基于单片机智能台灯的研究与设计.docx

1、基于单片机智能台灯的研究与设计本 科 毕 业 设 计基于单片机智能台灯的研究与设计Research and design of the controller-based single-chip smart table lamp学 院： 电子工程学院 专业班级： 电子信息工程 DZ电子082班 学生姓名： 郭卡笛 学 号： 510830211 指导教师： 韩晓春（高级实验师） 2012年 6 月毕业设计中文摘要摘 要:该设计系统是在AT89C51芯片控制下工作的。系统主要由硬件电路和软件结构两部分组成。硬件部分主要是由热释电传感器检测一定范围内是否有人在，当台灯周围没有人时，热释电传感器的端口不

2、会产生信号，信号处理电路和单片机都不会工作。当有人靠近时，端口发出变化缓慢、幅值小（小于1mv）的信号，该信号经过信号处理电路把不规则的波形转化成适合单片机处理的数字信号并通过INT1端口输入到单片，基于单片机控制的智能节能台灯，社会在不断进步，人类在不断追求，市场在不断变化，高科技应用含量决定着产品发展的新趋势和前景，智能化技术在电子产品领域的应用意义深远。随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用于实际中的有智能洗衣机，智能电饭锅，智能电磁炉等，而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元。结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更

3、强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能，提高了家用电器的品质。设计制作了智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的控制电路。其特点是在有人时且外界光较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源。关键词：单片机，蜂鸣器，热释传感器，计时器,继电器。毕业设计外文摘要Abstract: The overall system is works by the 89C51 chip control under.Its work process is: By pyroelectric sensor examination certain scope in whether some peopl

4、e in, when periphery nobody the pyroelectric sensor port cannot produce the signal, the signal processing electric circuit and the monolithic integrated circuit all cannot work.When some human of nearnesses, the port sends out the change slow, the peak-to-peak value small (is smaller than 1mv) the s

5、ignal, this signal transforms after the signal processing electric circuit the irregular pro the digital signal and through the INT1 port which the monolithic integrated circuit processes inputs monolithic, simultaneously also must carry on the strength of illumination examination in this process th

6、rough the photoresistance, when the environment light quite is strong, the photoresistance resistance number quite is small, the port level is low.When the environment light quite is weak, the photoresistance resistance number fill-out, the port level is high, delivers this level the monolithic inte

7、grated circuit.After the monolithic integrated circuit receives turns on the light the signal, sends out the control information to lighten the desk lamp, simultaneously starts through the time reminder electric circuit to time, when times achieved the integral point is sends out through the speaker

8、 resounds, reminds the user to set out to move. Keywords: microcontroller, the buzzer, pyroelectric sensor, timer，relays.淮海工学院本科生毕业设计（论文）诚信承诺书1.本人郑重承诺所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师的指导下完成并取得的成果，同时严格遵守校、院毕业设计（论文）的规章制度。2.本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。3.本人承诺在毕业设计（论文）选题和研究过程中没有抄袭他人成果和伪造相关数据等行为。4.在毕业设计（论文）中对侵犯任何方

9、面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 毕业设计（论文）作者签名： 年 月 日 1 绪论1.1引言台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。 有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。 触控式台灯的原理是内部安装电子触摸式IC与台灯触摸处之电极片形成一控制回路。当人体碰触到感应之电极片，触摸信号藉由脉动直流电产生一脉冲信号传送至触摸感应端，接着触摸感应端会发出一触发脉冲信号，就可控制开灯；如再触摸一次，触摸信号会再藉由脉动直流电产生一脉

10、冲信号传送至触摸感应端，此时触摸感应端就会停止发出触发脉冲信号，当交流电过零时，灯自然熄灭。不过有时停电后或电压不稳也会有自行亮起情形，如果触摸接收信号敏感度极佳纸张或布也是可以控制的。台灯的工作原理是由220V电源电压经变压器T降压后输出12V的交流电压，经二极管VD1VD4整流、电容C1滤波后，由可调稳压集成块LM317稳压，输出稳定的可调电压供白色发光管LED1LEDl5使用。为了能使灯光可调，这里由三极管VT和电位器RP1等元件组成输出电压调节电路。用三极管作调节元件是由于带开关绝缘性能好、阻值又低的电位器难于找到，只能使用一般调光台灯的电位器，阻抗在500k左右，所以无法对电压直接进

