51單片機(jī) 節(jié)能燈

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1、word □規(guī)定類(lèi) ■自選類(lèi) 電氣工程大學(xué)生課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽活動(dòng) 實(shí)驗(yàn)〔作品〕報(bào)告 作品名稱(chēng)： 基于單片機(jī)的節(jié)能燈控制 專(zhuān)業(yè)： 電氣工程與其自動(dòng)化 隊(duì)員某某：俞宙杰邱宜彬王競(jìng)遠(yuǎn) 王夢(mèng)瑤 指導(dǎo)教師：無(wú) 學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 作品完成起止時(shí)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(jì)要求3 三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3 設(shè)計(jì)概述3 設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)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(dòng)電路10 六、系統(tǒng)特點(diǎn)11 七、評(píng)測(cè)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(kāi)并且亮度固定不可調(diào)，這樣沒(méi)有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候便會(huì)白白浪費(fèi)很多電能。而點(diǎn)亮多盞白熾燈必定會(huì)消耗很多電能，電能利用率低。產(chǎn)業(yè)界電能應(yīng)用開(kāi)展的趨勢(shì)必然是低功耗節(jié)能，并且使用無(wú)污染的新能源。而太陽(yáng)能便能符合無(wú)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(zhǎng)，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。 目的、所要解決的問(wèn)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(gè)完善的照明系統(tǒng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗、高效利用電能、綠色、環(huán)保。 二、 設(shè)計(jì)要求 當(dāng)是白天時(shí)〔光線較強(qiáng)時(shí)〕，不需要開(kāi)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(shí)，系統(tǒng)發(fā)出微弱的光線以達(dá)到一定照明的目的〔此時(shí)沒(méi)人通過(guò)該燈〕；當(dāng)有人通過(guò)該燈時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出較強(qiáng)的光線；當(dāng)人走遠(yuǎn)后，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)到“微弱的光線〞模式以等待人的通過(guò)。 三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)概述 本項(xiàng)目的主要功能：當(dāng)是白天時(shí)〔光線較強(qiáng)時(shí)〕，不需要開(kāi)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(shí)，系統(tǒng)發(fā)出微弱的光線以達(dá)到一定照明的目的〔此時(shí)沒(méi)人通過(guò)該LE

4、D燈〕；當(dāng)有人通過(guò)該LED燈時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出較強(qiáng)的光線；當(dāng)人走遠(yuǎn)后，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)到“微弱的光線〞模式以等待人的通過(guò)。 本項(xiàng)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(guò)路燈； 2) LED路燈模塊：由大功率LED驅(qū)動(dòng)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(shí)，輸出光通亮為70-80LM〔流明〕。 3) 驅(qū)動(dòng)電路：采用CAT4201芯片，組成降壓變換驅(qū)動(dòng)電路。該芯片驅(qū)動(dòng)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(duì)系

5、統(tǒng)進(jìn)展控制。白天時(shí)，光敏電路發(fā)給單片機(jī)一個(gè)高電平，單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式〔此時(shí)熱釋電電路不工作〕；晚上時(shí)，光敏電路發(fā)給單片機(jī)一個(gè)低電平，單片機(jī)退出低功耗模式,進(jìn)入待機(jī)模式，沒(méi)人經(jīng)過(guò)LED燈的時(shí)候，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個(gè)低電平，此時(shí)單片機(jī)輸出一個(gè)較低占空比的PWM波給LED驅(qū)動(dòng)電路，LED發(fā)出相對(duì)微弱的光〔由于PWM占空比可通過(guò)程序改變，所以微弱光的強(qiáng)度也可調(diào)〕；當(dāng)有人經(jīng)過(guò)路燈時(shí)，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個(gè)高電平，此時(shí)單片機(jī)輸出一個(gè)較高占空比的PWM給LED驅(qū)動(dòng)電路，LED發(fā)出較強(qiáng)的光〔光強(qiáng)也可通過(guò)程序調(diào)動(dòng)〕；當(dāng)人通過(guò)路燈慢慢走遠(yuǎn)時(shí)，熱釋電電路將發(fā)給單片機(jī)一個(gè)低電平，LED發(fā)出較微弱的光。 設(shè)計(jì)

6、思路 根據(jù)題目要求和設(shè)計(jì)需要，本系統(tǒng)使用STC89C51系列單片機(jī)作為主控機(jī)，通過(guò)拓展必要的外圍電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)思路如下： 1) 由于要掃描是否有人經(jīng)過(guò)LEDX圍內(nèi)，并且需要實(shí)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L(zhǎng)ED智能燈系統(tǒng)的感應(yīng)模塊； 2) 為了實(shí)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(dòng)電路。該芯片驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路以與光敏電阻啟動(dòng)工作，當(dāng)

