基于单片机的智能台灯毕业论文

2014 届毕业生毕 业 论 文题 目: 基于 51 单片机的智能台灯设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2014 年 9 月 1 日II摘 要社会在不断进步，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。智能台灯以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以 BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关麻烦；当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。关键词：智能台灯 BISS0001 单片机 AT89C51IIITitle： Intelligent desk lamp design Based on MCU AbstractSocial progress and human in the constant pursuit, the market in a constantly changing, high-tech application content decided the new trend of development of the product and prospects, intelligent technology in the electronic products in the fields of application of meaning. With the rapid development of electronic products, household appliances, has more and more is also turn to intelligent applied in practice of intelligent washing machine, intelligent electric, intelligent induction cooker etc, and the intelligent household appliances are used with a common characteristics, are using single chip microcomputer as the central control unit. Combined with MCU intelligent household appliances and ordinary household appliances, stronger than on the function, use more convenient, safety reliability also higher, the most important is the more to save electric energy, improve the quality of the household appliances. Intelligence desk lamp for specifically induction human heat-releasing infrared signal based on infrared sensors, BISS0001 signal processing circuit, using single chip computer processing, in order to achieve the purpose of easy control. When the room and someone when insufficient brightness around, desk lamp will be lighted, tell the darkness touch switch trouble; When learning on the desktop is too close, due to causes posture is not straight, the system will hint, in order to correct posture, preventing myopia; Learning too tired, sleep on his desk lamp when, it will automatically out; When no one in, the system also can make desk lamp extinguishes, in order to achieve automatic save energy purposes Keywords：Intelligence desk lamp BISS0001 microcontroller AT89C51IV目录摘要. IIAbstract.III1 绪论 .11.1 智能台灯系统概述 .11.2 毕业设计内容 .22.系统主要器件介绍 .42.1 AT89C51.42.2 BISS0001.72.3 DAC0832.82.4 74LS138.93.系统组成及电路设计 .123.1 系统组成部分 .123.2 电路设计部分 .134.传感器部分 .184.1 热释电红外传感器的原理特性 .184.2 热释电红外传感器的工作原理 .184.3 光敏电阻 .195. 软件程序设计 .215.1 总体程序框图 .215.2 主程序流程图 .21总结及展望 .23致谢 .24参考文献 .25附 件 .2611 绪论1.1 智能台灯系统概述随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器开始走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更加方便。随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。 家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用电器的发展越来越方便、舒适。随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。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，集中光线，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。目前，灯具市场上出售的灯具种类繁多，一般台灯均采用 220V 交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开光来控制。但这类台灯存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在灯具市场上，很少见到采用+5V 的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有既不会出现触电，使用寿命长、无辐射、又不污染等优点，有许多普通按键台灯所无法比及的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保，另一方面可以纠正使用者的坐姿，预防脊椎变形和眼睛近视。同时，智能台灯在黑暗的时候自动开关灯的功能也让使用者使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦。智能台灯可分为自动和手动两种模式。在自动模式下，台灯能根据环境光的明暗与人是否被台灯所检测到来自动开启台灯。在这里设计了以人体红外辐射2（波长为 9.5um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内时，台灯自动感应环境光线，调节发光亮度，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，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，达到节约能源的目的。手动模式是灯光亮度不随环境光线变化而变化，可以手动按下调节亮度按键来调节灯光亮度。本设计还有学习时间计时的功能，可手动设置学习时间，当时间到时，台灯报警，提醒学习时间到了该休息了，此时可以用手或者其他障碍物在红外测距传感器前晃一下或者按一下任意按键就可以停止报警。台灯是一般家庭的生活必需品，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。红外测距探测器的距离是20cm 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。1.2 毕业设计内容1.2.1 设计内容和实现功能名称：基于 AT89C51 的智能台灯内容及要求: 设计并制作一种智能台灯，主要是以 BISS0001 和单片机组成的红外传感控制电路。其特点是在有人时根据环境光线调节灯光的亮度，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。具体要求如下：1以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以 BISS0001 信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的；2有人在附近时，台灯便会根据环境光线调节灯光亮度，省去了黑暗中摸开关麻烦；3当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视； 34.学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；5.当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的6.可以设置学习时间，时间到时，会蜂鸣器报警，提醒休息。1.2.2 系统分析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 9.5um）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；当人体太靠近桌面时，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，达到节约能源的目的。单片机在本次智能节能台灯设计中的主要控制单元，主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。2.系统主要器件介绍2.1 主控芯片介绍STC89C51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C51 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器 ，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位 定时器 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/ 计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率 35Mhz，6T/12T 可选。4EA/VP 31X119X218RESET9P37/RD17P36WR16P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30P31/TXD11P30/RXD10GND20VCC 40U1STC89C52图 2 STC89C51 单片机引脚图单片机是美国 STC 公司最新推出的一种新型 51 内核的单片机。片内含有 Flash 程序存储器、SRAM、UART、SPI、 PWM 等模块。（一）STC89C51 主要功能、性能参数 如下：（1）内置标准 51 内核，机器周期：增强型为 6 时钟，普通型为 12 时钟;（2）工作频率范围：040MHZ，相当于普通 8051 的 080MHZ;（3）STC89C51RC 对应 Flash 空间：4KB;（4）内部存储器（RAM)：512B;（5）定时器计数器：3 个 16 位；（6）通用异步通信口（UART ）1 个；（7）中断源:8 个；（8）有 ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；（9）通用 IO 口：3236 个；（10）工作电压：3.85.5V；（11）外形封装：40 脚 PDIP、44 脚 PLCC 和 PQFP 等。（二）STC89C51 单片机的引脚说明：VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输5出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（记时器 0 外部输入） P3.5 T1（记时器 1 外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器 CPU 将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1 然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置 1 端口锁存器原来的状态有可能为 0Q 端为0Q为 1 加到场效应管栅极的信号为 1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为 1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的 1 信号读入后不一定是1。若先执行置 1 操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类 I/O 口被称为准双向口。89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作为输入时都是准双向口。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 6ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：