基于msp430单片机的智能台灯设计C语言Word文档格式.docx
《基于msp430单片机的智能台灯设计C语言Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于msp430单片机的智能台灯设计C语言Word文档格式.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.4调光技术的选择4
2.技术方案5
2.1光照强度检测传感器的基本原理介绍5
2.2总体技术方案5
3硬件设计6
3.1总体电路原理图6
3.2各模块分别介绍7
3.2.1MSP430G2553单片机模块7
3.2.2BISS0001人体红外感应模块热释电传感器8
3.2.3光敏电阻控制模块11
3.2.4光敏电阻的应用12
3.3灯光控制模块12
3.4PWM调光说明13
3.5硬件调试13
3.5.1调试方法13
3.5.2调试步骤14
4.软件设计15
4.1软件功能说明15
4.2软件总流程15
4.3软件测试15
5.性能测试16
5.1测试方法16
5.2给出相应记录16
5.3对实验数据进行分析以及提出相应的改进办法17
6.总结17
附录（程序清单）：
18
参考文献：
20
1概述
1.1题目名
基于单片机的智能台灯设计
1.2功能和技术指标要求
本项目针对台灯的节电和使用的方便性进行创新设计与研究，以单片机为核心，综合运用热释电红外、光检测等技术，设计制作出智能型多功能LED台灯。
该台灯具有自动开、关，自动调光等功能，实现了LED的亮度随周围光照强度的变化而变化。
本设计一智能台灯控制器，实现照明控制系统的人性化，即当亮度足够时灯光关闭，在亮度不足时，有人走近自动点亮，并根据周围环境的亮度自动调节灯泡的功率的节能环保的智能型LED台灯的设计理念。
1.3国内外相关情况概述
台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。
在我国,照明耗电占年发电总量的12%（超过100亿kW•h）,现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯,并且控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。
当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便，与现在家电的智能化，人性化，低碳设计理念相违背。
LED被认为是21世纪的照明光源。
LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低，可控制好、无辐射，同样亮度下，LED能耗为白炽灯的10％，荧光灯的50％。
LED寿命可达10万小时，是荧光灯的10倍，白炽灯的100倍。
随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高,用LED替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。
另外，LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。
LED灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。
因此，我们提出智能LED台灯方案。
1.4调光技术的选择
目前常见的调光技术主要有：
1采用直流电源LED的调光技术。
2采用脉宽调制（PWM）来调光。
3用可控硅对LED调光[2]。
按照常规技术的应用有以下三种方案可供选择。
方案一：
采用直流电源LED的调光技术
如果需要要改变LED的亮度，实现起来相对来说比较容易。
发光二极管具有单向导电性是由电流驱动的器件，因为LED的亮度是取决于通过它的电流，在一定范围内电流越大其亮度越亮，反之则越小。
调节LED的亮度只需要调节电流大小，而LED工作电流很小通常需要串接限流电阻，所以当我们改变其限流检测电阻就能实现改变其电流大小从而改变LED的亮度。
但是通常限流检测电阻阻值非常小，用一个很小阻值的电位器来调节电流，操作起来很难实现电流调节。
所以一般不采用调节电阻大小来实现调节电流。
因此为了实现电流调节，有些芯片提供一个控制电压接口，通过改变输入的控制电压就可以改变其输出恒流值。
这样实现起来就比较容易。
然而用调正向电流的方法来调亮度会产生一些问题，那就是在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温。
调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题。
长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降低温升增高而无法工作。
调节正向电流无法得到精确调光。
方案二：
采用脉宽调制（PWM）来调光
LED是一个发光二极管，它可以快速实现开关。
这一特点是其他的发光器件所无法比拟的。
因此，我们需要把供电源改成脉冲恒流源，改变电源脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。
种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。
假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm.改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。
简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。
电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
脉宽调制调光的优点：
1、不会产生任何色谱偏移。
2、PWM调光具有极高的调光精确度。
3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。