7、光照大于一定數(shù)值時(shí)，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(shí)熱釋電電路不工作〕；當(dāng)光照減小到一定數(shù)值時(shí)，光敏電阻阻值變大，發(fā)給單片機(jī)一個(gè)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(shí)，沒(méi)人經(jīng)過(guò)LED燈的時(shí)候，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個(gè)低電平，此時(shí)單片機(jī)輸出一個(gè)較低占空比的PWM波給LED驅(qū)動(dòng)電路，LED發(fā)出相對(duì)微弱的光〔由于PWM占空比可通過(guò)程序改變，所以微弱光的強(qiáng)度也可調(diào)〕；當(dāng)有人經(jīng)過(guò)路燈時(shí)，熱釋電電路發(fā)給單片機(jī)一個(gè)高電平，此時(shí)單片機(jī)輸出一個(gè)較高占空比的PWM給LED驅(qū)動(dòng)電路，LED發(fā)出較強(qiáng)的光〔光強(qiáng)也可通過(guò)程序調(diào)動(dòng)〕；當(dāng)人

8、通過(guò)路燈慢慢走遠(yuǎn)時(shí)，熱釋電電路將發(fā)給單片機(jī)一個(gè)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(jì) 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(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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(jì)： 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(guò)光強(qiáng)變化引起電阻變化來(lái)分壓，再經(jīng)過(guò)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(kāi)關(guān)LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路 LED路燈模塊由LED驅(qū)動(dòng)以與大功率LED組成。驅(qū)動(dòng)芯片采用CAT4201，該芯片具有的特點(diǎn)如下：LED驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)350mA；6-28V寬電壓工作X圍；最多可驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(zhǎng)，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(shí),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(lái)控制LED驅(qū)動(dòng)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(shí)候,在其他時(shí)間,單片機(jī)都處于低功耗模式. 七、評(píng)測(cè)與結(jié)論 光照照射光敏電阻，以此來(lái)模擬白天，單片機(jī)休眠；阻止光照射光敏電阻，以此來(lái)模擬黑夜，此時(shí)單片機(jī)退出低功耗模式，進(jìn)展工作，LED能夠發(fā)出相對(duì)微弱的光〔無(wú)人通過(guò)時(shí)〕；當(dāng)有人通過(guò)路燈的時(shí)候

12、，熱釋電模塊能夠識(shí)別到，并且發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)LED的亮度能夠進(jìn)展控制；當(dāng)人離開(kāi)路燈之后，熱釋電能夠發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)再對(duì)LED的亮度進(jìn)展控制。太陽(yáng)能充電模塊也能給電池充電。 該系統(tǒng)易于實(shí)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(shí)，人從街道口走到街道盡頭便可實(shí)現(xiàn)類(lèi)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(tái)，試想明星在燈光的襯托下登場(chǎng)亮相，是多么的炫啊！〔這里是全自動(dòng)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(lái)電子產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展方向！ 總體來(lái)說(shuō)，該系統(tǒng)

13、能實(shí)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(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，我們幾個(gè)同學(xué)都付出了很大的精力。首先，我們進(jìn)展了分工，針對(duì)本組組員做事的特點(diǎn)，分工時(shí)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(lái)。剩下的一人，動(dòng)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(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，但是就毫無(wú)設(shè)計(jì)根底的我們，這還是相當(dāng)很有難度的，在制作作品的過(guò)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?cè)谶@些前期準(zhǔn)備上

14、花費(fèi)了很多時(shí)間和精力。收集完資料，我們就開(kāi)始了仿真工作，要仿真電路，毫無(wú)根底的我們就得下載教學(xué)視屏沒(méi)日沒(méi)夜的學(xué)習(xí)軟件的使用方法，平時(shí)很少兩點(diǎn)鐘之前睡過(guò)覺(jué)。好在付出總會(huì)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(kāi)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(shí)現(xiàn)，我們信心倍增，相信沒(méi)有什么問(wèn)題是解決不了的。在接下來(lái)的電路的焊接過(guò)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(cuò)了線路，中間幾度由于粗心大意連錯(cuò)了導(dǎo)線，還好細(xì)心女生幫助檢查了出來(lái)，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(gè)過(guò)程中，我們沒(méi)有比擬成熟的技術(shù)，只能靠自己的不懈努力來(lái)解決一個(gè)又一個(gè)問(wèn)題。我想這對(duì)于我們今后走上工作崗位會(huì)有很大的幫助。 有志者，事竟成，相信這次試驗(yàn)我會(huì)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++; }