324引脚图（管脚图）图3-11 LM324引脚图结束语经过两个多月的设计和学习，我终于

24、完成了家用节能灯控制系统的毕业设计的基本要求。从拿到题目到系统的实现，再到设计内容的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的最大的项目。在这段时间里，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于简易数字存储示波器的基本原理与设计理念，从对部分软件的一无所知，对EDA、Proteus等相关技术很不了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获。从中设计也给我的生活带来了一定的乐趣，在属于自己的设计空间里，尽情施展自己的学识，把自己的想法赋予实践。虽然我的设计不是很

25、成熟，还有很多不足之处需要改进，当看着自己的成果，真是莫大的幸福和欣慰。这次做设计的经历也使我终身受益，我感受到做设计是需要用心去做的一件事情，是自己学习和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的刻苦钻研，就不会有所突破。希望这次的经历能让我在以后学习工作中继续进步。在此次设计过程中，感谢我的指导老师潘老师阶段性地对我的设计内容提出了合理性的建议和意见，使我及时的修改课题的设计思路和设计方案，避免了繁琐的返工。对于设计过程中遇到的难题，洪老师也给予耐心细致的解答，辅助我顺利完成了此次毕业设计。参考文献【1】 何书深.使用模拟电路原理与设计速成M.福建科学技术出版社. 2002年【2

26、】 李全利.单片机原理及应用技术M.高等教育出版社.2004年【3】 张玉莲.传感器与自动检测技术M.机械工业出版社.2007年【4】 周雪.模拟电子技术M.西安电子科技大学出版社.2006年【5】 黄继昌.实用单元电路及其应用M.人民邮电出版社. 2002年【6】 刘淑英.数字电子技术及应用M.机械工业出版社.2008年附录整体电路程序#include#define unsigned char ucharsbit rom1led= P20;sbit rom1 =P21;sbit rom2led=P22;sbit rom2 =P23;sbit rom3led =P24;sbit rom3 =P

27、25;sbit rom4led =P26;sbit rom4 =P27;sbit rom1led_= P10;sbit rom1_ =P11;sbit rom2led_=P12;sbit rom2_ =P13;sbit rom3led_ =P14;sbit rom3_ =P15;sbit rom4led_ =P16;sbit rom4_ =P17;void rom4_light()if(!rom4_)rom4led_=0;void key_cheack ()if(!rom1led) rom1led_=0;elseif(!rom1&!rom1_)rom1led_=0;else rom1led_=

28、1;if(!rom2led) rom2led_=0;elseif(!rom2&!rom2_)rom2led_=0;else rom2led_=1;if(!rom3led) rom3led_=0;elseif(!rom3&!rom3_)rom3led_=0;else rom3led_=1;if(!rom4led) rom4led_=0;elseif(!rom4&!rom4_)rom4led_=0;else rom4led_=1; void main()P2=0xff;while(1)key_cheack ();西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）审 查 意 见 书指导教师对学生 所完成的题

29、目为 的毕业设计（论文）进行情况、完成质量的审查意见： 成绩： 指导教师： 年 月 日西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）评 阅 意 见 书评阅人对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）评阅意见为： 成绩： 评阅人： 年 月 日西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论文）答 辩 结 果毕业设计（论文）答辩委员会对学生 所完成的题目为 的毕业设计（论文）及答辩评语为： 经答辩委员会研究，确定成绩为： 毕业设计（论文）答辩委员会主任： 答辩委员会委员： 年 月 日该生毕业设计（论文）最终成绩评定：审阅成绩（权重0.4）评阅成绩（权重0.4）答辩成绩（权重0.2）最终成绩 答 辩 记 录答辩人姓名答辩人学号答辩时间： 西安航空职业技术学院顶岗实习工作记录表实习单位：部门：地址：邮编：电话：课题题目：学生姓名：班级学号：专业：实践日期：年月至年月时间段内容体会注：本表为校外完成毕业论文者使用，由实习学生本人填写，真实记录本人在所在单位的实践课题完成过程及体会，本表为周总结。本表可复制