智能台灯论文.docx

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智能台灯论文

《工程实践》论文

论文题目智能台灯

学生姓名吴

杨

银

石

专业自动化

班级自动化112

指导教师

职称副教授

二O13年11月

摘要

生活中，台灯是人们学习工作的必需品，可是人常常会因为忘记关灯离开，导致极大的电能耗费。

同时晚上房间较暗，人们摸黑去找台灯开关又显得尤为很困难，甚至有可能发生危险。

有了智能台灯，这些问题便迎刃而解。

智能台灯能够做到自动亮灭、自动调节亮度的功能。

当环境光线暗到一定程度，且周围有人存在的时候，台灯便会自动亮起，并且根据环境自动调节LED管发光强度，从而保护使用者的视力。

当使用者离开，或者环境光足够强的时候，台灯会自动关闭，减少电能的消耗，延长台灯的使用寿命。

本智能台灯项目使用STC公司生产的STC12C5A60S2单片机的作为核心处理系统，使用RE200B人体红外热释传感器结合BISS0001红外热释处理芯片，构成人体红外感应模块，可以对靠近的人体热红外信号做出反应并反馈信号给单片机处理；光敏电阻作为光敏传感器，作用是采集环境光信号，反馈给单片机不同的模拟电压值，通过STC12系列单片机内部自带的A/D转换功能实现单片机对环境光强弱的判断，从而进一步控制调节LED发光二极管的PWM占空比，调节台灯的发光强度。

关键词：

红外热释；STC12单片机；光敏电阻；PWM波；A/D转换；LED灯

Theintelligentdesklamp

Abstract

Life,studyandworklampisanecessityforpeople,butpeopleoftenforgettoturnoffthelightsbecausetheleftledtoagreatpowerconsumption.Meanwhiledarkroomatnight,peoplegotothedarklampswitchanditisparticularlydifficult,andmayevenbedangerous.Withintelligentlamp,theseproblemswillbesolved.

Intelligentlampcandoautomaticlightoff,automaticallyadjustbrightness.Whentheambientlightisdarktoacertainextent,andthepresenceofpeoplearoundwhenthelampwillautomaticallyturnonandautomaticallyadjusttheLEDluminousintensitydependingontheenvironment,thusprotectingtheuser'seyesight.Whentheuserleaves,orwhentheambientlightisstrongenough,lampwillautomaticallyturnofftoreducepowerconsumptionandextendlamplife.

TheprojectusesintelligentlampproducedSTC12C5A60S2STCmicrocontrollerasthecoreprocessingsystem,usingRE200BpyroelectricinfraredsensorcombinedwithhumanBISS0001pyroelectricinfraredprocessingchip,constitutehumaninfraredsensormodulecanreacttobodyheatnearinfraredsignalsfeedbacksignaltothemicrocontrollerprocessing;photosensitiveresistanceaslightsensors,theroleistocollectambientlightsignal,thefeedbacktothemicrocontrollerdifferentanalogvoltagevaluebySTC12seriesMCUinternalbuilt-ina/DconversionMCUjudgmentonthestrengthoftheambientlighttofurtheradjusttheLEDlight-emittingdiodecontrolPWMdutycycle,adjustinglampluminousintensity.

Keywords:

infraredpyroelectric;STC12MCU;photosensitiveresistance;PWMwave;A/Dconverter;LEDlights

