基于單片機(jī)的智能臺(tái)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u7434摘要 26436第一章緒論 322054課題背景 326649課題意義 4135臺(tái)燈的發(fā)展現(xiàn)狀 54314第二章系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 7178512.1設(shè)計(jì)要求 7239332.2方案選擇和論證 7315462.2.1單片機(jī)的選擇 76760第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 975153.1整體方案設(shè)計(jì) 9220143.1.1系統(tǒng)概述 9324663.2最小系統(tǒng)模塊 916813.2.1AT89S51簡(jiǎn)介 9146723.2.2最小系統(tǒng)電路 1243693.3LED照明電路 1340943.3.1LED燈的原理 13158943.3.2LED燈的特點(diǎn) 13150773.3.3LED燈照明電路原理圖 13225673.4光照強(qiáng)度采集電路 1526903.4.1光敏電阻概述 15177883.4.2光敏電阻工作原理 1533553.4.3光敏電阻的分類(lèi) 15165223.4.4光敏電阻的主要參數(shù) 16275303.4.5ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介 16117923.4.6光照強(qiáng)度采集電路 1686053.5人體紅外檢測(cè)模塊 17175443.5.1熱釋電紅外傳感器的原理 1756943.5.2熱釋電紅外傳感器的原理特性 1861853.5.3HC-SR501模塊介紹 18312223.5.4人體紅外檢測(cè)電路 19306763.6距離檢測(cè)模塊 19180703.7蜂鳴器模塊 21109253.8按鍵輸入模塊 2120738第四章軟件設(shè)計(jì) 21233374.1程序語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境 2298404.2程序流圖設(shè)計(jì) 2291744.2.1總體程序流程圖設(shè)計(jì) 22308824.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 2449124.2.3PWM調(diào)光程序設(shè)計(jì) 2714560第5章硬件的組裝與調(diào)試 28264225.1元器件的選擇與測(cè)量 28163085.2元件的焊接與組裝 2817005.3測(cè)試的結(jié)果 2840395.3.1手動(dòng)模式結(jié)果 28115135.3.2自動(dòng)模式結(jié)果 30297635.3.3坐姿感應(yīng)功能 3110164參考文獻(xiàn) 3232679附錄 3313931附錄一元件清單 3322010附錄2原理圖 3427817附錄3設(shè)計(jì)程序 35摘要如今智能化已經(jīng)是每個(gè)人耳熟能詳?shù)脑~語(yǔ)，高科技的出現(xiàn)和應(yīng)用造就了這個(gè)智能化的潮流。大到智能化家居系統(tǒng)，依靠智能化技術(shù)來(lái)按照自己的喜好調(diào)整家居風(fēng)格，舒適日常生活。小到一盞燈，一個(gè)電飯鍋無(wú)不有著智能化的身影。但是不論是家居智能化產(chǎn)品還是其他都有著相同的靈魂，他們都是利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的智能化操作。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微型電路更是有了翻天覆地的變化，無(wú)論多么復(fù)雜的功能都可以在一片芯片上實(shí)現(xiàn)。也正是有了這種技術(shù)，才大大改變了我們的日常生活。其中最常見(jiàn)的便是照明技術(shù)的改進(jìn)。從普通的電燈、白熾燈、鹵素?zé)舻浆F(xiàn)在的LED節(jié)能燈，都是科技革命給我們的生活帶來(lái)的福利。社會(huì)在進(jìn)步，人們的思想也在改變。環(huán)境問(wèn)題不斷地出現(xiàn)，能源的稀缺，都喚醒了每個(gè)人環(huán)保的理念。功能單一的上一代臺(tái)燈，僅僅可以滿足照明等功能?，F(xiàn)在的智能化生活已經(jīng)需要舍棄掉非智能化的產(chǎn)品。所以，現(xiàn)代化生活需要的是綠色環(huán)保的新一代臺(tái)燈來(lái)替換掉功能單一的臺(tái)燈我的設(shè)計(jì)是一種基于PWM調(diào)光技術(shù)的智能臺(tái)燈。我的設(shè)計(jì)是將調(diào)光技術(shù)和單片機(jī)通過(guò)電路板結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈光照的調(diào)節(jié)。該設(shè)計(jì)的臺(tái)燈分為手動(dòng)模式、自動(dòng)模式兩種模式，當(dāng)處于自動(dòng)模式時(shí)，打開(kāi)臺(tái)燈開(kāi)關(guān)后，當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到人體出現(xiàn)時(shí)，會(huì)通過(guò)指令自動(dòng)打開(kāi)臺(tái)燈；而且當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)改變時(shí)，臺(tái)燈光也會(huì)隨之改變以滿足保護(hù)視力的功能。當(dāng)人體離開(kāi)臺(tái)燈范圍時(shí)，25秒后臺(tái)燈自動(dòng)熄滅。當(dāng)我們坐姿不當(dāng)時(shí)，身體與桌子的距離太近，提示燈會(huì)閃爍，蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。防止學(xué)生培養(yǎng)不良坐姿習(xí)慣。本設(shè)計(jì)是通過(guò)光敏電阻調(diào)節(jié)和紅外釋電傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保功能。如果處于手動(dòng)模式，則只會(huì)有坐姿感應(yīng)和手動(dòng)按鍵調(diào)節(jié)燈光的功能關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；PWM；臺(tái)燈；人體紅外感應(yīng)；環(huán)保節(jié)能第一章緒論課題背景全球能源危機(jī)和氣候變暖問(wèn)題對(duì)于我們每一個(gè)人都是不容忽視的問(wèn)題，要想減緩和解決這些問(wèn)題最需要關(guān)注的就是綠色和節(jié)能。每個(gè)科學(xué)家都在通過(guò)各種途徑尋找新的材料和方法來(lái)制造新的節(jié)能減排的工藝。在生活中對(duì)于能源的消耗中，照明又是其中的主要輸出去向。所以人們便將目光投向了更加節(jié)省能源的新材料和更加省電的控制系統(tǒng)。所以節(jié)能環(huán)保能源的研究便是各國(guó)科研的主要方向，LED作為一種發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件。是繼白熾燈，熒光燈，冷光燈，鹵素?zé)糁蟮男乱淮庠?，基于白光的LED燈照明，是一種新型的綠色節(jié)能照明方式。LED燈對(duì)比于白熾燈等光源，節(jié)能環(huán)保、體積小、安全、使用壽命長(zhǎng)都是其突出的優(yōu)點(diǎn)。