1、等級:課 程 設 計課程名稱測控電路課題名稱自動感應環境光的調光控制器專 業測控技術與儀器班 級測控1301學 號201301200120姓 名郭鵬指導老師黃峰 徐謙 李亞 余曉霏2016年6月20日電氣信息學院課程設計任務書課題名稱自動感應環境光的調光控制器姓 名 郭鵬專業測控技術與儀器 班級1301 學號 20指導老師黃峰 課程設計時間2016年6月20日-2016年6月26日（17周）教研室意見意見： 審核人：一、任務及要求1）設計一個環境光亮度檢測電路，并根據環境亮度進行臺燈光照強度的自動調節；2）采用多只LED指示亮度等級，環境亮度達到最高時，自動關閉； 3）拓展部分：具有LED數碼

2、顯示亮度等級功能；4）安裝、調試電路，記錄調零、測試的數據，進行測試、分析；設計要求：1）設計以測量顯示部分電路為主；2）進行系統的方案設計；3）要繪制原理框圖，繪制原理電路4）要有必要的計算及元件選擇說明5）如果采用單片機，必需繪制軟件流程圖6）寫出課程設計報告。報告中應包括原理框圖、參數曲線分析、操作方法、測控流程等，調試過程中遇到的問題，改進方法和總結體會。7）答辯二、進度安排周一：集中布置課程設計任務和相關事宜，查資料確定系統總體方案。周二周三：完成硬件電路設計周四周五：設計報告撰寫。周五進行答辯和設計結果檢查。三、參考資料1.測控電路（第2版），張國雄，機械工業出版社.2006。2.

3、模擬電子技術基礎（第2版），童詩白，高等教育出版社.1988。3. 傳感器原理及應用（第2版），王化祥，天津大學出版社.1999。4. 中國傳感器網站 目 錄第1章 緒論1 1.1 單片機概述1 1.2選題的背景及意義1第2章 系統總體方案設計2 2.1 設計內容及要求2 2.2 設計的總體方案2第3章 系統的硬件電路設計3 3.1基于調光控制器的整體框圖3 3.2 STC12C5A60S2單片機介紹3 3.3 電源設計4 3.4 A/D轉換電路5 3.5 LCD顯示電路5 3.6 LED驅動6 3.7 按鍵切換手動和自動6 3.8 自動控制7第4章 系統的軟件設計8 4.1 系統流程圖8 4

4、.2 系統程序8第5章 設計總結與體會14參考文獻15附錄 A 系統整體電路圖161第1章 緒論1.1 單片機概述單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種，單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統。單片機經過1、2、3代的發展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發展，他們的CPU功能在增強，內部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓低功耗。1.2選題的背景及意義LED

5、是一種新型半導體固態光源它是一種不需要鎢絲和燈管的顆粒狀發光原件。LED光源憑借環保、節能、壽命長、安全等眾多優點在打造節能、環保型社會的大環境下當仁不讓地成為照明行業的新寵。21世紀的照明領域中LED應用毫無疑問是最振奮人心的，它將改變整個照明市場的結構，很快就能得到廣泛的應用。LED的技術本身不是一個很新的東西，在很多年前， 就已開始使用LED來作儀器的指示燈。隨著技術的發展，芯片和材料在性能上都有新的改進，從而也推動了LED更為廣泛的應用。普通的白熾燈的壽命僅僅1000小時，而LED的壽命卻高達50000小時，而且消耗的電量少的多。根據美國Sandia國家實驗室的研究，如果白光二極管能夠

6、普及應用，全世界照明用電的消耗減少50%。影響白光二極管系統普及的最主要問題還是它的價格和亮度，現在單個白光二極管的亮度還不夠照亮整個房間，其價格卻是白熾燈的10倍。隨著科技的發展LED照明肯定帶來更加明亮的光線和更少的能源消耗。隨著經濟的持續發展，中國的照明用電也將持續提高，綠色節能照明越來越受到政府的重視，LED照明就是在這樣的情形下發展起來的4。據中國綠色照明工程促進項目辦公室專項調查，我國照明用電每年在3000億度以上，用LED取代全部白熾燈和部分熒光燈，可節省1/3的照明用電，相當于三峽工程全年的發電量。第2章 系統總體方案設計2.1 設計內容及要求1.設計內容 1）設計一個環境光亮

7、度檢測電路，并根據環境亮度進行臺燈光照強度的自動調節； 2）采用多只LED指示亮度等級，環境亮度達到最高時，自動關閉； 3）拓展部分：具有LED數碼顯示亮度等級功能； 4）安裝、調試電路，記錄調零、測試的數據，進行測試、分析；2.設計要求 1）設計以測量顯示部分電路為主； 2）進行系統的方案設計； 3）要繪制原理框圖，繪制原理電路； 4）要有必要的計算及元件選擇說明； 5）如果采用單片機，必需繪制軟件流程圖。2.2 設計的總體方案PWM方法的基本思想就是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調整單片機的PWM控制寄存器來調整PWM的占空比，從而控制充電電流。

