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1、 课 程 设 计 报 告 课程设计题目：智能照明控制系统 班 级： 姓 名： 学 号： 智能照明控制系统 1、 设计目的及意义 1.1设计背景及立意 当今时代，城市人口密度急剧增大，居民小区和公寓也日渐增多，由于建筑物的增多，建筑物彼此间会造成一定程度的遮挡，这就导致一些公寓低楼层房间内采光不足或采光时间过短。拿我们现在居住的寝室来说，我们住在一楼，而且住在背阳面，再加上对面公寓的遮挡，这就导致寝室里采光严重不足，只有
2、正午大约一个小时的时间内房间里稍亮些，其他时间房间里很昏暗，基本都要开灯。 而且，据调查，很多城市的很多小区公寓存在着相同的问题。由于现在人们对于室内环境的舒适度越来越注重，所以，我选此为课题，拟开发一种能满足用户对室内采光亮度的智能控制需求的系统。 1.2解决方案 方案1：由单片机作为主控芯片，利用按键设定旋转按钮来控制灯光的强度，从而达到灯光照明的控制。 方案2：由单片机作为主控芯片，利用传感器对室内的光照强度进行数据采集，根据采集的数据由程序控制灯光。使其达到自动控制的目的。 从当今传感器发展的良好情形来看，利用传感器对光照强度的精确测量是完全可以实现的。方案一从总体上看操作很
3、不方便，而且人为的去控制灯光实现起来总是不尽人意。所以我最终决定采用方案二作为最终的设计思路。 2、 问题描述 鉴于现在城市里很多的公寓存在采光不足的问题，本设计从实用的角度出发，本着节约能源，方便实用的原则，旨在以智能的方式解决公寓内采光不足的问题。本系统以光敏电阻的光强采集、A/D转换、单片机AT89C51为核心，组成最小控制系统，并和高亮LED显示电路共同构成。外界光强的大小通过电压的线性转换，并用延时来控制灯亮度来体现。该系统能够随环境光强的变化或软件所设定的时间自动控制灯的亮灭；同时系统可以根据光线强度自动控制灯的亮度，以实现智能控制。 3、 系统总体设计方案 3.1系统总体
4、结构设计 本设计硬件电路包括电源模块、光线采集模块、模数模块、AT89C51单片机模块和LED显示电路模块等5部分组成。各模块之间的关系如下图所示。 光 线 采 集模块 模 数 转 换 AT89C51 单片机 LED显 示电路 电 源 模 块 系统硬件结构框图 主控系统模块采用基于51内核的AT89C51单片机及模数转换电路来完成信号采集、控制和通信功能，在本设计中AT89C51单片机模块担当了控制核心，首先通过光线采集电路对外部的光强参数进行数据采集，输出的电压值经过8位A/D转换器，将光敏电阻感应光强产生的模拟信号转换为数字信
5、号采样，送至单片机AT89C51进行处理，再通过算法将其与内部参考数据进行分析与比对，实现当外界环境光强变化时LED灯能够随之变化的功能。 3.2关键技术 （1）硬件部分 本系统包括智能系统和照明系统。 智能系统是基于学习板上的51单片机，理论结合实际的应用，故主要是软件程序的编写，其次是单片机的扩展口与A/D芯片和高亮发光二极管的连接。 照明系统是基于光敏电阻的光线采集电路，光敏电阻器的阻值随入射光线的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10M欧,在强光条件下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。只要人眼可感受的光，都会引起光敏电阻的阻值变化。当外界光线强度变化时，
6、我们通过采用光敏电阻器进行感应，进而可以将光敏电阻的电压值经过模数转换成8位二进制，然后将数据经ADC0804芯片处理后传送至AT89C51芯片进行光照强度分析，再由程序根据这8位二进制数据来处理判断灯的亮灭或灯的亮度，将控制信号经过DA0832来完成对LED灯的明暗程度的调节，从而达到自动控制，使室内光线满足用户需求，同时也为用户节约电费，也是当代电子设计对能源节约利用的发展方向。 （2）软件部分 本系统主要和关键的问题是根据光敏电阻、A/D芯片和学习板上的51单片的工作原理来编写程序以达到所要求实现的照明系统和智能系统。其流程图如下所示： ①基本要求：系统能够随时间和环境的光线强度自
