基于51單片機(jī)光照強弱檢測報警器的設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................3

2設(shè)計方案選擇...........................................................................................................3

2.1單片機(jī)的選擇...............................................................................................3

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計...............................................................................................4

3產(chǎn)品硬件設(shè)計...........................................................................................................4

3.1STC89C52RC單片機(jī)核心電路設(shè)計..............................................................4

3.2按鍵電路接口設(shè)計.......................................................................................6

3.3LCD1602液晶顯示模塊電路........................................................................7

3.4光照檢測模塊電路........................................................................................8

3.5蜂鳴器報警模塊電路.....................................................................................9

4產(chǎn)品軟件設(shè)計.........................................................................................................10

4.1主程序流程圖..............................................................................................10

4.2LCD1602液晶顯示程序設(shè)計......................................................................11

4.3程序設(shè)計.....................................................................................................12

4.4產(chǎn)品程序清單.............................................................................................12

5產(chǎn)品使用說明.........................................................................................................13

5.1產(chǎn)品裝配圖.................................................................................................13

5.2產(chǎn)品調(diào)試.....................................................................................................13

5.3產(chǎn)品使用說明.............................................................................................14

6產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).................................................................................................17

7參考資料.................................................................................................................17

附錄.............................................................................................................................18

附錄1元器件清單..........................................................................................18

附錄2電路原理圖..........................................................................................19

附錄3PCB設(shè)計圖...........................................................................................20

附錄4產(chǎn)品實物圖..........................................................................................21

1

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

附錄5主程序代碼..........................................................................................22

2

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

基于51單片機(jī)光照強弱檢測報警器的設(shè)計與制作

1產(chǎn)品功能分析

隨著科技發(fā)展的進(jìn)步，人們在工作或?qū)W習(xí)中，都需要有合適的光照強度。

光照太強或者太弱對人體的眼睛都是有害的。所以合適的光照強度，對我們生

活是很重要的。為了檢驗光照強度是否合適，就可以用本文介紹的光線強弱報

警器。本產(chǎn)品是一個基于單片機(jī)的數(shù)字式光照檢測儀，通過數(shù)碼管顯示光照強

度，并且具有判斷光照強弱能力。以89C52單片機(jī)為核心，控制A/D芯片采集

數(shù)據(jù)，輔以數(shù)碼管、元器件、比較器、數(shù)據(jù)選擇器等器件，實現(xiàn)功能。

本設(shè)計適當(dāng)?shù)乩昧斯饷綦娮璧奶匦砸约皢纹瑱C(jī)的強大的運算控制功能，

實現(xiàn)了光照強度的檢測，并在LCD1602液晶上顯示。比較光照強度數(shù)值大小

確定了當(dāng)前光照可用值。本系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)有資源，在光照對人體不利的情

況下都會自動報警。

加強對單片機(jī)的學(xué)習(xí)和認(rèn)識，正確運用所學(xué)單片機(jī)的理論知識，將理論與

實際相結(jié)合，單片機(jī)在我們的生活中得到越來越廣泛的應(yīng)用，單片機(jī)的廣泛使

用影響著新時代，在計算機(jī)行業(yè)運用很廣泛，學(xué)好單片機(jī)對今后的學(xué)習(xí)和工作

發(fā)展有很大益處。

2設(shè)計方案選擇

本次選題的設(shè)計思路，采用光敏電阻為光傳感器，利用光敏電阻的光照特

性完成光強的檢測。以STC89系列單片機(jī)為核心，通過傳感器測試實驗室光照

強弱調(diào)光照強度以達(dá)到舒適的環(huán)境。

2.1單片機(jī)的選擇

選擇STC89C52RC系列單片機(jī)，STC89C52RC系列簡單常見易上手操作，內(nèi)

外都有完整的操作系統(tǒng)。是一款非常經(jīng)典的產(chǎn)品。使用起來很便利。

3

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

2.2系統(tǒng)框圖設(shè)計

系統(tǒng)框圖的設(shè)計，如下圖2.1所示：

圖2.1系統(tǒng)框圖

3產(chǎn)品硬件設(shè)計

本設(shè)計采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，在此基礎(chǔ)上加入LCD顯示電

路模塊、光照強度檢測模塊、按鍵模塊電路模塊、報警電路模塊等幾個功能模

塊構(gòu)成了本系統(tǒng)。這幾個功能模塊電路的硬件設(shè)計見下面介紹。

3.1STC89C52RC單片機(jī)核心電路設(shè)計

STC89C52功能特性：具有低功耗、高性能的特點。其通過CMOS的8口位

的微型控制器，可編程Flash存儲器。與工業(yè)產(chǎn)品80C51引腳和指令完全適

配。機(jī)片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可以修改編程，也適用于常見的編程

器。在機(jī)芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得89C52為

眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案，在一塊芯片上電路集成

中央處理器、程序數(shù)據(jù)儲存器定時器等的一臺微型計算機(jī)，它體積小、結(jié)構(gòu)緊

4

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

湊、功耗低，嵌入到系統(tǒng)中，完成控制功能，又稱“嵌入式微控制器”。本設(shè)