也是我國(guó)目前主要研究的新光源，符合習(xí)近平總書(shū)記提出的建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的基本要求。所以可以看出在未來(lái)LED燈有著多么大的發(fā)展前景和無(wú)限的未來(lái)。目前，市場(chǎng)上的主流臺(tái)燈已經(jīng)基本擺脫了白熾燈，熒光燈等作為光源，已經(jīng)普及了以LED燈作為主要光源。這樣便擺脫了低效率，高發(fā)熱，難調(diào)光等缺點(diǎn)：至于鹵素?zé)舻纫呀?jīng)退出市場(chǎng)的光源由于一旦處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害的原因已經(jīng)不再作為臺(tái)燈使用了?？墒钱?dāng)前市場(chǎng)上的臺(tái)燈雖然滿足了綠色光源的問(wèn)題，但是功能卻十分單一只有基本的調(diào)節(jié)功能，缺少了自動(dòng)調(diào)節(jié)，人體感應(yīng)，防近視，坐姿矯正等功能。無(wú)法滿足我們現(xiàn)階段的智能生活的要求。而且如今，面對(duì)小學(xué)生這個(gè)龐大的市場(chǎng)，坐姿矯正，視力保護(hù)保護(hù)功能都是無(wú)比重要的功能，可以切實(shí)的保護(hù)每個(gè)學(xué)生的視力和坐姿問(wèn)題。于是，智能型電器也由于它多功能的實(shí)用郵電也漸漸走進(jìn)了人們的生活中。課題意義首先，節(jié)能減排是我國(guó)能源研究最主要的方面。1998年1月1日我國(guó)正式施行了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》，節(jié)能是該法律中的核心要義，是我國(guó)重要國(guó)策之一。節(jié)能減排簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是開(kāi)源節(jié)流，從節(jié)約能源和減少污染物的排放?！吨腥A人民共和國(guó)節(jié)約能源法》所提出的節(jié)約能源是首先從源頭上加強(qiáng)管理，在技術(shù)上可行和合理的經(jīng)濟(jì)范疇內(nèi)來(lái)實(shí)行各種措施以達(dá)到減少能源的消耗和環(huán)境的污染?！肮?jié)能減排”政策出自于我國(guó)“十一五”規(guī)劃綱要。十一五期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%，這是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重要舉措。2005年7月1日開(kāi)始實(shí)施的“公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”GB50189—2005要求全年的總能耗（采暖，通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)和照明）減少50%。這就要求我們國(guó)家的電氣技術(shù)工作者要貫徹落實(shí)節(jié)約綠色的政策，通過(guò)各種技術(shù)來(lái)優(yōu)化我們國(guó)家的電器產(chǎn)品來(lái)應(yīng)用于實(shí)際。照明節(jié)能意義重大。我們?nèi)珖?guó)總發(fā)電量的10%都用于我們生活中的日常照明。2019年我國(guó)的照明累計(jì)用電量達(dá)2442205萬(wàn)千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)6.46%。據(jù)資料報(bào)道，目前城市照明用電量約占全國(guó)總發(fā)電量的4%～5%。要想緩解照明用電量的問(wèn)題需要從三方面來(lái)入手，首先需要選擇綠色環(huán)保的燈具和光源；選擇高效的控制系統(tǒng)；更完善的管理模式。在公共照明系統(tǒng)中，發(fā)展最完善的便是日本的公共照明系統(tǒng)。目前國(guó)際上最著名的智能路燈系統(tǒng)控制技術(shù)：即智能降壓技術(shù)——穩(wěn)壓——調(diào)光技術(shù)。（1）在車(chē)流密集的路段，控制路燈保持較強(qiáng)的光照強(qiáng)度，當(dāng)進(jìn)入午夜時(shí)分，路燈便自動(dòng)調(diào)節(jié)；在夜間三點(diǎn)到黎明時(shí)，路燈保持較弱的強(qiáng)度。在日本、德國(guó)等國(guó)家，該技術(shù)得到了大力的推廣。已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全國(guó)普及。如今在我國(guó)的新時(shí)代智慧城市建設(shè)中，我國(guó)的5G技術(shù)和基建技術(shù)的聯(lián)合，使我國(guó)的智慧路燈建設(shè)全面提速。這也是全球范圍內(nèi)最新的智能燈光控制系統(tǒng)。此外，我國(guó)青少年近視問(wèn)題也是不容忽視的，我國(guó)近視人數(shù)一直在不斷增加，這是十分嚴(yán)重的健康問(wèn)題。所以要想緩解青少年的視力問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)視力的保護(hù)和近視眼防治。根據(jù)我國(guó)的最新的第七次人口普查結(jié)果顯示我國(guó)兒童青少年總體近視率較前年小幅提升。教育部聯(lián)合衛(wèi)生健康委開(kāi)展的全國(guó)兒童青少年近視情況調(diào)查結(jié)果顯示，2018年全國(guó)兒童青少年總體近視率為53.6%，2019年全國(guó)兒童青少年總體近視率為50.2%，較2018年下降了3.4個(gè)百分點(diǎn)，29個(gè)省份2019年近視率較2018年有不同程度下降。受疫情影響，2020年全國(guó)兒童青少年總體近視率較2019年有小幅上升。青少年患者人數(shù)的急劇增加，對(duì)于我國(guó)的近視防治是十分可怕的。近視現(xiàn)在已經(jīng)逐漸發(fā)展為每一位父母都十分焦慮的問(wèn)題，這已經(jīng)不僅僅是危害健康的問(wèn)題，同時(shí)還會(huì)影響我國(guó)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)。我國(guó)21世紀(jì)的健康目標(biāo)想要實(shí)現(xiàn)，需要直面的問(wèn)題就是近視問(wèn)題。直到現(xiàn)在近視問(wèn)題都沒(méi)有有效的治療手段只能通過(guò)眼鏡來(lái)進(jìn)行緩解，而現(xiàn)在醫(yī)院的激光飛秒手術(shù)同樣有著視力和年齡的限制，而且有著很?chē)?yán)重的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)中小學(xué)生的近視問(wèn)題主要是由于坐姿不當(dāng)和作業(yè)繁多需要長(zhǎng)時(shí)間處于光源下造成的。同時(shí)對(duì)臺(tái)燈的不當(dāng)使用也是造成近視的主要原因。雖然目前市場(chǎng)上已經(jīng)有了智能臺(tái)燈的出現(xiàn)但是高昂的價(jià)格也讓大多數(shù)人望而卻步。本設(shè)計(jì)的智能臺(tái)燈有著兩種模式的選擇，還加入了坐姿感應(yīng)功能，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整坐姿保護(hù)視力的功能。臺(tái)燈的發(fā)展現(xiàn)狀臺(tái)燈雖然只是日常生活中簡(jiǎn)單的日用品，但是作為生活中必不可少的物品之一。