7、动控制灯的亮灭。（先定时5s使灯不受外界环境变化的影响，5s结束后，灯随外界光强度变化，25s后，灯一直亮） 开始 定时中断 重装初值 设定系统控制灯的时间单位（s） 设定外界控制灯的时间单位（s） 中断返回 Y Y 端口初始化 定时器T0申请中断初始 设定系统控制灯的时间到否？ N Y A/D芯片模数转换 显示灯随外界的 变化情况 设定外界控制灯的时间到否？ N Y 灯 亮 结束
8、 (a)主程序 （b）中断程序 ②调节部分：灯的亮度由外界光线的变化调节； 开始 A/D模数 转换 由电压值判断灯的亮度的等级 Y Y 灯的显示 结束 本系统所涉及的核心技术有传感器的采集光线，数模转换完成，和单片机的程序编写。需要攻克的技术是电源模块的能量供应和节约用电的问题。我们必须确保在长时间的运行中，所有模块的耗电量总和比直接开
9、照明灯的耗电量小，那样则既绿色节能环保，又提高了室内的舒适度。如果系统耗电量很大，则此设计将毫无意义。 3.3主要器件与材料清单 器件名称 规格/型号 数量 品牌 价格（元） 采购渠道 单片机 AT89C51 1个 纳盛达 15 天猫 模数转换芯片 ADC0804 1个 Risym 11.8 天猫 电容 150PF 1个 Risym 2 天猫 光敏电阻 5549 1个 Risym 2 天猫 电阻 10千欧 4个 Risym 4 天猫 芯片底座 20pin 1个 杂牌 0.5 淘宝 学习板 1个
10、奥特能 234 天猫 杜邦线 40P彩色 19根 Risym 7.2 天猫 LED灯 3W高亮 一个 7.99 艾维伦 天猫 4、 小结 由于没有实物进行实践，所以此设计目前也只能纸上谈兵。原理看似简单，但实际操作中肯定会遇到许多的细节问题。 （1）总体方案确定后，首先思考的是电路应该怎样设计，所以这是第一个问题，经考虑，感觉应该利用光敏电阻与定值电阻R组成环境光检测电路，通过测量R两端电压的变化来体现环境光强弱的变化，此问题得以解决。 （2）电路确定后，其次便是电路中定值电阻的大小。本设计中R光敏范围大约是在5k-300k之间，所以经计算，与光敏电阻串
11、联的电阻选择为10k。 （3）考虑采用什么规格的数模转换芯片。由于光照强度转换为电压后，还需要将电压值进行A/D转换，转换后的8位二进制才能送到单片机进行处理。而在网上查阅得知ADC0804芯片是典型的8位8通道逐次逼近式A／D转换器，可对8路模拟电压实现分时转换。所以A/D转换芯片也确定。 （4）考虑LED模块的运行原理（这个问题想了好久，至今还有未想通之处）。LED显示模块主要由高亮LED灯构成。主要是由单片机的外部中断来控制LED灯的亮度。单片机每接收到一个同步信号后，就启动一个延时程序。而延时的长短由按键或是外界光强来改变。当延时结束后，单片机会产生一个触发信号，使灯发光。 （5
12、应该考虑一下光敏电阻的感光性和灯的亮灭区间，那样系统将更加完善。（6）本设计中电源模块主要是由学习板连接电脑所获得的电压，再分别连到所需电路中去。如果可以，应该使电源的提供脱离电脑这个试验环境，或是提供独立的电源。此问题待解决。 （7）本设计中最大的问题，也是本人的软肋，就是单片机程序的编写。由于之前没接触过单片机，对单片机的编程也知之甚少，所以在此也能只能简单地理一下程序设计的思路，而对于实际去编写程序，那我就只能靠以后去学习了。 相信如果去实践一下，遇到的问题肯定还不止这些。 但经过此次课程设计，我还是学会了很多。其中有科学知识，但更多并且更重要的是研究科学的方法。 5、 附录（主要器件与材料截图） 学习板 AT89C51芯片 ADC0804芯片 光敏电阻 杜邦线： LED高亮灯：
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