【《基于C51单片机的智能台灯系统设计》8700字（论文）】

基于C51单片机的智能台灯系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u4540基于C51单片机的智能台灯系统设计 432734绪论 616363选题背景 63032课题研究的目的 616773课题研究的意义 623312系统分析 72538需求分析 718774系统功能模块分析 711223控制单元 721496信号处理单元 75846灯光控制和警报电路 824040ATC89C51 921857AT89C51 921980AT89C51主要特性 930957AT98C51的管脚说明 1022179振荡器特性 112934芯片擦除 1123309AT89C51单片机定时中断功能 1123109HC-SR501 1310769HC-SR501工作原理 1319461触发方式 131298检测距离及可封锁时间调节 1317506DAC0832 1412665DAC0832 1427083DAC0832引脚功能 142工作方式 151544系统硬件电路设计 1618273系统总框图 1616583信号检测及处理部分 1713618传感器组成的信号检测部分 1711086灯光控制电路 1712114单片机控制下的灯光变化部分 173822复位电路 184368复位电路介绍 1815348系统程序设计 2010971总体程序框图 2017697主程序设计的流程图 2024655结论 22摘要美好的新时代已经到来了，在新时代下最热门的名词就是智能化。智能化产品已经广泛地应用在工业自动化、自动监测、智能仪表仪器、家用电器、机电一体化设备等各个方面，相比于传统设备，智能化产品最突出的特点就是高效、精准、可靠性高，不断开发新的智能化设备可以给我们的生活带来翻天覆地的变化。本论文通过对C51单片机的不断开发使用，同时查阅相关资料文献后，设计了一款基于C51单片机的智能台灯系统。本系统分为手动和自动两种方式，手动控制时，分为多个能级对应不同的PWM模型，通过按键相互切换，从而实现亮度的变化。自动控制方面，将热释电红外传感器作为“开关”，以BISS001信号处理电路，当检测到附近有人时就给LED通电，同时通过ADC0809模拟-数字转换芯片不断获取到光敏电阻的数据，传入到AT89C51芯片中，与系统中设置的预定阈值对比，动态调用不同的PWM波形，实现台灯亮度的自动变化。当使用者学习时，靠近桌面太近，坐姿不正确，系统就会发出提示声，纠正坐姿；当无人时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节能的目的。关键词：智能台灯；C51单片机；AT89C51绪论选题背景随着科学技术的快速发展，人类在不断追求更加舒适的生活方式，市场也在向前进步，高新科技的应用程度越来越决定着产品的生命力，智能化技术在电子产品领域的应用具有极其重大的意义。在生活中，智能家居的概念正在逐步深入到大众群体，各种智能家用电器，比如说：智能洗衣机、智能冰箱、智能空调等，已经应用于实际中。相比于传统电子设配，智能化产品就像其名字一样更加的智能化，人性化，具体来说就是功能上更加强大，使用更加便捷，更加安全可靠，同时也可以做到更加节省能源，提高人们生活的舒适度与幸福感。目前市场上的台灯大多也已经加入了一些智能化元素，主要为台灯光亮以及色温的调节。但是，用一句话形容就是还不够好，小小的台灯可以随着单片机技术的加入而具有更丰富的功能，可以让使用智能台灯的使用者获得不同的体验。课题研究的目的我们都知道现在社会的发展非常迅速，如果想要不被社会抛弃就需要及时“充电”，因此我们就需要常常在夜间使用台灯来学习。传统的台灯除了提供必要的光源外，对于使用者其他方面几乎不能提供任何帮助，不能跟上智能化时代的需求，因此我们需要一种功能更加多样的智能台灯。本论文就是要通过深入研究C51单片机，开发出一款智能台灯，该台灯能够自动调节光县亮度、提醒警告使用者坐姿、自动感应开关灯，给使用者带来不一样的体验。课题研究的意义伴随着智能化时代的到来，传统的台灯已经逐渐不能为人们提供更贴心的帮助，智能台灯则成为了新的需求，受到了越来越多的使用者认同。而且智能台灯基本使用的时LED节能灯作为发光源，比传统的台灯更清洁，符合现代化发展的方向。同时本论文研究的智能台灯可以实时监测使用者的坐姿情况，提醒使用者保持良好的坐姿习惯，有利于使用者的身体健康。