【基于STC89C52单片机的智能LED灯照明系统设计12000字（论文）】

基于STC89C52单片机的智能LED灯照明系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u177781绪论 2307011.1研究背景 2308381.2国内外研究现状 3125711.2.1国外研究现状 345741.2.2国内研究现状 3253941.3设计的目的及意义 464811.4论文的组织结构 4107082系统整体方案设计 630982.1总体方案设计 6257392.2主要应用硬件 6279982.2.1控制芯片选型 6114242.2.2光照传感器选型 7289472.3本章小结 7119693系统硬件设计 8244693.1单片机最小系统 8119503.1.1STC89C52简介 8325303.1.2单片机最小系统 9280433.1.3复位电路 9310093.1.4晶振电路 10121713.2光照强度检测 1097903.2.1光敏电阻 10174113.2.2模数转换ADC0832 11138303.2.3光照检测电路 11192553.3人体红外传感器电路 1288033.4驱动电路 1339273.5LCD显示电路 1333353.6按键电路 14129263.7本章小结 15250734软件程序设计 16168334.1编程软件介绍 16119754.2主程序流程图 16321334.3按键函数流程设计 17241364.4处理函数流程设计 18270655仿真与调试 20164305.1程序仿真 2032365.1.1自动模式 20187385.1.2常亮模式 23146975.1.3关闭模式 2451345.2仿真与调试 24275076硬件测试 25132336.1电路PCB设计 2588016.2实物展示 25102476.3系统功能测试 26271766.3.1自动模式 2646046.3.2常亮模式 28229246.3.3关闭模式 29267927总结与展望 31248647.1设计总结 31165807.2展望 3122370参考文献 32绪论研究背景随着国家的经济增长与社会的快速进步，能源短缺逐渐成为整个社会关注的严峻问题，然而效率低下、高能耗的照明现象依旧在国内大多数建筑中普遍存在。根据相关统计，全世界照明用电占总电量的25%，并且还在不断提升，人们开始意识到节能的重要性，向往更加智能化的生活。过往所流行的传统照明技术，多数采用的是综合布线以及翘板开关来手动控制白炽灯的亮和灭，这种控制不仅大大缩短了灯具使用寿命，与此同时容易造成“长明灯”的现象，使能源在有形或无形中被浪费。随着近年来的科技发展，半导体技术与单片机技术在大众视野中频繁出现，人们开始对节能环保与科学照明有了更高的要求，愈发体现出智能控制在照明领域的重要性[1]。为了顺应时代的发展，秉持着可持续发展的理念，越来越多的产品在自身基础上进行了改进创新，突出表现在照明控制方面，现代照明更加系统化，智能化[2]，贴合技术科技的进步，适应快节奏生活的发展。由于国内的新能源技术起步晚，与其他国家相比较为落后，绝大部分市面上投入使用的照明系统还是普通的手动开关。这种开关不但控制不便，且常常会出现忘记关灯的情况，这样的现象在生活中随处可见。大部分场所的照明系统因照明时间长、设备众多不便于管理等因素导致当外部光源充足或室内无人时，房间内的灯依旧亮着，因此造成大量的资源浪费[3]。研究表明，每年因照明设备久亮不熄浪费的电量有数十亿之多，同时这些灯具的使用寿命也会大大折损，换灯泡以及开关的费用最后也归结于资金的浪费上。随着单片机技术的发展，借助单片机来实现灯的自动亮灭，节约成本、能源，同时使灯具的可利用价值大大提升，使智能照明更贴近我们的平时生活[4]。凭借现有的电子技术水平，提升灯具的使用寿命和节约能源已不再是困扰人们的难题，如何将这些技术结合所学到的知识应用到平时的生活中去，便成为本文所研究的内容。本设计中使用的光照传感器与人体红外传感器可以在单片机控制的基础上实现更好的优化[5]，使系统更加符合人们的生活方式，大大减少由于老式开关造成的不利因素。如今越来越多的建筑会使用到智能照明系统，人们也渐渐领会到该系统的简单方便快捷，相信不久后，智能照明系统将成为优质生活的一部分。国内外研究现状国外研究现状上世纪末，国外率先提出了智能照明系统的概念，德国、澳大利亚、美国、日本等发达国家都对智能照明系统进行了不同深度的研究。例如，美国在上世纪90年代就制定了舞台灯光系统的协议，并设置了控制器、电气特性、通信方式等协议内容。1984年,美国康涅狄格州改良后完成了美国第一栋由人类自己应用智能控制系统的高层住宅,尽管仅仅是通过计算机在建筑物中对空调、电梯、照明等装置进行了控制和调整，为顾客提供实时通讯、E-mail等智能服务，但已经是智能控制发展的一大步。