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1、word □規(guī)定類 ■自選類 電氣工程大學(xué)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(jī)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(yuǎn) 王夢瑤 指導(dǎo)教師：無 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)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(shè)計要求3 三、系統(tǒng)總體設(shè)計3 設(shè)計概述3 設(shè)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(shè)計7 主控芯片STC

2、89C51單片機(jī)7 傳感器模塊7 4.3 LED驅(qū)動電路8 五、系統(tǒng)硬件電路9 總電路原理圖9 單片機(jī)模塊9 驅(qū)動電路10 六、系統(tǒng)特點(diǎn)11 七、評測與結(jié)論11 八、總結(jié)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(diào)，這樣沒有人經(jīng)過的時候便會白白浪費(fèi)很多電能。而點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)。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(diǎn)。 目的、所要解決的問題

3、：基于此，我們想到了將STC80C51單片機(jī)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(shè)計要求 當(dāng)是白天時〔光線較強(qiáng)時〕，不需要開燈，系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能的超低功耗休眠模式；當(dāng)傍晚降臨時，系統(tǒng)發(fā)出微弱的光線以達(dá)到一定照明的目的〔此時沒人通過該燈〕；當(dāng)有人通過該燈時，系統(tǒng)發(fā)出較強(qiáng)的光線；當(dāng)人走遠(yuǎn)后，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)到“微弱的光線〞模式以等待人的通過。 三、系統(tǒng)總體設(shè)計 設(shè)計概述 本項目的主要功能：當(dāng)是白天時〔光線較強(qiáng)時〕，不需要開燈，系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能的超低功耗休眠模式；當(dāng)傍晚降臨時，系統(tǒng)發(fā)出微弱的光線以達(dá)到一定照明的目的〔此時沒人通過該LE

4、D燈〕；當(dāng)有人通過該LED燈時，系統(tǒng)發(fā)出較強(qiáng)的光線；當(dāng)人走遠(yuǎn)后，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)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(jī)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(yīng)白天和黑夜；熱釋電電路感應(yīng)是否有人通過路燈； 2) LED路燈模塊：由大功率LED驅(qū)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(qū)動電路：采用CAT4201芯片，組成降壓變換驅(qū)動電路。該芯片驅(qū)動LED電流可達(dá)350mA，能量利用率高達(dá)94%。 4) 單片機(jī)模塊：該模塊負(fù)責(zé)對系

5、統(tǒng)進(jìn)展控制。白天時，光敏電路發(fā)給單片機(jī)一個高電平，單片機(jī)進(jìn)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(jī)一個低電平，單片機(jī)退出低功耗模式,進(jìn)入待機(jī)模式，沒人經(jīng)過LED燈的時候，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個低電平，此時單片機(jī)輸出一個較低占空比的PWM波給LED驅(qū)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(qiáng)度也可調(diào)〕；當(dāng)有人經(jīng)過路燈時，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個高電平，此時單片機(jī)輸出一個較高占空比的PWM給LED驅(qū)動電路，LED發(fā)出較強(qiáng)的光〔光強(qiáng)也可通過程序調(diào)動〕；當(dāng)人通過路燈慢慢走遠(yuǎn)時，熱釋電電路將發(fā)給單片機(jī)一個低電平，LED發(fā)出較微弱的光。 設(shè)計

6、思路 根據(jù)題目要求和設(shè)計需要，本系統(tǒng)使用STC89C51系列單片機(jī)作為主控機(jī)，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(shè)計，具體設(shè)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(zhuǎn)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(yīng)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(qū)動電路。該芯片驅(qū)動LED電流可達(dá)350mA，能量利用率高達(dá)94%。 3) 光敏感應(yīng)模塊：接通電源，STC89C51單片機(jī)、熱釋電模塊、LED驅(qū)動電路以與光敏電阻啟動工作，當(dāng)