人們對(duì)于臺(tái)燈的要求也是越來(lái)越高，所以臺(tái)燈的功能也就越來(lái)越需要符合人們對(duì)于臺(tái)燈功能的期望。而且，現(xiàn)在集成芯片的出現(xiàn)越來(lái)越多的功能可以出現(xiàn)在臺(tái)燈中，時(shí)鐘鬧鐘等功能已經(jīng)十分常見(jiàn)了。1.護(hù)眼臺(tái)燈的護(hù)眼原理護(hù)眼燈的的護(hù)眼原理主要是通過(guò)多個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行判斷。第一便是頻閃，護(hù)眼燈通過(guò)電子鎮(zhèn)流器將電頻率提高，采用三基色熒光粉減少炫光效應(yīng)，使光線變得柔和而不刺眼，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈的護(hù)眼效果。第二便是顯色指數(shù)，只有90以上才能稱為護(hù)眼，最低標(biāo)準(zhǔn)是顯指85，R9>0。第三色溫則需要在4000K以下，最高不要超過(guò)5000K。第四就是需要藍(lán)光的危害等級(jí)要達(dá)到RG0（豁免級(jí)）。第四便是照射范圍也會(huì)決定眼睛的舒適度，臺(tái)燈的照射范圍越廣，工作面和周?chē)恼斩葘?duì)比會(huì)越小，眼睛會(huì)越舒適！當(dāng)我們都有經(jīng)歷過(guò)眼睛長(zhǎng)時(shí)間盯著亮物看時(shí)，眼睛挪開(kāi)會(huì)看不清周?chē)奈矬w，更嚴(yán)重的會(huì)眼前瞬間一片黑，這就是因?yàn)閮烧吡炼葘?duì)比太強(qiáng)導(dǎo)致，我們要保證工作面和周?chē)斩葘?duì)比越小越好！這就要求我們?cè)谑褂门_(tái)燈時(shí)，最好也亮著主燈。2.節(jié)能臺(tái)燈現(xiàn)在節(jié)能臺(tái)燈都是從基本的光源入手，例如使用LED節(jié)能燈泡。近年來(lái)隨著綠色節(jié)能政策的提出，已經(jīng)不能僅僅從光源的方面來(lái)入手，而且需要從其他的節(jié)能方面來(lái)加強(qiáng)環(huán)保。目前已經(jīng)有了新型的半導(dǎo)體臺(tái)燈，使用了新型的發(fā)光二極管作為光源，其中又以護(hù)眼的黃光最為流行，特別適用于學(xué)生的學(xué)習(xí)和日常生活。通過(guò)使用新型的光源，頻閃問(wèn)題得到了基本的解決，本設(shè)計(jì)的臺(tái)燈具有著使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、保護(hù)視力、矯正坐姿等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。適用于一般的學(xué)習(xí)和生活。3.臺(tái)燈外觀智能化臺(tái)燈不能僅僅局限于功能，在外觀上同樣也變得更加優(yōu)化和極具趣味。一些方便、快捷、外觀新奇的智能臺(tái)燈也會(huì)增加產(chǎn)品的銷(xiāo)售情況。智能臺(tái)燈不光可以使用單一臺(tái)燈還可以有臺(tái)燈與鬧鐘的組合，有使用投影功能的臺(tái)燈還有具有取暖功能的臺(tái)燈。這些新型臺(tái)燈不僅有著很好的實(shí)用性還有著優(yōu)美的工藝性，而且多變的樣式和工藝也是十分迎合人們的喜愛(ài)。用料上不僅僅局限于塑料還可以使用不銹鋼陶瓷來(lái)提高產(chǎn)品的性能和安全。

第二章系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求（1）熟悉51單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用c語(yǔ)言編寫(xiě)設(shè)計(jì)程序；（2）熟練應(yīng)用所選用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、資源，以及軟硬件調(diào)試設(shè)備的基本方法；（3）自行構(gòu)建基于單片機(jī)的最小系統(tǒng)，完成相關(guān)硬件電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；（4）理解智能臺(tái)燈的原理和掌握實(shí)現(xiàn)方法。2.2方案選擇和論證2.2.1單片機(jī)的選擇方案一：采用DSP作為系統(tǒng)控制器。是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求來(lái)實(shí)現(xiàn)所需功能。大多數(shù)DSP采用了哈佛結(jié)構(gòu)，將存儲(chǔ)器空間劃分成兩個(gè)，分別存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。它們有兩組總線連接到處理器核，允許同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行訪問(wèn)。這種安排將處理器存貯器的帶寬加倍，更重要的是同時(shí)為處理器核提供數(shù)據(jù)與指令。在這種布局下，DSP得以實(shí)現(xiàn)單周期的MAC指令。GPP使用控制邏輯來(lái)決定哪些數(shù)據(jù)和指令字存儲(chǔ)在片內(nèi)的高速緩存里，其程序員并不加以指定（也可能根本不知道）。方案二：采用單片機(jī)作為中央控制器。單片機(jī)作為主流的芯片有著多種優(yōu)點(diǎn)，包括性價(jià)比高、功耗低等。單片機(jī)軟件編程靈活，算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，自由度大，而且新一代的89s51單片機(jī)不僅完全適配之前的各種51系列單片機(jī)，同時(shí)還具有隨時(shí)可編程，可加密等多種功能。同時(shí)成本低高適配性更是體現(xiàn)出其優(yōu)越性。綜上所述，擬定方案二選用AT89S51單片機(jī)作為主要芯片。2.2.2顯示方案的選擇目前常見(jiàn)的主要有：采用直流電源LED的調(diào)光技術(shù)；采用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)光；采用可控硅對(duì)LED調(diào)光。按照常規(guī)技術(shù)有以下三種方案可供選擇。方案一：采用直流電源LED的調(diào)光技術(shù)LED調(diào)光技術(shù)最主要的就是調(diào)節(jié)電流，改變LED的負(fù)載電阻也是最簡(jiǎn)單的方法，所有的DC恒流芯片都有著自己獨(dú)立的電流接口，是檢測(cè)的電壓和參考電壓進(jìn)行對(duì)比。以此來(lái)控制電流的穩(wěn)定，但是限流檢測(cè)電阻很小，所以給操作帶來(lái)了很大的困難。所以不可以采用改變電阻大小來(lái)改變電流。所以為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，一些設(shè)計(jì)會(huì)采用芯片來(lái)控制電壓，通過(guò)改變電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電流的改變同時(shí)，通過(guò)調(diào)整電流來(lái)調(diào)整亮度會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，在改變亮度的時(shí)候，會(huì)改變?cè)墓庾V和色溫。