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1、word □規(guī)定類 ■自選類 電氣工程大學生課外創(chuàng)新實驗競賽活動 實驗〔作品〕報告 作品名稱： 基于單片機的節(jié)能燈控制 專業(yè)： 電氣工程與其自動化 隊員某某：俞宙杰邱宜彬王競遠 王夢瑤 指導教師：無 學 院： 電氣工程學院 作品完成起止時間：2013年4月16日-5月11日 2013年5月 14 / 14 目錄 一、題目介紹3 二、設計要求3 三、系統(tǒng)總體設計3 設計概述3 設計思路4 系統(tǒng)總體模塊4 功能流程圖5 四、硬件系統(tǒng)設計7 主控芯片STC

2、89C51單片機7 傳感器模塊7 4.3 LED驅動電路8 五、系統(tǒng)硬件電路9 總電路原理圖9 單片機模塊9 驅動電路10 六、系統(tǒng)特點11 七、評測與結論11 八、總結11 九、源程序13 一、 題目介紹 背景：目前校園的白熾燈系統(tǒng)大多都是整夜打開并且亮度固定不可調，這樣沒有人經(jīng)過的時候便會白白浪費很多電能。而點亮多盞白熾燈必定會消耗很多電能，電能利用率低。產(chǎn)業(yè)界電能應用開展的趨勢必然是低功耗節(jié)能，并且使用無污染的新能源。而太陽能便能符合無污染、取之不盡用之不竭等特點。LED具有1〕節(jié)能效果好；2〕發(fā)光效率高；3〕壽命超長，性能穩(wěn)定等特點。 目的、所要解決的問題

3、：基于此，我們想到了將STC80C51單片機的低功耗以與LED的節(jié)能相聯(lián)系組成一個完善的照明系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)低功耗、高效利用電能、綠色、環(huán)保。 二、 設計要求 當是白天時〔光線較強時〕，不需要開燈，系統(tǒng)進入節(jié)能的超低功耗休眠模式；當傍晚降臨時，系統(tǒng)發(fā)出微弱的光線以達到一定照明的目的〔此時沒人通過該燈〕；當有人通過該燈時，系統(tǒng)發(fā)出較強的光線；當人走遠后，系統(tǒng)自動轉到“微弱的光線〞模式以等待人的通過。 三、系統(tǒng)總體設計 設計概述 本項目的主要功能：當是白天時〔光線較強時〕，不需要開燈，系統(tǒng)進入節(jié)能的超低功耗休眠模式；當傍晚降臨時，系統(tǒng)發(fā)出微弱的光線以達到一定照明的目的〔此時沒人通過該LE

4、D燈〕；當有人通過該LED燈時，系統(tǒng)發(fā)出較強的光線；當人走遠后，系統(tǒng)自動轉到“微弱的光線〞模式以等待人的通過。 本項目主要分為傳感器模塊、單片機控制模塊、LED路燈模塊。 1) 傳感器模塊：由熱釋電電路和光敏電路組成。光敏電路將感應白天和黑夜；熱釋電電路感應是否有人通過路燈； 2) LED路燈模塊：由大功率LED驅動電路、大功率LED組成。LED燈為1W暖色大功率LED，壽命為50,000小時，輸出光通亮為70-80LM〔流明〕。 3) 驅動電路：采用CAT4201芯片，組成降壓變換驅動電路。該芯片驅動LED電流可達350mA，能量利用率高達94%。 4) 單片機模塊：該模塊負責對系

5、統(tǒng)進展控制。白天時，光敏電路發(fā)給單片機一個高電平，單片機進入低功耗模式〔此時熱釋電電路不工作〕；晚上時，光敏電路發(fā)給單片機一個低電平，單片機退出低功耗模式,進入待機模式，沒人經(jīng)過LED燈的時候，熱釋電電路發(fā)給單片機一個低電平，此時單片機輸出一個較低占空比的PWM波給LED驅動電路，LED發(fā)出相對微弱的光〔由于PWM占空比可通過程序改變，所以微弱光的強度也可調〕；當有人經(jīng)過路燈時，熱釋電電路發(fā)給單片機一個高電平，此時單片機輸出一個較高占空比的PWM給LED驅動電路，LED發(fā)出較強的光〔光強也可通過程序調動〕；當人通過路燈慢慢走遠時，熱釋電電路將發(fā)給單片機一個低電平，LED發(fā)出較微弱的光。 設計

