智能台灯毕业论文.docx
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智能台灯毕业论文
本科毕业设计（论文）
（2013届）
题目:
智能台灯控制器
学院：
职业技术教育学院
专业：
应用电子技术教育
学生姓名:
卞琪婷学号：
09440101
指导教师:
杨金华职称：
讲师
合作导师：
职称：
完成时间：
2013年4月28日
成绩:
浙江师范大学本科毕业设计（论文）正文
智能台灯控制器
职业技术教育学院应用电子技术教育091班卞琪婷（09440101）
指导老师:
杨金华（讲师）
摘要：
随着时代的进步和发展,单片机和传感器技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域,已经成为了比较成熟的技术.本文将介绍一种基于单片机、红外热释电传感器、以及LED灯组成的智能台灯控制器，从硬件和软件两方面介绍了AT89C51的智能台灯控制器的设计，并对硬件原理图和程序作了简洁的描述。
本控制器的主要功能为当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯;当人体太靠近桌面时，台灯自动感应,警告纠正坐姿,若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭.当人离开时则自动关灯,达到节约能源的目的.
关键词：
AT89C51；光敏电阻;LED；红外传感器
IntelligentLampController
BianQiTing（09440101）Director：
YangJinHua
（CollegeofVocationalandTechnicalEducation。
ZhejiangNormalUniversity，No.09440101）
Abstract：
Withtheeraofprogressanddevelopment,microcontrollerandsensortechnologyhasspreadtolive，work，researchandotherfields,hasbecomearelativelymaturetechnology.Thisarticleintroducesamicrocontroller,pyroelectricinfraredsensor,LEDlights,andasmartlampcontroller-basedAT89C51intelligentlampcontrollerdesign，bothhardwareandsoftware，andhardwareschematics,andproceduresconcisedescription。
Themainfunctionofthecontrollerwhenthebodywithinthescopeofthelampandtheambientlightintensityisweak,auto-sensinglights;whenthebodyistooclosetothedesktoplampauto—sensingwarningtocorrectposture，inacertainperiodoftimenottoleavethedesktopautomaticallyturnsoff.Automaticallyturnoffthelightswhenpeopleleave，toachievethepurposeofenergyconservation.
Keywords:
AT89C51thephotoresistor;LED；infraredsensor
1绪论
1。
1研究背景
社会在不断进步，人类在不断追求,市场在不断变化,高科技应用含量决定着产品发展的新趋势和前景，智能化技术在电子产品领域的应用意义深远。
随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用于实际中的有智能洗衣机，智能电饭锅，智能电磁炉等，而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元.结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能，提高了家用电器的品质.随着智能控制理论和人类智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现,而单片机和智能理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。
家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用用电器的发展越来越方便、舒适。
随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。
虽然按键式的台灯还是台灯市场的主体。