同樣由于目前的LED都是通過(guò)激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生，當(dāng)電流減小時(shí)，藍(lán)光并不會(huì)按比例減弱，從而會(huì)導(dǎo)致波長(zhǎng)變長(zhǎng)影響光源的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，調(diào)節(jié)電流會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的問(wèn)題，LED通常是由DC恒流驅(qū)動(dòng)，LED的電壓是由電流確定的。從LED伏安特性可知，電流變化就會(huì)引起電壓的變化，所以通過(guò)這種方法調(diào)壓會(huì)改變電源電壓和負(fù)載電壓的關(guān)系。方案二：采用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)光LED是一個(gè)發(fā)光二極管，所以可以通過(guò)pwm實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)關(guān)。通過(guò)在單位時(shí)間內(nèi)反復(fù)地接通和斷開(kāi)LED電流來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)光亮度，開(kāi)關(guān)頻率一般要高于100Hz,以便這個(gè)脈沖電流不易被人眼察覺(jué)到。流過(guò)LED的平均電流I與占空比D是線性比例關(guān)系。（2）PWM調(diào)光技術(shù)是現(xiàn)行十分普遍的調(diào)光技術(shù)，其核心技術(shù)是由于LED亮度與pwm占空比成線性關(guān)系。這種穩(wěn)定的調(diào)節(jié)關(guān)系也成功避免了LED調(diào)光技術(shù)所帶來(lái)的弊端。PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。這種方法可以滿足在多種情況下調(diào)光的需求。脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)：1、不會(huì)因?yàn)殡娏鞯母淖兌鴰?lái)色譜偏移；2、pwm調(diào)光技術(shù)可以達(dá)到高精度的燈光調(diào)控；3、可以和數(shù)字電子技術(shù)相結(jié)合來(lái)達(dá)到精密的控制。4、pwm調(diào)光技術(shù)可以與單片機(jī)結(jié)合通過(guò)程序來(lái)進(jìn)行控制。通過(guò)兩種方案的對(duì)比可以，我們可以清晰地看出對(duì)于LED調(diào)光技術(shù)最好的選擇是使用pwm調(diào)光技術(shù)。采用pwm調(diào)光技術(shù)，可以通過(guò)單片機(jī)對(duì)燈光進(jìn)行調(diào)控。通過(guò)編寫(xiě)的程序可以預(yù)先設(shè)置好自己所想要實(shí)現(xiàn)的功能，通過(guò)程序?qū)艄獾拈_(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且pwm調(diào)光技術(shù)是可以直接用于燈光的手動(dòng)調(diào)控。所以選擇方案二來(lái)滿足功能。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1整體方案設(shè)計(jì)3.1.1系統(tǒng)概述該設(shè)計(jì)是使用AT89S51單片機(jī)為中央控制器，搭配晶振電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等構(gòu)成最小系統(tǒng)。將其他模塊通過(guò)單片機(jī)聯(lián)合在一起實(shí)現(xiàn)所需功能。其中，照明設(shè)備由5mmLED燈珠發(fā)光二極管進(jìn)行模擬，使其設(shè)計(jì)在外觀上更加美觀。光照強(qiáng)度采集模塊使用光電光線檢測(cè)傳感器來(lái)判斷;人體感應(yīng)采用的是HC-SR501RD-624人體紅外感應(yīng)電子模塊傳感器熱釋電探頭感應(yīng)開(kāi)關(guān)。該傳感器靈明度高，操作簡(jiǎn)單；防近視檢測(cè)采用的是光電傳感器模塊E18-D80NK。聲音提醒主要元件是蜂鳴器；指示燈使用普通三極管小燈；按鍵模塊使用四個(gè)普通輕觸開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換和大小調(diào)節(jié)；最后使用USB5V進(jìn)行供電。系統(tǒng)框圖如下圖1所示。圖1單片機(jī)單片機(jī)最小系統(tǒng)按鍵模塊光照強(qiáng)度采集模塊電源模塊人體感應(yīng)模塊距離測(cè)量模塊照明設(shè)備蜂鳴器模塊模式指示燈3.2最小系統(tǒng)模塊3.2.1AT89S51簡(jiǎn)介（1）概述AT89S51單片機(jī)作為因特爾公司的旗艦產(chǎn)品，具有低耗能、高性價(jià)比的優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)8位單片機(jī)，片內(nèi)含有可擦寫(xiě)千次的程序存儲(chǔ)器。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。（3）AT89S51單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：該單片機(jī)含有基本40引腳，4kb片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128bytes隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，和32個(gè)I/O口，2個(gè)可編程計(jì)數(shù)器等，相比于AT89C51單片機(jī)其具有新設(shè)看門(mén)狗電路，和可反復(fù)編程的功能。除此之外，AT89S51可以通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下CPU停止工作，其他電路繼續(xù)工作；斷電模式下，會(huì)保存RAM數(shù)據(jù)，停止其他功能直到復(fù)位或中斷激活等功能。（2）主要功能特性8031CPU與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器(壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán))全靜態(tài)工作：0Hz-33MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定128*8位內(nèi)部RAM32條可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路（3）AT89S51單片機(jī)引腳功能AT89S51引腳圖如圖2如下圖2引腳圖VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口是一個(gè)雙向I/O口，管腳寫(xiě)1時(shí)，定義為高阻態(tài)輸入。P0口用于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；FLASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，校驗(yàn)時(shí)會(huì)輸出原碼。P1口：P1口是提供上拉電阻的8位I/O口，P1口能接收門(mén)電流。管腳寫(xiě)入1時(shí)，會(huì)上拉為高，用作輸入；管口下拉為低電平時(shí)，將輸出電流。