2000年,家庭智能系统几乎已经步入到家家户户,就美国人口规模而言,采用家庭智能系统方式的家族人口数量大概在40000户左右。2003年，智能控制系统在美国所带来的整体市场利润高达4500亿,其中4/5占据了美国的智能家电及相关硬件产品的市场销售价格,其余则主要为软件及其相关技术提供的服务费用。如今国外的智能控制技术已经十分成熟，60%以上的新楼新房都将配备“智能家居”的功能。同时，随着科技的发展，智能控制技术已经逐渐标准化，其系统将更加符合消费者的消费水平并在日常生活中广泛运用。在发达国家，智能照明系统的发展日新月异，现在其不仅不再是用来进行简单的舞台照明，且适用范围扩展到建筑、工业等各行业。根据国外市场调研，几款最具有代表性的智能控制系统主要包括EIB总线协议，C-Bus系统，X-10协议及HBS系统等，这些系统在原本单调分散的控制模式上进行改造，创建出多元化、分布式控制模型，弥补了以往传统照明系统中存在的不足之处。国内研究现状尽管中国目前是世界上最大的照明设备出口国之一[6]，但在照明技术的研究方面仍存在不足之处。值得注意的是，智能照明的概念在我国已经出现多年，很多照明场所依旧采用日光灯、节能灯及白炽灯等光源，家居照明使用的也是传统照明方式，仅部分高级住所、高档酒店等建筑安装使用了智能照明系统。造成这个现象的原因主要是传统照明方式在生活中随处可见，人们潜意识更加依赖这种方式，智能照明器材在价格上也难以让消费者重视其性价比。然而，物联网技术的进步以及低碳环保理念的推广，国内针对于智能照明系统的开发走向了一个崭新的阶段。随着现代化生活物质水平的发展，人们对生活品质的追求提升到一个新的高度，对照明产品的使用也更加注重[7]，不再仅仅满足于单纯的照明功能。除了生产智能化产品，还要改进创新不同照明方案在不同场景中的应用。因此，近年来照明市场呈现多元化趋势[8]，智能照明系统正向专业化、节能化方向发展。但我国的照明产品仿品居多，外观美丽却实用性不高，内部结构单一、缺乏创新，尤其欠缺在智能照明方面的经验。当前阶段的灯具仍多数使用手动开关为主控，灯具亮度不能随环境调节，无法实现真正的智能。社会的发展与经济的增长，能源的过度消耗和环境的污染问题引起国内的广泛关注[9]。照明使用电能在我国每年的电能消耗中占比为15%左右，必须及时采取行动加快国内照明行业的发展来实现能源合理利用。当今节能照明技术取得了长足的进步与发展，智能照明正沿着工业信息化方向前进，体现出绿色、节能的理念，努力将中国建设成为照明行业产品生产大国[10]。设计的目的及意义国内一直不太重视照明系统智能化的发展，多数建筑的照明系统仍延用传统照明方式，某些智能建筑采用自控系统来实现照明监控，却也只能在特定区域进行照明与定时控制灯的开关[11]，与其相比较，智能照明系统优势明显且成本低，未来的发展是不可限量的。设计目的如下：最大限度的节约能源。系统选择自动工作时，可以实现在外部光照充足时保持灯光熄灭，并随着光照的强度智能调节灯光亮度；当未检测到人员活动时自主控制灯光熄灭。做到环境光照适宜并杜绝了长明灯的现象。提供更好的生活工作环境。科学管理，降低成本。将人工控制变为系统自动控制，大大减少了人工费用。本设计以实际为前提，通过单片机实现室内照明的智能管理，满足人们在不同的生活环境下对光照的需求，适应多变的环境，达到延长LED灯的使用寿命，并且可以有效做到节能减耗[12,13]。论文的组织结构第一章：阐述了智能控制的研究背景以及对当今人们生活的影响，介绍了智能照明系统在国内外的发展与研究现状。第二章：确定具体设计方案，进行系统模块划分与设计，对各模块做简要地说明并分析重要模块的选型。第三章：具体介绍了本系统的硬件选型及其原理、特点，叙述了各模块的电路设计与引脚的连接，并对其进行了详细的介绍。第四章：展示了系统软件设计具体流程图以及各部分代码的具体设计方案，并介绍了使用到的仿真软件。第五章：对系统进行仿真调试，展示电路与模块功能检测。第六章：制作PCB图，焊接实物并对模块进行调试，检测系统功能是否实现，完成实验。第七章：对本次系统设计做了归纳总结，客观评价了本设计包含的优缺点，并对今后研究的方向做了规划与展望。

系统整体方案设计总体方案设计本设计以STC89C52单片机为核心控制器[14]，加上其他各模块共同组成LED照明的整个系统，其中包含中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用单片机，其主要作用是获取输入部分数据，经过内部处理，控制输出部分。输入由四部分组成，第一部分是人体红外模块，通过该模块可检测是否有人；第二部分是光照传感器和ADC0832组成的光照检测模块，通过该模块可检测当前的光照强度；第三部分是独立按键，通过三个独立按键切换灯的模式；第四部分是供电电路，给整个系统进行供电。输出由两部分组成，第一部分是LCD1602显示模块,通过该模块可以显示当前灯的状态和光照强度；第二部分是电机驱动和USB模块，当在自动状态下并检测到有人时，通过直流电机驱动模块控制发光强度。