智能照明控制系统论文2

智能照明控制系统

基于PWM技术的51单片机

智能照明控制系统

摘要

本论文旨在论述智能路灯控制系统的设计及工作原理。该系统主要由单片机、光敏电阻,AD芯片等相关元件组成。本系统提供两种工作模式：人工控制模式和自动控制模式。在人工控制模式下，操作员通过主控制台上的按钮设置路灯的亮度，所有控制及运行状态的信息均使用数码管显示。在自动控制模式下光敏电阻采集其所处环境的光强度。通过A/D转换器把模拟信号转变成数字信号传送给单片机，单片机接收信号后，进行处理之后将信号传送到数码管显示相应的光强。

关键字: 智能照明 PWM技术光学传感器A/D转换器 51单片机

一、 系统的方案选择及总体设计

1.1方案比较

1.1.1外电路分压型

此次课程设计中我们对手动调节LED亮度的方法首先想到的是用硬件实现，我们初步构想是用一个按键开关实现自动调节与手动调节的切换，然后在外电路接一个滑线变阻器与分压电阻的串联，再在滑线变阻器后接上开关电路，这样调节滑线变阻器就可以调节LED灯亮度了。

这个方案初期构想是实现起来简单不用额外增加一些程序，可实现的可能性比较高，而且易于控制。但是这个方案的缺点也是很明显的，实现这个方案要采购一些额外的元器件，这样在经济上就增加了额外的支出。而且，这样也增加了硬件电路的复杂性。

1.1.2单片机按键控制型

这个方法是我们此次课程设计比较成熟的构想。通过软件的方法实现，运用PWM技术控制LED灯的亮度，以单片机键盘按键控制输出波的占空比，同时数码管显示占空比数值，这个人机交互的平台可以更好的控制输出占空比。

这个方案的实现是我们在掌握了PWM技术后作出的选择。这个方案的优点是不用在硬件电路上增加额外的电路，这样大大的降低了硬件电路的复杂度，同时也在经济上节约了一些资金。而且，这样让我们也能够在软件编程上有所突破，

让我们丰富了软件知识。最终我们也选择了此方案。

1.2系统的工作原理

图1 系统工件原理图

1.3系统功能

1)智能控制系统实现对周围环境光强的采集作用。

2)智能控制系统能够随环境光线强度自动控制灯的亮灭。

3)智能控制系统能够根据所定时间自动控制灯的亮灭。

4)智能路灯系统能够根据环境光线的强度自动控制灯的亮度，即环境光线越强，则灯的亮度越暗，环境的光线越暗，则灯的亮度越亮。

5)具有手动调节功能，即灯的亮度可以手动调节。

二、 智能路灯控制系统的硬件设计

2.1智能路灯系统的总体介绍

智能路灯控制系统采用msc51系列八位单片机的AT89C51作为处理器，利用光学传感器检测环境的亮度并用ADC0804转化为数字号传给处理器，经过处理器的运算处理并通过I/O接口控制LED的亮灭。系统提供了六个按键和一个八位数码显示器的人-机界面，可以通过键盘来进行各种选择和设置。整个系统模块划分为：光学传感器模块，人-机界面模块，路灯开关模块。系统具有以下特点：

1)根据周围环境光强度的情况控制路灯的打开和关闭；

2)系统把一天的二十四小时分成了两段（二个时间点），在18：00-6:00时间段，LED灯处于高亮状态，不随外界光强变化而变化；在其他时间段，LED灯随外界光强变化而变化；

3)可以灵活选择自动/人工两种工作方式；

4)选择功能，通过按键可以手动选择是在数码显示管上是显示时间还是显示环境光强；

5)在该系统中，我们选用的元器件都比较便宜，从而降低了经济成本。

2.2系统总体硬件介绍

智能路灯控制系统的每个模块的硬件电路有：键盘部分的按键和AT89C51单片机I/O接口连接；显示部分通过单片机控制74ls573芯片显示到数码显示管上，单片机扩展槽P3_0口与相应的LED显示器的连接；光学传感器与A/D转换器ADC0804连接。

2.3系统硬件仿真图

2.3.1 光线采集电路图

图2 光线采集电路图

2.3.2 A/D转换电路图

图3 A/D转换电路图

2.3.3系统硬件仿真图

图4 系统硬件仿真图

2.4工作原理

系统通过光学传感器采集周围环境亮度转化为的电压值经过A/D转换后以数字信号的形式传送给处理器，处理器通过程序的计算判断是否亮灯以及是亮度的大小，然后经单片机的I/O接口向锁存器输出控制信号，控制路灯电路的开闭。

2.5 ADC0804芯片介绍

ADC0804是一种早期的模数转换器，因其价格低廉而在要求不高的场合得到广泛应用。ADC0804是一个8位、单通道、低价格A/D转换器，主要特点是：模数转换时间大约100us；方便的TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时（0V～5V）输入信号电压范围是0V～5V；不需要调零等等。

图5 ADC0804引脚图

对8位ADC0804而言，它的输出准位共有28＝256种，即它的分辨率是1/256， 假设输入信号Vin为0～5V电压范围，则它最小输出电压是5V/256＝0.01953V， 这代表ADC0804所能转换的最小电压值。至于内部的转换频率fCK，是由图

3

的CLKR（19脚）、CLK IN（4脚）所连接的R、C来决定，频率计算方式是：fCK＝1/(1.1×R×C)

动作大概可分成4个步骤区间——S0、S1、S2、S3，每个步骤区间的图和动作方式如下：

图6 开始转换

步骤S0：CS＝0、WR＝0、RD＝1（由CPLD发出信号要求ADC0804开始进行模拟/数字信号的转换）。

步骤S1：CS＝1、WR＝1、RD＝1（ADC0804进行转换动作，转换完毕后INTR将高电位降至低电位，而转换时间>100us）。

图7开始读取

步骤S2：CS＝0、WR＝1、RD＝0（由CPLD发出信号以读取ADC0804的转换资料）。

步骤S3：CS＝1、WR＝1、RD＝1（由CPLD读取DB0～DB7上的数字转换资料）。

CPLD（数字集成电路）动作功能有：负责在每个步骤送出所需的CS、WR、RD控制信号，在单片机写操作过程中，ADC0804只有数据总线，为没有地址总线，因此不使用P0口，也不需要地址锁存器。当AT89C51 向ADC0804 发WR (启动转换)、RD (读取结果)信号时，只要虚拟一个系统不占用的数据存储器地址即可。

三、 智能路灯控制系统的软件设计

3.1系统总体软件介绍

为了简化系统电路以及提高系统的可靠性有许多功能都由软件实现，包括键盘的抗干扰功能，键盘的扫描方式，对传感器送来的电信号的值的判断，和用键盘手动控制LED灯的亮度以及定时控制路灯熄灭的计时控制程序。

3.2人—机界面部分

单片机应用系统的人机对话是在应用系统与人之间的信息传递渠道。包括人对应用系统的状态干预与数据输入以及应用系统向人报告运行状态与运行结果。因此，其接口特点与单片机应用系统的特点以及用户的特点有关。

1)专用性。一般来说单片机应用系统都是专用计算机系统。人机通道外部设备配置水平完全根据系统功能要求而定，例如显示器位数、键盘数量、指示灯数目等。

2)小型廉价。单片机应用系统本身的特点是低成本，中小规模、环境适应性强、配置灵活。因此，相应的外部设备以配置小型、微型、廉价型为原则。

3)人机接口中一般都是数字逻辑控制电路。许多外部设备都有标准的接口控制与通信要求。

3.3PWM 控制的基本原理

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