P2口：P2口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的雙向I/O口，P2口可以輸出4個(gè)門(mén)電流，P2口寫(xiě)入1時(shí)，內(nèi)部上拉為高，用作輸入。P2口用于外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址為1時(shí)，會(huì)利用上拉優(yōu)勢(shì)進(jìn)行讀寫(xiě)。P3口：P3口是8個(gè)帶上拉電阻的雙向I/O口，可接受4個(gè)門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入1時(shí)，內(nèi)部上拉為高電平，用作輸入。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。/PSEN：是外部存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，倆次有效的PSEN信號(hào)將不再出現(xiàn)。3.2.2最小系統(tǒng)電路AT89S51的最小系統(tǒng)如圖3.3所示，一個(gè)完備的單片機(jī)最小系統(tǒng)通常有六個(gè)部分，首先是電源電路提供能源；復(fù)位電路提供復(fù)位糾錯(cuò)功能；單片機(jī)的主芯片提供核心控制；程序下載電路提供編程；時(shí)鐘電路提供時(shí)鐘信號(hào)；I/O負(fù)載電路提供外接電路的接口。電源電路：使用5V的電源直接供電。復(fù)位電路：復(fù)位電路是指在單片機(jī)工作時(shí)重要的復(fù)位電路，AT89S51單片機(jī)使用的是高電平產(chǎn)生復(fù)位，只有當(dāng)管腳上持續(xù)兩個(gè)周期高電平才會(huì)進(jìn)行復(fù)位。該電路的原理是當(dāng)電路從初始狀態(tài)開(kāi)始工作后，如果不使用復(fù)位電路進(jìn)行復(fù)位，則會(huì)由于之前的某種干擾會(huì)使電路出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以必須給系統(tǒng)中加入復(fù)位電路。時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路就是將整個(gè)電路按照時(shí)鐘一樣精確運(yùn)動(dòng)的電路。不論什么工作都需要按照時(shí)鐘進(jìn)行順序運(yùn)行。51單片機(jī)按照時(shí)鐘周期將各個(gè)模塊排布有序，使該電路按照正確順序進(jìn)行執(zhí)行。這些都是單片機(jī)最小系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分。下圖為單片機(jī)的最小系統(tǒng)如圖3所示圖3單片機(jī)最小系統(tǒng)3.3LED照明電路3.3.1LED燈的原理LED是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)換為光能。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?）LED的“心臟”是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，連接電源的是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。（5）半導(dǎo)體主要是由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，另一部分是n型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中空穴是主要部分，N型半導(dǎo)體內(nèi)部則是電子。當(dāng)將其結(jié)合時(shí)會(huì)形成P-N結(jié)，當(dāng)有電流通過(guò)該P(yáng)-N結(jié)時(shí)電子發(fā)生移動(dòng)，會(huì)以光子的形式發(fā)出能量。當(dāng)加入反向電壓時(shí)，則不會(huì)發(fā)光。全彩LED的主要工作原理：該LED燈主要是通過(guò)PWM技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)燈光，而該設(shè)計(jì)是通過(guò)紅綠藍(lán)的三種基色來(lái)實(shí)現(xiàn)多種顏色的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)PWM技術(shù)改變占空比，在掃描速度快的情況下，利用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)顏色漸變。3.3.2LED燈的特點(diǎn)節(jié)能：新一代的節(jié)能LED燈能耗不僅只是白熾燈的十分之一，還是其他品種燈光的五分之一。長(zhǎng)壽：LED燈的使用壽命可達(dá)十多萬(wàn)小時(shí)，而且開(kāi)關(guān)靈敏性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他品種燈泡?？梢怨ぷ髟诟咚贍顟B(tài)：其他品種的燈泡如果頻繁的開(kāi)端，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞燈絲降低其使用壽命。白熾燈更是會(huì)影響到其他電路的安全。LED燈使用固態(tài)封裝而且體積極小，很方便我們的運(yùn)輸和存儲(chǔ)，可以使用各種運(yùn)輸設(shè)備不用擔(dān)心震蕩損壞。LED技術(shù)如今已經(jīng)是我國(guó)重點(diǎn)的研究方向，各種高新技術(shù)的發(fā)展使得其價(jià)格不斷降低和安全性不斷提高。LED燈擺脫了燈絲和鹵素的使用，不論是使用還是日后的回收再利用都十分的方便。PWM配光技術(shù)使得光源擴(kuò)展為面光源，增大發(fā)光面積可以達(dá)到消除視覺(jué)疲勞的優(yōu)點(diǎn)。LED外包透鏡與燈罩的組合，將光源的合理應(yīng)用，使得其具備聚光和保護(hù)的功能，避免了光照浪費(fèi)。大功率的LED燈使用大面積封裝，使得散熱器和燈座一體化，保證了散熱和使用壽命，也基本滿足了LED燈具結(jié)構(gòu)和造型，使得LED燈的優(yōu)點(diǎn)大大突出。3.3.3LED燈照明電路原理圖LED照明電路如圖所示。本設(shè)計(jì)采用5mmLED燈珠發(fā)光二極管作為照明設(shè)備，該小燈不僅僅是優(yōu)化了設(shè)計(jì)，在外形上也有著獨(dú)特的表現(xiàn)，使得其外形更加接近使用效果。而且LED小燈符合了國(guó)家要求的綠色環(huán)保理念。原理圖如圖4所示圖4LED原理圖