計采用STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)引腳如下圖3.1所示：

圖3.1STC89C52單片機(jī)引腳圖

單片機(jī)STC89C52RC是微型處理器，簡單容易構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)。它把中央

處理器、隨機(jī)存取器、定時計算器以及I/O接口電路的功能集成與一塊單一的

電路芯片的微型計算器。這是生活中比較常見的單片機(jī)的存在形式。與此不同

還有增強型的單片機(jī)。它加入了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW、WDT、有些增強型的

單片機(jī)甚至將LCD驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上這樣一來單片機(jī)里面所包

含的電路就更加多樣，相應(yīng)的性能也就會得到相應(yīng)的提升，功能效果也能得到

大大提升。

下圖涵蓋單片機(jī)最小系統(tǒng)，是由單片機(jī)、晶振電路、S1按鍵復(fù)位電路三部

分構(gòu)成可以工作的系統(tǒng)。接口靈活簡單，容易上手操作。下圖還包含了電源電

路、電容、電阻等元器件。

5

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

圖3.2單片機(jī)STC89C52最小系統(tǒng)

3.2按鍵電路接口設(shè)計

本設(shè)計中，采用了三個按鍵來實現(xiàn)對光照強度報警值的設(shè)置，具體電路設(shè)

計如下圖3.3所示。

圖3.3按鍵電路

按鍵功能如下所示：

S2按鍵：減檔值，使上下限值減少，S2按鍵一端連接地線，一端連接單

片機(jī)P3口管腳。

S3按鍵：加檔值，使上下限值增加，S3按鍵一端連接地線，一端連接單

片機(jī)P3口管腳。

S4按鍵：復(fù)位鍵設(shè)置上下限數(shù)值，S4按鍵一端連接地線，一端連接單片

機(jī)P3口管腳。

6

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

3.3LCD1602液晶顯示模塊電路

LCD1602液晶顯示的原理：是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)

域進(jìn)行控制，有電就可以顯示出圖形，形狀數(shù)字等。液晶顯示器具有厚度薄、

適用于各種常見的大規(guī)模集成電路直接使用、又容易實現(xiàn)全彩色顯示的特點，

其無輻射、重量輕、質(zhì)量高、耗能少、機(jī)身薄節(jié)省空間等特性，目前已被廣泛

運用在各個領(lǐng)域。

LCD1602液晶顯示特點：LCD1602接收到信號后會一直保持發(fā)出的亮度和

色彩，恒定不變的發(fā)光發(fā)亮。也是一種工業(yè)常用的字符型液晶，能同時顯示兩

行數(shù)字，在我們?nèi)粘Ｉ钪校壕э@示器很常見。液晶顯示能夠顯示數(shù)字、符

號和圖形。它顯示出來的字體清晰，畫面清晰不會閃爍，方便觀看，使用起來

還是比較方便好用的。LCD1602實物如下圖3.4所示。

圖3.4LCD1602實物圖

LCD1602電路接口設(shè)計如下所示：

圖3.5LCD1602電路接口設(shè)計

7

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

3.4光照檢測模塊電路

光照檢測電路采用了一個光敏電阻來實現(xiàn)光照的檢測，通過ADC0832來

實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。光照檢測電路接口設(shè)計，如下圖3.6所示。

圖3.6光照檢測電路設(shè)計

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)通過入射光照的強弱改變阻值大小

的電阻器，又稱之為光電導(dǎo)探測器；光照強度越強，電阻阻值越小，光照強度

越弱，電阻阻值越大。光照的特性是指光敏電阻輸出的電信號隨光照度強而增

大減小變化的特性。形成ADC的轉(zhuǎn)化，組成模擬數(shù)字電路。光照作用傳輸如

下：

1、通過光敏電阻的檢測，采集數(shù)據(jù)搜集數(shù)據(jù)，及時傳輸給單片機(jī)，完成

ADC的轉(zhuǎn)化；

2、單片機(jī)將收到的信號進(jìn)行分析、整理和處理，將采集到的溫度實時數(shù)

