自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器

1、等級:課 程 設(shè) 計課程名稱測控電路課題名稱自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器專 業(yè)測控技術(shù)與儀器班 級測控1301學 號201301200120姓 名郭鵬指導老師黃峰 徐謙 李亞 余曉霏2016年6月20日電氣信息學院課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器姓 名 郭鵬專業(yè)測控技術(shù)與儀器 班級1301 學號 20指導老師黃峰 課程設(shè)計時間2016年6月20日-2016年6月26日（17周）教研室意見意見： 審核人：一、任務(wù)及要求1）設(shè)計一個環(huán)境光亮度檢測電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進行臺燈光照強度的自動調(diào)節(jié)；2）采用多只LED指示亮度等級，環(huán)境亮度達到最高時，自動關(guān)閉； 3）拓展部分：具有LED數(shù)碼

2、顯示亮度等級功能；4）安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測試的數(shù)據(jù)，進行測試、分析；設(shè)計要求：1）設(shè)計以測量顯示部分電路為主；2）進行系統(tǒng)的方案設(shè)計；3）要繪制原理框圖，繪制原理電路4）要有必要的計算及元件選擇說明5）如果采用單片機，必需繪制軟件流程圖6）寫出課程設(shè)計報告。報告中應(yīng)包括原理框圖、參數(shù)曲線分析、操作方法、測控流程等，調(diào)試過程中遇到的問題，改進方法和總結(jié)體會。7）答辯二、進度安排周一：集中布置課程設(shè)計任務(wù)和相關(guān)事宜，查資料確定系統(tǒng)總體方案。周二周三：完成硬件電路設(shè)計周四周五：設(shè)計報告撰寫。周五進行答辯和設(shè)計結(jié)果檢查。三、參考資料1.測控電路（第2版），張國雄，機械工業(yè)出版社.2006。2.

3、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版），童詩白，高等教育出版社.1988。3. 傳感器原理及應(yīng)用（第2版），王化祥，天津大學出版社.1999。4. 中國傳感器網(wǎng)站 目 錄第1章 緒論1 1.1 單片機概述1 1.2選題的背景及意義1第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2 2.1 設(shè)計內(nèi)容及要求2 2.2 設(shè)計的總體方案2第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計3 3.1基于調(diào)光控制器的整體框圖3 3.2 STC12C5A60S2單片機介紹3 3.3 電源設(shè)計4 3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路5 3.5 LCD顯示電路5 3.6 LED驅(qū)動6 3.7 按鍵切換手動和自動6 3.8 自動控制7第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計8 4.1 系統(tǒng)流程圖8 4

4、.2 系統(tǒng)程序8第5章 設(shè)計總結(jié)與體會14參考文獻15附錄 A 系統(tǒng)整體電路圖161第1章 緒論1.1 單片機概述單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種，單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過1、2、3代的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，他們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。1.2選題的背景及意義LED

5、是一種新型半導體固態(tài)光源它是一種不需要鎢絲和燈管的顆粒狀發(fā)光原件。LED光源憑借環(huán)保、節(jié)能、壽命長、安全等眾多優(yōu)點在打造節(jié)能、環(huán)保型社會的大環(huán)境下當仁不讓地成為照明行業(yè)的新寵。21世紀的照明領(lǐng)域中LED應(yīng)用毫無疑問是最振奮人心的，它將改變整個照明市場的結(jié)構(gòu)，很快就能得到廣泛的應(yīng)用。LED的技術(shù)本身不是一個很新的東西，在很多年前， 就已開始使用LED來作儀器的指示燈。隨著技術(shù)的發(fā)展，芯片和材料在性能上都有新的改進，從而也推動了LED更為廣泛的應(yīng)用。普通的白熾燈的壽命僅僅1000小時，而LED的壽命卻高達50000小時，而且消耗的電量少的多。根據(jù)美國Sandia國家實驗室的研究，如果白光二極管能夠

