畢業(yè)論文-LED智能調(diào)光控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）論文題目論文題目：LED智能調(diào)光控制器的設(shè)計與實現(xiàn)系所：電子工程系專業(yè)：電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向）學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：指導(dǎo)教師：導(dǎo)師職稱：副教授完成日期：2014年5月2日大連東軟信息學(xué)院Dalian大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要IV LED智能調(diào)光控制器的設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨在現(xiàn)如今的社會中，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，照明在能源方面的損耗也越來越大，所以能源的節(jié)約也顯得更加重要。LED燈具有節(jié)能、可靠性也高等這些特性逐漸表現(xiàn)出來。LED是冷光源的發(fā)光器件，光效很高，工作電壓較低，使用壽命很長。用LED燈替代其他照明工具，節(jié)能沒有污染，使用安全，可靠性很高，便于維護(hù)。本項目設(shè)計是先利用光敏電阻對人員所在環(huán)境的光照強(qiáng)弱進(jìn)行采樣，把采集到的信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，利用A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后再傳送給單片機(jī)，利用軟件把得到的信號經(jīng)過進(jìn)一步的處理，轉(zhuǎn)換為脈沖寬度輸出，因而來控制臺燈的亮度。本方案的主要難點(diǎn)在于光照強(qiáng)度的采集和亮度的控制。光照采集我們沒有采用現(xiàn)成的傳感器，而是采用了光敏電阻+AD的方式進(jìn)行解決，為了減小方案的復(fù)雜度，我們沒有采用專門的AD芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而是采用STC12C5A這款自帶AD的51單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，減小了方案的復(fù)雜度，另一方面，光敏電阻的位置對于光照強(qiáng)度采集影響很大，既不能讓臺燈光源對他進(jìn)行影響，也不能放在太陰暗的地方影響光照的采集，為了解決這個問題，我們采用了兩個光敏電阻進(jìn)行兩路AD進(jìn)行對比的方式予以解決。臺燈亮度控制則是另一個難點(diǎn)，我采用了上網(wǎng)購買現(xiàn)成的USB臺燈進(jìn)行改裝的方式提供燈源，使用三極管自己搭建放大電路對臺燈進(jìn)行供電，這種方式比起控制交流電驅(qū)動的燈泡以及自己制作光源無疑從成本還是難度以及控制方式上，都是最有效、最可靠的方式。摘要、目錄共同編頁碼，采用大寫羅馬數(shù)字，宋體小五摘要、目錄共同編頁碼，采用大寫羅馬數(shù)字，宋體小五號，居中。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractTheDesign&ImplementationofIntelligentLEDDimmingControllerAbstractInAndintoday'ssociety,peopleareincreasinglydemandinghighqualityoflife,lossoflightingintheenergysectorisalsogrowing,sotheenergysavingsareevenmoreimportant.LEDlampsareenergysaving,higherreliabilityofthesefeaturesgraduallymanifested.LEDiscoldlightemittingdevice,highefficiency,lowoperatingvoltage,longlife.AlternativetootherlightingtoolswithLEDlights,energysavingnopollution,safe,highreliability,easeofmaintenance.Theprojectdesignistousephotosensitiveresistancetolightintensityenvironmentwherestaffaresampledtoconvertthecollectedsignalstoavoltagesignal,theuseofA/Dconverterstoconvertanalogsignalstodigitalsignals,andthensenttothemicrocontroller,usingthesoftwarethesignalobtainedafterfurtherprocessing,isconvertedtoapulsewidthoftheoutput,therebytocontrolthebrightnessoflamp.Theprogramisdesignedtodifficultycollectinglightintensityandbrightnesscontrols.Lightcollectedusingaphotosensitiveresistance+ADwaytosolve,inordertoreducethecomplexityoftheprogram,usingSTC12C5AthiscomesMCUAD51ADconverter,reducingthecomplexityofthescheme,ontheotherhand,photoresistorlocationforcollectinglightintensitygreatlyaffected,neitherletthelightsourcelampinfluenceonhim,cannotputtoodarkinfluenceoflightgatheringplace,inordertosolvethisproblem,usingatwo-waytwophotoresistorswaytocompareADtobeaddressed.Lampbrightnesscontrolisanotherdifficulty,IusedtheInternettobuyready-madeUSBlampretrofitwaytoprovidelightsource,usingthetransistoramplifiercircuitforlampbuildtheirownpowersupply,comparedtocontrolACdrivethiswayandproducetheirownlightbulbsnodoubtfromthelightsourceorthedifficultyandcostcontrolarethemosteffectiveandreliable.Keywords:LEDlights,Microcontroller,EnergySaving大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究背景與意義 11.1.1節(jié)能效果和延長燈具使用壽命 11.1.2改善工作環(huán)境，提高工作效率 11.2課題研究內(nèi)容與方法 21.3課題研究現(xiàn)狀 2第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹 32.1關(guān)鍵技術(shù)一 32.2關(guān)鍵技術(shù)二 3第3章系統(tǒng)需求分析 83.1系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo) 83.2系統(tǒng)功能需求 83.3系統(tǒng)非功能需求 83.4系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 83.5系統(tǒng)可行性分析 83.5.1技術(shù)可行性 83.5.2經(jīng)濟(jì)可行性 9第4章系統(tǒng)設(shè)計 114.1系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則 114.2體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 124.3硬件設(shè)計 124.3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)與外圍存儲器連接電路設(shè)計 124.3.2下載電路設(shè)計 124.3.3USB電源電路設(shè)計 134.3.4電池電源電路設(shè)計 134.3.5臺燈接口電路設(shè)計 134.3.6時鐘電路設(shè)計 144.3.7按鍵電路設(shè)計 144.3.8報警電路設(shè)計 144.3.9菜單顯示電路設(shè)計 154.3.10光強(qiáng)度采樣電路設(shè)計 154.4軟件設(shè)計 154.4.1控制流程設(shè)計 154.4.2功能模塊設(shè)計 16第5章系統(tǒng)實現(xiàn) 185.1環(huán)境配置 185.2功能模塊實現(xiàn) 18第6章系統(tǒng)測試 216.1測試概述 216.2測試用例 216.2.1各模塊測試 216.2.2LED顯示 22第7章結(jié)論 23參考文獻(xiàn) 24致謝 25大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）-第1章緒論1.1課題研究背景與意義隨著互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)的快速發(fā)展，節(jié)能照明的發(fā)展也越來越快速。目前，國內(nèi)大多數(shù)智能照明存在效率低、能耗高的現(xiàn)象。當(dāng)人們所在地方自然光的亮度很好時，燈不能及時關(guān)閉；反之，當(dāng)所在地方自然光不滿足人的照明需求時，又不能及時打開燈。這樣的照明方式，在很大程度上造成能源的浪費(fèi)，又不能滿足人對照明的基本需求，再來也對人的視力造成一定的影響?，F(xiàn)代照明不僅要滿足人的基本生活、學(xué)習(xí)要求之外，應(yīng)該更注重能源的節(jié)省和使用上的便利，方便滿足人類各方面的要求。因此要做到合理、方便、節(jié)能，首先應(yīng)采用先進(jìn)可靠的技術(shù)和產(chǎn)品，如燈具、照明的控制系統(tǒng)等。LED被認(rèn)為是21世紀(jì)的節(jié)能照明光源。LED是的發(fā)光器件冷光源，光效好，工作電壓較低，而且節(jié)約能源，在相同亮度的情況下，LED的能耗為白熾燈能耗的10％，熒光燈能源損耗的50％。LED的使用壽命高達(dá)10萬小時，是熒光燈使用時間的10倍，白熾燈壽命的100倍。用LED替代白熾燈或熒光燈，節(jié)能沒有污染。使用安全，可靠性高，便于維護(hù)。我國照明能源損耗占總發(fā)電量的12％。如今，公共建筑的照明控制方式大多采用手動開關(guān)的方式，經(jīng)常出現(xiàn)沒有及時開關(guān)的現(xiàn)象，因此造成大量的能源浪費(fèi)，也給使用上帶來不便。另外，沒有必要的使用，會大大縮短燈的使用壽命。1.1.1節(jié)能效果和延長燈具使用壽命LED燈是用亮度高白色發(fā)光二極管發(fā)光源，光效好、用電少，使用壽命長、便于控制、容易維護(hù)、安全沒有能源浪費(fèi)；是新一代的固體冷光源，光色豐富多彩、艷麗、柔和、損耗小、節(jié)能，綠色環(huán)保，滿足家庭，酒店，醫(yī)院，工廠等各種公共場所長時間照明的需求。半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無燈絲，無玻璃泡，不易破碎，不怕震動，使用時間可達(dá)五萬小時。