基于单片机的声光控智能LED照明系统设计——答辩.ppt

基于单片机的声光控智能LED照明系统设计,毕业设计,中期答辩,毕业设计的内容要求及进度开题报告中英翻译（摘要）电路方案原理初步电路搭建C语言源程序代码,毕业设计的内容要求及进度,进度计划收集资料及参考文献着重培养的能力成果形式工具环境任务及背景,任务及背景,声光控照明系统是居家照明的重要组成部分，如楼道、卫生间、小巷等有广泛的应用。传统的声光控照明系统一般由声光控开关和普通白炽灯组合而成，声光控开关大多应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠，如今单片机技术已经相当成熟，运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。普通白炽灯寿命短，光效低，造成了能源的巨大浪费，在提倡环保、节能的今天，使用新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的光源对居家照明节能具有十分重要的意义。LED灯的光强是相同瓦数白炽灯的10倍，是荧光灯的2-3倍,在相同亮度的情况下，LED灯替换白炽灯可节电90%，替换荧光灯后可节电60%。同时，LED灯即开即亮，而荧光灯则需要较长的启辉时间，尤其到冬季，荧光灯需要5-10分钟才能达到正常亮度，对于需要频繁开关的厕所、厨房、楼道等场合，LED灯具有较大的优势。本毕设设计一种基于单片机的声光控照明系统，采用环保节能的LED灯阵列作为光源，并在系统中设计电流回测等功能，降低LED照明灯故障的发生，延长其使用寿命。该装置体积小、节能环保、寿命长，有广阔的应用空间和前景。,工具环境Proteus、keilc软件编译环境,成果形式电路原理图,程序，论文，电路板,着重培养的能力,培养学生单片机应用系统设计和调试编程能力。调查研究及检索与阅读中外文献资料的能力，综合运用所学专业知识分析、解决实际问题的能力，独立开展研究、独立完成课题的工作能力，撰写设计说明书或论文的能力,收集资料及参考文献,张迎新单片微型计算机原理、应用与接口技术M2版北京：国防工业出版社，20042李建忠单片机原理及应用西安西安电子科技大学出版社,2002.23相关期刊与网络资源,进度计划,起迄日期1月01日2月12日2月13日3月20日3月21日5月09日5月10日6月10日,工作内容完成选题环节，学习相关知识，选择和购买器材完成开题报告环节，确定设计方案，制作与调试电路板完成中期检查环节，进一步完善、调试硬件电路，撰写及修改论文预答辩环节，论文完善毕业答辩的各项准备工作,开题报告,主要参考文献主要仪器和设备设计方案系统功能课题的作用与意义,课题的作用与意义,1、运用单片机设计的智能声控开关灵活方便，修改简单随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高，照明在能耗中所占的比例日益增加,因而照明节能也日显重要。现在国内外普及使用的节能开关基本有声控型、触摸型、感光型等。声光控照明系统是居家照明的重要组成部分，如楼道、卫生间、小巷等有广泛的应用。传统的声光控照明系统一般由声光控开关和普通白炽灯组合而成，声光控开关大多应用模拟电子技术进行设计，分立元件多，不可靠。单片机就是将中央处理单元、存储器、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机，单片机（单片微型计算机）的出现至今已经有30多年的历史了，如今单片机技术已经相当成熟，运用单片机可以设计出智能型的声控开关，电路设计好后，运用软件编程来实现其功能，灵活方便，修改简单。,课题的作用与意义,2、使用LED灯作为照明设备体积小、节能环保、寿命长普通白炽灯由于寿命短，光效低，作为照明设备会造成了能源的巨大浪费，在提倡环保、节能的今天，使用新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的照明设备对居家照明节能具有十分重要的意义。LED被认为是21世纪的照明光源。LED发光器件是冷光源，光效高，工作电压低，而且能耗低。LED灯的光强是相同瓦数白炽灯的10倍，是荧光灯的2-3倍,在相同亮度的情况下，LED灯替换白炽灯可节电90%，替换荧光灯后可节电60%。同时，LED灯即开即亮，而荧光灯则需要较长的启辉时间，尤其到冬季，荧光灯需要5-10分钟才能达到正常亮度，对于需要频繁开关的厕所、厨房、楼道等场合，LED灯具有较大的优势。本设计是一种基于单片机的声光控照明系统，采用环保节能的LED灯阵列作为照明设备，并在系统中设计电流回测等功能，能降低LED照明灯故障的发生，延长其使用寿命。该装置体积小、节能环保、寿命长，有广阔的应用空间和前景。,系统功能,基于单片机的室内灯光控制系统的研究和开发。本系统是以单片机为控制器的核心，主要由光照检测电路、声音信号检测电路及单片机控制系统及照明电路组成。工作时，光照检测电路和声音信号检测电路采集光照强弱、是否有声音等信息送到单片机，单片机根据这些信息通过控制电路对LED照明设备进行开关操作，从而实现照明控制，以达到节能的目的。,主要系统功能选择,1、单片机的选择：MCS-51单片机具有较强的代表性以及该系列单片机资料较多，本设计采用AT89S52来实现。2、光照检测方式：采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值，然后通过运放后给单片机输入数字信号。3、声音信号检测方式：采用驻极体传声器，三极管VT，电容及电阻R1等，该部分电路的作用主要把环境中的声音信号转化为电信号然后送给主控电路。4、照明电路：照明电路主要由LED阵列光源、三极管、可控硅、电阻等组成以实现在触发信号来时实现LED阵列光源的亮灭。,设计方案,本系统硬件以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有四个主要部分：AT89S52芯片、光信号采集电路、声音信号采集电路、照明电路。该系统软件主要由主程序、中断子程序、数据采集与A/D转换子程序、显示子程序等五大模块组成。