基于单片机智能台灯的研究与设计毕业论文.doc

基于单片机智能台灯的研究与设计毕业论文目录1绪论 11.1引言 11.2可行性分析 12设计思路 32・1设计内容及总体要求 32. 2设计构思 32. 3整体设计思路 42. 4系统的构成 43系统的硬件设计 53.1单片机 53.2单片机AT89C51芯片 143. 3传感器及信号处理电路 173.4光敏电阻 233.5计时电路 243. 6显示部分的设计 263. 7灯光控制电路 273. 8整体设计电路图 274系统的软件设计 284. 1程序附录 28结论 33致谢 34参考文献 35淮海工学院二O—二届本科毕业设计（论文） 第10页共36页1绪论1.1引言台灯是人们生活中用來照明的一种家用屯器它一般分为两种，i种是立柱 式的，一种是有夹子的它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，便于 工作和学习一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡有的台灯还有应急功 能，用于停电时无电照明已用来应急触控式台灯的原理是内部安装电子触摸式IC与台灯触摸处之电极片形成一 控制冋路当人体碰触到感应之电极片，触摸信号藉由脉动直流电产生i脉冲信 号传送至触摸感应端，接着触摸感应端会发出一触发脉冲信号，就可控制开灯； 如再触摸一次，触摸信号会再藉由脉动直流电产生一脉冲信号传送至触摸感应 端，此时触摸感应端就会停止发出触发脉冲信号，当交流电过零时，灯自然熄灭。

不过有时停电后或电压不稳也会有自行亮起情形，如果触摸接收信号敏感度极佳 纸张或布也是可以控制的台灯的工作原理是由220V电源电压经变压器T降压后输出12V的交流电压, 经二极管VD1〜VD4整流、电容C1滤波后，由可调稳压集成块LM317稳压，输出 稳定的可调电压供白色发光管LED广LED15使用为了能使灯光可调，这里由三 极管VT和电位器RP1等元件组成输出电压调节电路用三极管作调节元件是由 于带开关绝缘性能好、阻值又低的电位器难于找到，只能使用-•般调光台灯的屯 位器，阻抗在500kQ左右，所以无法对电压直接进行调节，故使用了三极管 调节电压方法是：由于通过电阻R1和三极管集电极的电流为5mA恒定不变，这 样三极管VT的集一射极电压可通过调节偏流电阻来改变当电位器RP1的阻值 调小时，偏流变大，集.射极电压变小，输出电压也变小；反之，集一射极电压 变大，输出屯压也变大这样通过调节可以使输出屯压在8〜10V之间变化，实 现对发光管的亮度调节发光管由三只串联为一组，五组并联制成由于白色发 光管最大工作电压在3. 5V,三只发光管串联为10. 5V,考虑到每只发光管工作电 压略有不同，故稳压电源输出电压取10V。

1・2可行性分析1.2.1智能台灯在国内的发展趋势台灯已经是千家万户的必要的生活用品，但是人们经常由于忘记关灯而造成 巨大的能源浪费当夜晚来临时，人们又得摸黑去开灯，非常不方便这个设计 是通过感应人体红外辐射（波长为9. 5um）传感控制电路当人的身体在台灯的 范围内，并且环境光强较弱时，则会自动感应开灯；当人体离桌面太近时，台灯 自动感应，警告纠正坐姿若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭当人离开时 则自动关灯，节约屯能，达到节能的目的面对电力资源的匮乏，越来越多的人开始意识到节能的重要性台灯是家庭的 牛活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费全球这么多台灯，估 算一下，消耗能源可观另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便， 省去了黑喑中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿本系统在实验室进行了实物实验 热释电红外探测器1的距离是加左右（距离可调），主要是因为般來说是门离书 桌的距离；以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据 自己的实际情况进行距离调节热释电红外探测器1的距离是10cm左右（距离 可调），主要考虑是当学习时，有时坐姿不止，引起身体离桌面太近，容易引起 近视，此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强制熄灭。

有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯，这时系统就会检测到，从而启 动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭近几年我国台灯行业发展速度较快，受益于台灯行业生产技术不断提高以及 下游需求市场不断扩大，台灯行业在国内和国际市场上发展形势都十分看好虽 然受金融危机影响使得台灯行业近几年来发展速度比较减缓，但伴随着我国国民 经济的飞速的发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国台灯行业重新迎來良好的 发展机遇和光明方向进入2010年以来，我国台灯行业面临全新的发展趋势，由于新兴产业的不 断增多，上游原材料的价格持续暴涨，导致行业的利润下降，因此我国台灯行业 的市场竞争也日趋激烈而对如此的形式，台灯行业业内企业要积极对待，注重 培养企业的创新能力，不断提高自身的生产技术特点，加强企业的竞争优势，另 外台灯行业内企业还应该全面的把握该行业的市场运行势态，不断学习该行业的 最新牛产技术，关注该行业在国家政策法规内的动态，掌握相同企业竞争对手的 发展动态，只有这样才能使企业能够充分了解该行业的发展动态，认识自身在行 业中所处的地位，并制定正确的发展策略来使得企业在残酷的市场竞争中取得绝 对领先优势1.2.2智能台灯在国外的发展趋势据欧洲 最新发表的分析报告（THE EUROPEAN AUTOMOTIVE LIGHTING TECHNOLOGIES MARKETS指出，到2015年台灯照明技术市场总值预计可达到39 亿美元。