整体框架如REF_Ref17770\h图STYLEREF1\s2.1所示。图STYLEREF1\s2.SEQ图\*ARABIC\s11系统总体框架图主要应用硬件控制芯片选型方案一：MSP43系列是一款混合处理器芯片，片内外设包括AD转换器、12位高速ADC模块、比较器、串行通信等模块，适用于混合型的处理方案。MSP330单片机采用3.3V的稳定电压，无论在各种环境，单片机都可以正常运行。同时MSP430内部还包括看门狗模块。如果设置了此功能，系统程序运行出现错误时，将自动启动看门狗重新执行程序，系统便会恢复正常。MSP430系列单片机硬件资源多，拓展性好，可作为一款不错的备选方案。在较多的特殊方面可以应用MSP430，由于芯片的体积小通常采用贴片封装形式，所以其成本相对较高。方案二：51系列单片机广泛应用在工业生产[15]，其片内资源与其他单片机相比偏少，但此系列中的STC98C52单片机在原MCS-51系统核心的基础上做出了大量的改变，所以STC89C52单片机使用更加方便、全面。虽然它使用的是8位CPU，运算能力不算好，但使整个芯片更加灵活，此外，该芯片可以使用可编程Flash，操作便利，使其更加为大众接受。不仅如此，51单片机的I/O接口更加简单，程序制作方便，系统的稳定性非常高。在能够满足本系统设计要求的前提下，其成本也是最便宜的，也可投入批量生产[16]。方案三：STM32的硬件资源极其丰富，具备256K的ROM，64K的SRAM，因此处理数据能力极高[17]，运行速率也十分快，64个外部引脚使它具备更强的扩充能力。另外，STM32还配备12通道的DMA控制器，具备AD转换功能，支持多项通信方式。该单片机有高达到11个计时器，支持PWM和脉冲计数。相对其他单片机，STM32可实现的功能更多也更加灵活，适用范围更广。MSP430单片机功能强大，功耗低，但本设计实现的功能有限，该单片机很多功能在本系统中闲置，另外MSP430系列单片机价格相对来说超出了预算。STM32单片机尽管也具有很好的性能，但不足之处与MSP430类似，成本相对较高，贴片封装增加研发成本等。相反，51单片机的功能不算太强，但是对于本系统来说足够了，而且51单片机的成本比较低，技术也比较成熟，稳定性相对较高。综上所述，根据本系统的需求情况，考虑到达到最大经济效益，结合各元件的优劣之处，本系统的最终选择使用STC89C52作为主控器。光照传感器选型目前常见的可用来检测光照强度的器件有光敏电阻、光电池、光电二极管及光电三极管等，各器件的特性如下：表STYLEREF1\s2.SEQ表\*ARABIC\s11各光照器件特性经过比较，光敏电阻有以下几个优势：1.灵敏度高，光电效应好；2.工作电流大，噪声小；3.可检测到的光域宽度大。结合以上优势与最优的性价比，所以本系统选择光敏电阻作为光照检测仪器[18]。本章小结本章介绍了LED智能控制系统的总体设计方案，控制芯片的选择方案，光照传感器的选择方案，并且分析了其他器件的缺点和局限之处。最后综合考虑成本、用途、使用时间，构造并且创建了一个初步的技术方案，确定了各硬件具体的型号与系统的总体方案。

系统硬件设计本文设计的智能LED灯控制系统主要由单片机最小系统、光照检测电路、红外感应电路、AD转换电路、驱动电路、按键控制及LCD1602液晶显示电路等组成，设计所需元器件采购总计约100元。本章主要对各硬件以及模块设计进行详细的介绍。单片机最小系统STC89C52简介STC89C52单片机是STC系列开发的一款高速低耗、抗干扰性强、价格低廉的单片机，其指令编程与经典8051基本一致。该单片机在MCS-51传统内核上进行了多方改良，使其所具备的功能大大优于经典51单片机，成为诸多嵌入式控制系统便捷、有效的处理方法。STC89C52单片机主要具备8k字节flash,512位RAM，32位I/O端口，看门狗，内部集成专用的复位电路，3个16位定时器，4路外部中断及全双工串行口等常见功能[19]。STC89C52单片机的静态逻辑操作可降为0Hz，支持两款可选的省电模式。在空闲环境下，CPU不再运作，RAM、定时器、串口及中断等继续工作；选择掉电保护，系统储存RAM的内容，振荡器停止，所有工作都暂时终止，等待中断或复位信号。其管脚分布如REF_Ref5072\h图STYLEREF1\s3.1所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s11STC89C52引脚图P0口（39-32）：P0口既能够输入输出,又能被用作数据总线。P1口（1-8）：P1口是标准I/O接口，可提供上拉电阻，其内部缓冲器能将TTL门电流输入输出。P2口（21-28）：P2口既可以被用作8位双向输入输出，又能够被当作高8位的地址总线。P3口（10-17）：P3口是带上拉电阻器的双向输入输出口，也是该单片机的第二功能接口。