单片机作品创意书.docx

第七届重庆市大学生“合泰杯”单片机应用设计竞赛作品创意书智能LED台灯重庆大学弘深学院指导教师：唐治德参赛学生：程体阳 史仪男 王晓雨 李杰作品创意书一 摘要智能LED台灯系统是基于HT46R24单片机，结合现有台灯系统开发出的用单片机控制的智能作品。作品的基本功能有供电模块（可充电），检测并显示电量，显示时间及闹钟提醒和温度自动、手动（可以通过手机）调节亮度几个模块，将解决现有台灯调节难，无法显示电量，无法根据喜好及环境亮度调节台灯亮度等情况，能够帮助学生方便地使用台灯，提醒学习时间及及时充电，以此节约大量时间，保护视力，节约能源。本文将介绍智能LED台灯系统的工作原理、作品结构、作品特色以及市场前景等相关信息，旨在明确阐述本作品的设计意图及创作方向。二、作品介绍：该智能台灯主要包括供可充电，显示电量，显示并通过手机调节时间，显示当前温度，闹铃功能，自动手动调节亮度，其中手动调节亮度时可以通过手机调节等功能。其功能模块主要包括单片机控制模块、台灯模块、温度模块、时钟模块、闹铃模块、显示模块、充电模块、电量显示模块、亮度调节模块。本设计采用单片机HT46R24作为核心，以实现自动控制功能。显示模块拟采用 LCD1602C 液晶显示电量、温度、时间等内容，时钟拟采用 DS12C887 时钟芯片，台灯模块拟采用 16 颗 LED，用蜂鸣器发出闹铃声，温度传感器拟采用 DS18B20 芯片。基于一些完备而可靠的硬件设计，使用单片机 C 语言编写，可以实现了全部控制功能。现在市场上的智能台灯作为一个新生产品，普及度还不大，没有被广泛运用起来，但随着物联网技术，计算机技术的发展，智能控制将是一个发展的大方向，因此他有广泛的市场前景。目前虽然已经有了一些智能台灯，但功能不一，不够完善，“智能”程度还够高，并且市场价格较高，原因是他们使用一些较为智能的东西，提高了智能小车的成本。我们意在设计出一款功能齐全而性价比又高的智能台灯。本作品未曾发表，全部由学生自行讨论创作。三、工作原理本智能LED灯采用SKDIP/SOP封装的盛群MCU HT46R24作为主控制CPU，它内部提供了8通道10位分辨率A/D转换；2通道4位PWM高频载波输出；I2C总线串行接口；可编程分频器PFD等，应用方便。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) 时钟闹钟模块；6) 显示模块；7) 红外传感模块。8) 电源模块四、作品功能与特色1、 供电模块台灯蓄电池选用两个3.7V锂电池，其特点是体积小，重量轻，使用时间长且锂材料无任何有毒有害物质，被世界认为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中均无污染。2、 语音模块语音模块选用语音芯片ISD1760，它有60秒录放音时间，可实现语音分段录音与随机组合放音。用来对低电量进行报警以及对闹钟语音播报。3、 调节模块（1） 手动与自动调节系统中设置有自动控制模式和手动控制模式，手动模式下屏蔽检测模块，使用者随时可以使用，此时的台灯相当一不同的台灯。（2）自动调整台灯发光强弱先利用光敏电阻对环境的光照强弱进行采样，把采样来的信号转换为电压信号，再利用A/D转换把模拟信号转换位数字信号，然后传送给单片机，利用软件把得到的信号进过处理，转换为脉冲宽度输出，从而来控制台灯的亮度。（3） 显示时间因为 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。来对时间进行调节和显示。（4） 显示温度由于 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。以此转换为电信号，来显示温度。（5） 闹铃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。五作品结构5.1、时钟模块电路设计时钟模块电路如图 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。5.2 闹铃模块电路设计闹铃模块电路图 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。5.3 显示模块电路设计显示模块电路如图图 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。5.4、按键模块按键模块电路如图 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。5.5、 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。5.6、单片机控制模块设计硬件这里我们选用 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。5.7、 供电模块台灯蓄电池方案一：台灯蓄电池选用6V铅酸蓄电池，其特点是技术成熟，价格便宜，但体积大，重量大，能量质量比低，对充放电要求严格。循环寿命在200次左右，最高也就300次，最多也就能使用1-1.5年时间。铅酸蓄电池中存在着大量的铅，在废弃后若处理不当，将对环境产生污染。方案二：台灯蓄电池选用两个3.7V锂电池，其特点是体积小，重量轻，同等规格容量的锂离子电池的体积是铅酸蓄电池体积的2/3，重量是铅酸蓄电池的1/3，无记忆效应，可随时充放电。锂离子电池循环寿命达到300次以上，标准充电（5小时率）使用，最高可达500次，甚至1000次以上。与铅酸蓄电池在同样条件下使用，寿命将会达到3年，是铅酸蓄电池的2倍。还有另外重要的一点，锂材料无任何有毒有害物质，被世界认为绿色环保电池，该电池无论在生产及使用中均无污染。但是锂电池价格比较贵，比同容量的铅酸蓄电池贵2倍。综上所述，考虑到我们的台灯电池是放在支架上并与支架分离的，为了减轻支架的负担，更是为了低碳，耐用，实用，绿色环保，我们决定选择方案二。5.8、电池电能监测通过测量电池两端的电压值经AD转换后与一个基准电压进行比较，以此来判断电池电量的饱和程度。5.9 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。六作品市场前景：智能LED台灯解决了解决现有台灯调节难，无法显示电量，无法根据喜好及环境亮度调节台灯亮度等情况，能够帮助帮助学生方便地使用台灯，提醒学习时间及及时充电。同时性价比高，使用非常方便。在我们从目前调查及了解到的市场情况来看，现有的台灯大多不是智能系统，还在采用传统的灯管照明，不仅使用不方便，而且无法自由调节亮