3.4光照強(qiáng)度采集電路3.4.1光敏電阻概述光敏電阻是該設(shè)計(jì)中節(jié)能的重要元器件，其中硫化鎘、硒等特殊材料具有十分特殊的功能。這些制作材料在特定波長(zhǎng)下，其阻值會(huì)隨之減小。這些都由于在光照下載流子都參與導(dǎo)電，在電場(chǎng)作用下發(fā)生飄逸，從而使得光敏電阻阻值下降。光敏電阻是用硫化鎘或硒化鎘等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，阻值就愈低，隨著光照強(qiáng)度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。（6）光敏電阻對(duì)光線十分敏感，其在無(wú)光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達(dá)1.5MΩ。光敏電阻帶有的獨(dú)特特性，隨著國(guó)家不斷地加強(qiáng)研究使得光敏電阻帶來(lái)了極大的利用。光敏電阻總重要的特性就是其電阻阻值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的改變而改變，當(dāng)光敏電阻受到強(qiáng)光影響時(shí)，其阻值會(huì)急速降低。當(dāng)外接光強(qiáng)減弱時(shí)，阻值則會(huì)急速增加，轉(zhuǎn)換的效率則與其本身有著很大的關(guān)系。3.4.2光敏電阻工作原理光敏電阻最主要的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在光敏材料兩端接上電極引線后，通過(guò)透明的塑料殼進(jìn)行固定封裝就可以制作為光敏電阻，為了增加靈敏度，通常使用特殊的排列方式進(jìn)行制作。光敏電阻的材料通常是使用硫化物和硒化物等半導(dǎo)體通過(guò)噴涂等方法來(lái)制作。半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)原理主要是通過(guò)化合物制成特殊的涂層以此來(lái)實(shí)現(xiàn)光電效應(yīng)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力通過(guò)半導(dǎo)體內(nèi)載流子樹(shù)木的多少來(lái)判斷其能力。3.4.3光敏電阻的分類(lèi)一、按半導(dǎo)體材料分：本征型光敏電阻、摻雜型光敏電阻。后者性能穩(wěn)定，特性較好，故大都采用它。二、根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：包括紫外光敏電阻；紅外光敏電阻；可見(jiàn)光光敏電阻。1、紫外光敏電阻器：其特點(diǎn)是突出感應(yīng)紫外線，用于探測(cè)作用。2、紅外光敏電阻器：最為常見(jiàn)的光敏電阻，廣泛用于軍工專(zhuān)業(yè)、航海航天專(zhuān)業(yè)、醫(yī)療專(zhuān)業(yè)等。3、可見(jiàn)光光敏電阻器：這是日常生活應(yīng)用最廣泛的電阻，常常用于光電控制系統(tǒng)；單片機(jī)控制系統(tǒng)等微型控制系統(tǒng)。例如街道路燈、場(chǎng)所的消防設(shè)施、生活中照明系統(tǒng)的建立。3.4.4光敏電阻的主要參數(shù)光敏電阻判斷其優(yōu)越性的主要參數(shù)為：光電流、暗電流、光照靈敏度、光譜感應(yīng)、伏安特性曲線、額定電壓等。光敏電阻的頻率特性是指當(dāng)光敏電阻受到光照照射時(shí)，光電流要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才能穩(wěn)定，且停止后也不會(huì)立刻為零，這就是光敏的時(shí)延特性。3.4.5ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介ADC0832是一款8位分辨率的AD芯片，最高分辨率可達(dá)256級(jí)，這款模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以適配于該設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電壓與參考電壓的復(fù)用，可以使得芯片的模擬電壓保持在可接受范圍，而且芯片的轉(zhuǎn)換時(shí)間也極低。通過(guò)雙數(shù)據(jù)輸出作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，可以有效地減少產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度更快，使用更加方便。3.4.6光照強(qiáng)度采集電路本設(shè)計(jì)的臺(tái)燈具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。所以，光照采集電路是該設(shè)計(jì)必不可少的部分，通過(guò)該采集電路可以對(duì)燈光進(jìn)行精密的控制。所以，我選擇了光敏電阻作為采集電路的主要部分，光敏電阻采集到的都是模擬量，因此使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行處理。3.5人體紅外檢測(cè)模塊3.5.1熱釋電紅外傳感器的原理存在于自然界的物體，如人體、火焰、冰塊等物都會(huì)發(fā)射紅外射線，但波長(zhǎng)各不相同。人體的溫度大致為36~37℃，所發(fā)射的紅外波長(zhǎng)為9~10m,屬遠(yuǎn)紅外區(qū);400~700℃的發(fā)熱體，所放射出的紅外波長(zhǎng)為3~5m，屬紅外區(qū)。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響，可晝夜不停的監(jiān)測(cè)，廣泛用于防盜報(bào)警。（7）熱釋電紅外傳感器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高精度探測(cè)元件，是一種用于檢測(cè)人體紅外后會(huì)自動(dòng)的傳遞電信號(hào)的傳感器，它可以通過(guò)非接觸方式檢測(cè)到人體所釋放的能量信號(hào)。而且可以將電壓信號(hào)放大可以適用于多種環(huán)境的使用和識(shí)別。例如人體感應(yīng)功能、防盜措施等。熱釋電人體紅外傳感器(PIP)一般都采用差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管，高值電阻等組成。敏感元件是使用人體紅外材料制作而成的，先把材料分割為很小的薄片，在其兩面鍍上電極構(gòu)成極小的電容。為了抑制由于環(huán)境對(duì)其造成干擾，所以我們可以選擇在其鏡面上安裝透鏡，以此來(lái)避免干擾。場(chǎng)效應(yīng)管和高阻值電阻（Rg）。由于敏感元件的阻值一般都十分高，所以需要使用場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。高阻值的作用通常是釋放電荷，來(lái)滿足傳感器的使用。熱釋電人體紅外傳感器只有配合菲涅爾透鏡使用才能發(fā)揮最大作用。不加菲涅爾透鏡時(shí)，該傳感器的探測(cè)半徑可能不足2m，配上菲涅爾透鏡則可達(dá)10m～40m，甚至更遠(yuǎn)。3.5.2熱釋電紅外傳感器的原理特性熱釋電紅外傳感器是一種高熱電系數(shù)組成的探測(cè)元件，在探測(cè)器中裝入探測(cè)元件可以通過(guò)反極性串聯(lián)以達(dá)到抑制干擾的作用。其作用是將探測(cè)器接收到的紅外射線轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，最后通過(guò)元件輸出。人體紅外線波長(zhǎng)為8~12m，參測(cè)元件的探測(cè)波長(zhǎng)穩(wěn)定在0~30m，這種穩(wěn)定不變的探測(cè)范圍給臺(tái)燈的使用帶來(lái)了很大的便利，可以讓臺(tái)燈放在任意地方都可以達(dá)到其功能。一旦有人進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域時(shí)，熱釋電傳感器可以及時(shí)傳遞信號(hào)。3.5.3HC-SR501模塊介紹本設(shè)計(jì)采用的是人體紅外感應(yīng)HC-SR501，是利用紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制。采用的是德國(guó)原裝探頭，該探頭的具有高靈敏度、高性價(jià)比、超低工作電壓等優(yōu)點(diǎn)。