基于单片机的智能LED台灯设计,附电路图、成品演示图、源程序.pdf

第七届创兴杯电子设计 竞赛论文 智能 led 台灯 智能 led 台灯 完成人：黄 xx（组长，电子 1004） ；翟 xx（电子 1004） ；洪 xx（电子 1004） 指导教师：xx 摘要摘要： 本文介绍了设计的框架结构和组成模块以及各模块的原理， 介绍了各部分硬件设计和 各部分软件设计以及软件流程图。 该设计是以 stc89c52 单片机为控制核心的集多种功能于 一体的智能 led 台灯。该台灯实现了自动检测屋内是否有人并自动开启/关闭功能；台灯光 亮度具有调节功能；具有时间显示功能；具有温度显示功能；闹铃功能。硬件设计分为单片 机控制模块、按键模块、台灯模块、温度模块、时钟模块、闹铃模块、显示模块，红外传感 模块等八个部分。 单片机控制就用 stc89c52， 显示模块用 lcd1602c 液晶显示温度、 时间、 日期等内容，按键模块用来调整时间、日期、led 的亮度等，时钟用 ds12c887 时钟芯片， 台灯模块用 16 颗 led，用蜂鸣器发出闹铃声，温度传感器用 ds18b20 芯片，检测人的用 bis0001 红外热释传感器。软件设计用单片机 c 语言编写，实现了全部控制功能。 关键词关键词：单片机，智能，显示，温度，时间。 1 led 台灯功能描述及总体该方案 1.1 功能描述 根据主要功能要求，该设计利用 51 单片机实现了电子时钟、温度的显示以 及设置闹铃等功能。具体可分为一下几种： 1) 显示当前的时间，24 时制的时、分、秒； 2) 可调节时间； 3) 显示当前屋内温度； 4) 能检测屋内是否有人并自动开启/关闭； 5) 可调节 led 光亮度； 6) 可设置闹铃时间并报警。 1.2 系统组成及工作过程 六大模块以 stc89c52 单片机为控制核心，实现了该智能台灯的各项要求，外接一个 5v 的直流电源，为整个系统供电。图 1 为设计的系统组成框图。 图 1系统组成框图 根据设计要求，该智能 led 台灯可分为八大模块： 1) 单片机控制模块； 2) 按键模块； 3) 台灯模块； 4) 温度模块； 5) 时钟模块； 6) 闹铃模块； 7) 显示模块； 8）红外传感模块。 加上 5v 直流电源后，后七大模块在单片机控制之下分别工作。 2 硬件设计 2.1 单片机控制模块设计 硬件电路如图 2， 单片机控制模块 显 示 模 块 温 度 模 块 闹 铃 模 块 台 灯 模 块 按 键 模 块 时 钟 模 块 红外传感模 块 图 2 单片机控制模块电路 这里我们选用 12m 的晶振，晶振系统由两个 30pf 的电容 cap 和晶振组成， 接到单片机的 18、 19 两管脚。 晶振给单片机提供硬件本身的时钟振荡。 一个 10f 的电解电容和一个 1k 的电阻组成复位电路，接至单片机的第 9 管脚。p0 口加上 排阻，即其就是 p0 口的上拉电阻，这就是给 p0 加驱动电路，电源通过排阻向 p0 口供电，使其能够驱动与 p0 口相连的元件。 2.2 按键模块电路设计 按键模块电路如图 3， 图 3 按键模块电路 按键 k5、k6 用来调节台灯的亮度，k7 控制模式，即控制台灯是工作在感应 模式下还是工作在手动模式下， 亦或是关闭状态。 其余的用作调节时钟以及闹铃。 按键均采用低电平有效连接方式。通过按下按键 k5 可以让台灯变暗，按下按键 k6 可以让台灯变亮。其余几个 s1 到 s4 按键可以对时钟进行设置调节，并调节 设置闹铃，当时间与设置的时间一致是闹铃报警，即蜂鸣器响。 2.3 台灯模块电路设计 台灯模块电路如图 4， 图 4 台灯模块电路 本设计采用 16 颗 led 作为发光系统，每两颗并联在一起后和一个 1k 的电 阻串联，用 p00 到 p03 口控制。电阻起限流作用，考虑到 i/o 口资源，我们用每 两个并联的方式以节省 i/o 口资源。通过按键 k5、k6 调节 pwm 输出以达到调 节光亮度的效果。4 个 i/o 均采用低电平有效方式，即给相应的 i/o 低电平 led 工作。 2.4 温度模块电路设计 温度模块电路如图 5， 图 5 温度模块电路 由于 ds18b20 温度传感器的集成度很高，封装简单，所以我们选用该芯片 作温度模块电路。1 脚接电源 vcc，2 脚数据线接单片机 p24 口，3 脚接地。芯 片采集到的数据通过 2 脚传给单片机的 p24 口让单片机进行处理， 之后送给显示 模块进行显示。 2.5 时钟模块电路设计 时钟模块电路如图 6， 图 6 时钟模块电路 因为 ds12c887 时钟芯片的集成度都很高，而且它自带锂电池，即使断电了 时钟仍然在工作，所以我们选择了 ds12c887 时钟芯片作为时钟。