據(jù)傳送給1602液晶顯示屏；

3、通過1602LCD液晶屏來完成溫度的數(shù)據(jù)顯示。

8

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

3.5蜂鳴器報警模塊電路

圖3.7蜂鳴器報警電路設(shè)計

根據(jù)按鍵按鈕設(shè)置溫度上下限數(shù)值，接入蜂鳴器，液晶顯示器顯示光照強

度達(dá)到70%以上，顯示器發(fā)光，蜂鳴器報警，液晶顯示器顯示光照強度達(dá)到

25%以下，顯示器發(fā)光，則蜂鳴器報警。

9

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

4產(chǎn)品軟件設(shè)計

本產(chǎn)品采用了C語言，KELL編程環(huán)境。采用了簡單的設(shè)計理論，由程序

和多部分模塊構(gòu)成。

4.1主程序流程圖

4.1主程序流程圖

10

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

4.2LCD1602液晶顯示程序設(shè)計

4.2顯示程序流程圖

11

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

4.3程序設(shè)計

對程序編寫完畢后，通過軟件對程序進(jìn)行調(diào)試，下載和編譯，實現(xiàn)傳輸效

果。

圖4.3程序設(shè)計

4.4產(chǎn)品程序清單

圖4.4程序清單

12

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

5產(chǎn)品使用說明

5.1產(chǎn)品裝配圖

圖5.1產(chǎn)品裝配圖

5.2產(chǎn)品調(diào)試

圖5.2產(chǎn)品調(diào)試燒錄圖

13

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

5.3產(chǎn)品使用說明

1、接上電源上電，在按下電源開關(guān)，光敏電阻自動檢測光照強度。

圖5.3

14

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

2、若液晶顯示器顯示光照強度達(dá)到70%以上，則蜂鳴器報警。

操作演示圖5.4：圖中光照顯示值是75，大于上限值70，指示燈亮蜂鳴器報警

3、若液晶顯示器顯示光照強度達(dá)到25%以下，則蜂鳴器報警。

操作演示圖5.5：圖中光照顯示值是20，小于下限值25，指示燈亮蜂鳴器報警

15

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

4、按鍵可以調(diào)節(jié)蜂鳴器報警值

操作演示圖5.6：復(fù)位鍵設(shè)置上下限數(shù)值

操作演示圖5.7：按鍵加檔鍵，使上限值增加

16

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

操作演示圖5.8：按鍵減檔鍵，使上下限值減少。

6產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語；

[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標(biāo)準(zhǔn)；

[6]GB/T8567-2006計算機(jī)軟件文檔編制規(guī)范。

7參考資料

[1]陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計實訓(xùn)教材[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003．

[2]徐新艷.單片機(jī)原理、應(yīng)用與實踐[M].北京：高等教育出版社，2005．

[3]吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[4]王千.實用電子電路大全[M].電子工業(yè)出版社，2001.

[5]馮博琴.微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[6]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

17

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

[7]張淑清，姜萬錄等.單片微型計算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社，2003.

[8]吳金戌，沈慶陽，郭庭吉.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[9]馮博琴.微型計算機(jī)原理與接口技術(shù)[M].清華大學(xué)出版社，2004.

[10]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[11]趙亮,侯國銳.單片機(jī)C語言編程與實例[M].北京:人民郵電出版社,2003.

[12]王振紅，李洋，郝承祥.ISD4004語音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

[J].電子器件2002年3月第25卷第1期.

附錄

附錄1元器件清單

18

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

附錄2電路原理圖

19

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

附錄3PCB設(shè)計圖

20

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

附錄4產(chǎn)品實物圖

21

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

附錄5主程序代碼

#include<reg52.h>//調(diào)用單片機(jī)頭文件

#defineucharunsignedchar//無符號字符型宏定義變量范圍0~255

#defineuintunsignedint//無符號整型宏定義變量范圍0~65535

sbitCS=P2^2;//CS定義為P1口的第3位腳，連接ADC0832CS腳

sbitCLK=P2^1;//SCL定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832CLK腳

sbitDODI=P2^0;//DO定義為P1口的第5位腳，連接ADC0832DODI腳

sbitbeep=P1^4;//蜂鳴器IO口定義

uchargx;//光線等級

uchargx_high=70,gx_low=25;//光線上下限報警值

uintflag_300ms;//300毫秒的變量

ucharmenu_1;//設(shè)置不同報警參數(shù)的變量

22

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

//這三個引腳參考資料

sbitrs=P1^0;//1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳H:數(shù)據(jù)L:命令

sbitrw=P1^1;//1602讀寫引腳H:數(shù)據(jù)寄存器L:指令寄存器

sbite=P1^2;//1602使能引腳下降沿觸發(fā)

sbitkey1=P3^7;//按鍵IO口定義

sbitkey2=P3^6;//按鍵IO口定義

sbitkey3=P3^5;//按鍵IO口定義

/********************************************************************

*名稱:delay_uint()

*功能:小延時。

*輸入:無

*輸出:無

***********************************************************************/

voiddelay_uint(uintq)

{

while(q--);

}

/********************************************************************

*名稱:write_com(ucharcom)

*功能:1602指令函數(shù)

*輸入:輸入的指令值

*輸出:無

***********************************************************************/

voidwrite_com(ucharcom)