11、行调节，故使用了三极管。调节电压方法是：由于通过电阻R1和三极管集电极的电流为5mA恒定不变，这样三极管VT的集一射极电压可通过调节偏流电阻来改变。当电位器RP1的阻值调小时，偏流变大，集射极电压变小，输出电压也变小；反之，集一射极电压变大，输出电压也变大。这样通过调节可以使输出电压在810V之间变化，实现对发光管的亮度调节。发光管由三只串联为一组，五组并联制成。由于白色发光管最大工作电压在3.5V，三只发光管串联为10.5V，考虑到每只发光管工作电压略有不同，故稳压电源输出电压取10V。1.2可行性分析1.2.1智能台灯在国内的发展趋势台灯已经是千家万户的必要的生活用品，但是人们经常由于忘记

12、关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又得摸黑去开灯，非常不方便。这个设计是通过感应人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。当人的身体在台灯的范围内，并且环境光强较弱时，则会自动感应开灯；当人体离桌面太近时，台灯自动感应，警告纠正坐姿。若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开时则自动关灯，节约电能，达到节能的目的。面对电力资源的匮乏，越来越多的人开始意识到节能的重要性台灯是家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿。本系统在实验室进行了

13、实物实验。热释电红外探测器1的距离是4m左右（距离可调），主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节。热释电红外探测器1的距离是10cm左右（距离可调），主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视，此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强制熄灭。有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯,这时系统就会检测到，从而启动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭。近几年我国台灯行业发展速度较快，受益于台灯行业生产技术不断提高以及 下游需求市场不断扩大，台灯行业在国内和国际市场上发展形

14、势都十分看好。虽然受金融危机影响使得台灯行业近几年来发展速度比较减缓，但伴随着我国国民经济的飞速的发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国台灯行业重新迎来良好的发展机遇和光明方向。进入2010年以来，我国台灯行业面临全新的发展趋势，由于新兴产业的不断增多，上游原材料的价格持续暴涨，导致行业的利润下降，因此我国台灯行业的市场竞争也日趋激烈。面对如此的形式，台灯行业业内企业要积极对待，注重培养企业的创新能力，不断提高自身的生产技术特点，加强企业的竞争优势，另外台灯行业内企业还应该全面的把握该行业的市场运行势态，不断学习该行业的最新生产技术，关注该行业在国家政策法规内的动态，掌握相同企业竞争对手的发展动

15、态，只有这样才能使企业能够充分了解该行业的发展动态，认识自身在行业中所处的地位，并制定正确的发展策略来使得企业在残酷的市场竞争中取得绝对领先优势。1.2.2智能台灯在国外的发展趋势据欧洲最新发表的分析报告( THE EUROPEAN AUTOMOTIVE LIGHTING TECHNOLOGIES MARKETS指出，到2015年台灯照明技术市场总值预计可达到39亿美元。市场增长来源于新产品市场值预计达11亿美元。报告认为，先进技术、相关的政策法规以及新的市场竞争者三因素相互制约，将从根本上影响到市场值的欧洲台灯照明市场 。台灯照明技术革新后，一旦安全、经济、高效能的智能台灯照明产品投入市场，

16、一批新公司将立即参与市场竞争，该行业的竞技场将重新被定义。2设计思路2.1设计内容及总体要求2.1.1设计内容设计一智能台灯控制器，实现照明控制系统的人性化，其功能如下：1、当光的亮度足够时，台灯处于关闭状态。在亮度不足时，有人走近时台灯则自动点亮，并根据周围环境的亮度自动调节灯泡的功率。2、台灯点亮时开始计时，计时达到一小时时发出灯光闪烁信号，提醒使用者起立活动。3、具有温度测量及显示功能。该系统由光感元件、人体内部的感知器、时间计数器以及亮度控制器及单片机等组成。2.1.2总体要求1、给出设计原理及整体设计思路，画出整机原理图。2、给出具体单元设计，画出单元电路，并进行电路设计中相关元件值

17、的计算。2.2设计构思台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体红外辐射（波长为10um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；用一个时间计数器显示，当人在台灯下工作学习满一小时后，台灯会发出蜂鸣声，让人起身活动，以便提高工作效率。2.3 整体设计思路 整个系统是在单片机89C51控制下工作的。其工作过程为：由热释电传感器检测一定范围内是否有人在，当没有人时热释电传感器的2端口不会产生信号，信号处理电路和单片机都不工作。当有人靠近时，端口2发出变化缓慢、幅值小（小于1mv）的信

