可控智能型小台灯设计毕业设计.doc

目 录第一部分 设计任务与调研1 第二部分 设计说明3第三部分 毕业设计成果7 第四部分 结束语11第五部分 致谢12第六部分 参考文献13 II第一部分 设计任务与调研1、设计的任务 本设计主要研究单片机控制的智能台灯系统，分别对环境光的亮度、人体的位置、光线自动调节及系统设备的软、硬件各个部分进行了研究。设计任务有以下几点： （1）根据智能技术的特点，进行智能台灯系统的整体研究与设计。 （2）根据感知环境光的特点，对周围的亮度进行记录和识别。 （3）使用光线自动调节功能，对亮度进行正确的调节。 2、设计的要求 （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。 （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。 （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。 （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。3、研究背景 随着科技技术的高速发展，智能家用电器开始走入人们的生活，这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更加方便。随着智能控制理论和人工智能研究的深入，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。台灯一般采用220V交流电源供电，影响主要有：一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在灯具市场上，很少见到采用+5V的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有既不会出现触电，使用寿命长、无辐射、又不污染等优点，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。4、研究意义目前数据显示我国共有四亿多近视眼患者，特别是青少年近视的发病率居世界第二，人数居世界第一。近视正严重危害青少年的健康成长。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，即根据使用者的需要，用手转动调光旋钮，改变台灯的亮度，虽然有节约的作用，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，这个功能都是台灯根据人体探测电路的输出信号来控制，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距离光源太近，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。 第二部分 设计说明基本原理1、光传感器检测光的传感器称为光传感器，通常是指将光信号转换为电信号的一种传感器。用光电传感器进行非电量的测量时，只需将非电量信号转化成为光信号即可。由于光传感器都具有结构简单、非接触性、可靠性高、反应快等优点，在军用及民用中极为广泛，因此，其种类繁多，常用的光传感器包括：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、红外线传感器、光电耦合器件、电荷耦合器件、颜色传感器、光纤传感器、紫外线和放射线传感器等多种。图2-1 光电式传感器的组成光传感器的物理基础是光电效应。光电效应通常分为内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。光敏电阻主要是根据敏感材料CdS、CdSe的内光电效应（光电导效应：高电阻率半导体受光照吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象）制成的。是一种物质半导体充电器件，它具有灵敏度高、光谱响应范围宽、体积小、重量轻、机械强度高，耐冲击、耐振动、抗过载能力强和寿命长等特点。内光电效应的物理过程是：光照射到半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，越过禁带跃入导带，从而形成自由电子，与此同时价带也会相应地形成自由空穴，即激发出电子空穴对，从而使导电性能增强，光线越强，阻值越低。如图2所示，为了使电子能从键合状态过渡到自由状态，即实现能级的跃迁，入射光的能量必须大于光电材料的禁带宽度Eg，亦即入射光的频率应高于由Eg决定的红限频率。式中，h为普朗克常数,、分别为入射光的频率和波长。