系统分析需求分析台灯基本上已经成为各行各业工作者的必须品，比如说在教育行业，老师会在夜晚使用台灯进行备课，学生会使用台灯在夜里复习白天学习的知识。而传统的台灯会有几点不足：当夜晚来临时，要抹黑去开灯；人们使用完台灯后，可能会忘记关掉台灯，造成巨大的能源浪费。而智能台灯一方面可以作为发光源，给使用者提供足够的光亮，另一方面智能台灯可以考虑到使用者的身体健康问题，当使用者的趴在桌面或者距离桌面过近时就会发出警告。同时，智能台灯大多数都是使用LED节能灯作为发光源，而LED节能灯具有光效相对较高，能耗比较小，使用寿命长，容易控制等优点。智能台灯体现了“以人为本”的产品理念，逐渐地受到了各行业人们的喜爱。系统功能模块分析控制单元本次研究的系统中，中央控制单元处于非常重要的地位。它相当于整个系统的“大脑”，系统需要的所有指令都是由其发出的。控制单元一方面控制着传感器以及信号处理的功能模块能够按照我们设计的功能一样，实施的对周围的环境进行监测；在另一方面也更具收集来的信息控制着灯光控制电路的工作，以及让警报系统及时发出警告。中央控制电路是整个智能台灯系统的核心。信号处理单元传感器及信号处理电路是整个系统的“感知器官”。本次系统中使用HC-SR501作为实时监测人体辐射红外信号的传感器，当感应到有人体进入设定的感应范围时，就输出高电平，当感应范围内没有感知到人体红外时就输出低电平。使用光敏电阻作为检测外界光线强度变化的传感器。我们都知道光敏电阻最显著的特点就是，它的阻值是随着感知到的光线强度的变化而变化的。当光敏电阻感知到周围光线变强时就会降低其阻值，当感知到周围光线变弱，就升高其阻值。本此实验就是利用光敏电阻的这一特性，实时的感知周围光亮变化，调整智能台灯的亮度变化。另外，智能台灯的光线变化不会一直随着光敏电阻值的变化而变化。当通过光敏电阻收集到的数据传入到中央控制单元后，会与程序中设置的阈值对比，如果其值超过阈值则中央控制单元不会发出指令，改变智能台灯的光亮强度。传感器实时监测的信号为模拟信号，并不能直接被中央控制单元的AT89C51芯片所知别，因此就需要给系统提供一个“翻译器”电路，该电路将模拟信号翻译成数字信号。这就是本系统中需要的BISS0001,它是一款性能较高的传感信号处理集成模块。通过BISS0001配合热释电红外传感器以及少量外接元器件，就可以构成一个自动检测周围环境变化的热释电开关。该“开关”能够将传感器收获的的模拟信号翻译成为单片机可以认识的数字信号，起到优良的自动化控制系统开关的作用。灯光控制和警报电路灯光控制以及警报电路是本次系统的功能实现的最终体现，实现对于智能台灯光线强度的调节和警告使用者坐姿不正确的功能。本系统中，使用74LS38模块和A/D数模转换模块组成LED亮度控制电路，根据AT89C51发出的指令来控制LED亮度变化。当传感器检测到人体与桌面距离较近时，则通过蜂鸣器发出提示音，实现警告功能。ATC89C51AT89C51AT89C51是一款CMOS8位微处理机，俗称单片机，拥有容易编程、带4K字节闪烁、能够擦除、拥有只读存储器、低电压高性能等特点。AT89C2051是与AT89C51属于同一系列的产品，其为带2K字节闪烁可编的、可擦除的只读存储器的单片机。AT89C51的制造技术高密度、非易事存储器，还服从了工业标准的MCS-51指令系统。该器件将通用8位CPU和Flash存储单元整合到了单个芯片中。AT89C51的效率很高，而AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51功能强大，性价比高，为很多嵌入式系统提供了一个灵活性高、廉价的方案 图3-1AT89C类别AT89C51主要特性·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：1000写/擦循环（数据保留时间：10年）·全静态工作：0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器（5个中断源）·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内\o"振荡器供应商"振荡器和时钟电路AT98C51的管脚说明VCC：供电电压