18、号，该信号经过信号处理电路把不规则的波形转化成适合单片机处理的数字信号并通过INT1端口输入到单片，在此过程中同时还要通过光敏电阻进行光照强度检测，当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，端口P3.3电平较低，省去了89C51处理过程。当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，端口P3.3电平较高，将此电平送到单片机。单片机接收到开灯信号后，发出控制信息将台灯点亮，同时通过计时提醒电路开始计时，当计时达到整点是通过扬声器发出鸣响，提醒使用者起身活动。2.4系统的构成AT89C51热释电红外传感器1热释电红外传感器2光敏电阻信号处理电路提醒电路灯光控制电路图2-1系统机构图本系统组成如图（2-1）所示，

19、主要由三部分组成：1)传感器及信号处理电路:检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后变成可处理的数字信号。2)以AT89C51组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令。3)计时提醒电路和灯光控制电路 ：给出提醒信号并根据AT89C51给出的命令控制灯光。3系统的硬件设计3.1 单片机3.1.1关于单片机的发展史及简介单片机是一种集成电路芯片，采集超大规模集成电路技术把具有数据处理能力（如算数运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微型处理器,随机存取数据存储器（RAM）、只读程序存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O）,可能还包括定时/计数器、串行通信口（SCI）、显示驱动电路（LCD或LE

20、D驱动电路）、脉宽调制电路（PWM）、模拟多路转化器及A/D转化器等电路集成到一片芯片上，构成一个最小而又完善的计算机系统3。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效的完成程序设计者事先规定的任务。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展形成的。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更简单，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中5。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从那以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳单片机出现的历史不是很长，如果将8位单片机的推出作为分类的起点，可以发现单片机的发展历史大致可以分为三个阶段：第一个阶段（19

21、74年-1978年）：初级单片机阶段。主要是以Inter公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时/计数器，寻址范围不大于4K，并且没有串行口。第二个阶段（1978年-1983年）：高性能单片机阶段。在这一阶段推出的单片机普遍带有串行I/O口，并且有多级中断处理系统、16位定时/计数器。片内RAM、ROM容量加大，并且寻址范围能够达到64K字节，有的单片机片内还带有A/D转换接口。这类单片机的代表有Inter公司的MCS-51、Motorola公司的6801和Zlog公司的Z8等。第三个阶段（1983年以后）：8位单片机巩固发展以及16位单片机推出阶

22、段。这一阶段的主要特性是一方面发展16位单片机及单片机；另一方面同时不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。单片机又可以称之为单片微控制器,它不是指完成某一个逻辑功能的芯片,而是通过把一个计算机的整体系统集成到一个很小的芯片上。相当于一个微型的计算机，但是和计算机比较，单片机只缺少了I/O设备7。概括的描述：一块芯片就可以当做一台计算机5。它的体积小、质量轻、价格便宜、能够为学习、应用和开发提供相当便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机是靠程序来运行的，并可以做出修改。通过不同的程序来实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是其他的器件

23、需要费很多麻烦才能实现的，有些则是花功夫都很难做到的。单片机可以通过操作人员编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。目前，很多人对汇编语言并不认可。可以说，掌握用C语言单片机编程很重要，可以大大提高开发的效率。不过初学者可以不了解单片机的汇编语言，但一定要了解单片机具体性能和特点，不然在单片机领域是比较致命的。可以肯定的说，最好的C语言单片机工程师都是从汇编走出来的编程者，因为单片机的C语言虽然是高级语言，但是它不同于台式机个人电脑上的VC+什么的。单片机的硬件资源不是非常强大，不同于我们用VC、VB等高级语言在台式PC上写程序，毕竟台式电脑的硬件非常强大，所以才可以不考虑硬件资源的问

24、题。还有就是在单片机编程中C语言虽然编程方便，便于人们阅读，但是在执行效率上是要比汇编语言低10%到20%，所以用什么语言编写程序是要看具体用在什么场合下。总的来说做单片机编程要灵活使用汇编语言与C语言，让单片机的强大功能以最高是效率展示给用户。 在单片机的编程中，目前占统治地位的软件还是最低的汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，选择这种低级语言的原因就是因为单片机没有家里用的计算机那样的CPU，也没有像硬盘那样的具有海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只拥有一个按钮，也会达到几十K的尺寸，对于家用PC的硬盘来讲没什么关系，但是对于单片机来说是无法接受的。 单片机

25、在硬件资源方面的利用率必须达到一定的标准才行，所以汇编虽然很原始，却还是在大量使用。同样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件放到家用PC上来运行，家用PC的也是无法实现目标的。 单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是由设计人员编译的指令系统来决定的，一条指令对应一种基本操作方式；单片机所能执行的全部指令，就是所说的该单片机的指令系统，不同型号的单片机，其指令系统也会不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把需要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是单片机所能识别和执

