1、成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院電子技術(shù)綜合設(shè)計總結(jié)報告題 目： 光控照明系統(tǒng) 專 業(yè)： 生物醫(yī)學(xué)工程 班 級： 111班 姓 名： 夏陽 瞿倩 馬靜 指導(dǎo)教師： 李建 評 分： 2013 年 11 月 28 日目 錄1 項目計劃11.1 方案可行性分析11.2項目執(zhí)行計劃12 設(shè)計說明22.1設(shè)計流程22.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計22.1.2 ADC前置運算電路設(shè)計22.1.3 液晶顯示模塊設(shè)計，22.2各單元模塊設(shè)計原理22.2.1 系統(tǒng)原理22.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)22.2.3 ADC前置運算電路42.2.4 液晶顯示42.3流程圖53.1硬件調(diào)試53.2軟件調(diào)試53.2.1 方法介紹6

2、3.2.2 調(diào)試數(shù)據(jù)64 總結(jié)65參考文獻(xiàn)76附錄76.1主要程序76.2實物圖：91 項目計劃1.1 方案可行性分析光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比如城市中的路燈或樓道照明燈一般都是由人工操作的，如果采用光控電路，根據(jù)光線的強(qiáng)弱來自動開啟和關(guān)閉照明燈，做到無人自動控制，可以減輕工人的勞動強(qiáng)度，更有效地節(jié)約能源。我們的這個電路雖然簡單，卻應(yīng)用廣泛。本照明光控制電路的特點是可以根據(jù)光線的亮度自動控制照明,與人工操作比較,開關(guān)及時,具有好的節(jié)能效果。光控照明電路的制作主要是利用半導(dǎo)體光電器件光敏電阻的特性制作而成的,光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值歲入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器。它利用光線

3、的強(qiáng)弱來控制照明開關(guān)的動作,動作點可根據(jù)實際光線的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)。運行時無須人員操作,避免了人工操作開關(guān)不及時等不利因素,因而有效地節(jié)約了電能。對于市場分析，現(xiàn)代環(huán)保節(jié)能市場對于光控照明系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)有著較大的需求。面對現(xiàn)今多場地長時間的照明系統(tǒng)應(yīng)用，根據(jù)自然光照強(qiáng)度自動控制燈光照度能夠有效可行的節(jié)約能源與推行環(huán)保，適用于各種酒店、學(xué)校、家居等場所。其環(huán)保和節(jié)約能源消耗費用的作用對各場所都有很強(qiáng)吸引力。1.2項目執(zhí)行計劃光敏電阻的阻值隨環(huán)境光照強(qiáng)度改變而改變時，其一端在分壓電路內(nèi)的分壓會隨之改變，通過增強(qiáng)型單片機(jī)的A/D可以將電壓變化量采集并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；利用單片機(jī)內(nèi)部的定時器，分別為輸出的量的高

4、、低電平設(shè)定持續(xù)時間，而定時器的初值是由A/D采集得到的值通過算式計算后設(shè)定的，從而實現(xiàn)了光敏電阻的阻值改變引起輸出電壓占空比的變化，進(jìn)而影響LED的亮暗程度。光敏電阻的阻值與環(huán)境光照強(qiáng)度成反比；STC12C5A60S2單片機(jī)自帶A/D；通過對PWM波的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對LED燈亮度的控制。光控照明系統(tǒng)采用傳感器取得當(dāng)前自然光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后由單片機(jī)控制流經(jīng)LED燈平均電流大小，實現(xiàn)不同自然光照強(qiáng)度對應(yīng)LED不同照度的功能。2 設(shè)計說明2.1設(shè)計流程本設(shè)計是以光敏電阻可以根據(jù)外界光線的強(qiáng)度而改變自身阻值的特性（光線越強(qiáng)，阻值越小；光線越弱，阻值越大）為基礎(chǔ)設(shè)計的光控?zé)糇詣踊刂葡到y(tǒng)。其原理

5、是利用光敏電阻感受外界光線強(qiáng)度并體現(xiàn)在自身阻值的變化上，然后根據(jù)這一阻值的大小來判斷外界的光線亮度情況，然后根據(jù)所得數(shù)據(jù)判斷LED是該亮起還是該滅掉。光敏電阻讀取外界光線強(qiáng)度，通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)編碼傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)接收、處理 、輸出數(shù)據(jù)使得Nokia5110顯示出數(shù)據(jù)。執(zhí)行中斷，判斷該光線的強(qiáng)度是否達(dá)到設(shè)定要求。2.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計這一部分主要包含四個模塊，有單片機(jī)，電源開關(guān)，晶振電路和復(fù)位電路，其中采用12M晶振為單片機(jī)提供時鐘信號，復(fù)位電路則為按鍵復(fù)位。單片機(jī)選用帶有AD功能的STC12C5A60S2型，STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換口在