ALE/PROG（30）：当单片机访问外部存储器时，地址锁存器锁存允许信号，输入所需的的编程脉冲。PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号输出管脚。若由外部程序完成取指则每个周期中的两次信号可用，若是访问外部存储器时则出现的两次信号无效。EA/VPP（31）：程序存储器内部与外部各选通启动开关引脚，若连至低电平,则用来读外部程序存储器的指令；若连高电平，则指令将由程序内部的存储器所提供。VCC（40）：+5V。GND（20）：接地。RST（9）：复位引脚。XTAL1（19）：输入单片机内部振荡与时钟电路。XTAL2（20）：输出片内振荡电路[20]。单片机最小系统单片机最小系统是指使单片机能够正常运作且套用元件最少所组成的系统。本设计中其最小系统如REF_Ref5876\h图STYLEREF1\s3.2所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s12单片机最小系统电路该系统包括了复位电路、晶振电路及下载口等电路。复位电路单片机最小系统中复位电路的设计能够帮助电路更加稳定的运作，一般由电容，电阻，按键三者组成。原理是当产生复位信号时，单片机内部触发复位中断，该中断程序无法被屏蔽，系统执行后，全部系统都恢复到初始状态。本系统设计的复位电路如REF_Ref7391\h图STYLEREF1\s3.3所示，电路由阻值10K的电阻、电容量10uF的电容及按键等部分组成。在系统通电之后，电路就会给整个电容充电直到RESET节点处于低电平状态，这个低电平就是单片机的复位端口。进行复位操作时，按键K1按下，电容EC1进行放电，按键松开后EC1开始充电，单片机复位引脚恢复高电平，此时复位完成，程序重新启动。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s13复位电路晶振电路晶振电路即时钟电路，作为单片机的“心脏”，它能够决定单片机是否工作以及工作的频率。因此，晶振电路相当重要，一个稳定的系统必然有一个合适的晶振电路。晶振电路决定了CPU及几个外设的工作频率，但频率并不是越高越好，不同的单片机都有和自己匹配的工作频率。同一系统命令架构中，单片机工作频率越高，系统命令执行速度也就越快。本文选择11.0592MHz的外部晶振并为其设计了2个30pF的负载电容，使振荡更加稳定。晶振电路如REF_Ref12309\h图STYLEREF1\s3.4所示，XTAL1与XTAL2负责振荡器的输入与输出，Y1的取值方便系统在串口通信中减少误差。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s14晶振电路光照强度检测光敏电阻光敏电阻是一种导电特性随着入射光的强弱发生改变的半导体元件，当光照被光敏电阻接收后,它们的导电特性明显加强。工作原理：根据内光电效应，当光敏电阻被强光照射时，产生大量的光生电子空穴对，导致电阻的阻值大量减少，电流量增大，由此实现光电转换。相反光照越小电阻越大，也就电流越小。工作原理如REF_Ref14454\h图STYLEREF1\s3.5所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s15光敏电阻工作原理利用该特性，光敏电阻在本系统中的工作方法：光照强度大于90时，电阻最大保持灯熄灭；光照强度小于90并且红外感应检测到人时结合驱动电路，光照强度越高，LED灯发光亮度越低；（3）检测不到光照时结合红外感应模块，决定灯是否熄灭。模数转换ADC0832ADC0832转换芯片拥有8位分辨率，最高分辨率等级可至256，可以满足一般的转换要求。其内部的电源输入和参考电压相互复用,使得单个芯片模拟电压的输入范围从0到5v之间,双输出的数据也可以做成数据校验,减小数据的误差,转换速率快,稳定性好,并且采用了一个独立的芯片输入,便于各种设备的连接及控制,通道功能也可以轻松进行选择。凭借体积小，兼容性好且性价比高的特点，ADC0832深受欢迎并被广泛使用。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s16ADC0832引脚图光照检测电路光照强度检测电路如REF_Ref2067\h图STYLEREF1\s3.3所示，由光敏电阻模块与AD转换模块组成，共同实现对外界光照的检测。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s17光照强度检测电路当外界环境光照较强时，电阻阻值较小，通过的电流较大；光照越弱，阻值越大，电流越小。模数转换器ADC0832的3脚连接光敏电阻，采用1通道输入，将因光照而测到的光敏电阻的电位的电压值传递给AD转换器，CS选通信号低电平开始高电平结束，当DI输入数据为1时，CH1开始单通道转换，最后通过CLK引脚把转换好的数字量传递给单片机。