各脚的连接见 图 6.由于其集成度很高，我们只需按照其数据手册焊接电路即可。 2.6 闹铃模块电路设计 闹铃模块电路如图 7， 图 7 闹铃模块电路 闹铃模块主要就是一个蜂鸣器， 其作用是当到达设定的时间到时发出蜂鸣声 报警。用一个 pnp 型三极管和蜂鸣器连接主要是给蜂鸣器一个驱动，让蜂鸣器 为高电平有效，即 p07 口高电平时蜂鸣器发声报警。 2.7 显示模块电路设计 显示模块电路如图 8， 图 8 显示模块电路 液晶显示部分，我们选用 lcd1602c，其接法和普通的 1602 接法一样。1 脚接地，2 脚接电源，3 脚接一个电位器以调节液晶显示器的亮度，16 脚接地， 15 脚接背光电源，其余接法见图 8。在调试的时候，有时液晶不亮，多半是因为 遗漏背光电源，也有可能是虚焊导致。 2.8 红外传感模块电路设计 红外传感模块电路如图 9， 图 9 红外传感电路 检测屋内是否有人我们选用 bis0001 红外热释传感器， 因为该传感器灵敏度 好，好控制，而且价钱不贵。3 脚接电源 vcc，1 脚接地，2 脚通过一个 npn 型 的三极管接至单片机的 p37 口。 由于该传感器的带负载能力较弱， 加一个三极管 作为其驱动电路，当 p37 口给低电平时有效。检测距离可通过软件调节。 3 软件设计 3.1 主程序的设计 图 10 主程序流程图 主程序如图 10，一给单片机上电，单片机就初始化。然后通过接收并处理 bis0001 传感器出阿叔过来的数据，检测屋内是否有人，若有人则工作。然后检 开始 led 工作 显示时间、日期、温 度 检测屋内有人？ 闹钟 按键按下？ 修正时间，设置闹钟 系统初始化 测按键是否按下，判断工作在那个模式下。单片机接收并处理来自 ds18b20 传 过来的数据在液晶上显示当时的室内温度，液晶还显示当前的时间，日期。当需 要设置闹钟或调整时间时，又检测按键是否按下，以便对时间进行修正、设置闹 钟时间。最后进入循环。 3.2 按键模块程序设计 按键用来调整时间和设置闹钟， 调光亮度， 各键功能在介绍硬件部分已描述。 因为有年月日，时分秒几个参数要调，所以设置这几个参数的计数。当按下一个 键时，单片机进行相应的操作。当调光亮度时，按下 k5 键变暗，按下 k6 键变 亮，这是通过调 pwm 实现的。 3.3 台灯模块程序设计 该模块只需给 p00 到 p03 口送低电平即可，再通过按键调光亮。 3.4 温度模块程序设计 设计初始化函数，设计读 ds18b20 数据和对 ds118b20 写数据的函数，再写出 从 ds18b20 读温度并转换为十进制的函数，最后写显示温度的函数。 3.5 时钟模块程序设计 分别出写时间、日期的函数，再写出时间、日期的显示函数。设计时、分、 秒，年、月、日几个变量分别表示时分秒，年月日。 3.6 闹铃模块程序设计 对蜂鸣器，在其所接的 i/o 口写 1 即可实现它的蜂鸣，写程序时给它加了个 延时，以形成闹铃声。用数组来存储闹铃的值，闹铃声我们采用普通的嘀嘀嘀闹 铃声。 3.7 显示模块程序设计 设计 1602 的初始化函数，编写对 1602 写命令指令和对其写数据的子函数。 让所有的日期，时间，温度都在液晶上显示出来。 3.8 红外热释传感模块程序设计 编写一个从红外传感读数据的函数，检测有人与否，若有人，传感器发给单 片机一个高电平，单片机控制去 led，使得单片机的 p00 到 p03 口为低电平， led 亮，否则给低电平，led 灭。这就实现了检测屋内有人与否并自动开启或 关闭的功能。该传感器检测距离通过编写程序控制。 以上的程序见附录三。 4 总结 该设计实现了自动检测屋内是否有人并自动开启/关闭功能；台灯具有光亮 度调节功能；具有时间显示功能；具有温度显示功能；具有闹铃功能。但在细节 方面还有不足之处。led 亮度达不到很亮的程度，只能在一个很小的范围变化， 以致于光亮度不够。 