因为C语言编写的软件易于实现模块化，生成的机器代码质量高、可读性强、移植好，所以本系统的软件采用C语言编写，在KeilC环境下进行编译连接。,设计方案,1、首先完成对光照检测电路和对声音信号检测电路的输出信号进行处理。2、判断采集到的光照信号强弱程度，若光照较强：系统继续对光照检测电路的输出状态进行检测；若光照较弱：系统对声音信号检测电路的输出状态Vo进行检测。3、若室内有声音时Vo为高电平，系统控制照明设备点亮并按设定的时间进行延时。4、在延时时间内再一次检测到有声音时，则系统又按设定的时间进行延时；若在延时时间内检测到室内无声音时，则系统控制照明设备熄灭并重新对信号处理电路的输出状态Vo进行检测。,主要仪器和设备,本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成：硬件：MCS-51单片机、光敏电阻、滑动变阻器、比较器、驻极体传声器、三极管VT、电容及电阻、可控硅、LED阵列光源软件：Proteus软件、keil软件c软件编译环境等，编写软件主要完成信号的处理及控制功能等。,主要参考文献,1张迎新单片微型计算机原理、应用与接口技术M2版北京：国防工业出版社20042李建忠单片机原理及应用西安西安电子科技大学出版社2002.23张友德单片微型计算机原理、应用与实验复旦大学出版社4徐煜明、韩雁单片机原理及接口技术电子工业出版社5何立民单片微型计算机原理及应用航空航天大学出版社6王文升智能照明控制与节能J智能建筑与城市信息20057陈涛、毛信伟智能照明控制系统的工程应用J智能电气2004,中英翻译,50年前人们已经已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，他的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，祈祷保护内部芯绒的作用，所以LED灯的抗震性能好。可以完全替代传统的荧光灯，应用在各个照明领域。如酒店、酒吧、商超、餐厅、博物馆、展览馆、会议室、店铺、居家照明等场所。,中英翻译,Fiftyyearsago,thehuminalityhadalreadyknownthebasicknowledgeofsemiconductormaterialcanproducelight，Thefirstcommercialdiodeproducedin1960.LEDisshortforlightemittingdiode(LED),itsbasicstructureisanelectroluminescentsemiconductormaterial，placedontheastandwithdown-lead，andthensealedwithepoxyresinaroundinordertoprotectinternalbatteries，sotheaseismaticcapabilityofLEDisgood。Itcantotallyreplacefluorescentlamp,applicationsinvariousareasoflighting.Suchashotels,bars,supermarkets,restaurants,museums,exhibitionhalls,Conferenceroom,shops,warehouses,homelightingandotherplaces.,中英翻译,封装和系统级温度分布的高功率（1W）发光二极管（LED）阵列已使用数值热流模型研究。在这种分析中，热电阻网络模型联合一个LED结构的三维有限元子模型来预测系统和模具水平的温度。还计算了LED阵列密度、功率密度、装置运行上主动与被动冷却方法的影响。为了帮助了解各种热电阻阵列冷却等作用，热电阻网络模型进行分析，以估算材料的贡献，以及主动和被动冷却方案。在模具内的热应力和残余应力分析计算耗散功率和对流热传递系数。结果表明，在GaN层的热应力是压缩方式，这会影响带隙的发光二极管的性能。关键词：发光二极管，热管理，热应力，主动冷却，固态照明,中英翻译,Thepackageandsystemleveltemperaturedistributionsofahighpower(1W)lightemittingdiode(LED)arrayhasbeeninvestigatedusingnumericalheatflowmodels.Forthisanalysis,athermalresistornetworkmodelwascombinedwitha3DfiniteelementsubmodelofanLEDstructuretopredictsystemanddieleveltemperatures.TheimpactofLEDarraydensity,LEDpowerdensity,andactiveversuspassivecoolingmethodsondeviceoperationwerecalculated.Inordertohelpunderstandtheroleofvariousthermalresistancesincoolingsuchcompactarrays,thethermalresistancenetworkwasanalyzedinordertoestimatethecontributionsfrommaterialsaswellasactiveandpassivecoolingschemes.Ananalysisofthermalstressesandresidualstressesinthediearealsocalculatedbasedonpowerdissipationandconvectionheattransfercoefficients.ResultsshowthatthethermalstressintheGaNlayerarecompressivewhichcanimpactthebandgapandperformanceoftheLEDs.Keywords:LEDs,thermalmanagement,thermalstresses,activecooling,solidstatelighting,中英翻译,LED灯产品特性：1.