但是,随着现代电子技术的发展和人们的需求变化，传统的台灯已经感受到产品更新换代的威胁。
与其他的智能化家用电器一样，智能化台灯有许多普通按键台灯所无法比及的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能,有利于环保，另一方面可以纠正使用者的坐姿，预防脊椎变形和眼睛近视。
同时，智能台灯在黑暗的时候自动外关灯的功能也让使用者使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦。
智能型电器产品由于它们的巨大优势将渐渐进入人们的生活中。
台灯不仅在功能上日趋向智能化，同时在外观上已逐步向组合化、装饰化、情趣化方向发展。
组合化是随着人们生活节奏的加快，一些方便实用、新颖、美观的组合台灯正在市场上兴起,有闹钟与台灯组合的，有小型取暖器与台灯组合的，有微型电讯与台灯组合的,还有把笔架、文具盒、像片框与台灯组合的等等，使台灯更具有实用性。
装饰化，装饰化台灯注重装饰效果，体现鲜明的艺术特色，使台灯成为一件具有实用性的艺术品。
由于这些台灯不但具有现代工艺性，而且式样多变，工艺精湛，造型也別具匠心。
质料上不再是单一塑料制品，还采用不锈钢、铜、玻璃等材料制成，风格各异.有乳白、橘黄、草绿、玫瑰红、湖绿等颜色,消费者可按房间装饰风格及家具风格来选购不同款式、质料的台灯，使台灯与室内布置形成一个完善的艺术整体。
情趣化,情趣化台灯往往以小巧玲珑、想象丰富等特点而颇受青少年青睐。
基于以上背景,我们提出了基于单片机的智能岩体声发射监测仪的设计。
1。
2研究的意义
1.2.1在节约电能方面的意义
我国政府非常重视节能和节约.1997年11月1日我国颁布了《中华人民共和国节约能源法》，节能已经是法律上的规定，是我国重要国策之一。
北京2008年奥运场馆建设,在“科技奥运，人文奥运，绿色奥运”三大理念的基础上，又提出“勤俭办奥运"的方针，充分体现政府节能，节约的决心！
国家发改委提出了“电机系统节能工程”、“建筑节能工程"、“绿色照明工程"等十大重点节能工程，通过这十大工程，“十一五”期间将实现节约2。
4亿吨标准煤的目标。
2006年1只将实行国家建设部颁布的“民用建筑节能管理规定”,2005年7月1日开始实施的“公共建筑节能设计标准”0650189—2005要求全年的总能耗（采暖，通风，空气调节和照明）减少50%。
广大电气技术工作者只有认认真真研究节约电能的理论和技术，幵发出优良的节电产品并应用于实际，才能从根本上贯彻国家规定的各项节能法规，造福于社会。
照明节能意义重人，我网照明耗电大体占全国总发电量10％〜12％，2003年我国总发电量为18500亿度,按12%计,照明耗电达2220亿度。
据资料报道，问前城市照明（指景观照明和功能照明的统称），年用电量约占全国总发电量的4%〜5%。
照明节能主要从三个方面入手：
选用高效节能的电光源和灯具；选用高品质电子镇流器或节能型电感镇流器；配置适宜，先进照明控制装置.目前我国城市公共照明毎年开支达数百亿元。
应积极推广釆用国际上流行的全数字智能路灯节能控制技术:
即智能光源降压——稳压--调光技术。
它的技术思想为：
在繁忙时段，控制路灯保持较强的照度，午夜时分，自动调光；后半夜车稀人少时,控制路灯保持较低的照度的照明.在美国、德国此类技术得到了政府大力扶持和椎广，节电率高于30％.我国已有独立自主知识产权的这方面技术产品如哈工人楼宇自动化研究所研制的“金卤灯调压调光系统"，在城帘道路照明应用巾运行效果优良.今后尚需政府的行政支持.
智能节能台灯最大的优点就是省电和方便.方便不用多说了，来之则亮去之则暗,不用动手。
省电是比较重要的,现在全世界都缺少电能。
2003年，美国和加拿大大面积停电。
我国也是，每到夏天就有很多省市拉闸限电。
如果用上我们的智能台灯，那么假设一天我们可以节省10min的开灯时间，灯上装的是10W的节能灯泡（一个10W的节能灯泡相当于40W的白炽灯泡）。
节省的电能为10W×600S=6000J，-个月（30天）就能节省180000J，一年就能节省2190000J的电能，相当于0.6千瓦时。
不要小看这个0.6千瓦时的电能。
如果全国人都能每年节省0.6千瓦时的电能，那么每年全国会省下7。
8亿千瓦时的电能，这7.8亿千瓦时的电能相当节省接近4亿人民币，4亿人民币可以建造多少所希望小学，可以救助多少无家可归的孤儿,可以圆多少贫穷的孩子无法圆的上学梦啊！
更重要作用的是环境保护.大家都知道我国有70%的电能来自火力发电厂，而火力发电厂少发一度电（就是1千瓦时）会减少1千克的CO2排放。
那么节省3.9亿度的电能就等于少向人气排放39万吨的CO2，而CO2是温室效应的罪魁祸首。
就是因为全球向大气排入过多的CO2，导致了温室效应的加剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少，气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重。
智能节能台灯在节约电能的同时也保护了自然环境,一举两得.