人体红外传感器电路热释电红外传感器可以通过不同的接触方式来检测出被辐射在人身上的红外光谱,并且会被转换成电信号。具有价格低，技术稳，抗干扰强等特点。人体温度恒定37度，能够发出约为10um的红外线。红外探头在检测到人发出的约10um红外线时开始工作。人体发出的红外信号通过菲涅尔透镜后被加强折射到红外传感器上，当红外辐射温度变化时，元件内部电荷失去平衡并且释放电荷。由此可以借助热释电红外传感器来感应环境中是否有人为活动的迹象并以此判断是否需要开灯，比声控灯更加准确便捷，有更好的抗干扰性。在本设计中主要应用为在检测到环境中有人活动迹象并且光照不足时允许开灯，当无人活动或光照充足时自动熄灭灯。本系统所使用的红外传感器的实物如REF_Ref18833\h图STYLEREF1\s3.8所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s18人体红外传感器但在使用中也有些许不足之处：（1）当环境温度与人体相近时，传感器灵敏度会降低，导致短暂失灵；（2）穿透力不够，当人体与传感器之间有遮挡物时红外线可能不会被检测到；（3）容易受到外部热源与光源的干扰致使传感器检测出现误差。本系统中人体红外检测电路如图3.4所示。本文设计的人体红外电路原理图中引脚1和引脚3用于供电，传感器的输出引脚与单片机14管脚相连接。人体靠近发出红外线，触发红外模块，向单片机发送数据。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s19人体红外电路驱动电路电机驱动器原本只是一种专门针对遥控小车而开发的单芯片式解决方案,其工作电压范围为2v-9.6v。此驱动电路内部有h桥驱动电路,它们可以被用于驱动电动机的转向和电动机的前进和后退。本设计应用驱动芯片的脉宽调制技术来控制输出电压从而改变LED灯亮度。实物如REF_Ref20816\h图STYLEREF1\s3.10所示。PWM控制基本原理为控制逆变电路开关的连接与中断，得到振幅相等的脉冲并将其置换成正弦波或所需波形。即在输入或高峰时的半周期内会有多个脉冲,把各脉冲的等值电压置为正弦波的形态,得到的输出均匀平滑且只有少量的低谐波。若按一定规则来调制不同脉冲宽度,就能够改变该电路的输入电压大小及其输出频率[21]。获取占空比后，利用占空比控制LED灯的闪烁频率，占空比越高，LED越亮；反之，亮度低。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s110电机驱动LED灯连接在MX1508的OA1/OA2管脚，外部采集信号通过单片机后，由单片机改变输出电压，通过LED灯进行PWM输出，达到控制灯的亮度变化。驱动电路如REF_Ref3658\h图STYLEREF1\s3.5所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s111电机驱动电路LCD显示电路LCD1602液晶显示屏就是一种专门用来显示字母、数字元、符号的点阵式液晶显示板。4位、8位的数据传送形式。由于液晶显示不同于LED发光显示，所以LCD显示屏有低功耗，功能更强大等特点，控制方式也十分简单，价格也非常便宜。实物图如REF_Ref24111\h图STYLEREF1\s3.12所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s112LCD1602LCD1602不仅价格十分低廉而且有其相应的源代码，可以直接被本系统所应用。本系统运用到的LCD功能十分简单，DB0到DB7与单片机的P0管脚连接作为数据交换口。RS脚为数据指令端口，主要控制数据的读写。RW引脚负责执行读写数据的内容并且对相应行字符的显示进行控制。通过LCD显示光照强度与灯光运行的状态，给人更加直观的感受。液晶显示电路如图REF_Ref4128\h图STYLEREF1\s3.13所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s113LCD显示电路按键电路此电路设计主要是为了控制系统运行的方式，一共设置了3个按键，每个按键实现各自对应的功能。当没有按键按下时，系统上电后默认处于自动模式开始工作，对外界光照与人体进行监测并实时控制LED灯亮度；当按下S2时，灯光切换为自动状态；按下S3时，LED灯常亮；按下S4时，LED灯熄灭。按键电路如REF_Ref4340\h图STYLEREF1\s3.7所示。图STYLEREF1\s3.SEQ图\*ARABIC\s114按键电路本章小结本章分段介绍了系统硬件电路的设计过程，先对系统主控部分进行设计，包含了复位与晶振电路，然后是光照检测、红外感应、电机驱动、按键与显示的元器件工作原理介绍与电路连接。系统所选用的单片机为STC89C52，按照所要求的功能配上相应的外部电路。主控制器的外部电路主要有光敏电阻电路、ADC转换电路、人体红外感应电路、电机驱动电路、LCD显示接口、按键控制、复位及晶振等。