安全：LED灯使用低压电源，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。2.节能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%3.适用性：适用方便，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适用于易变的环境。4.稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。5.响应时间：白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。6.环保：无有害金属汞7.颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构的带隙，实现红黄绿蓝橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加。可以一次变为橙色，黄色，最后为绿色。8.寿命：LED的使用寿命远远高于白炽灯，是普通白炽灯的数十倍。,中英翻译,TheCharacteristicsofLEDillumination:1.Security:LEDissuppliedbylow-voltagepower，soitissaferthansuppliedbyhighvoltagepower,itisparticularlyapplicabletopublic.2.Economy:comparedwiththeincandescencelamptheenergyconsumptionreduces80%3.Applicability:convenientapply,eachunitofLEDsnippetis3-5mmsquare,itcanbepreparedintovariousshapeddevices,andsuitablefortheinconstantenvironment.4.Stability:itcanwork100000hours,thelightdecayis50percentoftheinitial.5.Responsetime:fincandescencelampsbaseonmillisecond,theLEDbaseonnanosecond.6.Environmentprotection:noharmfulmetalmercury.7.Color:changingtheelectriccanchangethecolor,thelight_emittingdiodeeasilyadjusttheenergybandstructureandthebandgapthroughchemicalmodification,adjustmentoftheenergybandstructureandthebandgapandachievemulticolorluminescence.Forexample,withsmallcurrentattheLEDisred,butwiththecurrentincrease,itwillturnintoorange,yellow.andgreenfinally.8.Life-span:theexpectancyofLEDismorethanincandescencelamp,itismorethantentimesasanordinaryincandescencelamp.,电路方案原理,系统以单片微型计算机为核心外加多种接口电路组成，共有四个主要部分：主控制机电路、光照检测电路、声音信号检测电路、照明电路。,电路方案原理,器件选择,1、单片机的选择：MCS-51单片机具有较强的代表性以及该系列单片机资料较多，本设计采用AT89S52来实现。2、光照检测方式：采用光敏电阻把环境亮度转换成相应的电压值，然后通过运放后给单片机输入数字信号。3、声音信号检测方式：采用驻极体传声器，三极管VT，电容及电阻R1等，该部分电路的作用主要把环境中的声音信号转化为电信号然后送给主控电路。4、照明电路：照明电路主要由LED阵列光源、三极管、可控硅、电阻等组成以实现在触发信号来时实现LED阵列光源的亮灭。,主控制机电路,以单片机为核心，通过时钟电路、复位电路等为主组成。当使用单片机的内部时钟电路时，单片机的XATL1和XATL2用来接石英晶体和微调电容，我选择晶振为12MHz,电容30pF，组成时钟电路。单片机在RESET端加一个大于20ms正脉冲即可实现复位，上电复位和按钮组合的复位电路。在系统上电的瞬间，RST与电源电压同电位，随着电容的电压逐渐上升，RST电位下降，于是在RST形成一个正脉冲。只要该脉冲足够宽就可以实现复位，即ms。一般取R1，C22uF。当人按下按钮S1时，使电容C1通过R1迅速放电，待S1弹起后，C再次充电，实现手动复位，R7一般取200。,光照检测电路,由光敏电阻Rx、滑动变阻器Rw、电阻R4、电阻R5及比较强LM324等组成。其中Rx为光检测元件。白天，光照较强；光敏电阻Rx阻值较小与电阻R4比较分压较小，并与比较器LM324的负输入端相接；另一条支路与比较器正输入端相接，此端口的输入电压为滑动变阻器Rw与电阻R5的分压，相对与负端的输入电压较大；通过比较器的作用，从其比较器LM324输出端输出高电平。当天黑时，刚好与上述情形相反输出高电平并将该信号送到控制电路单片机的检测端口。,声音信号检测电路,由极体传声器MK1和三极管VT，电容C1及电阻R1、R2、R3等组成。MK1为声检测元件。当环境声音很弱时，三极管VT处于饱和状态，IC(a)1脚为低电平11亦为低电平，可控硅阻断，当环境声音信号达到一定强度时，通过MK1拾音输出经C1耦合到VT的基极，使集电极即IC(a)1脚电位随声强而高低变化，当1脚处于高电平时，由于2脚早已处于高电平而满足了与非门翻转条件，3脚跳变为低电平。驻极体传声器接收声音信号并将信