LED燈的特點(diǎn)是節(jié)能、無污染、使用壽命長。目前經(jīng)濟(jì)實用性已經(jīng)超過熒光節(jié)能燈，相信大家會越來越認(rèn)可。1.1.2改善工作環(huán)境，提高工作效率LED燈是一種沒有噪音產(chǎn)生的節(jié)能燈，不會像日光燈一樣產(chǎn)生噪音，很適合安靜的場所，像圖書館、辦公室這樣的地方。能夠很好的保護(hù)視力，啟動速度很快，不會閃爍，對我們的健康很好。此外，因為LED燈是綠色無污染，環(huán)保的燈具，因此本身不會產(chǎn)生紫外光、紅外光等輻射光纖，不含有汞等一些有害物質(zhì)，發(fā)熱量很少，在一定程度上避免了蚊蟲在燈源旁邊圍繞的情況，給室內(nèi)創(chuàng)造了一個很干凈的環(huán)境。1.2課題研究內(nèi)容與方法首先利用光敏電阻對所在環(huán)境的自然光強(qiáng)弱進(jìn)行采集，把采集來的信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再利用A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，之后傳送給單片機(jī)，最后利用軟件把得到的信號進(jìn)一步處理，轉(zhuǎn)換為脈沖寬度輸出，用來控制臺燈的亮度。光照采集我們沒有采用現(xiàn)成的傳感器，而是采用了光敏電阻+AD的方式進(jìn)行解決，為了減小方案的復(fù)雜度，我們沒有采用專門的AD芯片進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，而是采用STC12C5A這款自帶AD的51單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，減小了方案的復(fù)雜度，另一方面，光敏電阻的位置對于光照強(qiáng)度采集影響很大，既不能讓臺燈光源對他進(jìn)行影響，也不能放太陰暗的地方影響光照的采集，為了解決這個問題，我們采用了兩個光敏電阻進(jìn)行兩路AD進(jìn)行對比的方式予以解決。臺燈亮度控制則是另一個難點(diǎn)，我采用了上網(wǎng)購買現(xiàn)成的USB臺燈進(jìn)行改裝的方式提供燈源，使用三極管自己搭建放大電路對臺燈進(jìn)行供電，這種方式比起控制交流電驅(qū)動的燈泡以及自己制作光源無疑從成本還是難度以及控制方式上，都是最有效、最可靠的方式。1.3課題研究現(xiàn)狀隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)，沒有紫外線和紅外線等輻射、發(fā)熱量低的環(huán)保光源LED將更加獲得大家的認(rèn)可。專家預(yù)測，LED在未來十年的時間之內(nèi)，依舊是全部照明行業(yè)的主要光源，它依靠節(jié)約能源、可靠性高、使用壽命長、光色豐富多樣、簡單、沒有污染、體積小等這些優(yōu)點(diǎn)，會在戶外照明這方面居于首位。中國是人口多的國家，城鎮(zhèn)的發(fā)展很快，道路建設(shè)也相繼快速發(fā)展，在LED路燈和LED景觀燈等方面戶有很大的需求。在中國，LED的專利技術(shù)很少，這些因素嚴(yán)重影響中國LED戶外照明燈的發(fā)展。在LED照明市場，競爭激烈的需求中，只有掌握更多LED專利與技術(shù)在手中，才能更好地保證產(chǎn)品的質(zhì)量與使用性能，讓LED產(chǎn)品在實際的應(yīng)用中，起到更好的作用。隨著時間的流逝，環(huán)保能源LED，將在照明產(chǎn)業(yè)領(lǐng)跑，也會在環(huán)保節(jié)能的共識下，給人們帶來全新的享受體驗，為世界開創(chuàng)一個全新“明亮”的未來。大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1關(guān)鍵技術(shù)一PWM：脈沖寬度調(diào)制，英文是“PulseWidthModulation”，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出，是對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的方法，廣泛的應(yīng)用在測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。脈寬調(diào)制的基本原理：控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端輸出幅值相同的脈沖，這些脈沖來替代所需要的波形或正弦波。輸出波形的半個周期中輸出很多的脈沖，使相同電壓的脈沖為正弦波形，使所獲得的輸出平滑且低次諧波少。遵守相關(guān)的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，就可改變輸出頻率，也可改變逆變電路輸出電壓的大小。

例如，把正弦半波波形分成N多等份，就可把正弦半波看成由N個彼此相連的脈沖所組成的波形。所以得到的脈沖的寬度都一樣，都等于Π/N，但幅值不相同，而且脈沖頂部是曲線，各得到的脈沖的幅值，全部都按照正弦規(guī)律進(jìn)行變化。如果所有脈沖序列用相同數(shù)量并且相同幅值而寬度不相同的矩形的脈沖序列來替代，使之中點(diǎn)重合，就得到一組脈沖序列，就是的波形。因此可以看出，各脈沖寬度是按照正弦的變化而變化的。PWM波形和正弦半波是一樣的，但前提是沖量相等效果相同。而利用正弦的負(fù)半周，也可以得到PWM波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是一樣的。要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按照同一比例系數(shù)，改變各脈沖的寬度就可以。根據(jù)上述原理，知道正弦波的頻率，還要滿足幅值的要求，還有半個周期內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。得到每個脈沖的寬度，就可以得到準(zhǔn)確的值。