智能灯光控制器设计论文

智能灯光控制器设计论文内容摘要：

78RST9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1STC89C52123456789P18*10KP10P11P12P13P14P15P16P17RSTRXDTXDP32P33P34P35P36P37X2X1GND5VVCCP00P01P02P03P04P05P06P07EAALEPSENP27P26P25P24P23P22P21P20 图 单片机 的管脚图 （ 1） 电源引脚： VCC 被连到 +5V 电压 的 正端 端 口上 ； GND 被连在 +5V 电压 的 负 端端口上。 （ 2） 时钟引脚说明：引脚 19 号和引脚 18 号都被外接在石英晶体振荡电路的两端上面。 时钟 电路的 两种 不同链接单片机芯片形式 ， 其中 一 个方式是 片内 晶体起振 ， 这个方法 要在石英晶体 两个引脚上各接一个 33pF 的 电容 ，然后电容的另外两端接地，那个晶振的另外两端接到芯片的 18 管脚和 19 号管脚。 另一 个方式 是外部 晶体起振 ，将芯片的 19 管 脚 被接 地， 18 脚 被用来 输入 外面的周期脉冲 信号。 （ 3）控制引脚 PSEN 是用来决定芯 片外 部的 ROM 是不是开始工作的端口 ， 在输入 低电平 的时候外部 ROM 开始起作用。 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 43 页 （ 4） 芯片的输入和输出引脚 P0 端口， P1 端口， P2 端口和 P3 端口的 作 用说明。 STC89C52 芯片总共 有 四 个 可以 并行 工作的输入 /输出的端 口， 它们就是 P0 口、 P1口、 P2 口 和 P3 口， 每 8 个引脚组成 一个输入 /输出的端 口， 每一个输入 /输出的端 口都具有一般的 I/O 操作功能。 P1 口仅仅只有普通的 I/O 操作功能， P0 、 P P3口都有第二中功能， P3 口的第二种功能不仅很常用而且也是很重要的， P3 口的第二中功能见表。 P P P3 口都可以驱动 4 个 TTL 门，而且不需要加上拉电阻就可以使MOS 电路正常工作。 但是 P0 口的内部是没有上拉电阻的，驱动 TTL 电路就可以让 8个 TTL 门进行工作 ，但是如果想让 CMOS 能够工作， P0 口做 I/O 口用的时候，就必须给它的 8个引脚接上一个 8 10k 的排阻。 P3 口的第二功能见表。 表 P3的第二种功能表 端口位 端口注释 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外中断 0） INT1（外中断 1） 既可以是定时器 0 又可以是计数器 0 既可以是定时器 1 又可以是计数器 1 总体设计方案框图介绍 本章节是对教室灯光智能控制器的硬件系统进行设计，它包括电源电路的设 计、数码管显示电路的设计、 A/D 转换电路的设计、光照强度检测电路的设计、人体红外检测电路的设计、复位电路的设计、时钟电路的设计、灯光驱动电路的设计以及外部手动开关电路的设计。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 43 页 硬件电路框图如图 所示。 复 位 电 路单 片 机晶 振 电 路电 源 电 路外 部 开 关 电 路驱 动 电 路光 照强 度检 测电 路人 体红 外检 测电 路 图 硬件电路框图 系统各个模块的硬件构成 电源电路 教室灯光智能控制器需要用 +5V 电压提供电能。 当不恒定的 220V 交流电被加到系统之后， 电源电路就会进行一系列处理， 首先 220V 交流经过变压器处理产生 9V 左右的电压，紧接着用二极管组成的单向桥式整流电路和由 C1， C2 这 两个电解电容组成的滤波电路滤波，对 9V 的电压进行整流和滤波处理，可以得到大约 11V 的电压。 这个电源电路的设计就是要给单片机和其他部件提供电能的，但是如果直接在 C2 后面接一个负载，如果电源电路要带的负载是不同设备或加到电源电路输入端的交流电波动大的时候， C2 两边的电压就会受到影响发生较大的变化，所以要想真正的产生一个比较稳定的输出电压，就要就接入一个稳压电路。 最后就可以得到符合要求的 +5V电压。 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 43 页 供电系统的原理图如图 所示。 2 2 0 V 交 流 电 滤 波7 8 0 5 稳 压5 V 直 流 电 压 输 出全 桥 整 流图 供电系统原理图 具体的原理图如图 所示。 图 系统的电源电路 电源指示电路如图 所示。 LEDREDR13305V 图 系统的电源指示电路 图 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 43 页 数码管显示电路 数码管是一种半导体发光器件，它也是 51 单片机系统里面用的大量使用的一种输出设备，是由发光二极管这种最基本的元器件构成的。 七段数码管、八段数码管 是比较常用的两种数码管 ；根据 它 显示的 8的个数又可以分为 一 位、 两 位 和四 位等 不同位数的数码管；从数码管组成器件发光二极管的连接方式又可 以分成共阴型数码管（ CA）和共阳型数码管 (CC)。 共阴型数码管（ CA）和共阳型数码管 (CC)连接构成方式如图 所示。 根据显示要求的的不同，在 abcdefg 引脚端加不同的电平来显示 0～ 9这几个数字和一些字母、符号还有小数点。 bacdefgd pabcdefgd p 图 共阴型数码管（ CA）和共阳型数码管 (CC)组成图 共阴型数码管（ CA）是把它的 8个发光二极管的阴极连在一块然后接到低电平上，8 个发光二极管的阳极极连在各段驱动电路的输出端上，当某一段或几段的输出端是高电平的时候， 该段连接着的发光二极管就处于导通状态，并且会发光，接高电平的各段是不发光的。 