软件程序设计编程软件介绍本设计所用到的编程软件为Keil5，其界面如REF_Ref32043\h图STYLEREF1\s4.1所示。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s11Keil5开发界面本设计所使用的编程环境是Keil5，与其他编程软件相比，Keil5操作更加简单，使用更加快捷便利，深受广大嵌入式软件开发者的喜爱。Keil5支持多种芯片，包括51单片机、STM32、HC32、NXP等，生成的HEX文件，可通过STC-ISP直接烧录到单片机中，为开发者提供了便利。另外，Keil5编译有三种，一种是单编，一种是部分编译，还有一种是全部编译，这样给开发人员更多的选择，并且编译的结果，显示在界面的最下方，供使用者查找错误。主程序流程图系统的主流程图如REF_Ref30668\h图STYLEREF1\s4.2所示。在主程序中：首先对各个模块进行初始化，随后进入while主循环，在主循环中，首先进入第一个函数按键函数，该函数主要分为两部分，第一部分为调用按键扫描函数获取按键键值，第二部分通过键值进行相应的处理操作，比如切换自动状态、常亮状态、关闭状态等；紧接着进入第二个函数监测函数，该函数主要通过调用光照检测模块检测当前的光照值；紧接着进入第三个函数显示函数，该函数通过显示器显示当前的灯光状态和光照值；紧接着进入第四个函数处理函数，若按键1按下为自动状态，如果自动状态下有人，则发光强度和光照强度成反比；若按键2按下为常亮状态，若按键3按下为关灯状态；最后，通过一个延时函数和计数公式，限制各函数扫描时间。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s12主程序流程图按键函数流程设计按键函数子流程图如REF_Ref31641\h图STYLEREF1\s4.3所示；按键设置函数首先通过按键扫描函数，获取按键按下的键值，通过不同的键值，进行相应变量的改变。如果获取的键值为1，则为自动状态。如果获取的键值为2，则为常亮状态。如果获取的键值为3，则为关闭状态。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s13按键函数子流程图处理函数流程设计处理函数子流程如REF_Ref31997\h图STYLEREF1\s4.4所示，如果按键1按下，则为自动状态，若自动状态下有人，则发光强度和光照强度成反比；如果按键2按下，则为常亮状态；如果按键3按下，则为关灯状态。图STYLEREF1\s4.SEQ图\*ARABIC\s14处理函数子流程图

仿真与调试程序仿真仿真所使用到的软件是proteus7.8，首先在软件中找出所需要的元器件并按照原理图连接，再将keil5中编译好的程序成功运行并生成.hex文件，通过软件STC-ISP烧录进单片机后开始仿真和调试。具体仿真图如REF_Ref21081\h图STYLEREF1\s5.1所示。图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s11仿真电路图由于proteus仿真模拟有局限性，所以仿真用按键模拟人体红外，按键按下代表检测到人；电位器模拟光敏电阻阻值大小随外部光照强度改变，手动调节电位器的电阻值。直流电机驱动对输出电压进行控制达到控制LED灯亮度的目的。本设计通过控制灯的频率来控制LED灯亮度，当这个频率快到人眼无法识别的时候，则显示不同亮度，仿真只能闪烁，无法做到像实物这样，但基本原理相同。自动模式开机时工作在自动状态，未检测到人时。显示光照强度与工作状态，LED灯不发光，如REF_Ref25555\h图STYLEREF1\s5.2所示。手动调整光照强度模拟红外未检测到人自动状态LED灯不亮手动调整光照强度模拟红外未检测到人自动状态LED灯不亮图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s12系统启动当按键按下，模拟检测到人体红外信号时，此时调节电位器使光照强度为51.1Lx，光敏电阻阻值较大，驱动电路从单片机获取的占空比较大，输出电压大，LED灯闪烁频率快，灯较亮，如REF_Ref26597\h图STYLEREF1\s5.3所示。LED闪烁频率快模拟检测到人当前光照51.1LED闪烁频率快模拟检测到人当前光照51.1图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s13自动模式（光照：51.1红外：触发）调节电位器使光照强度为84.7时，按下按键模拟红外感应到人，此时LED灯闪烁频率较慢，灯较暗，如REF_Ref32530\h图STYLEREF1\s5.4所示。