GND：接地P0口：P0口是一个双向I/O口，可通过电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0使用方法之一就是外部程序数据存储器，P0可以作为指令的第八位出现。P1口：P1口同样是8位双向I/O口，其特点是内部拥有上拉电阻、缓冲器。该缓冲器的工作原理是可以通过4TTL门电流。由于P1口内部有一个上拉电阻，当P1管脚写为“1”时，内部为高电压，用作输入；当P1口被写为“0”时，即接触的外部电路位低电平，则P1用作输出。P2口：P2口内部结构与P1口一致，拥有一个上拉电阻。P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流。由于内部上拉电阻存在，若将P2口写为“1”、外部电路为低电压。那么P2口将输出电流P3口：P3口管脚是八个输入/输出口，内部会带有上拉电阻。能够通过4个TTL门电流。当P3口设置为“1”后，用作输入。同时P3口作为输入时，外部电路若给其一个低电压环境，P3口就能够输出电流工作了。这些都主要时P3口的上拉的原因。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：端口引脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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）表3-1-2P3口备选功能P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。ALE/PROG：访问外部存储器时，锁存地址的字节会被相关的out电平锁住。在FLASH编程时，ALE/PROG用于输入脉冲。正常的时候，ALE端输出频率仅为振荡器六分之一的正脉冲信号。以上特性，说明了它可以用在定时、输出脉冲信号两个方面。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。这个时候，ALE只能执行MOVC、MOVX指令后，才能重新工作。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但是有一个特殊情况除外，即在访问外部数据存储器时。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，外部程序存储器（0000H-FFFFH）。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余的信号，经过二分频触发器，输入到内部的时钟，所以仅需要确保脉冲信号的高、低电平要求的宽度符合条件就可以，其他条件无要求。芯片擦除用合适的控制信号，将电擦除和PEROM阵列结合，同时把ALE置为低电平，时长为10ms。当执行芯片擦除操作时，代码列阵全为“1”，并且想要该操作必须被执行，则需要的时机为：必须在非空存储的字节被重复编程前。AT89C51单片机定时中断功能MCS-51系列的单片机有两个分别被称为T0与T1的内部的16位定时器/计时器。T0和T1的特点是：16位的计数器，二个8位的RAM单元成的，计数量的范围是0~65536。举个例子说明一下该定时器/计数器是怎样工作的：若将时钟设定为1分钟，那么计数60次之后，时钟就会产生反应。这里有个计数和定时之间的概念转化，时间表示为秒针计数值，即秒针每--次走动的时间正好是1s。单片机中计数器与定时器的不同点在于，计数器记录外部脉冲个数，定时器是稳定计数源。定时器是由单片机的晶振经过12分频后获得的一个脉冲源。当单片机的晶振为12MHz时，计数值1代表的时间就是lus。计数器的二进制编码是16位，因此计时器的计数范围就是0~65535，而且计数器数值达到最大时，也就是65535，就会产生中断信号。单片机收到信号将会产生定时中断，中断服务处理程序就会完成相应任务。AT89S51平时是掉电的，INT0或INT1的下降沿唤醒CPU。当执行下降沿后，INT0为高电压，CPU可以运行。当INT0执行完中断服务程序后,CPU掉电。之后运行状态为INT1的下降沿唤醒CPU时，就只会执行INT1的中断服务程序，此时为正常状态。但是如果是INTO出现下降沿后保持为低电平时，CPU被唤醒，执行完INT0的中断服务程序后，CPU进入掉电状态，这时INT1的下降沿唤醒还会CPU，但会先执行完INTO的中断服务程序，之后才执行INT1的中断服务程序。HC-SR501HC-SR501工作原理红外探测器拥有被动式类型，该类型探测器工作方式就是捕获人体持续释放出的10UM的红外线。然后给特定的接受设配一个可以识别的反应。人的身体放射出的红外线会被菲泥尔滤光片捕获到后给到红外感应源。当人体出现在红外探测器的检测范围中，或者说热释电元器件探测到人体的红外辐射，就会产生一个反应。根据这个反应，相应的电路就可以产生一个我们所需要的电信号。因此红外感应源一般使用热释电元器件。图4-1HC-SR501实物图触发方式两种触发方式：L不可重复，H可重复。可跳线选择，默认为H。