1。
2.2对使用者的眼镜保护和坐姿调整
近年来，我国青少年近视发病率节节上升，发病人数居全球首位，达到历史空前水平。
全国政协委员、沈阳何氏眼科医院院长何伟呼吁，关注我国青少年视力健康,切实加强中小学生近视眼的防治工作刻不容缓。
何伟委员告诉记者，目前我网共有四亿多近视眼患者，以13亿人口计，约每3个人中就有1个是近视眼,特别是青少年近视的发病率居世界第二,人数居世界第一，且渐趋低龄化,中小学生近视检出率为53。
8％（城市60.7％、农村30。
7％）,髙中以上学生更是高达70％。
近视正严重危害青少年的健康成长，同时影响我同高素质人才职业的筛选，缩小特殊职业人员的选取范围,更是对实现我国二十一世纪健康目标的严重挑战。
多年来近视眼病在我国、日、韩和东南亚地区特别严重，时时影响着青少年的学习、健康、工作和生活.近年来我网近视眼患病率已上升到世界第二位，仅次于日本,总数量居世界第一。
近视眼病的防治是一种世界性的重大难题，迄今没有治愈的有效药物和方法。
市售的药物和器具只能起到一定的调理和缓解作用，而手术和激光治疗有严格的年龄限制，而且还包含着严重的隐患和风险.除了遗传原因,诱发学生患近视眼病的报源有多种，必须从诱发的所有根源上做起,才能真正防止。
我国的中小学生之所以出现这么严重的近视问题,原因是他们在平时在灯下学习或做作业的时候不注意坐姿，由于离光源太近，久而久之使视力下降，出现了近视眼。
目前市场上出售的调光台灯多为手动式,即根据使用者的需耍，用手转动调光旋钮，改变台灯的亮度,里然有节约用电的作用，但无防近视功能。
为使中、小学生在灯下看书或做作业时,不能离灯过近，若超过规定（即调定）的距离，灯光便自动变暗乃至熄灭，而离开规定距离,灯光则自动变亮，我们设计了一种智能台灯。
它可以在使用者看书写字姿势不正确或者距离台灯太近的时候，灯光会慢慢变暗提醒你纠正，直到你坐姿完全正确为止。
从而使你养成良好的读书写字姿势，保护好视力防止近视眼，这个功能都是台灯报据人体探测电路的输山信号来控制，如果晚上工作学习太累不小心趴在台灯下睡着了，台灯的传感器检测到你跑离光源太近,经提醒电路暗灯提醒未离开则在单片机程序控制下自动熄灭台灯，同时起到了省电的作用.
1。
3系统的设计要求
1。
3。
1当环境光比较强时,光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感器工作，省去了89C51处理过程.
1.3.2当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大,信号处理电路接收到高电平，从而启动热释电红外传感器工作。
1.3.3热释电红外传感器1探测比较远的距离，当人体进入到传感器1的控测范围内且光强较弱时，信号检测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，89C51启动灯光控制电路，使灯慢慢变亮，并同时屏蔽掉热释电传感器1。
1。
3。
4当环境光比校弱时，且人体过于靠近桌面，热释电红外传感器2检测到信号，信号处理电路同时向89C51发送信号，启动延时电路,发出警报使人离开,若在设定的时间内未离开桌面，则启动灯光控制电路，使灯慢慢熄灭。
当人体离开热释电红外传感器2的控测范围内且在热释电红外传感器1的控测范围内时，灯光又慢慢变亮。
1。
4研究内容
随着智能化技术的飞速发展，智能化家用电器的日益普及,作为千家万户日常使用的家用小电器-—智能节能台灯也应运而生。
智能台灯是利用单片机的本文设计是选择AT89SC51作为控制芯片.将硬件设计分为传感器及信号处理部分、以80C51组成的中央处理单元、提醒电路及灯光控制电路.对各部分功能作用予以详细说明。
软件设计采用模块化结构，将各模块设计完成后进行总调。
本文第一章为绪论，阐述了结合了单片机的智能化技术在家用电器领域中的应用，详细介绍了智能节能台灯研究的意义及未来台灯的发展趋势。
第二章对中央控制单元做了详细的介绍，选择了AT89C51作为控制器，对其功能、特性做了详细说明。
第三章对传感器的概念及其特性进行简单的介绍,对本文设计用到的热释电红外传感器和光敏电阻的工作原理及其特性进行详细的说明。
第四章对智能节能台灯的硬件进行设计，划分成为传感器信号处理，单片机最小系统以及在其控制下的灯光控制电路和提醒电路,分别设计出电路结构，说明其功能作
第五章介绍了智能节能台灯的软件设计,根据硬件结构,先画出总的程序框图,结合台灯设计需要的效果,用C语言编出程序
第六章是本论文的总结
2AT89C51单片机的选择及功能简介
2。
1系统的组成及硬件设计
我们设计的智能台灯控制器是由中央处理器AT89C51、光敏检测电路、红外检测电路，声音提醒电路以及灯光控制电路所组成。
本文将从硬件和软件两方面介绍台灯控制系统的设计，对硬件设计和程序设计作了详细的描述.硬件框图如图2—1所示。
主要由三部分组成：
（1）传感器及信号处理部分：
检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后变成可处理的数字信号。
（2）以89C51组成的中央处理单元：
处理信号并发出控制命令。
（3）提醒电路及灯光控制电路：
给出提醒信号并根据80C51给出的命令控制灯光.