按照計算出的結(jié)果，控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。2.2關(guān)鍵技術(shù)二AD轉(zhuǎn)換:AD轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，也可以是整流。顧名思義，也就是模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。（1）分類以下簡單介紹常用的幾種類型的AD的基本原理及特點(diǎn)：積分型、并行比較型/串并行型、電容陣列逐次比較型、逐次逼近型、Σ-Δ調(diào)制型、壓頻變換型。①積分型（如TLC7135）積分型AD基本原理，是將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為頻率或者是時間，再由定時器獲得數(shù)字的值。高分辨率用簡單的電路就能知道，從而缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率特別低，因為轉(zhuǎn)換精度過于依賴積分時間。剛開始單片AD轉(zhuǎn)換器基本上都會用積分型。=2\*GB3②逐次逼近型（如TLC0831）逐次比較型AD，主要是通過逐次比較邏輯構(gòu)成的，其中比較器，還有DA轉(zhuǎn)換器，從MSB開始，按照序列地對每一位將內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出和輸入電壓進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而得到數(shù)字值。在較低分辯率（<12位）時價格比較便宜，但是高精度（>12位）的價格很高。③串行比較型/并行比較型（如TLC5510）并行比較型AD，因為轉(zhuǎn)換是只要一次并且采用多個比較器進(jìn)行的，也叫做Flash（快速）型。因為轉(zhuǎn)換速率特別高，電路規(guī)模也很大，n位的轉(zhuǎn)換器需要2n-1個比較器，因此價格也很高，所以只適用于速度較高的一些領(lǐng)域。串并行比較型AD，結(jié)構(gòu)處于并行型和逐次比較型的中間，是采用兩次比較，用2個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行比較的。所以稱為Halfflash（半快速）型。也有三步和多步實現(xiàn)AD的轉(zhuǎn)換。這叫做分級（Multistep/Subrangling）型AD，從轉(zhuǎn)換時序的角度來看，也叫做流水線型AD。現(xiàn)在的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等這些功能。這類AD速度電路規(guī)模比并行型的小，比逐次比較型的高。④Σ-Δ調(diào)制型（如AD7705）Σ-Δ型AD由1位DA轉(zhuǎn)換器、積分器、數(shù)字濾波器、比較器等組成。原理上與積分型相近，用數(shù)字濾波器將輸入的電壓轉(zhuǎn)換為時間(脈沖寬度)信號，處理后得到數(shù)字值。因為電路數(shù)字部分很容易單片化的特點(diǎn)，所以分辨率很高。大多數(shù)用在音頻和測量方面。⑤電容陣列逐次比較型電容陣列逐次比較型AD，采用電容矩陣方式的內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器，也可叫做電荷再分配型。DA轉(zhuǎn)換器中，很多電阻的值必須相同是在一般的電阻陣列中，高精度的電阻想要在在單芯片上生成，是很難的。用成本低制成高精度單片AD轉(zhuǎn)換器，就可以用電容陣列代替電阻陣列。⑥壓頻變換型（如AD650）壓頻變換型（Voltage-FrequencyConverter），模數(shù)轉(zhuǎn)換是通過間接轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)的。原理是把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化成頻率，在通過計數(shù)器的處理，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。這種AD的分辨率幾乎可以無限制的增加，這只在理論上成立。有分辯率高、功能損耗低、價格的特點(diǎn)。（2）技術(shù)指標(biāo)①分辨率(Resolution)：滿刻度與2^n的比值是由數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量得到的。②偏移誤差(OffsetError)是指輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。③滿刻度誤差(FullScaleError)：理想輸入的信號值和滿度輸出時對應(yīng)的輸入信號之差。④線性度(Linearity)：理想直線和實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)的最大偏移。（3）原理簡介：A/D轉(zhuǎn)換器是通過相關(guān)的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的轉(zhuǎn)換器。模擬量可以是電流、電壓等這些電信號，像聲音、濕度、壓力、溫度、位移等信號也可以。但A/D轉(zhuǎn)換之前，一定要經(jīng)過各種傳感器，把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號，才能輸入到A/D轉(zhuǎn)換器中。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號是：8位、10位、12位、14位和16位等。A/D工作原理主要介紹以下三種方法：逐次逼近法雙積分法電壓頻率轉(zhuǎn)換法