6、P1口，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)到250KHz（25萬次/秒）。8路電壓輸入型A/D，上電復(fù)位后P1口為弱上拉型IO口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不須作為A/D使用的口可繼續(xù)作為IO口使用，用于采集電壓信號及輸出PWM波驅(qū)動LED燈。2.1.2 ADC前置運算電路設(shè)計說明：以LM324為核心，先通過光敏電阻和一個固定阻值的電阻分壓，然后將分得的電壓通過一個由LM324構(gòu)成的電壓跟隨器，得到一個穩(wěn)定的電壓供A/D采集。其中我們小組三個討論分析了關(guān)于分壓電阻阻值的選擇問題，為了使A/D采集能夠獲得穩(wěn)定且數(shù)值相對較大的電壓，對光敏電阻取值范圍的分析，通過假

7、設(shè)計算我們小組成員達(dá)成一致共識，均認(rèn)為該分壓電阻阻值取為10K比較合適。2.1.3 液晶顯示模塊設(shè)計，說明：選用低功耗LCDNokia5110。其顯示質(zhì)量高，而且沒有電磁輻射，最重要其功率消耗小。2.2各單元模塊設(shè)計原理2.2.1 系統(tǒng)原理光控照明系統(tǒng)以光敏電阻為傳感器，將光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)化為電信號的變化，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），利用單片機(jī)計算出當(dāng)前光照強(qiáng)度，對應(yīng)的產(chǎn)生響應(yīng)的PWM波控制LED燈的亮度。2.2.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)原理部分截圖如圖1所示，這一部分主要包含四個模塊，有單片機(jī)，電源開關(guān)，晶振電路和復(fù)位電路，其中采用12M晶振為單片機(jī)提供時鐘信號，復(fù)位電路則為按鍵復(fù)位。

8、使用外部電源供電，供電電壓5V，J1接電源地，J2接電源正。從圖中可以直觀看出單片機(jī)21腳即I/0P2.0接了一個LED燈，這就是本系統(tǒng)的重要輸出，其作為主要展示成果對象起到了很關(guān)鍵的作用，我們通過肉眼觀察LED燈的亮度來判斷當(dāng)前光照強(qiáng)度，例如LED燈處于很微弱的亮度狀態(tài)，則說明當(dāng)前光照很強(qiáng)，為節(jié)約能源系統(tǒng)不用亮燈，如果LED燈處于高亮狀態(tài)，則表示當(dāng)前環(huán)境處于黑暗狀態(tài)，LED必須點亮提供照明。以此來自動控制照明系統(tǒng)。如圖中復(fù)位模塊，當(dāng)按鍵一經(jīng)按下，單片機(jī)系統(tǒng)則恢復(fù)初始設(shè)置狀態(tài)。圖1 單片機(jī)最小系統(tǒng)2.2.3 ADC前置運算電路ADC前置運算電路如圖2所示，該部分主要目的就是信號采集，其中利用光

9、敏電阻在不同光照強(qiáng)度下呈現(xiàn)不同阻值的特點，采用分壓電路獲得一個分壓信號，為使分壓信號較為穩(wěn)定，如上圖使用一個電壓跟隨使得分壓信號可以更為穩(wěn)定。關(guān)于STC12C5A60S2單片機(jī)ADC功能，其由多路開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及ADC_CONTER構(gòu)成。該單片機(jī)的ADC是逐次比較型ADC。主次比較型ADC由一個比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位（MSB）開始，順序地對每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點。需作為AD使用的口先將P1ASF

10、特殊功能寄存器中相應(yīng)位置為1，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能即可。圖2 ADC前置運算2.2.4 液晶顯示圖3 液晶顯示如圖3所示以NOKIA5110液晶顯示當(dāng)前自然光照強(qiáng)度等級。微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中。2.3流程圖如圖5所示，首先對各參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置其初始參數(shù)，然后進(jìn)入主程序，主程序通過調(diào)用實現(xiàn)相關(guān)功能的子函數(shù)實現(xiàn)A/D采樣讀數(shù)以及液晶顯示，最后通過不停歇的讀取，顯示，實時的顯示當(dāng)前分壓電阻所對應(yīng)的值。 圖5程序流程圖開始初始化讀取P1.0ADC值液晶顯示 圖5 軟件流程圖3調(diào)試說明3.1硬件調(diào)試所用到的調(diào)試工具為：萬用表和示波器首先是焊接的

11、順序問題。板子做好以后，一口氣就把所有的元件焊上去，這樣對于沒有調(diào)試過的板子，就很難找到原因。所以焊接的順序很重要，應(yīng)該是應(yīng)該按功能劃分的器件進(jìn)行焊接，順序是功能部件的焊接-調(diào)試(OK)-另一功能部件的焊接，這樣容易找到問題的所在。 如果在調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問題，可以按以下步驟進(jìn)行： 1）檢查原理圖連接是否正確 2）檢查原理圖與PCB圖是否一致 3）檢查原理圖與器件的DATASHEET上引腳是否一致 4）用萬用表檢查是否有虛焊，引腳短路現(xiàn)象 5）查詢器件的DATASHEET，分析一下時序是否一致，同時分析一下命令字是否正確（6）可以用示波器。通過波形來查找問題所在。 7）飛線。用別的端