{

rs=0;//寫指令

rw=0;//對1602寫操作

P0=com;//P0口對1602寫指令

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信號

delay_uint(100);//延時一下等1602完成操作

e=0;

}

/********************************************************************

*名稱:write_data(uchardat)

*功能:1602寫數(shù)據(jù)函數(shù)

*輸入:需要寫入1602的數(shù)據(jù)

*輸出:無

***********************************************************************/

23

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

voidwrite_data(uchardat)

{

rs=1;//寫數(shù)據(jù)

rw=0;//對1602寫操作

P0=dat;//P0口對1602寫數(shù)據(jù)

delay_uint(25);

e=1;//e=1使能信號

delay_uint(100);//延時一下等1602完成操作

e=0;

}

/********************************************************************

*名稱:write_lcd2(ucharhang,ucharadd,uchardate)

*功能:顯示2位十進(jìn)制數(shù)，如果要讓第一行，第五個字符開始顯示"23"，調(diào)用

該函數(shù)如下

write_lcd2(1,5,23)

*輸入:行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)

*輸出:無

***********************************************************************/

voidwrite_lcd2(ucharhang,ucharadd,uintdate)

{

if(hang==1)

write_com(0x80+add);//寫1602第一行的地址

else

write_com(0x80+0x40+add);//寫1602第二行的地址

write_data(0x30+date/10%10);//顯示十位數(shù)

write_data(0x30+date%10);//顯示個位數(shù)

}

/********************************************************************

*名稱:write_string(ucharhang,ucharadd,uchar*p)

*功能:改變液晶中某位的值，如果要讓第一行，第五個字符開始顯示"abcd

ef"，調(diào)用該函數(shù)如下

write_string(1,5,"abcdef;")

*輸入:行，列，需要輸入1602的數(shù)據(jù)

*輸出:無

***********************************************************************/

voidwrite_string(ucharhang,ucharadd,uchar*p)

{

if(hang==1)

write_com(0x80+add);//寫1602第一行的地址

else

write_com(0x80+0x40+add);//寫1602第二行的地址

24

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

while(1)

{

if(*p=='\0')break;//\0字符串的結(jié)尾標(biāo)志break結(jié)束while循環(huán)結(jié)束寫

字符

write_data(*p);//寫數(shù)據(jù)

p++;//指針地址加1

}

}

/********************************************************************

*名稱:init_1602()

*功能:初始化1602液晶

*輸入:無

*輸出:無

***********************************************************************/

voidinit_1602()

{

write_com(0x38);//顯示模式設(shè)置：16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口不檢

測忙信號

write_com(0x0c);//開顯示不顯示光標(biāo)

write_com(0x06);//當(dāng)寫一個字符是，地址指針加1

write_string(1,0,"GX:00%");//初始化1602顯示

write_string(2,0,"H:00%L:00%");//初始化1602顯示

}

/***********************1ms延時函數(shù)*****************************/

voiddelay_1ms(uintq)

{

uinti,j;

for(i=0;i<q;i++)

for(j=0;j<120;j++);

}

/***********讀數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)*******************/

//請先了解ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換的串行協(xié)議，再來讀本函數(shù)，主要是對應(yīng)時序圖來

理解，本函數(shù)是模擬0832的串行協(xié)議進(jìn)行的

unsignedcharad0832read(bitSGL,bitODD)

{

unsignedchari=0,value=0;

CLK=0;

DODI=1;

CS=0;//開始

CLK=1;//第一個上升沿

25

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

CLK=0;

DODI=ODD;//通道選擇

CLK=1;//第二個上升沿

CLK=0;

DODI=SGL;//通道選擇

for(i=0;i<8;i++)

{

CLK=1;//下降沿接收數(shù)據(jù)

value<<=1;//8位的數(shù)據(jù)高位在前

CLK=0;

if(DODI==1)//如果DO為1

value++;//8位的數(shù)據(jù)低位置1

}

returnvalue;//返回0832采集到的數(shù)據(jù)

}

/********************獨立按鍵程序*****************/

ucharkey_can;//按鍵值

voidkey()//獨立按鍵程序

{

key_can=0;//按鍵值還原成0

if(key1==0||key2==0||key3==0)//有按鍵按下

{

delay_1ms(1);//按鍵延時消抖動

if(key1==0)//確認(rèn)是按鍵按下

key_can=1;//得到按鍵值

if(key2==0)//確認(rèn)是按鍵按下

key_can=2;//得到按鍵值

if(key3==0)//確認(rèn)是按鍵按下

key_can=3;//得到按鍵值

}

}

/****************按鍵處理顯示函數(shù)***************/

voidkey_with()

{

if(key_can==1)//設(shè)置鍵

{

menu_1++;

if(menu_1>=3)

{

menu_1=0;//menu_1=0退出設(shè)置了，在正常顯示界面下

26