6、思路 根據(jù)題目要求和設計需要，本系統(tǒng)使用STC89C51系列單片機作為主控機，通過拓展必要的外圍電路，實現(xiàn)對LED燈的智能控制系統(tǒng)的設計，具體設計思路如下： 1) 由于要掃描是否有人經(jīng)過LEDX圍內(nèi)，并且需要實現(xiàn)一系列電路的轉換以與函數(shù)的邏輯分析，本系統(tǒng)采用了以熱釋電模塊和光敏電阻為核心作為LED智能燈系統(tǒng)的感應模塊； 2) 為了實現(xiàn)LED的正常工作與控制LED的明暗變化，本系統(tǒng)采用CAT4201芯片，組成降壓變換驅動電路。該芯片驅動LED電流可達350mA，能量利用率高達94%。 3) 光敏感應模塊：接通電源，STC89C51單片機、熱釋電模塊、LED驅動電路以與光敏電阻啟動工作，當

7、光照大于一定數(shù)值時，光敏電阻電壓減小，給單片機輸出高電平，單片機進入低功耗模式〔此時熱釋電電路不工作〕；當光照減小到一定數(shù)值時，光敏電阻阻值變大，發(fā)給單片機一個低電平，單片機退出低功耗狀態(tài)，進入待機狀態(tài)。 4) 熱釋電感應模塊：當LED進入待機狀態(tài)時，沒人經(jīng)過LED燈的時候，熱釋電電路發(fā)給單片機一個低電平，此時單片機輸出一個較低占空比的PWM波給LED驅動電路，LED發(fā)出相對微弱的光〔由于PWM占空比可通過程序改變，所以微弱光的強度也可調〕；當有人經(jīng)過路燈時，熱釋電電路發(fā)給單片機一個高電平，此時單片機輸出一個較高占空比的PWM給LED驅動電路，LED發(fā)出較強的光〔光強也可通過程序調動〕；當人

8、通過路燈慢慢走遠時，熱釋電電路將發(fā)給單片機一個低電平，LED發(fā)出較微弱的光。 主函數(shù) 中斷函數(shù) 四、硬件系統(tǒng)設計 STC89C51單片機 STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS 4位微控制器，具有4K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的84位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S51在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。 單片機的最小系統(tǒng)設計： 傳感器模塊 傳感器模塊

9、由熱釋電電路和光敏電路組成。光敏電路由光敏電阻、比擬器以與繼電器等元器件組成，通過光強變化引起電阻變化來分壓，再經(jīng)過比擬器比擬輸出。輸出高電平表示白天，低電平表示黑夜。繼電器接收單片機的指令進展開關LED驅動的電源。 熱釋電技術比擬成熟，其框圖如如下圖所示 LED驅動電路 LED路燈模塊由LED驅動以與大功率LED組成。驅動芯片采用CAT4201，該芯片具有的特點如下：LED驅動電流可達350mA；6-28V寬電壓工作X圍；最多可驅動1W*6顆LED；BOOST工作方式，高效率；電流設定恒流精度高；封裝小，空間利用率高；可并聯(lián)使用，驅動功率可倍增。LED為1W大功率暖白LED，正向

10、電流可達350mA，輸出光通量為70-80LM〔流明〕，正向電壓3.3-3.6V，反向電壓5V，功耗1W，壽命50,000小時，發(fā)光角度100-110度 其典型應用圖如下： 五、系統(tǒng)硬件電路 5.2單片機模塊 六、系統(tǒng)特點 該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處主要表現(xiàn)在以下幾點： 1) 采用LED照明。LED的節(jié)能效果好，具有單向輻射特性，能量轉化效率非常高，理論上與白熾燈比擬能達到90%的節(jié)能，相比熒光燈也可以達到50%的節(jié)能效果。LED的發(fā)光效率高，理論上其效率可達到300lm/W以上，其發(fā)光效率為熒光燈的約1.7倍，白熾燈的11.5倍。除此之外，LED的壽

11、命超長，性能穩(wěn)定。 2) 采用STC89C51低功耗單片機。白天單片機進入低功耗模式，系統(tǒng)進入等待狀態(tài)，等待黑夜喚醒(當初決定白天不用0占空比的PWM控制LED的關閉主要是考慮到輸出PWM時,不能進入低功耗模式,不能發(fā)揮單片機低功耗的特點，所以我們使用了繼電器來控制LED驅動是否工作)。從而充分的節(jié)能。 3) 系統(tǒng)中突出使用了低功耗模式,除了處理中斷時候,在其他時間,單片機都處于低功耗模式. 七、評測與結論 光照照射光敏電阻，以此來模擬白天，單片機休眠；阻止光照射光敏電阻，以此來模擬黑夜，此時單片機退出低功耗模式，進展工作，LED能夠發(fā)出相對微弱的光〔無人通過時〕；當有人通過路燈的時候