A/D轉(zhuǎn)換四步驟：采樣、保持、量化、編碼。①逐次逼近法逐次逼近式A/D是用的最多的一種轉(zhuǎn)換電路方式，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、控制邏輯電路、D緩沖寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器組成，逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器原理圖如圖2.1所示。圖2.1逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器原理圖基本原理是初始化的時候，將逐次逼近寄存器的每一位都清零；在開始的時候，首先是逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量，再送入比較器中得到的稱為Vo，和之前模擬量Vi進(jìn)行比較，若Vo<Vi，這個最高位1被保留，反之被清除。一直重復(fù)，直到逼近寄存器是最低位。全部完成后，將這個逐次逼近寄存器中的數(shù)字量，放到緩沖寄存器中，數(shù)字量的輸出。這是在一個控制電路的控制下進(jìn)行的操作過程。②雙積分法采用雙積分法的A/D轉(zhuǎn)換器，由電子開關(guān)、控制邏輯、比較器、積分器部件構(gòu)成。雙積分式AD轉(zhuǎn)換器原理圖如圖2.2所示。圖2.2雙積分式AD轉(zhuǎn)換器原理圖基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。雙積分法A/D轉(zhuǎn)換的過程是：先打開開關(guān)，把需要轉(zhuǎn)換的模擬量Vi接通，Vi采樣輸入到積分器中，設(shè)置固定時間為T，積分器從零開始進(jìn)行這個時間的正向積分，時間完成后，打開開關(guān)，幾桶基準(zhǔn)電壓VREF，基準(zhǔn)電壓與Vi極性相反，再講基準(zhǔn)電壓輸入到積分器，反向積分，積分器輸出的越大，標(biāo)明Vi越大，反向積分的時間越長。輸入模擬電壓Vi所對應(yīng)的數(shù)字量。實際上就是計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。③電壓頻率轉(zhuǎn)換法采用電壓頻率轉(zhuǎn)換法的A/D轉(zhuǎn)換器，由控制門、計數(shù)器、一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成，它的工作原理是模擬電壓和V/F轉(zhuǎn)換電路把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成正比的脈沖信號。電壓頻率式AD轉(zhuǎn)換器原理圖如圖2.3所示。圖2.3電壓頻率式AD轉(zhuǎn)換器原理圖④電壓頻率轉(zhuǎn)換法電壓頻率轉(zhuǎn)換法的工作過程是：要想頻率F和Vi是正比的脈沖，就要把模擬電壓Vi加到V/F的輸入端。在規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)生的脈沖數(shù)，時間到，統(tǒng)計到計數(shù)器的計數(shù)值正比于輸入電壓Vi，就完成了轉(zhuǎn)換。第3章系統(tǒng)需求分析3.1系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)實現(xiàn)基于RFID的門禁設(shè)備系統(tǒng)的原型設(shè)備，即一款原型機(jī)，可讀取指定型號的卡片。將卡片信息傳送至進(jìn)行識別和判斷，將識別信息和判斷的結(jié)果能夠顯示出來，從而實現(xiàn)作為門禁設(shè)備的識別、過濾、控制和記錄出入的功能。實現(xiàn)基于51的智能臺燈和原型設(shè)備，即一款原型機(jī)，可以智能控制臺燈亮度或者手動調(diào)節(jié)，并且能夠設(shè)定時間自動開機(jī)和關(guān)機(jī)。3.2系統(tǒng)功能需求根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊。根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊。可以根據(jù)工作環(huán)境中是否有人員和環(huán)境自然光亮度，從而自動控制照明的開關(guān)。用戶也可以根據(jù)實際的亮度，用按鈕控制led燈的開關(guān)，用戶自行用按鍵調(diào)整LED燈的亮度。當(dāng)環(huán)境自然光滿足需求時，LED燈將不工作。能夠在1602上顯示LED燈亮度變換的次數(shù)。3.3系統(tǒng)非功能需求性能工作電流<200mA工作電壓5V工作溫度0℃~75℃反應(yīng)時間<10ms成本低于人民幣25元3.4系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境硬件環(huán)境：2.4GHZ/8G/1024G/軟件環(huán)境：Windows7x64,Keil43.5系統(tǒng)可行性分析3.5.1技術(shù)可行性本系統(tǒng)采本設(shè)計采用宏晶公司的STC12C5A60S2單片機(jī)實現(xiàn)，該單片機(jī)完全兼容傳統(tǒng)8051，速度是傳統(tǒng)8051的8~12倍，并且內(nèi)部自帶ADC、PWM、EEPROM，很適合在這里使用。STC12C5A60S2單片機(jī)中包含中央處理器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2系列單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。共4個16位定時器，兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器T0和T1，沒有定時器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器。還有3個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘,獨(dú)立波特率發(fā)生器，可以在P1.0口輸出時鐘。