模拟检测到人LED闪烁频率低当前光照84.7模拟检测到人LED闪烁频率低当前光照84.7图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s14自动模式（光照：84.7红外：触发）此时继续调节电位器使光照强度大于90，此时即使按键闭合检测到人活动LED灯也不发光，如REF_Ref11410\h图STYLEREF1\s5.5所示。模拟检测到人LED保持熄灭当前光照96.0模拟检测到人LED保持熄灭当前光照96.0图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s15自动模式（光照：96.0红外：触发）常亮模式通过按下按键2改变灯光状态，使LED常亮，LCD显示屏显示open，此时LED灯闪烁频率快，亮度高，如REF_Ref15375\h图STYLEREF1\s5.6：LED灯闪烁频率快按键2常亮状态LED灯闪烁频率快按键2常亮状态图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s16常量模式此时无论人体红外按键是否按下LED灯的发光值都不会改变，调节电位器也不会使灯光发生变化。关闭模式按键3按下时系统灯光变为关闭状态，LCD显示close状态，LED不发光，如REF_Ref16508\h图STYLEREF1\s5.7：LED灯熄灭检测到人关闭状态按键3LED灯熄灭检测到人关闭状态按键3图STYLEREF1\s5.SEQ图\*ARABIC\s17关闭模式在此状态下，无论如何调节电位器与红外控制，小灯均保持熄灭状态。仿真与调试首先使用Keil软件设计程序编译，首先创建项目，芯片选择STC89C52单片机，项目完成后制作程序代码，点击菜单的保存选项，本设计使用C语言制作，因此代码扩展名必须是.c。保存后在文件编辑窗口中创建代码。开始编译，成功后生成Hex文件。如果软件执行错误或程序不正常运行，可以进行软件调试。调试方法可以通过设置断点来定位错误位置。通过在单个点上运行程序，可以在慢慢检测错误点的同时检测是什么时候错的。

硬件测试电路PCB设计设计电路PCB图如REF_Ref8625\h图STYLEREF1\s6.1所示，所用到的软件是AltiumDesigner2013，根据电路图放置并连接元器件。图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s11电路PCB图PCB板的模型图如REF_Ref9640\h图STYLEREF1\s6.2所示。图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s123D模型图实物展示系统采用覆铜板为电路板，按照PCB图焊接元件。主控板的单片机采用的是STC89C52，主要负责处理检测模块，按键值等信号的输入，将处理好的数据传送至电机驱动输出，光照强度与灯光状态输出到LCD1602液晶显示屏上，处理结果反映到LED灯亮度上。焊接完成的成品如REF_Ref22210\h图STYLEREF1\s6.3所示。电机驱动ADC按键控制光敏电阻LCD显示LED灯红外传感器电机驱动ADC按键控制光敏电阻LCD显示LED灯红外传感器图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s13成品展示图系统功能测试自动模式光照值小于90lux连接电源后，按下启动键，系统默认工作在自动模式，采用三种光照强度观察系统在该模式下的照明情况。外界光照强度与灯光状态显示在LCD液晶屏上，设备启动时LED灯熄灭，此时室内光照值为41.4lx，当人在红外传感器附近活动时，触发红外感应，LED灯发出较强的光，如REF_Ref23138\h图STYLEREF1\s6.4所示：LED灯光较亮此时光照值41.4红外感应触发LED灯光较亮此时光照值41.4红外感应触发图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s14自动模式（光照值：41.4红外：触发）相同的光照环境下，当人离开当前环境或长时间不活动时，红外感应信号自动消失，LED灯熄灭，如REF_Ref28641\h图STYLEREF1\s6.5所示：红外感应信号消失LED灯熄灭红外感应信号消失LED灯熄灭图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s15自动模式（光照值：41.4红外：未触发）此时通过手电改变当前光照值，使外部光照强度提高至73.8lx，再次靠近红外传感器，LED灯亮度减少如REF_Ref23572\h图STYLEREF1\s6.6所示：红外感应触发LED灯光较暗当前光照强度73.8红外感应触发LED灯光较暗当前光照强度73.8图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s16自动模式（光照值：73.8红外：触发）同样，保持光照强度不变的情况下，当人离开当前环境或长时间不活动，红外感应信号自动消失，LED灯熄灭，如REF_Ref29068\h图STYLEREF1\s6.7所示。