因此在許多的自動(dòng)感應(yīng)設(shè)計(jì)中都有很廣泛的應(yīng)用。尤其是可以在低電壓供電等多種環(huán)境下完成其功能。模塊的電氣參數(shù)如表1所示產(chǎn)品型號(hào)HC--SR501人體感應(yīng)模塊工作電壓范圍直流電壓4.5-20V靜態(tài)電流<50uA電平輸出高3.3V/低0V觸發(fā)方式L不可重復(fù)觸發(fā)/H重復(fù)觸發(fā)延時(shí)時(shí)間0.5-200S(可調(diào))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十分鐘封鎖時(shí)間2.5S(默認(rèn))可制作范圍零點(diǎn)幾秒-幾十秒電路板外形尺寸32mm*24mm感應(yīng)角度<100度工作溫度-15-+70度感應(yīng)透鏡尺寸直徑:23mm(默認(rèn))表1電氣參數(shù)模塊的功能特點(diǎn)1、全自動(dòng)感應(yīng):可以全方位的感應(yīng)人體，當(dāng)有人進(jìn)入感應(yīng)范圍時(shí)，模塊會(huì)輸出高電平；離開(kāi)時(shí)則自動(dòng)輸出低電平。2、光敏控制：可以根據(jù)用戶的需求來(lái)調(diào)控光敏，可以設(shè)置多種光敏控制模式，例如強(qiáng)光下不工作，弱光下自動(dòng)工作等。3、溫度補(bǔ)償：由于溫度會(huì)影響元器件的靈敏度，例如夏天高溫和冬天低溫等都會(huì)對(duì)靈敏度造成影響。所以溫度補(bǔ)償必不可少。4、兩種觸發(fā)方式：（可跳線選擇）a、不可重復(fù)觸發(fā)方式:感應(yīng)到高電平后，經(jīng)過(guò)延時(shí)會(huì)將高電平自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?。b、可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍活動(dòng)，其輸出將一直保持高電平，直到人離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖剑ǜ袘?yīng)模塊檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次活動(dòng)6的時(shí)間為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn)。（8）5、具有感應(yīng)封鎖時(shí)間：感應(yīng)模塊在每一次感應(yīng)后，可以設(shè)置一個(gè)時(shí)間段以此來(lái)封閉模塊使用。此功能可以準(zhǔn)確區(qū)分兩種工作，可以使負(fù)載在切換時(shí)抑制多種干擾。方便數(shù)據(jù)的采集和分析。6、工作電壓范圍寬：默認(rèn)工作電壓為4.5伏到20伏。7、微功耗:該產(chǎn)品產(chǎn)生的靜態(tài)電流很低，十分適合于干電池供電或者低電流供電的產(chǎn)品。8、輸出高電平信號(hào)：可以實(shí)現(xiàn)各種電路的對(duì)接。使用范圍1、安保消防產(chǎn)品2、基于坐姿感應(yīng)的燈具3、適用于人體感應(yīng)的玩具等4、工業(yè)化控制和自動(dòng)控制產(chǎn)品3.5.4人體紅外檢測(cè)電路原理圖如圖5所示圖5紅外檢測(cè)電路原理圖3.6距離檢測(cè)模塊本設(shè)計(jì)利用紅外模塊E18-D80NK對(duì)距離檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到人體距離紅外探頭距離過(guò)近時(shí)，開(kāi)啟蜂鳴器提醒，避免眼睛距離桌面距離過(guò)近而導(dǎo)致近視。該紅外模塊是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，（9）可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件、紅外測(cè)距等眾多自動(dòng)化產(chǎn)品。傳感器的實(shí)物圖如圖6所示。圖6E18-D80NK實(shí)物圖該紅外傳感器連接簡(jiǎn)易，該模塊具有三種導(dǎo)線。其中兩根是用于供電和接地，剩下的一根是連接到單片機(jī)作為數(shù)據(jù)輸入輸出，當(dāng)距離該傳感器過(guò)近時(shí)該線會(huì)輸出低電平，平時(shí)為高電平，單片機(jī)可以通過(guò)數(shù)據(jù)引腳的電平來(lái)判斷使用者的狀態(tài)，可以知道使用者距離桌面的遠(yuǎn)近，從而觸發(fā)報(bào)警器警告?？梢酝ㄟ^(guò)傳感器來(lái)調(diào)節(jié)報(bào)警距離的大小。紅外測(cè)距模塊原理圖如圖7所示.圖7漫反射原理圖3.7蜂鳴器模塊蜂鳴器是一種電子警報(bào)器，采用直流供電方式，可以搭配二極管進(jìn)行報(bào)警音和指示燈的實(shí)現(xiàn)。蜂鳴器報(bào)警電路如下圖8所示圖8蜂鳴器原理圖3.8按鍵輸入模塊鍵盤(pán)是人機(jī)交互的主要通道，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，雖然按鍵僅僅只具有開(kāi)啟電源和調(diào)節(jié)模式的功能。但是，如果我們鍵盤(pán)設(shè)置不合理會(huì)給我們的人機(jī)交流帶來(lái)極大的障礙，如果電源按鍵設(shè)置的錯(cuò)誤甚至?xí)p壞產(chǎn)品。在單片機(jī)應(yīng)用中，人們?cè)诓僮麈I盤(pán)時(shí)會(huì)帶來(lái)誤操和失控等危害。單片機(jī)中使用的是獨(dú)立鍵盤(pán)，他們具有電路簡(jiǎn)單的功能。而且在程序設(shè)置上也十分簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)中由于采用的按鍵數(shù)量較少，只有4個(gè)按鍵，分別是“電源開(kāi)關(guān)”、“模式切換按鍵”、“亮度減少按鍵”和“亮度增加按鍵”，故采用了獨(dú)立鍵盤(pán)的方式。電路如圖9所示。圖9按鍵原理圖第四章軟件設(shè)計(jì)4.1程序語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，明顯增強(qiáng)程序的可讀性，便于改進(jìn)、擴(kuò)充和移植。它由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的DennisM.Ritchie于1972年推出，1978年后，C語(yǔ)言已先后被移植到大、中、小及微型機(jī)上，它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。該語(yǔ)言應(yīng)用范圍廣泛，不僅僅是在軟件開(kāi)發(fā)而其他各類(lèi)科研同樣需要用到C語(yǔ)言。（10）KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上都有著很大的優(yōu)勢(shì)，因此十分適用于初學(xué)者。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。4.2程序流圖設(shè)計(jì)4.2.1總體程序流程圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件流程圖如圖所示，接通電源后打開(kāi)開(kāi)關(guān)，然后進(jìn)行單片機(jī)定時(shí)器的初始化，接著判斷臺(tái)燈處于哪種模式，如果按下的話則會(huì)切換模式，即手動(dòng)和自動(dòng)模式，自動(dòng)模式變?yōu)槭謩?dòng)模式；隨后根據(jù)當(dāng)前所選擇的工作模式，進(jìn)行不同的處理。如果當(dāng)前是自動(dòng)模式，則先通過(guò)紅外線感應(yīng)裝置，判斷臺(tái)燈前是否有人，有的話則燈變亮；同時(shí)通過(guò)光敏電阻感應(yīng)，臺(tái)燈的亮度也會(huì)隨之改變，實(shí)現(xiàn)人走燈滅人在燈亮，和隨著外界環(huán)境的變化，智能調(diào)節(jié)燈光的效果。如果當(dāng)前是手動(dòng)模式，則判斷增減功能鍵是否被按下，如果按鍵2被按下，則降低臺(tái)燈亮度，如果是按鍵3被按下，則增加臺(tái)燈的亮度。而且無(wú)論是自動(dòng)還是手動(dòng)模式，都會(huì)具有坐姿矯正功能，如果檢測(cè)到人體距離桌面距離太近，就會(huì)產(chǎn)生蜂鳴器提醒。程序圖如圖10所示