本系統(tǒng)的光線強(qiáng)度采集采用兩個光敏電阻進(jìn)行，將采集到的光線強(qiáng)度的模擬量直接送入單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將兩路AD分別進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行對比，得到較為精確的光線強(qiáng)度，然后通過PWM控制LED燈光強(qiáng)度達(dá)到智能調(diào)節(jié)光亮的效果。本系統(tǒng)的定時開機(jī)和關(guān)機(jī)的功能，采用DS1302實現(xiàn)。DS1302是美國DALLAS公司推出的，具有涓細(xì)電流充電能力的低功能耗損實時時鐘電路，DS1302的結(jié)構(gòu)、工作原理及其在實時顯示時間中的應(yīng)用。它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒等時間單位進(jìn)行計時，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功能。DS1302通過和單片機(jī)進(jìn)行串行通信得到當(dāng)前系統(tǒng)時間，與存在EEPROM中用戶已經(jīng)設(shè)定好的啟動時間和關(guān)機(jī)時間進(jìn)行對比，如果時間到達(dá)，則進(jìn)行相應(yīng)的操作。DS1302通過簡單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實時時鐘/日歷電路。提供秒、分、時、日等日期。月年的信息,每月有多少天數(shù)和閏年有多少天數(shù)，都是可以通過自動調(diào)整時鐘操作，可通過AM/PM的指示，再看是采用24或12小時格式。DS1302與單片機(jī)之間,僅需用到三個口線:1RES復(fù)位,2I/O數(shù)據(jù)線,3SCLK串行時鐘，就能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信。3.5.2經(jīng)濟(jì)可行性通過計算主要元器件價格，我們得到了制作一個智能臺燈的大概成本約為人民幣25元，相比起市場上的常見臺燈，這個價格已經(jīng)非常便宜了。項目成本表如表3.1所示。

表3.1項目成本表單價數(shù)量STC12C5A60S25.11USB臺燈101制版費(fèi)701LED16027.51DS13020.751CR122011第4章系統(tǒng)設(shè)計4.1系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)原則可靠性和安全性：設(shè)備的運(yùn)行應(yīng)當(dāng)安全可靠，符合一定的安全標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)用戶的信息在使用的過程中不泄露。系統(tǒng)在正常運(yùn)行和正常使用情況下，應(yīng)當(dāng)能夠承受可能出現(xiàn)的各種各樣意外事件的作用，并且在突發(fā)事件發(fā)生的時后和發(fā)生后，應(yīng)仍然能夠保持必要的能夠維持設(shè)備整體穩(wěn)定性的能力。穩(wěn)定性：智能臺燈需要長時間、不中斷的運(yùn)行，該設(shè)備的工作情況與應(yīng)用范圍內(nèi)的居民日常的生活息息相關(guān)，因此需要保證在長期運(yùn)行中的穩(wěn)定可靠。實用性：設(shè)備，不必追求技術(shù)超前，導(dǎo)致華而不實。應(yīng)該仔細(xì)考慮實際的需要，緊貼需求完成。因此，實用性應(yīng)當(dāng)被遵循。產(chǎn)品從廣義上來講，指所有的系統(tǒng)并沒有領(lǐng)域之分、元器件設(shè)備系統(tǒng)之間。產(chǎn)品的可靠性含義的要素為三個規(guī)定；功能規(guī)定、時間規(guī)定、條件規(guī)定。條件規(guī)定：指產(chǎn)品或者系統(tǒng)在使用的時候，所處在的工作條件和環(huán)境條件。時間規(guī)定：產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)規(guī)定了時間范圍；隨著系統(tǒng)任務(wù)時間的加大，系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率也將變大，系統(tǒng)的可靠性將會降低的。所以，系統(tǒng)的可靠性不能脫離任務(wù)的規(guī)定時間。功能規(guī)定：指規(guī)定系統(tǒng)必須具備的功能和其性能指標(biāo)。所要求系統(tǒng)功能的豐富度和其性能指標(biāo)的好壞，直接影響系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的高低。標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化原則：標(biāo)準(zhǔn)是對科學(xué)技術(shù)以及實踐經(jīng)驗的總結(jié)。為了產(chǎn)品使用范圍內(nèi)得到最好的秩序，對實際的或者可能的問題制定相同的和循環(huán)使用規(guī)則的活動，稱為標(biāo)準(zhǔn)化。它包含制定、公布以及標(biāo)準(zhǔn)實施的過程。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)的提升跟社會經(jīng)濟(jì)實踐的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化為一個漸漸演進(jìn)的動態(tài)過程。標(biāo)準(zhǔn)化的作用體現(xiàn)在：為了更好的節(jié)省人力、物力，科學(xué)使用資源和提高經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造條件；為了科學(xué)管理的實施做鋪墊，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量提供參考；有利于增加相互之間了解，減少國際貿(mào)易的技術(shù)瓶頸，加快貿(mào)易進(jìn)展；能夠保障人身財產(chǎn)的安全，提升環(huán)境衛(wèi)生水平，和保護(hù)消費(fèi)者合法利益。