1引言

1.1项目概述

台灯作为自电气革命以来，逐渐覆盖几乎全世界家家户户的必需品。

随着照明技术的发展，台灯的发光源从白炽灯更新到荧光灯，再到现如今颇为流行的的LED灯，发光效率越来越高，照明能力也越来越强。

虽然发光源有了很大的性能升级，但是传统台灯的控制方法无非是手动按动一个机械开关，来打开关闭台灯或者是调节它的亮度。

这往往会造成因使用者忘记关灯，使台灯常亮而浪费电能，或者因为晚上摸黑找台灯开关不方便，甚至不知情被障碍物绊倒发生危险。

智能台灯就能很好的解决这个问题，人离开时他就会自行断电，人在附近自动点亮，更可以随着环境光自行调节亮度。

本系统是基于51单片机为核心处理器的“智能台灯”，能判断周围环境光的强弱以及是否有人在附近活动，从而自行点亮熄灭，并且调节亮度。

1.2设计目的

智能台灯项目旨在制作一个具有可以判断是否有人还有根据光强调节发光亮度的的LED台灯，达到节约电能，方便使用和保护视力的作用。

同时不仅仅可以作为台灯使用的模块，在应用领域，可以植入到智能家居系统扩展应用在整个家庭照明控制上。

1.3设计任务

完成项目的方案设计，并在论证方案设计的可行性后设计出系统原理图，并完成系统的软硬件调试。

后期主要完成项目的演示、论文撰写和项目最后答辩。

本设计主要实现，通过人体热释红外和光敏电阻两个核心传感器共同作用下，单片机为系统处理器核心，控制LED发光二极管亮灭、点亮时间、明暗程度等效果。

根据当初对任务的划分以及各自的兴趣小组的任务划分如下

吴昊

单片机控制模块及软件设计

杨雪银承龙

照明电路设计

石商全

人体热释红外模块

1.4研究思路和方法

本课题基本思路是：

（1）结合人们的现代生活，以及产品设计的人性化设计理念，制定出智能台灯的基本功能。

（2）查阅相关资料，根据台灯需要实现的功能，画出系统工作原理框图。

（3）查阅相关资料，并分组讨论。

以确保产品设计的可行性、科学性。

（4）在的研究讨论后确定最后的系统原理框图。

（5）选择芯片和设计电路时考虑先仿真后制板，大大节约了制板失败花费的财力和精力。

（6）本设计将把工作重心放在产品功能的低成本，选用性价比高技术成熟的芯片，在此基础上对各个系统模块深入分析，以实现产品的最优性价比。

2项目总体方案设计

2.1系统设计方案

2.1.1系统控制

方案一：

采用纯模拟控制电路，使用运算放大器对光敏信号以及人体热释红外信号进行采集放大，通过比较器触发台灯的点亮或者让台灯熄灭，采用555定时器调整台灯点亮持续的时间。

方案二：

采用单片机为核心下的数字模拟转换控制电路，使用单片机作为信号处理以及控制信号输出的中枢，各模块之间由单片机相互联系和作用。

由于此项目仅采用5V供电，照明灯光使用LED发光二极管组，而控制LED的亮度而不使产生色差，最佳的方法就是使用PWM脉宽调制控制。

然而用纯模拟电路输出易控PWM电路设计困难，但是使用单片机就可以精准的输出不同占空比的PWM，能更加平滑的控制LED的亮度变化。

虽然外设电路结构比较复杂，但是单片机需要处理的数据并不繁重，所以我们选择价格比较低廉的MCS-51系列的单片机作为系统主控模块，最终采用的是宏晶公司生产的STC12C5A60S2单片机

2.1.2人体热释红外

方案一：

使用RE200B人体热释红外传感器，通过LM358进行两级信号运算放大，通过LM393电压比较输出电平决定是否使系统工作，点亮LED。

方案二：

通过相关资料查询，我们发现了一款具有较高性能的传感信号处理集成电路芯片BISS0001。

它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。

它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

相比较技术的成熟和电路设计的可行性易操作性，选择方案二可以方便实现模拟信号输入，一位TTL电平输出的形式，方便于对单片机中断的触发。

同时芯片集成的RC延迟触发器，恰好实现了台灯所需要的延时关闭功能。

2.1.3光敏传感

由于使用光敏电阻是线形原件，采样模拟信号必须经过AD转换才可以给单片机使用。

方案一：

使用模数转换芯片ADC0804，将电压交给模数转换芯片，输出八位数字信号给单片机一组IO口，节约单片机的资源使用。

方案二：

使用STC单片机内部集成的10位AD转换，因为STC系列增强型51单片机多款内部集成AD转换，以单片机AVCC作为参考电压直接在单片机程序中内部进行转换操作。

最后考虑简化电路，尽量减少芯片使用数量从而节约成本，节约单片机IO资源，固选择方案二。

2.1.3照明方式

方案一：

使用白炽灯之类的电阻式发光体，通过线性调压调节亮度

方案二：

使用高亮度白色LED发光二极管组作为发光元件，通过驱动电路产生PWM驱动亮度变化

白炽灯发光效率低，极大部分能量损耗在热损，不符合项目节能的理念。

LED亮度高发光效率高，使用单片机驱动PWM输出控制简单方便，亮灭响应速度快，所需的电压低电流小。

考虑以上优势选择方案二。

2.2系统原理框图和工作原理

2.2.1系统原理框图

图2.1智能台灯统框图

2.2.2系统工作原理

本系统由传感器检测模块、单片机模块、LED发光二极管组模块组成。

传感器模块分为人体热释红外传感器检测模块和光敏电阻模块。

人体热释红外模块负责检测台灯周围是否有人存在，反馈给单片机以中断信号，控制台灯的亮灭；光敏电阻模块负责采集环境光线的强弱，反馈模拟电压信号给单片机，通过单片机10位A/D，最终使不同环境光强对应成不同数值，通过判断数值大小，下一步调节PWM占空比调节PWM驱动的LED发光二极管组的亮度。

单片机模块负责整个系统信号的处理，内部A/D转换，中断的响应以及PWM脉宽调制的输出。

LED发光二极管组模块负责驱动4*4的发光二极管组的工作状态。

3系统硬件设计

3.1各个单元电路的工作原理和实现的功能

3.1.1电源模块

图3.1电源电路原理图

在综合考虑了本系统功耗及成本问题后，我们采用了电子产品中常见的三端稳压集成芯LM1117。

LM1117组成的稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜完全符合本设计要求。

芯片输入端采用一个104瓷片电容滤去输入端电压中的高频纹波，输出端同样采用了一个10UF电解电容和104瓷片电容分别滤去电源输出端的低频和高频纹波，以