市场增长來源于新产品市场值预计达11亿美元报告认为，先进技术、 相关的政策法规以及新的市场竞争者三因素相互制约，将从根木上影响到市场值 的欧洲台灯照明市场台灯照明技术革新后，一旦安全、经济、高效能的智能 台灯照明产品投入市场，一批新公司将立即参与汨场竞争，该行业的竞技场将重 新被定义2设计思路2.1设计内容及总体要求2・仁1设计内容设计一智能台灯控制器，实现照明控制系统的人性化，其功能如下：1、 当光的亮度足够时，台灯处于关闭状态在亮度不足时，有人走近时台 灯则自动点亮，并根据周围环境的亮度自动调节灯泡的功率2、 台灯点亮吋开始计时，计时达到一小吋时发出灯光闪烁信号，提醒使用 者起立活动3＞具有温度测量及显小-功能该系统由光感元件、人体内部的感知器、时间计数器以及亮度控制器及单片 机等组成2.1.2总体要求1、 给出设计原理及整体设计思路，画出整机原理图2、 给出具体单元设计，画出单元电路，并进行电路设计中相关元件值的计 算2. 2设计构思台灯已是干家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪 费当夜晚來临U寸，人们又摸黑去开灯，非常不方便在这里设计了以人体红外 辐射（波长为lOum）传感控制电路。

当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时, 自动感应开灯；用一个时间计数器显示，当人在台灯下工作学习满一小时后，台 灯会发出蜂鸣声，让人起身活动，以便提高工作效率2. 3整体设计思路整个系统是在单片机89C51控制下工作的其工作过程为：由热释电传感 器检测一定范围内是否有人在，当没有人时热释电传感器的2端口不会产生信 号，信号处理电路和单片机都不工作当有人靠近时，端口 2发出变化缓慢、幅 值小（小于lnw）的信号，该信号经过信号处理电路把不规则的波形转化成适合 单片机处理的数字信号并通过TNT1端口输入到单片，在此过程中同吋还要通过 光敏电阻进行光照强度检测，当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，端口 P3.3电平较低，省去了 89C51处理过程当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变 大，端口 P3. 3电平较高，将此电平送到单片机单片机接收到开灯信号后，发 出控制信息将台灯点亮，同时通过计时提醒电路开始计时，当计时达到整点是通 过扬声器发出鸣响，提醒使用者起身活动2.4系统的构成图2・1系统机构图本系统组成如图（2-1）所示，主要由三部分组成：1） 传感器及信号处理电路:检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后变成 可处理的数字信号。

2） 以AT89C51组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令3） 计时提醒电路和灯光控制电路:给出提醒信号并根据AT89C51给出的命令 控制灯光3系统的硬件设计3.1单片机 3.1.1关于单片机的发展史及简介单片机是一种集成电路芯片，采集超大规模集成电路技术把具有数据处理能 力（如算数运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微型处理器，随机存取数 据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O），可能还包括 定时/计数器、串行通信口（SCI）、显示驱动电路（LCD或LED驱动电路）、脉宽 调制电路（PWM）、模拟多路转化器及A/D转化器等电路集成到一片芯片上，构成 一个最小而又完善的计算机系统［3］这些电路能在软件的控制下准确、迅速、 高效的完成程序设计者事先规定的任务单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展形成的最早的设计理念是通过 将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更简单，更容易集成进 复杂的而对体积要求严格的控制设备当中［5］o INTEL的Z80是最早按照这种思 想设计出的处理器，从那以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬熊单片机出 现的历史不是很长，如果将8位单片机的推出作为分类的起点，可以发现单片机 的发展历史大致可以分为三个阶段：第一个阶段（1974年-1978年）：初级单片机阶段。

主要是以Tnter公司的 MCS-48为代表这个系列的单片机片内集成有8位CPU、并行I/O 口、8位定时 /计数器，寻址范围不大于4K,并H没有串行口第二个阶段（1978年-1983年）：高性能单片机阶段在这一阶段推出的单 片机普遍带有串行I/O 口，并且有多级中断处理系统、16位定时/计数器片内 RAM. ROM容量加大，并且寻址范围能够达到64K字节，有的单片机片内还带有 A/D转换接口这类单片机的代表有Inter公司的MCS-5KMotorola公司的6801 和Zlog公司的Z8等第三个阶段（1983年以后）：8位单片机巩固发展以及16位单片机推出阶段 这一阶段的主要特性是一方而发展16位单片机及单片机；另一方面同时不断完 善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要单片机又可以称之为单片微控制器，它不是指完成某一个逻辑功能的芯片, 而是通过把一个计算机的整体系统集成到一个很小的芯片上相当于一个微型的 计算机，但是和计算机比较，单片机只缺少了 I/O设备［7］概括的描述：一块 芯片就可以当做一台计算机［5］它的体积小、质量轻、价格便宜、能够为学习、 应用和开发提供相当便利条件。

同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构 的最佳选择单片机是靠程序来运行的，并可以做出修改通过不同的程序来实现不同的 功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是其他的器件需要费很多麻烦才能实现 的，有些则是花功夫都很难做到的单片机可以通过操作人员编写的程序可以实 现高智能，高效率，以及高可靠性目前，很多人对汇编语言并不认可可以说，掌握用C语言单片机编程很重 要，可以大大提高开发的效率不过初学者可以不了解单片机的汇编语言，但一 定要了解单片机具体性能和特点，不然在单片机领域是比较致命的可以肯定的 说，最好的C语言单片机工程师都是从汇编走出来的编程者，因为单片机的C 语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电脑上的VC++什么的单片机 的硬件资源不是非常强大，不同于我们用VC、VB等高级语言在台式PC上写程序, 毕竞台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑硬件资源的问题还有就是在 单片机编程中C语言虽然编程方便，便于人们阅读，但是在执。