26、行的指令），这些指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中6。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址8，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器

27、PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，PC之中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。3.1.2 单片机的分类（1）单片机作为计算机发展的一个重要组成部分，需要一个较科学的分类方法。根据目前发展趋势来看，从不同的角度可以将单片机大体上分为：通用型/专用型、总线型/非总线型、工控型/家电型。 （2）通用型/专用型：这是按照单片机所适用的范围来区分的。例如，80C51是通用型单片机，它不是为某种特定专用途设计的；专用型单片机是针对一类产品甚至某一个特定产品设计

28、生产的，例如为了达到电子体温计的要求，在片内集成ADC接口等功能的温度测量控制电路。 （3）总线型/非总线型：这是按单片机是否提供并行总线来区别的。总线型单片机普遍设置包括并行地址总线、 数据总线、控制总线，这些引脚用以扩展并行外围器件都可直接通过串行口与单片机相连，另外，大多数的单片机已把所需要的外围器件以及外设接口集成一块芯片的片内，因此在大多数情况下可以不要用并行扩展总线，这样一来就会大大减省封装成本和芯片体积，这类单片机统称为非总线型单片机。 （4）控制型/家电型：这是按照单片机应用的领域来区分的。一般来说，工控型的寻址范围比较大，运算能力强；适合用于家电的单片机多为专用型，通常是小封

29、装、价格比较低廉，外围器件和外设接口的集成度很高。 显然，上述分类并不是唯一的标准。例如，80C51类单片机既是通用型又是总线型，还可以作工控用。（5）目前，单片机技术已经十分成熟，单片机产品也种类繁多，性能各异。通常可按照指令集、制造工艺、片内存储器与所能处理的数据宽度等几个方面的差异来对单片机进行分类。a按指令集分类单片机中的中央处理器是依靠指令来计算和控制整个系统的，中央处理器在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令集，顾名思义就是中央处理器在指令的集合。单片机从指令集的角度可分为CISC(复杂指令集)单片机与RISC(精简指令集)单片机两大类。CISC单片机内部结构是传

30、统的冯.诺依曼（von Neumann architecture）型结构，该结构中数据与指令共同使用同一条总线进行传输。CISC单片机的指令丰富，功能较强。但这类单片机中，指令与数据的传输操作不能同时进行，工作速度将受到一定的限制，而且价格也相对较高。RISC单片机的内部结构是新型的哈佛（Harvard）型结构，即双总线型结构。这种结构的单片机内部，指令总线与数据总线分离，使得指令与数据的传输可以同时进行，从而提高了单片机的运行速度。一般在控制关系比较简单的小型电路中可使用RISC单片机，而在控制关系复杂的环境中应采用CISC单片机。b按制造工艺分类按芯片的制造工艺，可将单片机分为HMOS工艺

31、和CHOMS工艺两大类。HMOS工艺是指高密度短沟道的MOS（金属氧化物半导体）工艺，采用这种工艺制造出的芯片具有高速度和高密度的特点；CHMOS工艺是指互补金属氧化物的HMOS工艺，采用这种工艺制造出的芯片除了具有HMOS型芯片的特点外，还具有低功耗的特点。通常型号中带有“C”字样的单片机为CHMOS型，其余则为HMOS型。例如8051单片机就是HMOS型，而80C51则是CHMOS型。c按片内程序存储器分类单片机是通过指令程序来控制各种电路的，这种指令程序存储在程序存储器中。单片机内部的程序存储器称为片内程序存储器，按照片内存储器的结构，可将单片机分为：片内无ROM型、片内带掩膜ROM型、

32、片内EPROM型、片内一次可编程型、片内带Flash型等。下面对该分类中所出现的技术名词进行解释。ROM是只读存储器的缩写，这种存储器中的内容通过特殊方法写入后就不能随意更新，但可以随时读取，而且断电后ROM中的内容仍然会被保留。掩膜是一种半导体制造工艺，一般ROM中的内容是可以通过特殊方法来改变的，而掩膜ROM中的内容则在出厂前写好后就无法改变。EPROM是可擦写、可编程的只读存储器（Erasable Programmable Read_Only Memory）的缩写，它是一种可以重复利用的ROM。一次可编程（One Time Program，OTP），是指仅允许用户完成一次写入操作。Flash是闪速存储器，简称闪存，是一种可擦写、可编程的ROM。Flash内部包含IOS（一种为国际互联服务的操作系统）及微代码。与EPROM相比，Flash的存储速度更快。d按所能处理的数据宽度分类按照CPU一次可处理的数据宽度（数据的二进制位数