6、普及應(yīng)用，全世界照明用電的消耗減少50%。影響白光二極管系統(tǒng)普及的最主要問題還是它的價格和亮度，現(xiàn)在單個白光二極管的亮度還不夠照亮整個房間，其價格卻是白熾燈的10倍。隨著科技的發(fā)展LED照明肯定帶來更加明亮的光線和更少的能源消耗。隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中國的照明用電也將持續(xù)提高，綠色節(jié)能照明越來越受到政府的重視，LED照明就是在這樣的情形下發(fā)展起來的4。據(jù)中國綠色照明工程促進項目辦公室專項調(diào)查，我國照明用電每年在3000億度以上，用LED取代全部白熾燈和部分熒光燈，可節(jié)省1/3的照明用電，相當于三峽工程全年的發(fā)電量。第2章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 設(shè)計內(nèi)容及要求1.設(shè)計內(nèi)容 1）設(shè)計一個環(huán)境光亮

7、度檢測電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進行臺燈光照強度的自動調(diào)節(jié)； 2）采用多只LED指示亮度等級，環(huán)境亮度達到最高時，自動關(guān)閉； 3）拓展部分：具有LED數(shù)碼顯示亮度等級功能； 4）安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測試的數(shù)據(jù)，進行測試、分析；2.設(shè)計要求 1）設(shè)計以測量顯示部分電路為主； 2）進行系統(tǒng)的方案設(shè)計； 3）要繪制原理框圖，繪制原理電路； 4）要有必要的計算及元件選擇說明； 5）如果采用單片機，必需繪制軟件流程圖。2.2 設(shè)計的總體方案PWM方法的基本思想就是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。

8、本方法所要求的單片機必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比，LED燈光度變亮；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比，LED燈光度變暗。本文介紹了以STC12C5A60S2為控制核心，通過光敏電阻感應(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對LED進行光度的自動調(diào)節(jié)。該LED燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命。第3章 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計3.1基于調(diào)光控制器的整體框圖基于

9、STC單片機的PWM調(diào)光是以STC12C5A60S2作為主控芯片，設(shè)置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)。在自動控制時，通過STC12C5A60S2內(nèi)部模擬-數(shù)字不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進行對比，調(diào)整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)?？傮w框圖如圖3.1所示。圖3.1 整體框圖3.2 STC12C5A60S2單片機介紹STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶技術(shù)生產(chǎn)的單片機/機器周期的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代805

10、1單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用的復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強化干擾場合。 利用STC12C5A60S2的IO口P1.1接收光敏電阻采集的當前光照測檢測輸出數(shù)據(jù)。IO口P1.3產(chǎn)生產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波，給高亮度LED，從而有不同的光照。IO口P0作為LCD液晶顯示器的數(shù)據(jù)/指令輸入端口。由于STC12C5A60S2內(nèi)部集成了復(fù)位電路，所以該設(shè)計省略了外部RC復(fù)位電路。STC12C5A60S2單片機的時鐘電路采用的是內(nèi)部的時鐘電路，利用單片機內(nèi)部的振蕩電路，并在XLAT1和XLAT2兩引腳間外接石英晶體和電容

11、構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。石英晶體Y1頻率是12.0M，C1和C2是30pf。STC12C5A60S2基本外圍電路如圖3.2所示。 圖3.2 STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)線路圖3.3 電源設(shè)計本次設(shè)計我選用的降壓穩(wěn)壓部分由三端穩(wěn)壓管7805、電解電容組成，將9V轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V。電路圖3.3所示：圖3.3 電源電路3.4 A/D轉(zhuǎn)換電路在信號采集方面，我選用了光敏電阻和電位器來構(gòu)成信號采集電路，如圖10所示。AD轉(zhuǎn)換電路有STC12內(nèi)部10位AD組成。STC125A60S2內(nèi)部AD基準電壓5V，輸入電壓范圍為05V,輸出數(shù)字量最大值為1024。圖3.4 信號采集電