A.不可重复触发方式：端口先输出高电平，收到信息后，不是高电平，端口等一会，延迟时间结束后，变低。该过程自动完成。

B.可重复触发方式：端口不输出高后，进入延迟时间，在这段时间内会有两种情况发生。第一种，在该时段内，无任何情况发生，感应输出延迟一段时间狗，变为低电平。第二种，在该时段中，HC-SR501感应到有人出现在其感应范围内，则会继续输出高电平，直到在其感应范围内感应不到红外信息时，才会延时一段时间后变为低电平。检测距离及可封锁时间调节检测距离：旋转距离电位器，逆时针减小，顺时针增大。感应范围大概为3~7米。封锁时间：封锁时间是指感应输出由高电平变为低电平之后的一小段时间段内，在该时段内，感应器不会工作。此功能可以隔离开感应输出和封锁时间，生活中可应用在间断感应类产品上。同时，该功能可效抑制干扰。(默认封锁时间2.5S)。DAC0832DAC0832DAC0832用8位D/A转换芯片，每个芯片内设输入寄存器。该芯片可以应用在许多种电路上面，例如：同步转换、D/A输入等。这些主要是因为该芯片的输入方式为：双缓存、单缓存和直通，可以说DAC0832的功能很强大了。因此这种芯片应用方面很广泛。DAC0832主要特性参数：分辨率时8位；电流稳定时间1us；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5V~+15V）；低功耗（200mw）DAC0832引脚图图5-1-1DAC8032引脚图DAC0832引脚功能DI0~DI7：数据输入线，有效时间应超过90ns。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1：电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2：电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb：反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻。Vcc：电源输入线(+5v~+15v)Vref：基准电压输入线(-10v~+10v)AGND：模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地。DGND：数字地,两种地线在基准电源处共地比较好。工作方式DAC0832有两种方法对收集到的信息进行封装。第一种方法，当DAC寄存器为通路时，输入寄存器工作在锁存状态。通俗来说就主要有两点，其一为DAC寄存器某端口不能连接正常的电路，为了使WR2和XFER都为低；其二，让WR1端可以有一个负脉冲信号，通过使ILE位于高，CS位于低，就可以完成数模转换。第二种方法，当DAC寄存器为锁存态，使输入寄存器工作在通路状态。该过程同样有两个方面：WR1、CS为低，ILE为高，那么输入寄存器的锁存选择通讯号就可以通到无效状态；另一种情况是，WR2和XFER为负，这时当前的环境状态为锁存状态，DAC寄存器工作，完成转换功能。由于输入寄存器和DAC寄存器控制方式的不同，DAC0832具有以下3种工作方式：⑴单缓冲方式：控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料。要么只使用输入寄存器，DAC寄存器变成直通。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。⑵双缓冲方式：该方式共两个过程，首先是让输入寄存器接收数据，第一步完成之后还是使用输入寄存器，即将输出资料到DAC寄存器，该过程两次锁存了需要用到的输入资料。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。⑶直通方式：资料不锁存，准确说就是CS、WR2、、WR1、XFER四个管脚都接地，ILE接高。