CC 连接方式的数码管的构成方法是， 8 个发光 LED 的阳极那端被连一起，而后把它接到接到 +5V 电源的正端， 8 个发光 LED 的阴极与各段驱动电路的输出端相连，当某一段或几段的输出端是低电平的时候，该段连接着的发光二极管就处于导通状态，并且会发光。 连接着高电平的各个发光二极管就不会发光。 根据发光LED 的不同配合来表示不同的数字和符号。 本毕业设计使用的是 8段共阳极数码管，它的各个引脚通过一个 330 和单片机的 P2 口连在一起， P12 和单片机的 口相连。 通过单片机的输出信号，这两个数码管可以按照设计的要求来显示外接环境光线的强度，以及当有人进入教室后进行的10s 和 30s 倒计时的显示。 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 43 页 8 段共阳极数码管引脚图如图 所示。 图 数码管引脚图 8 段共阳极数码管的驱动电路如图 所示。 Q18550Q28550R22 330R23 330R24 330R25 330R26 330R27 330R28 33012541067abcdefg9dp3COMabfcgdedp8COMDS1共阳数码管12541067abcdefg9dp3COMabfcgdedp8COMDS2共阳数码管P26P25P24P23P22P21P20GFEDCBAGFEDCBA5V 5VR2010KR2110KP12 P11 图 数码管显示电路 A/D 转换电路 A/D 转换电路也被称为模拟数字转换器， 被 简称为模数转换器。 可以把模拟量或者连续变化的量进行离散化，转化为相应的数字量的一种电路 [2]。 A/D 的 转变有 3 个部 份 ，先是抽样然后是量化 以及 编码。 一般来说量化和编码可以 一起 进行 地，抽样的实质 是让原本连续变化的模拟量在时间上面变成离散的量；量化就是让模拟信号在它的幅度方面也变得离散的一个过程；编码顾名思义就是把已经被量化的样值用一些二进制代码表示一下。 为了模块 体积尽量小些和尽可能降低成本，本毕业设计的 A/D转换电路选用的是 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 43 页 低功耗的、串行方式工作的 TLC549作为 A／ D转换器。 T LC549 是美国德州仪器公司生产的 8 位串行 A/D 转换器芯片 , 可与通用微处理器、控制器通过 I/O C LOCK 、 CS 、DATA OUT 三条口线进行串行接口 [3]。 控制口线少 , 时序简单 , 转换速度快 , 功耗低 , 价格便宜 , 适用于低功耗的袖珍仪器上的单路 A/D 采样 ,也可将多个器件并联使用 [3]。 这种芯片还可以把芯片选择输入端 CS、转换结果数据串行输出端 DO、外接输入输出时钟输入端 I/OCLK和微处理器以及控制器串行连接起来。 具有 4MHz 片内系统时钟和软、硬件控制电路 , 转换时间最长 17μ s , TLC549最高转换速率 为 40 000次 /s [3]。 它的损耗是 6mW。 模拟数字转换器 是不容易受到外界影响 ， 可以快速标定转 换 ， REF 要接地， TLC549芯片 和管脚图 如图 所示。 TLC549芯片的 管脚作用 见表。 87654321R E F +A N G I NR E F G N DV C CI / O C L KD OC ST L C 5 4 9 图 TLC549芯片 和引脚图 表 TLC549 转换芯片的引脚功能 引脚 引脚功能 REF＋ 正参考电压输入端 ≤ REF＋≤ + REF－ 负参考电压输入端－ ≤ REF－≤ ≤ VCC 3V≤ VCC≤ 6V GND 接地端 CS 芯片选择输入端，输入高电平≥ 2V，低电平≤ DO 转换结果将 结果送给单片机是由高位到低位输出的 ANLGIN 模拟信号输入端，当 ANLGIN≥ REF＋时，转换的结果全是‘ 1’， ANLGIN≤ REF－时，结果全是‘ 0’ I/OCLK 信号的输入输出端口 当 CS处于高电平的时候 , 数据输出端口就会变成高阻状态 , 这个时候的 I/O 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 43 页 CLOCK 就会停止不会工作。 (1)将 CS 置低。 内部电路在测得 CS 下降沿后 ,再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后 , 然后确认这一变化 , 最后自动将前一次转换结果的最高位 (D7)位输出到DATA O UT 端上 [3]。 (2)前四个 I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第 4 和第 5 个位 (D D DD3), 片上采样保持电路在第 4个 I/O CLOCK 下降沿开始采样模拟输入 [3]。 (3)接下来的 3个 I/O C LOCK 周期的下降沿将移出第 6 、 7 、 8个转换位 [3]。 (4)最后 , 片上采样保持电路在第 8个 I/OC LOCK 周期的下降沿将移出第 6 、 7 、8个转换位。 保持功能将持续 4个内部时钟周期 , 然后开始进行 32个内部时钟周期的A/D 转换。 在 36个内部系统时钟周期结束之前 , 实施步骤 (1)(4),可重新启动一次新的 A/D 转换 [3]。 光照强度检测电路 光传感器是连接着主控单片机的，它能够对教室内的光线强度进行监测和控制，这样就可以做到随时跟着光线强度的变化对灯光进行相应的控制，做到合理地管理教室里面的照明灯。 光敏电阻 其实就 是一种 很常见 的光电导 元 器件。 光敏电阻 运用的是 所谓 的 光电导效应 ，当一些特殊的物质 或 元件被外界的光照导之后 ,这些特殊的物质 或 元件 的电导率 就会 发生 一些 变化。 把 敏电阻和其它半导体光电器件 比较一下，可以看到 光敏电阻有 很多特有的 特点 :第一方面 光敏电阻 的 光谱响应范围相当 的广 泛。 第二方面 光敏。