12、路3.5 LCD顯示電路本設(shè)計當前光照采用的是LCD1602顯示檢測信息。所以單片機需要給LCD分配3位個控制信號IO口和8位數(shù)據(jù)傳輸IO口，LCD的EN控制端連接P2.2,RS控制端連接P2.0，RW控制端連接P2.1，8位數(shù)據(jù)總線連接PO口。（LCD部分電路如圖3.6）。圖3.5 LCD電路引腳分配圖3.6 LCD電路3.6 LED驅(qū)動 LED的亮度受電流控制，通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式可知，利用調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流由三極管9013提供驅(qū)動，PWM由P1.3輸出，低電平有效。如下圖3.7所示：圖3.7 PWM電路3.7 按鍵切換手動和自動K3按下為

13、自動控制，K4按下為手動控制，來回按K3、K4切換。當手動按鍵按下時，K1為LED亮度增加，當增加到最大值自動為最小，K2為LED亮度減小，當減少到最小值時自動為最大。如下圖3.8所示：圖3.8 按鍵電路3.8光敏電阻光敏電阻器是利用半導體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換。因此，不斷采集光敏電阻對地的電壓便可以獲知LED燈周邊光強的變化。如下圖3.9所示：圖3.9光敏電路第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)流程圖 圖4.1 程序流程圖4.2 系統(tǒng)程序#include" STC1

14、2c5a.h" /stc頭文件#include"intrins.h" /包含_nop_空操作的定義typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;sbit RW=P21;/寫入時一直為低電平，讀出時為高。sbit RS=P20; /指令數(shù)據(jù)選擇端sbit LCDEN=P22;/使能端sbit key1=P30;sbit key2=P31;sbit key3=P32;sbit key4=P33;uchar j=0;void AD_init();/AD初始化/函數(shù)聲明void delay(uint a);ui

15、nt AD_work(uchar channel);uint AD_get(uchar channel);uchar disbuf=" illumin: . "uchar PWM=0xec,0xe7,0xe0,0xda,0xd3,0xcd,0xc0,0xa6,0x9a,0x80,0x33,0x00 ;/ 92.5%-0%void pwm_set(unsigned char a);void pwm_init()CCON=0; /PCA初始化CH=0; /PCA高8位CL=0; /PCA低8位CMOD=0x00; /f=sysclk/256/12CCAPM0=0x42; /p1

16、.3PCA_PWM0=0x00;CR=1; /啟動PCA計數(shù)器void pwm_set(unsigned char a)/占空比設(shè)置CCAP0H=CCAP0L=a;void write_com(uchar com )RS=0;RW=0;LCDEN=0;P0=com ;delay(5);LCDEN=1;delay(5);LCDEN=0;void write_dat(uchar date)RW=0;RS=1;LCDEN=0;P0=date;delay(5);LCDEN=1;delay(5);LCDEN=0;/液晶初始化void LCDinit()write_com(0x0c);write_com(

17、0x06);write_com(0x01);write_com(0x38);void display(unsigned int z)uchar i;disbuf9=z%1000/100+0x30;disbuf11=z%100/10+0x30;disbuf12=z%10+0x30;for(i=0;i<13;i+)write_dat(disbufi);void main()AD_get(1);AD_init(); /A/D轉(zhuǎn)換初始化LCDinit(); /液晶初始化pwm_init();/照度檢測pwm_set(0xda);delay(200);while(1)write_com(0x80)

18、;display(AD_work(1);if(key3=0)delay(5);if(key3=0) /自動模式while(key4=1)write_com(0x80);display(AD_work(1);if(AD_work(1)>=900)pwm_set(0xEC); if(850<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<900)pwm_set(0xE7);if(750<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<850)pwm_set(0xe0);if(700<=AD_work(1)&&(

