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基于 at89c52 智能台灯参赛学生：赵健指导老师：李高清学院：陇东学院日期：2012.12.25

基于 at89c52 智能台灯摘要：本文针对台灯的节电和使用的方便性进行创新设计与研究，以电路的设计为核心，使用太阳能板提供能源，运用 BISS001 和单片机组成的红外线感控电路，通过热释电红外线感应、光检测等技术，设计制作出智能型多功能的感应台灯。台灯实现了白天不亮，黑暗条件下在人靠近时自发亮，人在时能够保持灯亮，人离开时能够实现台灯的自发延时灭，这样子使使用者更加方便，而且节约能源。关键词：太阳能板，热释电红外线感应，光检测，延时灭 Based on the AT89C52 intelligent lamp Abstract:This for table lamp of power saving and using of easy sexual for innovation design and research, to circuit of design for core, using solar Board provides energy, using BISS001 and single tablets machine composition of infrared sense control circuit, by hot release electric infrared induction, and light detection, type multifunctional of induction table lamp.Lamp implementation is off during the day, under the condition when a person close to the illuminated the dark, people can stay light, spontaneous delay table lamp can be achieved when people left, and in this way makes it easy to use, and energy conservation. technology, design making out intelligent Key words: solar panels, Pyroelectric infra-red sensors, optical detection, delay and death I

目录 1 引言....................................................................................................1 2 系统方案设计.....................................................................................1 2.1 设计指标...................................................................................1 2.2 方案介绍...................................................................................2 2.3 元器件的选择............................................................................2 2.3.1 电源模块选取.................................................................. 2 2.3.2 主控制器的选择.............................................................. 3 2.3.2 传感器的选取.................................................................. 4 2.3.3 控制单元的选取.............................................................. 5 2.3.4 显示电路的选取............................................................. 7 2.3.5 开关回路的选取............................................................. 7 3 系统硬件电路的实现....................................................................... 7 3.1 电源模块的硬件实现.............................................................. 7 3.2 主控单元的硬件实现............................................................... 8 3.3 传感器模块及控制单元的硬件实现......................................9 3.4 开关回路的硬件实现............................................................. 11 3.5 显示电路的硬件实现............................................................ 12 3.6 自动调光及手动调光............................................................. 14 3.7 性能指标.................................................................................14 4 原理图..............................................................................................15 5 系统软件设计..................................................................................16 II

5.1 程序框图.................................................................................17 5.2 编程算法..................................................................................17 6 硬件测试..........................................................................................17 6.1 热释电红外传感器................................................................. 17 6.2 台灯电池工作时间................................................................. 18 小结......................................................................................................19 参考文献..............................................................................................19 附录......................................................................................................20 III

甘肃省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 1 引言台灯已是千家万户的必需生活电器，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。在我国,照明耗电占年发电总量的 12% (超过 100 亿 kW•h) , 现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯、节能灯和螺旋节能灯 ,并且控制方式多采用手动开关,不能连续调节，更不能自动调节。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便，与现在家电的智能化，人性化，低碳设计理念相违背。随着科学技术的发展，消费类电子产品也发生了巨大的变化，尤其体现在小家电产品中。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，可控制好、无辐射，同样亮度下，LED 能耗为白炽灯的 10％，荧光灯的 50％。LED 寿命可达 10 万小时，是荧光灯的 10 倍，白炽灯的 100 倍。随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及 LED 的光效的提高,用 LED 替代现在台灯普遍使用的白炽灯或荧光灯，环保无污染。另外，LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达 80～90%，并且传统的台灯中的光源体使用的是交流电，所以每秒钟会产生 100－120 次的频闪。LED 灯是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛，可以获得“柔和”的灯光环境。到目前为止，LED 技术以其低能耗、高可靠性等优势，达到前所未有的发展速度，并充斥到台灯领域。但是市场上销售的 LED 台灯大多是传统的开关台灯，粗心的用于可能会忘记关灯造成不必要的能源浪费。本文设计中“绿色”体现出“低碳环保”的宗旨，其实现是通过使用太阳能给控制电路及 LED 提供电能；“智能”体现出“节能减排”的主旨，其实现是通过检测周围环境中的热能及光信号强度，从而智能的开关台灯，以实现节能的目的。 2 系统方案设计 2.1 设计指标 A、实现太阳能供电，并在并在无光照情况下，能持续工作 6 小时； 1