图2-2 半导体能带图及内光电效应图2-3 光敏电阻工作原理图图2-4 光敏电阻结构图光敏电阻的基本特性包括伏安特性、光照特性、光电灵敏度、光谱特性、频率特性和温度特性等。 （1）伏安特性：一定光照下，加在光敏电阻两端的电压和光电流之间的关系曲线。光照特性：在一定外加电压下，光敏电阻的光电流I与光通量之间的关系特性曲线。图2-5 光敏电阻的伏安特性 图2-6 光敏电阻的光照特性 （2光电灵敏度：单位光通量入射时能输出的光电流的大小，即。光照不同，灵敏度也发生变化。光照增大，灵敏度下降。最大灵敏度是在光敏电阻上加以最大电压时，光电流Im与光通量之比值。相对灵敏度是指在单位外加电压下，入射单位光通量时对应的光电流输出，即K=r/V=I/(V)（3）光谱特性:光敏电阻对于不同波长的光，其灵敏度不同。图2-7 光敏电阻的光谱特性 （4）频率特性：光敏电阻具有延时特性，当光敏电阻受到脉冲光照射时，光电流要经过一段时间才能达到稳定值，而在停止光照后，光电流也不会马上为零。不同材料的延时特性不同，它们的频率特性也不同。图1.8为相对灵敏度与光强变化频率之间的关系曲线。图2-8 光敏电阻的频率特性 （5）光谱温度特性：随着温度变化，光敏电阻的暗电阻和亮电阻都会发生变化，光敏电阻受温度影响大，光谱特性也受到影响。第三部分 设计成果图3-1 台灯电路图图3-2 台灯成品实物图图3-3 元器件 由底座：软管、灯罩、照明灯、手动亮度调节器、和亮度检测器、所构成的亮度自动控制台灯。其特征在于台灯里设有亮度自动控制装置、亮度控制选择器、磁性电源开关。 原件清单：表3-4 原件清单编号名称型号数量R1电阻30K 1/8W1R2电阻2K 1/8W1R3电阻100K 1/8W1R4可调电阻47K1RG光敏电阻MG451C涤纶电容器0.1uF 2VD1VD4整流二极管1A/400V4N氖泡200V1VS单向可控硅1A/400V1VT1三极管9012 1R5电阻100 1VT2场效应管BT331VD稳压二极管2CW71L电感100mH1VT晶闸管MCR100-81PCB图图3-5 单片机最小系统图3-6 灯光控制转换模块图3-7 灯板 第四部分 结束语在这次学习过程中，使我真正了解到了智能台灯在生活中的广泛运用和重要性，对人们生活的巨大帮助是毋庸置疑的，大大提高了人们在照亮不明或夜间学习的环境的改善，能够随时随地地学习。而且LED节能灯光的普及，对人的眼睛伤害小，有节能省电，符合21世纪发展的主题，所以运用很广泛。 通过这次学习，加深了我对智能型台灯的了解。在这一个月的时间里，自己不断摸索和探究，不断地修改，循环渐进，使我受益匪浅，学习到了更多的台灯理论知识和提高了实践能力。虽然本系统以达到了使生活方便的目的，但是电路还是不够简单。因为当有多个热释电红外传感器时，就需要相应的信号检测电路。改进之处在于用一个信号处理电路同时控制多个传感器。还有一个不足之处在台灯开启时，产生的光强容易干扰光敏电阻对环境光强的判别，引起误判，现在的处理方法是传感器部分与控制部分单独分开放置。同时智能台灯还可以拓展一些闹钟或者定时提醒休息等。第五部分 致谢通过这一个多月的钻研和努力，我的毕业设计终于完成了，这意味着我的大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益匪浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在台灯的完成过程中，通过不断努力和积累，严格把关，一丝不苟，加上老师和同学朋友的帮助，顺利的完成了。使我想起了那句经典歌词；“爱拼才会赢”，只有努力过才会有结果。毕业设计的完成，同样也意味着新的学习生活的开始，那就是今后需要面对的一生的社会人生生活。我将铭记我曾是一名机电学子，铭记母校的精神，牢记母校的校训。在今后的工作中把机电的优良传统发扬光大，做一个对社会对祖国有意义的公民。感谢在我学习期间给我极大关心和支持的教授老师以及身边同学和朋友的帮助，在此非常感谢他们的帮助与支持。 第六部分 参考文献【1】单片微机原理及应用M丁元杰北京. 机械工业出版社，2001【2】单片机原理及接口技术. 李朝青. 北京. 北京航空航天大学出版社，2004【3】单片机应用系统设计技术一基于c语言编程M张齐 北京：电子工业出版社，2006【4】单片机c程序设计实例指导M李光飞 北京. 航空航天大学业出版社，2005【5】51系列单片机设计实例M楼燃苗，李光飞. 北京. 航空航天大学业出版社，2003【6】单片机在控制系统中的应用. 夏路易. 北京. 北京希望电子出版社，2006 【7】单片机原理机运用M张毅刚北京. 高等教育出版社，2010 1313