規(guī)范化是用來改善關(guān)系模式，通過細(xì)化關(guān)系模式，來去除其中不合理的數(shù)據(jù)聯(lián)系，來解決更新異常、刪除異常、數(shù)據(jù)冗余和插入異常等問題。規(guī)范化的含義是在科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和管理等社會實踐中，對重復(fù)性概念和事物，通過實行、公布和制定標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)統(tǒng)一，從而得到最佳的秩序跟社會利益。4.2體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)4.3硬件設(shè)計4.3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)與外圍存儲器連接電路設(shè)計單片機(jī)最小系統(tǒng)與外圍存儲器連接電路設(shè)計如圖4.2所示。圖4.2單片機(jī)最小系統(tǒng)與外圍存儲器連接電路設(shè)計4.3.2下載電路設(shè)計下載電路設(shè)計如圖4.3所示。圖4.3下載電路設(shè)計4.3.3USB電源電路設(shè)計USB電源電路設(shè)計如圖4.4所示。圖4.4USB電源電路設(shè)計4.3.4電池電源電路設(shè)計電池電源電路設(shè)計如圖4.5所示。圖4.5電池電源電路設(shè)計4.3.5臺燈接口電路設(shè)計臺燈接口電路設(shè)計如圖4.6所示。圖4.6臺燈接口電路設(shè)計4.3.6時鐘電路設(shè)計時鐘電路設(shè)計如圖4.7所示。圖4.7時鐘電路設(shè)計4.3.7按鍵電路設(shè)計按鍵電路設(shè)計如圖4.8所示。圖4.8按鍵電路設(shè)計4.3.8報警電路設(shè)計報警電路設(shè)計如圖4.9所示。圖4.9報警電路設(shè)計4.3.9菜單顯示電路設(shè)計菜單顯示電路設(shè)計如圖4.10所示。圖4.10菜單顯示電路設(shè)計4.3.10光強(qiáng)度采樣電路設(shè)計光強(qiáng)度采樣電路設(shè)計如圖4.11所示。圖4.11光強(qiáng)度采樣電路設(shè)計4.4軟件設(shè)計4.4.1控制流程設(shè)計控制流程設(shè)計圖如圖4.12所示。圖4.12控制流程設(shè)計圖4.4.2功能模塊設(shè)計系統(tǒng)軟件功能框圖如圖4.13所示。圖4.13系統(tǒng)軟件功能框圖大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5章系統(tǒng)實現(xiàn)5.1環(huán)境配置單片機(jī)STC12C5A60S2，時鐘頻率11.0592MHZ，5VUSB供電。5.2功能模塊實現(xiàn)（1）時鐘模塊實現(xiàn)時鐘模塊采用一片DS1302實現(xiàn)，單片機(jī)每隔一段時間就去采集相應(yīng)的系統(tǒng)時間，通過特定的時間轉(zhuǎn)換函數(shù)將讀取到的時間轉(zhuǎn)換為字符串，然后顯示在LCD1602上。其核心代碼，如下所示。voidDS1302GetTime(SYSTEMTIME*Time){ u8ReadValue; ReadValue=Read1302(DS1302_SECOND); Time->Second=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0f); ReadValue=Read1302(DS1302_MINUTE); Time->Minute=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0f); ReadValue=Read1302(DS1302_HOUR); Time->Hour=((ReadValue&0x70)>>4)*10+(ReadValue&0x0f);}voidTimeToStr(SYSTEMTIME*Time){ Time->TimeString[4]=Time->Hour/10+'0'; Time->TimeString[5]=Time->Hour%10+'0'; Time->TimeString[6]=':'; Time->TimeString[7]=Time->Minute/10+'0'; Time->TimeString[8]=Time->Minute%10+'0'; Time->TimeString[9]=':'; Time->TimeString[10]=Time->Second/10+'0'; Time->TimeString[11]=Time->Second%10+'0'; Time->TimeString[12]='\0';}voidTask_RefreshLcd1602()//每200MS刷新一次1602液晶{ DS1302GetTime(&sysTime);TimeToStr(&sysTime);sprintf(ledBuffer[1],"%s",sysTime.TimeString);Lcd1602WriteString(1,1,ledBuffer[0]);Lcd1602WriteString(2,1,ledBuffer[1]);}（2）存儲模塊實現(xiàn)存儲模塊使用了STC12C5A60S2自帶的EEPROM，通過STC官方提供的API對EEPROM進(jìn)行讀寫。其核心代碼，如下所示。