甘肃省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 B、能够检测周围环境的光强信号； C、能够检测周围环境的热量； D、检测室内环境温度及湿度； E、实现智能开关台灯的功能。 2.2 方案介绍根据设计指标的要求，给出整个系统设计的硬件框图，如图 1.1 所示。图 1.1 系统硬件框图本设计共由六个模块组成，分别为主控单元、电源模块、显示模块、传感器模块、控制模块和开关回路模块。主控单元：控制各个模块之间正常工作；电源模块：主要为系统正常工作提供及存储所需电能；传感器模块：检测周围环境中的光和热，送给控制模块；显示模块：时间显示以及环境温度、湿度的数据显示；控制模块：根据外界环境的条件，实时智能的控制台灯的状态；开关回路模块：主要控制 LED 电路的开关。 2.3 元器件的选择 2.3.1 电源模块选取 2

甘肃省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛方案一：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。为体现“绿色”概念，本设计选择利用太阳能板实现对系统的供电。太阳能板选择输出电压 7.8V 左右，输出电流 500mA。由于太阳能板输出电压、电流跟光照的强度有关，为避免其对台灯的影响，本设计将太阳能板的输出接到 DC-DC 升压电路板上将电压提高到 12V，再接到 7.2V 的蓄电池上，然后通过蓄电池给控制回路以及 LED 提供稳定、可靠的电能。根据以上要求太阳能板，选取 7.8V 输出太阳能充电器板 BKD-TC01，该太阳能板具有以下特点： A、升压 7.8V 输出功能； B、设计有 DC 充电口和太阳能光板充电口放电。蓄电池的选取，采用两节可充电的 3.7V 锂电池串联构成。 2.3.2 主控制器的选择控制系统是智能台灯系统的核心部分,而单片机又是控制系统的核心, 因此,单片机的选型非常重要。一款合理的单片机不仅能够保证系统的稳定可靠运行，也能为调试增加很多方便，所以要选择一款从各方面均非常合理的单片机。经过对常用的 51、AVR、430 单片机等的对比后，本系统最终选择了 51 单片机。 AT89C52 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性 3

甘肃省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛能 CMOS8 位微处理器，俗称单片机。它是 51 系列单片机的一个成员，是 8051 单片机的简化版，是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。因此，AT89C52 构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的 RAM、ROM 和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 2.3.2 传感器的选取为体现其“智能”功能，本设计要求台灯能自动感应和识别周围环境的变化。故本设计中分别应用光敏电阻和热释电红外传感器来检测周围环境的亮度和人体所释放出的热能。通过对以上两种信号的识别，来实现对台灯的智能化控制。即当台灯周围环境亮度很弱且同时有人体热量别检测到，这时台灯会自动开启 LED 照明，否则关闭 LED 照明。光敏电阻的工作原理为，它的电阻和光线的强弱有直接关系。光强度增加，则电阻减小；光强度减小，则电阻增大。当有光线照射时，电阻内原本处于稳定状态的电子受到激发，成为自由电子。所以光线越强，产生的自由电子也就越多，电阻就会越小。暗电阻：当电阻在完全没有光线照射的状态下（室温），称这时的电阻值为暗电阻（当电阻值稳定不变时,例如 1kM 欧姆），与暗电阻相对应的电流为暗电流。亮电阻：当电阻在充足光线照射的状态下（室温），称这时的电阻值为亮电阻（当电阻值稳定不变时，例如 1 欧姆），与亮电阻相对应的电流为亮电流。而光电流 = 亮电流 - 暗电流当然光敏电阻的灵敏度较高，也就是说光电流较大。根据以上要求，光敏电阻选取 GL3537,它的暗电阻为 2MΩ，而亮电阻为 20Ω~30Ω之间，完全满足本次设计的技术指标[1]。热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、 4

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