12、，熱釋電模塊能夠識別到，并且發(fā)送信號給單片機，單片機對LED的亮度能夠進展控制；當人離開路燈之后，熱釋電能夠發(fā)送信號給單片機，單片機再對LED的亮度進展控制。太陽能充電模塊也能給電池充電。 該系統(tǒng)易于實現(xiàn)，應用廣泛且擴展性強。這里只演示一盞燈，假設有多盞燈時，人從街道口走到街道盡頭便可實現(xiàn)類似于“流水等〞的效果。光的亮度可調節(jié)，可以改變成現(xiàn)在流行的“呼吸燈〞，即燈的亮度逐漸變亮和變暗。 該系統(tǒng)也可應用于舞臺，試想明星在燈光的襯托下登場亮相，是多么的炫啊！〔這里是全自動控制的〕除此之外，該系統(tǒng)還可應用于家里的照明燈，也使得居家生活更加智能化，這也是未來電子產(chǎn)業(yè)的開展方向！ 總體來說，該系統(tǒng)

13、能實現(xiàn)預期的指標，并且能具有低功耗、高效利用電能、拓展性強、綠色、環(huán)保等特點。 八、總結 本次實驗競賽，我們幾個同學都付出了很大的精力。首先，我們進展了分工，針對本組組員做事的特點，分工時由兩人負責收集資料，以與負責學習multisim和proteus軟件的根本使用，并將仿真電路模擬出來。剩下的一人，動手能力比擬強，負責將仿真成功的電路圖進展焊接。 雖然這次實驗原理簡單，但是就毫無設計根底的我們，這還是相當很有難度的，在制作作品的過程中，我們付出了很多辛酸：我們做的第一步，就是要收集各種各樣的關于搶答器的資料，了解它的原理，并根據(jù)題目要求，四處搜索具有相關功能的芯片，我們在這些前期準備上

14、花費了很多時間和精力。收集完資料，我們就開始了仿真工作，要仿真電路，毫無根底的我們就得下載教學視屏沒日沒夜的學習軟件的使用方法，平時很少兩點鐘之前睡過覺。好在付出總會有收獲，現(xiàn)在我們已經(jīng)能較熟練的掌握multisim和proteus軟件的根本使用。但在學習了仿真軟件之后，我們就開始了電路的仿真，經(jīng)歷了n+1的努力之后，我們終于看到了成功的曙光！有了仿真的實現(xiàn)，我們信心倍增，相信沒有什么問題是解決不了的。在接下來的電路的焊接過程中，每一步焊接都要小心慎重，生怕哪里短路，短路，或者連錯了線路，中間幾度由于粗心大意連錯了導線，還好細心女生幫助檢查了出來，就這樣坎坎坷坷，我們最終將電路焊接完成！喜悅心

15、情溢于言表。 整個過程中，我們沒有比擬成熟的技術，只能靠自己的不懈努力來解決一個又一個問題。我想這對于我們今后走上工作崗位會有很大的幫助。 有志者，事竟成，相信這次試驗我會終生難忘。 九、源程序 #include "reg51.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit wr=P3^2; sbit rd=P3^1; sbit ren=P0^1; sbit pwm=P0^0; sbit adcs=P3^0; sbit gm=P1^0; unsigned char num,td;

16、 uchar a; void delay( uint x) { uchar y; for(;x>0;x--) for(y=1;y>0;y--); } void main() { //P0&=0x7f; adcs=0; ren=0; pwm=0; TMOD=0x01; TH0=(65536-10)/256; TL0=(62256-10)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; num=0; while(

17、1) { /* wr=0; delay(1); wr=1; delay(20); rd=0; delay(1); rd=1; //delay(1); a=P1; delay(200); td=a/25 ; */ if(num>=40) { num=0; pwm=0; } if(gm && ren && num>=0) pwm=1; else if(gm && ~ren && num>=20) pwm=1; } } void TO_time() interrupt 1 { TH0=(65536-10)/256; TL0=(62256-10)%256; num++; }