1、51单片机 节能灯 规定类 自选类电气工程大学生课外创新实验竞赛活动实验（作品）报告作品名称： 基于单片机的节能灯控制 专 业： 电气工程及其自动化 队员姓名： 俞宙杰 邱宜彬 王竞远 王梦瑶 指导老师： 无 学 院： 电气工程学院 作品完成起止时间： 2013年4月16日-5月11日 2013年5月一、题目介绍背景：目前校园的白炽灯系统大多都是整夜打开并且亮度固定不可调，这样没有人经过的时候便会白白浪费很多电能。而点亮多盏白炽灯必定会消耗很多电能，电能利用率低。产业界电能应用发展的趋势必然是低功耗节能，并且使用无污染的新能源。而太阳能便能符合无污染、取之不尽用之不竭等特点。LED具有1）节能
2、效果好；2）发光效率高；3）寿命超长，性能稳定等特点。目的、所要解决的问题：基于此，我们想到了将STC80C51单片机的低功耗以及LED的节能相联系组成一个完善的照明系统，以此来实现低功耗、高效利用电能、绿色、环保。二、设计要求当是白天时（光线较强时），不需要开灯，系统进入节能的超低功耗休眠模式；当傍晚来临时，系统发出微弱的光线以达到一定照明的目的（此时没人通过该灯）；当有人通过该灯时，系统发出较强的光线；当人走远后，系统自动转到“微弱的光线”模式以等待人的通过。三、系统总体设计3.1设计概述本项目的主要功能：当是白天时（光线较强时），不需要开灯，系统进入节能的超低功耗休眠模式；当傍晚来临时，
3、系统发出微弱的光线以达到一定照明的目的（此时没人通过该LED灯）；当有人通过该LED灯时，系统发出较强的光线；当人走远后，系统自动转到“微弱的光线”模式以等待人的通过。本项目主要分为传感器模块、单片机控制模块、LED路灯模块。1)传感器模块：由热释电电路和光敏电路组成。光敏电路将感应白天和黑夜；热释电电路感应是否有人通过路灯；2)LED路灯模块：由大功率LED驱动电路、大功率LED组成。LED灯为1W暖色大功率LED，寿命为50,000小时，输出光通亮为70-80LM（流明）。3)驱动电路：采用CAT4201芯片，组成降压变换驱动电路。该芯片驱动LED电流可达350mA，能量利用率高达94%。
4、 4)单片机模块：该模块负责对系统进行控制。白天时，光敏电路发给单片机一个高电平，单片机进入低功耗模式（此时热释电电路不工作）；晚上时，光敏电路发给单片机一个低电平，单片机退出低功耗模式,进入待机模式，没人经过LED灯的时候，热释电电路发给单片机一个低电平，此时单片机输出一个较低占空比的PWM波给LED驱动电路，LED发出相对微弱的光（由于PWM占空比可通过程序改变，所以微弱光的强度也可调）；当有人经过路灯时，热释电电路发给单片机一个高电平，此时单片机输出一个较高占空比的PWM给LED驱动电路，LED发出较强的光（光强也可通过程序调动）；当人通过路灯慢慢走远时，热释电电路将发给单片机一个低电平
5、，LED发出较微弱的光。3.2设计思路根据题目要求和设计需要，本系统使用STC89C51系列单片机作为主控机，通过拓展必要的外围电路，实现对LED灯的智能控制系统的设计，具体设计思路如下：1)由于要扫描是否有人经过LED范围内，并且需要实现一系列电路的转换以及函数的逻辑分析，本系统采用了以热释电模块和光敏电阻为核心作为LED智能灯系统的感应模块；2)为了实现LED的正常工作及控制LED的明暗变化，本系统采用CAT4201芯片，组成降压变换驱动电路。该芯片驱动LED电流可达350mA，能量利用率高达94%。3)光敏感应模块：接通电源，STC89C51单片机、热释电模块、LED驱动电路以及光敏电阻
6、启动工作，当光照大于一定数值时，光敏电阻电压减小，给单片机输出高电平，单片机进入低功耗模式（此时热释电电路不工作）；当光照减小到一定数值时，光敏电阻阻值变大，发给单片机一个低电平，单片机退出低功耗状态，进入待机状态。4)热释电感应模块：当LED进入待机状态时，没人经过LED灯的时候，热释电电路发给单片机一个低电平，此时单片机输出一个较低占空比的PWM波给LED驱动电路，LED发出相对微弱的光（由于PWM占空比可通过程序改变，所以微弱光的强度也可调）；当有人经过路灯时，热释电电路发给单片机一个高电平，此时单片机输出一个较高占空比的PWM给LED驱动电路，LED发出较强的光（光强也可通过程序调动）
7、；当人通过路灯慢慢走远时，热释电电路将发给单片机一个低电平，LED发出较微弱的光。3.3系统总体模块3.4功能流程图3.4.1主函数3.4.2中断函数四、硬件系统设计4.1主控芯片STC89C51单片机STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS 4位微控制器，具有4K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的84位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。单片机的最小系统设计：4