8、本方法所要求的單片機必須具有ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調整PWM的占空比，LED燈光度變亮；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調整PWM的占空比，LED燈光度變暗。本文介紹了以STC12C5A60S2為控制核心，通過光敏電阻感應光度，并利用PWM調光技術對LED進行光度的自動調節。該LED燈電路簡單，很大程度上節省電能，延長LED燈壽命。第3章 系統的硬件電路設計3.1基于調光控制器的整體框圖基于

9、STC單片機的PWM調光是以STC12C5A60S2作為主控芯片，設置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現了對光度的手動調節。在自動控制時，通過STC12C5A60S2內部模擬-數字不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應光度，將電壓和預設的閾值進行對比，調整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現了對光度的自動調節。總體框圖如圖3.1所示。圖3.1 整體框圖3.2 STC12C5A60S2單片機介紹STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶技術生產的單片機/機器周期的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代805

10、1單片機，指令代碼完全兼容傳統的8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用的復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，針對電機控制，強化干擾場合。 利用STC12C5A60S2的IO口P1.1接收光敏電阻采集的當前光照測檢測輸出數據。IO口P1.3產生產生相應的PWM波，給高亮度LED，從而有不同的光照。IO口P0作為LCD液晶顯示器的數據/指令輸入端口。由于STC12C5A60S2內部集成了復位電路，所以該設計省略了外部RC復位電路。STC12C5A60S2單片機的時鐘電路采用的是內部的時鐘電路，利用單片機內部的振蕩電路，并在XLAT1和XLAT2兩引腳間外接石英晶體和電容

11、構成的并聯諧振電路，使內部振蕩器產生自激振蕩。石英晶體Y1頻率是12.0M，C1和C2是30pf。STC12C5A60S2基本外圍電路如圖3.2所示。 圖3.2 STC12C5A60S2單片機最小系統線路圖3.3 電源設計本次設計我選用的降壓穩壓部分由三端穩壓管7805、電解電容組成，將9V轉換成穩定的5V。電路圖3.3所示：圖3.3 電源電路3.4 A/D轉換電路在信號采集方面，我選用了光敏電阻和電位器來構成信號采集電路，如圖10所示。AD轉換電路有STC12內部10位AD組成。STC125A60S2內部AD基準電壓5V，輸入電壓范圍為05V,輸出數字量最大值為1024。圖3.4 信號采集電

12、路3.5 LCD顯示電路本設計當前光照采用的是LCD1602顯示檢測信息。所以單片機需要給LCD分配3位個控制信號IO口和8位數據傳輸IO口，LCD的EN控制端連接P2.2,RS控制端連接P2.0，RW控制端連接P2.1，8位數據總線連接PO口。（LCD部分電路如圖3.6）。圖3.5 LCD電路引腳分配圖3.6 LCD電路3.6 LED驅動 LED的亮度受電流控制，通過控制電流調節LED燈的亮度。利用公式可知，利用調整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。電流由三極管9013提供驅動，PWM由P1.3輸出，低電平有效。如下圖3.7所示：圖3.7 PWM電路3.7 按鍵切換手動和自動K3按下為

13、自動控制，K4按下為手動控制，來回按K3、K4切換。當手動按鍵按下時，K1為LED亮度增加，當增加到最大值自動為最小，K2為LED亮度減小，當減少到最小值時自動為最大。如下圖3.8所示：圖3.8 按鍵電路3.8光敏電阻光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換。因此，不斷采集光敏電阻對地的電壓便可以獲知LED燈周邊光強的變化。如下圖3.9所示：圖3.9光敏電路第4章 系統的軟件設計4.1 系統流程圖 圖4.1 程序流程圖4.2 系統程序#include" STC1

14、2c5a.h" /stc頭文件#include"intrins.h" /包含_nop_空操作的定義typedef unsigned char uchar;typedef unsigned int uint;sbit RW=P21;/寫入時一直為低電平，讀出時為高。sbit RS=P20; /指令數據選擇端sbit LCDEN=P22;/使能端sbit key1=P30;sbit key2=P31;sbit key3=P32;sbit key4=P33;uchar j=0;void AD_init();/AD初始化/函數聲明void delay(uint a);ui

15、nt AD_work(uchar channel);uint AD_get(uchar channel);uchar disbuf=" illumin: . "uchar PWM=0xec,0xe7,0xe0,0xda,0xd3,0xcd,0xc0,0xa6,0x9a,0x80,0x33,0x00 ;/ 92.5%-0%void pwm_set(unsigned char a);void pwm_init()CCON=0; /PCA初始化CH=0; /PCA高8位CL=0; /PCA低8位CMOD=0x00; /f=sysclk/256/12CCAPM0=0x42; /p1