7、光照大于一定數(shù)值時，光敏電阻電壓減小，給單片機(jī)輸出高電平，單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式〔此時熱釋電電路不工作〕；當(dāng)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(jī)一個低電平，單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。 4) 熱釋電感應(yīng)模塊：當(dāng)LED進(jìn)入待機(jī)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(jī)一個低電平，此時單片機(jī)輸出一個較低占空比的PWM波給LED驅(qū)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(qiáng)度也可調(diào)〕；當(dāng)有人經(jīng)過路燈時，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個高電平，此時單片機(jī)輸出一個較高占空比的PWM給LED驅(qū)動電路，LED發(fā)出較強(qiáng)的光〔光強(qiáng)也可通過程序調(diào)動〕；當(dāng)人

8、通過路燈慢慢走遠(yuǎn)時，熱釋電電路將發(fā)給單片機(jī)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(shè)計 STC89C51單片機(jī) 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(shù)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(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 單片機(jī)的最小系統(tǒng)設(shè)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(qiáng)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(jī)的指令進(jìn)展開關(guān)LED驅(qū)動的電源。 熱釋電技術(shù)比擬成熟，其框圖如如下圖所示 LED驅(qū)動電路 LED路燈模塊由LED驅(qū)動以與大功率LED組成。驅(qū)動芯片采用CAT4201，該芯片具有的特點(diǎn)如下：LED驅(qū)動電流可達(dá)350mA；6-28V寬電壓工作X圍；最多可驅(qū)動1W*6顆LED；BOOST工作方式，高效率；電流設(shè)定恒流精度高；封裝小，空間利用率高；可并聯(lián)使用，驅(qū)動功率可倍增。LED為1W大功率暖白LED，正向

10、電流可達(dá)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(yīng)用圖如下： 五、系統(tǒng)硬件電路 5.2單片機(jī)模塊 六、系統(tǒng)特點(diǎn) 該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 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(zhuǎn)化效率非常高，理論上與白熾燈比擬能達(dá)到90%的節(jié)能，相比熒光燈也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果。LED的發(fā)光效率高，理論上其效率可達(dá)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(jī)。白天單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式，系統(tǒng)進(jìn)入等待狀態(tài)，等待黑夜喚醒(當(dāng)初決定白天不用0占空比的PWM控制LED的關(guān)閉主要是考慮到輸出PWM時,不能進(jìn)入低功耗模式,不能發(fā)揮單片機(jī)低功耗的特點(diǎn)，所以我們使用了繼電器來控制LED驅(qū)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(jī)都處于低功耗模式. 七、評測與結(jié)論 光照照射光敏電阻，以此來模擬白天，單片機(jī)休眠；阻止光照射光敏電阻，以此來模擬黑夜，此時單片機(jī)退出低功耗模式，進(jìn)展工作，LED能夠發(fā)出相對微弱的光〔無人通過時〕；當(dāng)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(jī)，單片機(jī)對LED的亮度能夠進(jìn)展控制；當(dāng)人離開路燈之后，熱釋電能夠發(fā)送信號給單片機(jī)，單片機(jī)再對LED的亮度進(jìn)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(yīng)用廣泛且擴(kuò)展性強(qiáng)。這里只演示一盞燈，假設(shè)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(diào)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(yīng)用于舞臺，試想明星在燈光的襯托下登場亮相，是多么的炫?。　策@里是全自動控制的〕除此之外，該系統(tǒng)還可應(yīng)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(yù)期的指標(biāo)，并且能具有低功耗、高效利用電能、拓展性強(qiáng)、綠色、環(huán)保等特點(diǎn)。 八、總結(jié) 本次實驗競賽，我們幾個同學(xué)都付出了很大的精力。首先，我們進(jìn)展了分工，針對本組組員做事的特點(diǎn)，分工時由兩人負(fù)責(zé)收集資料，以與負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)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(qiáng)，負(fù)責(zé)將仿真成功的電路圖進(jìn)展焊接。 雖然這次實驗原理簡單，但是就毫無設(shè)計根底的我們，這還是相當(dāng)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(guān)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(guān)功能的芯片，我們在這些前期準(zhǔn)備上

14、花費(fèi)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(xué)視屏沒日沒夜的學(xué)習(xí)軟件的使用方法，平時很少兩點(diǎn)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(xué)習(xí)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(dǎo)線，還好細(xì)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(shù)，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++; }