红外感应信号消失LED灯熄灭红外感应信号消失LED灯熄灭图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s17自动模式（光照值：73.8红外：未触发）光照值大于90lux红外感应触发使用手电筒将光照强度增强至90lx以上，此时即使红外传感器被触发，LED灯不发光，如REF_Ref24026\h图STYLEREF1\s6.8所示。红外感应触发LED灯熄灭当前光照强度92.1LED灯熄灭当前光照强度92.1图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s18自动模式（光照值：92.1红外：触发）红外感应未触发在相同的光照环境下，红外传感器感应不到人活动或当前环境无人时，LED灯依旧保持熄灭状态，如REF_Ref29624\h图STYLEREF1\s6.9所示。红外感应未触发LED灯熄灭LED灯熄灭图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s19自动模式（光照值：92.4红外：未触发）经过检测，自动模式下实验效果符合预期设计，能够完成不同光照下LED发光强度随光照强度改变，并结合红外感应模块对人体红外进行监测，控制灯的开关。常亮模式按下按键S3，测试系统在常亮模式下的功能实现。系统改变灯光状态为常亮，LCD显示屏显示：open。此时，无论外界光照强度高低，检测到人与否，LED灯均保持最大亮度，如REF_Ref24415\h图STYLEREF1\s6.10与REF_Ref30407\h图STYLEREF1\s6.11所示。经过测试，该模式下功能符合预期效果。模式为常亮未触发红外按键S3LED灯常亮模式为常亮未触发红外按键S3LED灯常亮图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s110常亮模式（红外：未触发）LED灯常亮触发红外LED灯常亮触发红外图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s111常亮模式（红外：触发）关闭模式按下按键S4，测试系统在关闭模式下的功能实现情况。系统改变运行状态为关闭，LCD显示屏显示：close。LED灯不受外界光照强度以及红外感应影响，均保持关闭状态，如REF_Ref24682\h图STYLEREF1\s6.12与REF_Ref30786\h图STYLEREF1\s6.13所示。经测试，系统在该模式下保持灯的关闭状态，符合设计预期。按键S4模式为关闭未触发红外LED灯熄灭按键S4模式为关闭未触发红外LED灯熄灭图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s112关闭模式（红外：未触发）LED灯熄灭触发红外LED灯熄灭触发红外图STYLEREF1\s6.SEQ图\*ARABIC\s113关闭模式（红外：触发）

总结与展望设计总结完成毕业设计的这段时间中，不断地学习和设计的过程在我的人生中留下了深刻的意义，是一次对以前书本的理论知识进行梳理、整合的过程，同时锻炼了个人的实践动手能力。这次的设计也是对过去四年上课学到的知识进行了系统的应用。从确定论文题目到今天论文的全部完成，从开始接触时的一头雾水到完成此次设计，我有了很多感悟，很多之前半知半解的知识在实践中从模糊变得清晰。例如，系统的构成包含多个模块，因此在做整体测试前首先需先对单个模块进行调试。这样可以最大限度地避免由于单个模块的错误导致整个系统无法正常工作。焊接过程中一定要操作细心，再三确认零件的引线是否与电路板上正反一致，看清楚每个元器件所带有的标识，避免出现焊接错误。本文具体介绍了设计的智能LED灯照明系统的背景及意义，本文设计的智能LED照明系统在日常工作生活中是不可缺少的。本文制定了系统整体功能的详细计划，认真分析了系统的需求，比较并选择了部分系统所需的元件。详细的分模块介绍了智能LED照明系统的硬件设计和软件设计，阐述了各自的功能。系统通过光照传感器与红外传感器结合单片机对光照与人体红外进行检测，并根据监测到的光照强度灵活改变LED灯亮度，可以给人们的工作生活提供舒适的光照环境，改善了因人为控制产生的不便与能源浪费，优化了传统照明控制系统，在实际生活中可以发挥出不错的效果。本文最后对所设计的系统进行了分析与测试，经过功能验证，本文设计的智能LED灯照明系统达到了预期效果。展望在设计智能LED灯照明系统的过程中，遇到了很多不同的问题，在询问过老师的建议并且查阅相关资料后都得到了解决，最终完成了本系统的设计。但是，由于时间和能力有限，还有诸多方面做得不够好，所以