16、.3PCA_PWM0=0x00;CR=1; /啟動PCA計數器void pwm_set(unsigned char a)/占空比設置CCAP0H=CCAP0L=a;void write_com(uchar com )RS=0;RW=0;LCDEN=0;P0=com ;delay(5);LCDEN=1;delay(5);LCDEN=0;void write_dat(uchar date)RW=0;RS=1;LCDEN=0;P0=date;delay(5);LCDEN=1;delay(5);LCDEN=0;/液晶初始化void LCDinit()write_com(0x0c);write_com(

17、0x06);write_com(0x01);write_com(0x38);void display(unsigned int z)uchar i;disbuf9=z%1000/100+0x30;disbuf11=z%100/10+0x30;disbuf12=z%10+0x30;for(i=0;i<13;i+)write_dat(disbufi);void main()AD_get(1);AD_init(); /A/D轉換初始化LCDinit(); /液晶初始化pwm_init();/照度檢測pwm_set(0xda);delay(200);while(1)write_com(0x80)

18、;display(AD_work(1);if(key3=0)delay(5);if(key3=0) /自動模式while(key4=1)write_com(0x80);display(AD_work(1);if(AD_work(1)>=900)pwm_set(0xEC); if(850<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<900)pwm_set(0xE7);if(750<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<850)pwm_set(0xe0);if(700<=AD_work(1)&&(

19、AD_work(1)<750)pwm_set(0xda);if(600<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<700)pwm_set(0xd3);if(500<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<600)pwm_set(0xCD);if(400<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<500)pwm_set(0xC0);if(300<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<400)pwm_set(0xA6);if(200<=A

20、D_work(1)&&(AD_work(1)<300)pwm_set(0x9A);if(150<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<200)pwm_set(0x80);if(100<=AD_work(1)&&(AD_work(1)<150)pwm_set(0x33);if(AD_work(1)<100 )pwm_set(0x00);if(key4=0)/ 手動模式delay(5);if(key4=0)while(key3=1)write_com(0x80);display(AD_work(1);i

21、f(key1=0)delay(5);if(key1=0)if(j=11)j=0;pwm_set(PWMj+);if(key2=0)delay(5);if(key2=0)if(j=0)j=11;pwm_set(PWMj-);uint AD_get(uchar channel)ADC_CONTR=0x88|channel; /開啟AD轉換1000 1000 即POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();/要經過4個CPU時鐘的延時，其值才能夠保證被設置進ADC_CON

22、TR 寄存器while(!(ADC_CONTR&0x10); /等待轉換完成ADC_CONTR&=0xe7; /關閉AD轉換，ADC_FLAG位由軟件清0return(ADC_RES*4+ADC_RESL); /返回AD轉換完成的10位數據(16進制)/*unsigned char GETADCResult()/AD轉換unsigned char AD;ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH|ADC_START;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG);ADC_CONT

23、R&=ADC_FLAG;/關閉ADVo=ADC_RES*5*10/256;return Vo;uint AD_work(uchar channel)float AD_val; /定義處理后的數值AD_val為浮點數uchar i;uint AD_V;for(i=0;i<100;i+)AD_val+=AD_get(channel); /轉換100次求平均值(提高精度)AD_val/=100;AD_V=(uint)AD_val;return AD_V;void delay(uint a) /延時約1msuint i;while (-a!=0)for(i=600;i>0;i-);

24、 /1T單片機i=600，若是12T單片機i=125void AD_init()P1ASF=0x02; /P1.1 作為模擬功能AD使用ADC_RES=0; /清零轉換結果寄存器高8位ADC_RESL=0; /清零轉換結果寄存器低2位ADC_CONTR=0x80;/開啟AD電源delay(2); /等待1ms，讓AD電源穩定ES=1;EA=1;第5章 設計總結與體會歷時一周的課程設計終于結束，通過這次課程設計，使我將以前的所學的知識很好的應用在實際生產過程中，是我們步入社會參與實際工作的一次極好的演示。當然，我在做課程設計中遇到了很多技術性的難題，但我在黃老師的提示和鼓舞下，上網，看書，查資料，終于在規定的時間里完成本次課程設計。由于所學的專業知識有限，難免有些難以解決的問題，所以這次課程設計的資料來自廣泛。既有我從圖書館找來的專業書籍，還有部分從互聯網上搜尋到的相關的信息內容，力求使做出來的設計與自己所學的專業框架緊密聯系。綜上所述，加之自己的水平有限，所以這次課程設計難免有所紕漏。本次課程設計報告主要是在參考各種資料和相關文獻的基礎上完成的，所參考的文獻在報告中已經列出來，在這里也說明一下。報告的整個制作過程的卻不容易，有艱辛的一面，亦有喜悅的一面，但整個過程來說還是蠻充實的，畢竟在整個設計的過程中，自己又對已學的專業知識梳理了一下，而且對于實際的應用和需求也參考了各個