8、.2传感器模块传感器模块由热释电电路和光敏电路组成。光敏电路由光敏电阻、比较器以及继电器等元器件组成，通过光强变化引起电阻变化来分压，再经过比较器比较输出。输出高电平表示白天，低电平表示黑夜。继电器接收单片机的指令进行开关LED驱动的电源。热释电技术比较成熟，其框图如下图所示 4.3 LED驱动电路LED路灯模块由LED驱动以及大功率LED组成。驱动芯片采用CAT4201，该芯片具有的特点如下：LED驱动电流可达350mA；6-28V宽电压工作范围；最多可驱动1W*6颗LED；BOOST工作方式，高效率；电流设定恒流精度高；封装小，空间利用率高；可并联使用，驱动功率可倍增。LED为1W大功率暖
9、白LED，正向电流可达350mA，输出光通量为70-80LM（流明），正向电压3.3-3.6V，反向电压5V，功耗1W，寿命50,000小时，发光角度100-110度其典型应用图如下：五、系统硬件电路 5.1总电路原理图5.2单片机模块 5.3驱动电路六、系统特点该系统的创新之处主要体现在以下几点：1)采用LED照明。LED的节能效果好，具有单向辐射特性，能量转化效率非常高，理论上与白炽灯比较能达到90%的节能，相比荧光灯也可以达到50%的节能效果。LED的发光效率高，理论上其效率可达到300lm/W以上，其发光效率为荧光灯的约1.7倍，白炽灯的11.5倍。除此之外，LED的寿命超长，性能稳定
10、。2)采用STC89C51低功耗单片机。白天单片机进入低功耗模式，系统进入等待状态，等待黑夜唤醒(当初决定白天不用0占空比的PWM控制LED的关闭主要是考虑到输出PWM时,不能进入低功耗模式,不能发挥单片机低功耗的特点，所以我们使用了继电器来控制LED驱动是否工作)。从而充分的节能。3)系统中突出使用了低功耗模式,除了处理中断时候,在其他时间,单片机都处于低功耗模式.七、评测与结论光照照射光敏电阻，以此来模拟白天，单片机休眠；阻止光照射光敏电阻，以此来模拟黑夜，此时单片机退出低功耗模式，进行工作，LED能够发出相对微弱的光（无人通过时）；当有人通过路灯的时候，热释电模块能够识别到，并且发送信号
11、给单片机，单片机对LED的亮度能够进行控制；当人离开路灯之后，热释电能够发送信号给单片机，单片机再对LED的亮度进行控制。太阳能充电模块也能给电池充电。该系统易于实现，应用广泛且扩展性强。这里只演示一盏灯，假设有多盏灯时，人从街道口走到街道尽头便可实现类似于“流水等”的效果。光的亮度可调节，可以改变成现在流行的“呼吸灯”，即灯的亮度逐渐变亮和变暗。 该系统也可应用于舞台，试想明星在灯光的衬托下登场亮相，是多么的炫啊！（这里是全自动控制的） 除此之外，该系统还可应用于家里的照明灯，也使得居家生活更加智能化，这也是未来电子产业的发展方向！ 总体来说，该系统能实现预期的指标，并且能具有低功耗、高效利
12、用电能、拓展性强、绿色、环保等特点。八、总结本次实验竞赛，我们几个同学都付出了很大的精力。首先，我们进行了分工，针对本组组员做事的特点，分工时由两人负责收集资料，以及负责学习multisim和proteus软件的基本使用，并将仿真电路模拟出来。剩下的一人，动手能力比较强，负责将仿真成功的电路图进行焊接。虽然这次实验原理简单，但是就毫无设计基础的我们，这还是相当很有难度的，在制作作品的过程中，我们付出了很多辛酸：我们做的第一步，就是要收集各种各样的关于抢答器的资料，了解它的原理，并根据题目要求，四处搜索具有相关功能的芯片，我们在这些前期准备上花费了很多时间和精力。收集完资料，我们就开始了仿真工作
13、，要仿真电路，毫无基础的我们就得下载教学视屏没日没夜的学习软件的使用方法，平时很少两点钟之前睡过觉。好在付出总会有收获，现在我们已经能较熟练的掌握multisim和proteus软件的基本使用。但在学习了仿真软件之后，我们就开始了电路的仿真，经历了n+1的努力之后，我们终于看到了成功的曙光！有了仿真的实现，我们信心倍增，相信没有什么问题是解决不了的。在接下来的电路的焊接过程中，每一步焊接都要小心谨慎，生怕哪里短路，短路，或者连错了线路，中间几度由于粗心大意连错了导线，还好细心女生帮忙检查了出来，就这样坎坎坷坷，我们最终将电路焊接完成！喜悦心情溢于言表。整个过程中，我们没有比较成熟的技术，只能靠
14、自己的不懈努力来解决一个又一个问题。我想这对于我们今后走上工作岗位会有很大的帮助。有志者，事竟成，相信这次试验我会终生难忘。九、源程序#include reg51.h#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit wr=P32;sbit rd=P31;sbit ren=P01; sbit pwm=P00;sbit adcs=P30; sbit gm=P10;unsigned char num,td; uchar a;void delay( uint x) uchar y; for(;x0;x-) for(y=1;y0;y-);
15、 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(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+;