此方式使用时，需要注意到一点，即一定要使用另外的I/O接口连接到CPU上，完成CPU与D/A转换。此方式适用于连续反馈控制线路。系统硬件电路设计系统总框图本系统为智能台灯系统，解决人们生活中需要抹黑开台灯以及使用传统台灯容易伤害身体的问题。图4-1系统总框图本系统组成如图4-1，主要电路部分为：信号处理电路使用人体红外传感器探测周围是否有人，光敏电阻实时感应周围环境的光线变化，将收集到的模拟信号传递给ADC0832芯片，转换为数字信号传递给AT89C51芯片；灯光控制电路整个系统是以89C51控制下工作的。电路执行过程是：当光敏电阻感应到周围光线较强后，会降低自身的阻值，然后给信号处理电路一个信号。信号处理电路检测到低电平信号，说明此时不需要开灯，就会禁止热释电红外传感器工作，让整个系统休眠。当光敏电阻感应到周围光线较弱后，就会增大自身的阻值，信号处理电路会收到一个高电平信号。这个时候热释电红外传感器可以正常工作。热释电红外传感器1是用来作为整个系统的“开关”，因此设置的感应距离较远，本实验中为4米左右。当人体进入传感器1的控测范围，并且光强较弱时，信号检测电路处理信号并发送给单片机，89C51启动灯光控制电路。警报电路当人体离桌面太近时，热释电红外传感器2就捕获到人体红外信号，此时人体一定会在热释电红外探测器1的检测范围内，因此信号处理电路会同时收到两个信号。信号处理电路将处理后的数字信号发送给89C51，中央控制单元就会屏蔽热释电红外传感器1的信号，启动延迟电路，发出报警，提示使用者正确坐姿。如果使用者在系统规定的时间内没有坐正身体，则启动灯光控制电路，关闭LED灯。当使用者坐正坐姿，2号热释电传感器探测不到人体红外信号后，系统又回到LED点亮阶段，热释电红外线传感器1探测到人体活动，89C51控制LED发光。信号检测及处理部分传感器组成的信号检测部分线路设计部分，本次智能节能台灯设计以51单片机为主，整个电路在单片机的控制之下正常运转。感应器也是不可缺少的一部分，组成感应器的信号检测和处理部分的电路原理见图6-2-1。 图6-2-1信号检测与处理图表6-2-1为热释电红外线传感器、光敏电阻、BISS0001组成的信号检测和处理电路。红热释放电外传感器仅对大约10um波长的红外辐射敏感，所以，正常生活中很少有除人体以外的东西触发热释电传感器的探测动作。探测器中含有两个热释电元，彼此串联或并联，极化方向相反，周围环境对两个热释电元产生相同作用让使它们的释电效应彼此抵消，产生的结果就是探测器无输出。当探测器感知到人类后，镜面将部分辐射聚焦，被热释电元接收，两片热释电元平衡被打破，因此输出探测信号。当光线较强时，光敏电阻阻值很小，BISS0001探测到低电平，从而停止14脚输出，禁止传感器信号。当光线较弱时，BISS0001探测到低电平，打开14脚；infare1探测到人体信号，产生微弱的信号输出。R1000、R1001、C1000和C1001组成的延时电路。信号经处理后从2脚输出。灯光控制电路单片机控制下的灯光变化部分如图6-3-1所示，是单片机控制的灯光变化电路： 图6-3-1单片机灯光控制电路图6-3-1是由单片机组成的灯光控制电路。在外部没有中断的情况下，89C51控制74LS138的使能控制端，使得后面的电路无法工作。在出现中断1的情况下，89C51启动74LS138，向P0脚低4位发送信号，控制车灯缓慢开启。在同时产生断续1和断续0的情况下，89C51屏蔽断续1，启动74LS138将数据发送到PO脚下四位，使灯光慢慢变暗。用74LS138控制DAC0832，可节省89C51管脚，便于扩展，便于控制多个灯。由于采有DAC0832可以有效地使灯实现阶梯形的变化。复位电路复位电路介绍如图6-4-1所示，整个系统的复位电路：图6-4-1复位电路复位电路是正常的系统中不可少的电路，它最主要的能力是上电复位，可以保证电路稳定工作。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V士5%，即4.75~5.25V。微机电路是时序数字电路，电路可以正常工作的条件是：4.75V<VCC<5.25V、晶体振荡器稳定工作。系统程序设计总体程序框图系统总框图如图7-1所示： 图7-1总系统框图主程序设计的流程图程序框图如图7-1-1所示，程序开始后，对程序进行初始化。向P0脚写入低电平，开启所有中断，启动计数器。当中断1到来时，进入中断1，设置R0为0，调用延时程序TIMEO(延时10