图2-1系统框图
2.2AT89C51单片机简介
AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89C51有如下特点：
40个引脚，4KBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89C51设计和配置了振荡频率讨为0HZ并通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU哲停工作,而RAM定时计数器，串行口,外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位.同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
2.3主要功能特性
8031CPU与MCS—51兼容
4K字节可编程FLASH存储器（寿命：
1000写/擦循环）
全静态工作：
0Hz—24KHz
三级程序存储器保密锁足
128*8位内部RAM
32条可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
6个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
2。
4引脚结构及功能说明
图2-2AT89S51单片机引脚图
本次试验的单片机AT89351釆用PDIP封装形式，引脚结构如上图2—2所示。
各对应引脚功能如下：
VCC：
供电电压。
GND:
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级幵路双向I/0口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
端口引脚
第二功能
P1。
5
MOSI（用于ISP编程）
P1。
6
MISO（用于ISP编程）
P1。
7
SCK（用于ISP编程）
表1-1P1口各引脚第二功能
P1口:
Pl口是一个内部提供上拉电阻的8位双向1/0口，Pl口缓冲器能接收输出4TTL门电流.Pl口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入,Pl口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLSH编程和校验时,Pl口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/OP,P2口缓冲器可接收,输山4个TTL门电流，当P2口被写“1’’时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用了外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输山其特殊功能寄存器的内容.P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向1/0口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
表1—2P3口各引脚第二功能
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3。
1
TXD（串行输出口）
P3.2
LNT0（外中断0）
P3。
3
LNX1（外中断1）
P3.4
T0（定时/计数器0外部输入）
P3.5
T1（定时/计数器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）
I/O口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线。
经过某种运算或变换后再写回到端门锁存器，只有读端门时才真正地把外部的数据读入到内部总线.上面图中的两个三角形表示的就足输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。
这是由硬件自动完成的不需要我们操心1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上而的阁如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为OQ^为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就异通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定足1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类l/O口被称为准双向口89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向门接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持83丁脚两个机器周期的高电平时间.
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲.在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
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。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现.
/EA/VPP：
当疋八保持低电平时,则在此期间外部程序存储器（0000H—FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。
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。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
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.
3传感器的选择及功能介绍
3。
1热释电红外传感器
本次设计智能节能利用的传感器是热释电红外传感器。
传感器在电路中起着很大的作用，要利用它釆集向来的信号去对灯光进行控制.热释电红外传感器本身釆集到的信号是很微弱的，感应的范围也很小，但是在它正面加上一个菲涅尔透镜以后,它的信号采集范围剩可以增大到20米左右。
本次设计对热释电红外传感器的性能要求比较高，因为它采集回来的信号将直接影响灯光控制电路的控制行为。
首先，这种传感器要对人体发出的红外线感应很灵敏，而对其他的小动物发出的红外线不起作用。
其次是能够感应较远跑离的红外信号，这就需要借助于菲涅尔透镜的聚焦作用。
下面开始详细介绍热释电红外传感器的工作原理以及工作特性.
3.1.1概述
本系统采用的热释电传感器成品的引脚示意图如图2.7所示，引脚功能如下：
数字1脚:
电源负极
数字2脚：
信号输出，高电平有效，4~6V和工作电压有关
数字3脚:
电源正极DC6～9V
W1：
灵敏度调整
W2:
输出延时调整5～120秒
图3-1热释电红外传感器的引脚示意图
它的技术参数如下：
1、工作电压:
DC6～9V
2、电平输出:
和电源电压相同
3、感应角度：
水平：
90～140度；垂直:
15～30度
4、静态电流：
小于750μA
5、无信号输出：
0V
6、感应距离：
0。
5~15米
7、外形尺寸：
28mm×38mm高25毫米（最高点）
8、输出电平：
4～6V与工作电压有关
9、工作时间：
可调5—120秒范围
当探测器检测到异常的情况，由2脚输出一个高电平，发送到单片机上，单片机做出报警处理。
3。
1.2热释电红外传感器工作原理
热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器.热释电效应是指当一些晶体受热时，在晶体两端产生数量相等而符号相反的电荷,由于热变化产生的电极化现象.通常,晶体内
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