voidsaveSystemConfig(){iapProgramu8(E_clockStatue,clockTime.Statue);iapProgramu8(E_clockHour,clockTime.Hour);iapProgramu8(E_clockMin,clockTime.Minute);iapProgramu8(E_upStatue,upTime.Statue);iapProgramu8(E_upHour,upTime.Hour);iapProgramu8(E_upMin,upTime.Minute);iapProgramu8(E_downStatue,downTime.Statue);iapProgramu8(E_downHour,downTime.Hour);iapProgramu8(E_downMin,downTime.Minute);iapProgramu8(E_lightMode,lightMode);}（3）光照模塊實現(xiàn) 光照采集使用了STC12C5A60S2自帶的ADC實現(xiàn)，通過采集光敏電阻的AD值獲得當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度。臺燈亮度控制通過控制三極管的開關(guān)即PWM控制亮度，PWM為STC12C5A60S2單片機(jī)自帶，通過采集光照傳感器的強(qiáng)度并通過相應(yīng)的公式轉(zhuǎn)換為當(dāng)前系統(tǒng)需要的光照強(qiáng)度。//光線強(qiáng)度傳感器初始化，即AD初始化voidlightSensorInit(){ P1ASF=0xC0; ADC_RES=0; ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL;Delay(2);}//讀取光強(qiáng)傳感器數(shù)值，ch[6~7]u8readLightSensor(u8ch){ ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ch|ADC_START; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG)); ADC_CONTR&=~ADC_FLAG; returnADC_RES;}voidlampInit()//臺燈初始化，即PWM初始化{CCON=0;CL=0;CH=0;CMOD=0x02;CCAP0H=0x80;CCAP0L=0x80;CCAPM0=0x42;CR=1;}voidsetLampLightLevel(u8duty)//臺燈亮度調(diào)節(jié)duty(0~255)255最亮{ CCAP0H=duty; CCAP0L=duty;}大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第6章系統(tǒng)測試6.1測試概述為了測試系統(tǒng)運(yùn)行的正確性，我們采用了串口輸出的方式將傳感器采集到的值以及當(dāng)前PWM等很多數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給PC機(jī)，通過觀察串口數(shù)據(jù)來判斷系統(tǒng)是否運(yùn)行正常。6.2測試用例6.2.1各模塊測試表6.1模塊測試表編號測試項操作步驟預(yù)期結(jié)果輸入數(shù)據(jù)實際結(jié)果結(jié)果比較1按鍵測試依次按4個按鍵，是否好用好用無按鍵按下有變化，可以使用符合2時鐘按電源鍵開機(jī)，時鐘是否正常顯示顯示當(dāng)前時鐘無顯示時鐘為“16:01:27”，模塊正常顯示符合3自動模式遮住光敏電阻，觀察臺燈亮度變化遮住光敏電阻，阻擋光源，亮度會發(fā)生變化無遮住光敏電阻，阻擋光源，亮度可以發(fā)生變化符合4手動模式電源鍵開機(jī)，第二個按鍵亮度達(dá)到最高，第三個按鍵亮度達(dá)到最低，關(guān)機(jī)鍵第二、三個按鍵會使臺燈亮度發(fā)生變化無第二個按鍵亮度最高，再變暗，第三個按鍵亮度最低，在變亮符合5按鍵與亮度測試按下按鍵，觀察臺燈亮度是否有變化按下按鍵，臺燈亮度有變化無按下按鍵，臺燈亮度可以變化符合6.2.2LED顯示LED顯示如圖6.1所示。圖6.1LED顯示大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第7章結(jié)論本課題利用光敏電阻對光照強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并采用STC12C5A60S2單片機(jī)對整個系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)了智能臺燈系統(tǒng)的所有功能。在本次設(shè)計當(dāng)中，遇到很多問題，例如怎樣才能更好的檢測到使用環(huán)境的亮度，還有亮度調(diào)節(jié)的等級。在設(shè)計過程中，在亮度調(diào)節(jié)的方面，老師給了我很大的啟發(fā)。之前亮度調(diào)節(jié)只有4個等級，后經(jīng)過老師提示，亮度調(diào)節(jié)的等級有所提高。動手修改代碼之后，才了解到，很多部分都是相關(guān)聯(lián)的，不是只修改一處就可以。在老師和同學(xué)的幫助下，順利完成亮度調(diào)節(jié)的等級修改。本設(shè)計能夠很好的光照進(jìn)行檢測和通過LED臺燈顯示，由于技術(shù)方面水平和時間緊迫，有些地方做的還不夠好，比如，軟件設(shè)計不是很合理。然而，在有限的時間內(nèi)，我努力掌握了溫濕度的檢測方式，整體把握了溫濕度檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計思路，完成了從熟悉硬件電路、單片機(jī)程序到實現(xiàn)光照強(qiáng)度測試器的整個過程，親身體驗了設(shè)計的全部步驟。在實驗過程中，我學(xué)習(xí)了Keil、AltiumDesigner的基本功能，并掌握了一些基本的使用方法。拓寬了我們的視野，有助于我以后的工作和學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)[1]田志華.電池供電單片機(jī)的低功耗設(shè)計[J]，寧夏機(jī)械，2002[2]許超，吳新杰，張丹.基于Proteus和Keil的單片機(jī)課程教學(xué)改革[J]，遼寧大學(xué)學(xué)報(自然科