因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。
4、PWM调光能够通过软件的方式比较容易实现，使用范围广阔。
方案三：
可控硅调光
普通的照明灯具通常采用可控硅来调光，例如白炽灯和卤素灯。
因为他们基本是一个纯阻器件，以这样纯阻器件为照明工具的灯光系统对输入电压没有要求，输入电压是否是正弦波交流电对其没有任何影响。
通过纯阻器件的电流和电压波形是完全一致的，所以不管电压波形如何偏离正弦波，所以改变输入纯阻器件电压的有效值，就可以调光。
但是可控硅却不能对以LED为照明器件的照明系统进行调光。
因为LED并不是一个纯阻性的器件。
综述来说LED调光最好采用的技术是PWM调光。
采用PWM调光时，可以运用微控系统，例如单片机，通过程序可以预先设置好灯光的亮度等级，然后通过调节等级就能实现对灯光的亮度的调节。
PWM调光是可以直接应用于调光型台灯的。
因此最终选择PWM调光。
2.技术方案
2.1光照强度检测传感器的基本原理介绍
光电传感器是基于光电效应、将光信号转换为电信号的传感器，其敏感元件是光电器件。
光照传感器主要由光敏元件组成。
目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。
市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。
2.2总体技术方案
本项目的设计思想来源于生活，所具有的功能也是为台灯使用的方便性及节能环保而设置。
针对目前普通台灯存在的能耗高、操作使用不便及功能单一三个问题进行系统分析与研究，以单片机MSP430G2553为控制核心，用热释电红外传感器BISS0001检测是否人进入使用台灯的范围，用光敏电阻判断有人在使用台灯范围时是否需要开灯。
综合运用传感技术、光检测技术，实现台灯根据使用环境中是否有人员和环境补光亮度等来自动控制台灯的开关及照明的亮度。
系统机构图
3硬件设计
3.1总体电路原理图
整个系统是以MSP430G2553控制下工作的。
其工作过程为：
当环境光敏电阻的阻值也随之发生变化，单片机接收到的电压也随之发生变化。
热释电红外传感器探测比较远的距离，当人体进入到传感器的控测范围内且光强较弱时，MSP430G2553接收并且处理信号，启动灯光控制电路，使灯慢慢变亮。
当人体离开热释电红外传感器的控测范围且在热释电红外传感器的控测范围内时，灯光又慢慢变亮。
3.2各模块分别介绍
3.2.1MSP430G2553单片机模块
MSP430系列超低功耗微控制器包含多种器件，这些器件特有面向多种应用的不同外设集。
为了延长便携式测量应用中所用电池的寿命，对这个含5种低功率模式的架构进行了优化。
该器件具有一个强大的16位RISCCPU、16位寄存器和有助于获得最大编码效率的常数发生器。
数字控制振荡器（DCO）可在不到1µ
s的时间里完成从低功耗模式至运行模式的唤醒。
MSP430G2x13和MSP430G2x53系列是超低功耗混合信号微控制器，具有内置的16位定时器、多达24个支持触摸感测的I/O引脚、一个通用型模拟比较器以及采用通用串行通信接口的内置通信能力。
此外，MSP430G2x53系列成员还具有一个10位模数（A/D）转换器。
MSP430G2553特性
低电源电压范围：
1.8V至3.6V
超低功耗
运行模式：
230μA（在1MHz频率下），2.2V
待机模式：
0.5μA
关闭模式（RAM保持）：
0.1μA
5种节能模式
可在不到1μs的时间里超快速地从待机模式唤醒
16位RISC架构、62.5ns指令周期时间
基本时钟模块配置
高达16MHz的内部频率，具有4种校准频率
内部超低功耗低频（LF）振荡器
32-kHz晶体
外部数字时钟信号源
具有3个捕获/比较寄存器的两个16位Timer_A
多达24个支持触摸感测的I/O引脚
通用串行通信接口（USCI）
增强型UART可支持自动波特率检测（LIN）
IrDA编码器和解码器
同步SPI
I2C™
3.2.2BISS0001人体红外感应模块热释电传感器
是否有人需要使用台灯检测单元主要由D203B热释电红外线传感器和信号处理芯片BISS0001组成。
红热释电红外传感器只对波长为10μm（人体辐射红外线波长）左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。
探头内包含两个互相串联或并联的热释电元，而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。
一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，于是输出检测信号。
它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
特点
*CMOS工艺
*数模混合
*具有独立的高输入阻抗运算放大器
*内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰
*内设延迟时间定时器和封锁时间定时器
*采用16脚DIP封装
管脚图实物图
管脚说明
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端。
当A为“1”时，允许重复触发；
反之，不可重复触发
2
VO
O
控制信号输出端。
由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。
在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
5
RC2
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
7
VSS
工作电源负端
8
VRF
参考电压及复位输入端。
通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
触发禁止端。
当Vc<
VR时禁
升级会员 