19、AD_work(1)<750)pwm_set(0xda);if(600<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<700)pwm_set(0xd3);if(500<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<600)pwm_set(0xCD);if(400<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<500)pwm_set(0xC0);if(300<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<400)pwm_set(0xA6);if(200<=A

20、D_work(1)&&(AD_work(1)<300)pwm_set(0x9A);if(150<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<200)pwm_set(0x80);if(100<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<150)pwm_set(0x33);if(AD_work(1)<100 )pwm_set(0x00);if(key4=0)/ 手動模式delay(5);if(key4=0)while(key3=1)write_com(0x80);display(AD_work(1);i

21、f(key1=0)delay(5);if(key1=0)if(j=11)j=0;pwm_set(PWMj+);if(key2=0)delay(5);if(key2=0)if(j=0)j=11;pwm_set(PWMj-);uint AD_get(uchar channel)ADC_CONTR=0x88|channel; /開啟AD轉(zhuǎn)換1000 1000 即POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();/要經(jīng)過4個CPU時鐘的延時，其值才能夠保證被設(shè)置進ADC_CON

22、TR 寄存器while(!(ADC_CONTR&0x10); /等待轉(zhuǎn)換完成ADC_CONTR&=0xe7; /關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換，ADC_FLAG位由軟件清0return(ADC_RES*4+ADC_RESL); /返回AD轉(zhuǎn)換完成的10位數(shù)據(jù)(16進制)/*unsigned char GETADCResult()/AD轉(zhuǎn)換unsigned char AD;ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH|ADC_START;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG);ADC_CONT

23、R&=ADC_FLAG;/關(guān)閉ADVo=ADC_RES*5*10/256;return Vo;uint AD_work(uchar channel)float AD_val; /定義處理后的數(shù)值A(chǔ)D_val為浮點數(shù)uchar i;uint AD_V;for(i=0;i<100;i+)AD_val+=AD_get(channel); /轉(zhuǎn)換100次求平均值(提高精度)AD_val/=100;AD_V=(uint)AD_val;return AD_V;void delay(uint a) /延時約1msuint i;while (-a!=0)for(i=600;i>0;i-);

24、 /1T單片機i=600，若是12T單片機i=125void AD_init()P1ASF=0x02; /P1.1 作為模擬功能AD使用ADC_RES=0; /清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器高8位ADC_RESL=0; /清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器低2位ADC_CONTR=0x80;/開啟AD電源delay(2); /等待1ms，讓AD電源穩(wěn)定ES=1;EA=1;第5章 設(shè)計總結(jié)與體會歷時一周的課程設(shè)計終于結(jié)束，通過這次課程設(shè)計，使我將以前的所學的知識很好的應(yīng)用在實際生產(chǎn)過程中，是我們步入社會參與實際工作的一次極好的演示。當然，我在做課程設(shè)計中遇到了很多技術(shù)性的難題，但我在黃老師的提示和鼓舞下，上網(wǎng)，看書，查資料，終于在規(guī)定的時間里完成本次課程設(shè)計。由于所學的專業(yè)知識有限，難免有些難以解決的問題，所以這次課程設(shè)計的資料來自廣泛。既有我從圖書館找來的專業(yè)書籍，還有部分從互聯(lián)網(wǎng)上搜尋到的相關(guān)的信息內(nèi)容，力求使做出來的設(shè)計與自己所學的專業(yè)框架緊密聯(lián)系。綜上所述，加之自己的水平有限，所以這次課程設(shè)計難免有所紕漏。本次課程設(shè)計報告主要是在參考各種資料和相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上完成的，所參考的文獻在報告中已經(jīng)列出來，在這里也說明一下。報告的整個制作過程的卻不容易，有艱辛的一面，亦有喜悅的一面，但整個過程來說還是蠻充實的，畢竟在整個設(shè)計的過程中，自己又對已學的專業(yè)知識梳理了一下，而且對于實際的應(yīng)用和需求也參考了各個