附录一实物照片 附录二硬件电路图 附录三程序 #include #include void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void delay1(unsigned char t) while(t-); void di() beep=0; delay(100); beep=1; void write_com(char com) rs = 0; rw = 0; lcden=0; p1=com; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; void write_date(char date) rs=1; rw = 0; lcden=0; p1=date; delay(1); lcden=1; delay(1); lcden=0; void init() uchar num; flag1=0; flag=0; flag_ri=0; a=0;/人体感应 ea=1; ex1=1; it1=1; t0_num=0; slnum=0; write_com(0x38); write_com(0x01); write_com(0x06); write_com(0x0c); write_com(0x80); for(num=0;num 0 ; i-) dq = 0 ; / 给脉冲信号 dat = 1 ; dq = 1 ; / 给脉冲信号 if(dq) dat |= 0x80 ; delay1(4) ; return (dat) ; writeonechar(unsigned char dat) uchar i = 0 ; for (i = 8 ; i 0 ; i-) dq = 0 ; dq = dat delay1(5) ; dq = 1 ; dat=1 ; read_temperature(void) init_ds18b20() ; writeonechar(0xcc) ;/ 跳过读序号列号的操作 writeonechar(0x44) ;/ 启动温度转换 init_ds18b20() ; writeonechar(0xcc) ;/跳过读序号列号的操作 writeonechar(0xbe) ;/读取温度寄存器 temp_data0 = readonechar() ;/温度低 8 位 temp_data1 = readonechar() ;/温度高 8 位 disp_temperature() display4=temp_data0 display0=ditabdisplay4+0x30 ;/查表得小数位的值 display4=(temp_data0 display3=display4/100+0x30 ; display1=display4%100 ; display2=display1/10+0x30 ; display1=display1%10+0x30 ; if(display3=0x30)/高位为 0，不显示 display3=0x20 ; if(display2=0x30)/次高位为 0，不显示 display2=0x20 ; write_com(0x80+0x49) ; write_date(display3) ;/百位数显示 write_com(0x80+0x4a) ; write_date(display2) ;/十位数显示 write_com(0x80+0x4b) ; write_date(display1) ;/个位数显示 write_com(0x80+0x4d) ; write_date(display0) ;/小数位数显示 void keyscan() if(flag_ri=1) if(s1=0)|(s2=0)|(s3=0)|(s4=0) delay(5); if(s1=0)|(s2=0)|(s3=0)|(s4=0) while(!(s1di(); flag_ri=0; if(s1=0) delay(5); if(s1=0) slnum+; if(flag1=1) if(slnum=4) slnum=1; flag=1; while(!s1);di(); switch(slnum) case 1: write_com(0x80+0x40+6); write_com(0x0f); break; case 2: write_com(0x80+0x40+3); break; case 3: write_com(0x80+0x40); break; case 4: write_com(0x80+12); break; case 5: write_com(0x80+9); break; case 6: write_com(0x80+6); break; case 7: write_com(0x80+3); break; case 8: slnum=0; write_com(0x0c); flag=0; write_ds(0,miao); write_ds(2,fen); write_ds(4,shi); write_ds(6,week); write_ds(7,day); 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