12、口線進(jìn)行控制，看看能不能對其進(jìn)行正常操作，多試驗，才能找到問題出現(xiàn)在什么地方。3.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試主要有以下兩種方法：聯(lián)調(diào)，對整個軟件的功能進(jìn)行驗證；分模塊調(diào)試，就是將系統(tǒng)分成獨立的小模塊，然后分別對這些小模塊寫入程序調(diào)試。3.2.1 方法介紹于不同自然光照強(qiáng)度的環(huán)境中運行系統(tǒng)，得到不同數(shù)值，建立表格記錄，分析數(shù)據(jù)制定合理PWM波周期。3.2.2 調(diào)試數(shù)據(jù)如下表所示，我們小組分別在晴天和陰天針對不同環(huán)境下不同光照強(qiáng)度對燈光亮度影響的測試數(shù)據(jù)，從表中可以看出我們共測試了六組數(shù)據(jù)，最后根據(jù)不同條件下顯示屏顯示值進(jìn)行了求平均處理，從表中數(shù)據(jù)可以看出光照強(qiáng)度越低顯示值越高，光照強(qiáng)度越高顯示值越低。表

13、3-1 室內(nèi)外不同光照強(qiáng)度下顯示值顯示值條件012345平均值（近似）室外、午、晴20222526242424室外、午、陰45504855514950室內(nèi)、午、晴36353945343838室內(nèi)、午、陰50424060354545室外、夜、晴11410810499107110107室外、夜、陰1201181171221191191194 總結(jié)通過這次實作設(shè)計，我們學(xué)到了很多知識，也使我們的能力得到了提升。在電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，單片機(jī)的應(yīng)用愈來愈多地應(yīng)用到各行各業(yè)。單片機(jī)正朝著大容量片上存儲器、多功能i/o接口、寬范圍工作電源和低功耗方向發(fā)展。要開發(fā)單片機(jī)的應(yīng)用，不但要掌握單片機(jī)硬件和軟件方面的

14、知識，而且還要深入了解各應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)知識，只有將這兩方面的知識融會貫通和有機(jī)結(jié)合，才能設(shè)計出優(yōu)良的應(yīng)用系統(tǒng)。一個好的工程設(shè)計師不僅要掌握單片機(jī)的工作原理，而且還要不斷了解各公司最新芯片的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，在實際應(yīng)用中找到最好的性能價格比。而作為當(dāng)代大學(xué)生，電子綜合設(shè)計課程讓我們了解了光控照明系統(tǒng)的原理與指標(biāo)，明確了設(shè)計思路，完成了設(shè)計作品，同時，最重要的是我們在設(shè)計的過程中同組的每一位同學(xué)都親身參與了設(shè)計制作，體會了電子系統(tǒng)的研發(fā)過程，并對其有了更深的了解，同時對于增強(qiáng)型單片機(jī)內(nèi)部功能的使用，有了更深體會，在Protel繪圖方面也有了長足進(jìn)步。雖然在設(shè)計中遇到了諸多問題，但是我們共同努力使得最終都

15、得以解決，作為電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，這種經(jīng)歷對我們來說是很寶貴的。我們會吸取本次設(shè)計的經(jīng)驗教訓(xùn)，爭取取得更大進(jìn)步。5參考文獻(xiàn)1 謝宜仁.單片機(jī)實用技術(shù)問答. 人民郵電出版社，20032 沈蘭蓀. 據(jù)采集與處理M北京:能源出版社,19873 姚永平 STC12C5A60S2中文手冊最新版2010.11.13.pdf4 邵貝貝. 龔光華.單片機(jī)認(rèn)識與實踐M.北京:北京航空航天大學(xué)出版0065 沙占友、王彥朋、孟志永.單片機(jī)外圍電路設(shè)計.電子工業(yè)出版社，20036鄭郁正 單片機(jī)微型計算機(jī)原理及接口技術(shù)，高等教育出版社，20126附錄6.1主要程序/* 函數(shù)名稱：time0(void) 函數(shù)功能：定

16、時器0中斷入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無備注：主程序修改全局變量PWM_time值控制當(dāng)前定時時長，決定PWM占空比，通過平均電壓控制LED亮度*/void time0(void) interrupt 1 counter+; if(counter = circle)/PWM周期 P2 = 0x01;/LED亮counter = 0;/開始新周期 if(counter = PWM_time)/主程序修改PWM_time決定PWM占空比 P2 = 0x00;/LED滅 /* 函數(shù)名稱：time0(void) 函數(shù)功能：液晶顯示運行界面入口參數(shù)：無出口參數(shù)：無備注：顯示當(dāng)前光照強(qiáng)度*/void Disp_Running(uin