定時(shí)器初始化按鍵1按下？增加亮度切換控制模式開(kāi)始（按下開(kāi)關(guān)）定時(shí)器初始化按鍵1按下？增加亮度切換控制模式開(kāi)始（按下開(kāi)關(guān)） 是否自動(dòng)模式？是 自動(dòng)模式？最近30s檢測(cè)到有人？最近30s檢測(cè)到有人？按鍵2按下？是按鍵2按下？熄滅臺(tái)燈是熄滅臺(tái)燈按鍵3按下？降低亮度檢測(cè)環(huán)境亮度調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度否按鍵3按下？降低亮度檢測(cè)環(huán)境亮度調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度 否 是結(jié)束蜂鳴器提醒距離桌面過(guò)近？ 否結(jié)束蜂鳴器提醒距離桌面過(guò)近？ 是圖10總體程序圖4.2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)讀取ADC0832芯片中數(shù)據(jù)之前，單片機(jī)要先發(fā)出一個(gè)初始信號(hào)給ADC芯片，由于ADC0832有兩路轉(zhuǎn)換通道，因此還需發(fā)出一個(gè)通道選擇信號(hào)，告訴ADC芯片要選擇哪個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。之后就進(jìn)行采集結(jié)果的讀取，ADC芯片會(huì)返回2字節(jié)數(shù)據(jù)，第1字節(jié)是進(jìn)行正向傳輸，第2字節(jié)是反向傳輸，是因?yàn)榭梢园堰@兩數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，以判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。最后把讀取的結(jié)果返回主函數(shù)。如圖11所示開(kāi)始開(kāi)始發(fā)送初始信號(hào)發(fā)送初始信號(hào)選擇轉(zhuǎn)換通道選擇轉(zhuǎn)換通道第一次讀取第一次讀取第二次讀取第二次讀取返回讀取結(jié)果返回讀取結(jié)果結(jié)束結(jié)束圖11模數(shù)轉(zhuǎn)換程序圖

4.2.3PWM調(diào)光程序設(shè)計(jì)PWM稱為脈沖寬度調(diào)制，PWM調(diào)光的原理主要是首先確定一個(gè)固定的時(shí)間周期，在本設(shè)計(jì)中把這個(gè)周期定為10毫秒，這個(gè)周期的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)有臺(tái)燈閃爍的現(xiàn)象。然后在這個(gè)周期里面，確定不同的高低電平比例，即可確定不同的臺(tái)燈亮度。如下流程圖所示，假如N的取值是3，那么就是點(diǎn)亮臺(tái)燈3毫秒，熄滅臺(tái)燈7毫秒，然后又重新點(diǎn)亮3毫秒，熄滅7毫秒，依此循環(huán)。這樣亮滅的時(shí)間比例就是3:7，亮的時(shí)間所占的比例越大，臺(tái)燈就越亮。如圖12所示開(kāi)始開(kāi)始點(diǎn)亮臺(tái)燈點(diǎn)亮臺(tái)燈延時(shí)N毫秒（N延時(shí)N毫秒（N<=10）熄滅臺(tái)燈熄滅臺(tái)燈延時(shí)1延時(shí)10-N毫秒結(jié)束結(jié)束圖12pwm調(diào)光

第5章硬件的組裝與調(diào)試5.1元器件的選擇與測(cè)量本次設(shè)計(jì)的主要元器件有：AT89S51單片機(jī)，晶振，電阻，電容，開(kāi)關(guān)，按鍵，杜邦排線，USB電源轉(zhuǎn)換線，LED發(fā)光二極管，ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，光敏電阻傳感器，HC-SR501人體紅外感應(yīng)電子模塊傳感器，光電傳感器模塊，蜂鳴器等。（11）這些元器件都需要我們認(rèn)真地查詢資料和了解每個(gè)元器件的注意事項(xiàng)。焊接時(shí)尤其要注意各元件的正負(fù)極性和電阻電容大小、芯片引腳順序等細(xì)節(jié)。5.2元件的焊接與組裝組裝電路是在開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行焊接和連接的，同時(shí)還應(yīng)注意以下等方面。購(gòu)買(mǎi)元器件時(shí)應(yīng)確保元器件的完整和可用性，確保其不會(huì)傷害人體和造成危害所有的電路應(yīng)保證焊接組裝方向一致，以方便焊接和合理安排排線。分離元件應(yīng)仔細(xì)辨明元器件的正反方向，標(biāo)志應(yīng)當(dāng)位于合適的易觀察的位置方便檢查。對(duì)于區(qū)分正負(fù)極性的元件更應(yīng)仔細(xì)，防止燒壞元器件。為了便于后期檢查，根據(jù)作用不同要區(qū)分不同顏色的導(dǎo)線。在焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量做到排版簡(jiǎn)潔和方便。5.3測(cè)試的結(jié)果5.3.1手動(dòng)模式結(jié)果當(dāng)臺(tái)燈處于手動(dòng)模式時(shí)，只有坐姿感應(yīng)和按鍵調(diào)節(jié)燈光功能。下圖為測(cè)試圖片。如圖13所示圖13結(jié)果圖5.3.2自動(dòng)模式結(jié)果當(dāng)處于自動(dòng)模式時(shí)，當(dāng)有人處于臺(tái)燈范圍內(nèi)時(shí)會(huì)自動(dòng)開(kāi)燈，并且會(huì)通過(guò)光敏電阻隨著周?chē)庹諒?qiáng)度的改變而改變臺(tái)燈的亮度。當(dāng)臺(tái)燈范圍內(nèi)無(wú)人時(shí)，經(jīng)過(guò)25秒后臺(tái)燈自動(dòng)熄滅。下圖為測(cè)試結(jié)果圖，如圖14所示圖14

5.3.3坐姿感應(yīng)功能當(dāng)處于自動(dòng)模式時(shí)，會(huì)啟動(dòng)坐姿感應(yīng)功能，當(dāng)學(xué)生距離桌子太近時(shí)，會(huì)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警和紅色二極管發(fā)光提醒。下圖為測(cè)試結(jié)果。如圖15所示圖15參考文獻(xiàn)[1]周瑤.高校教室燈光節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].鄭州大學(xué),2010.[2]居大鵬.LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)[J].電子產(chǎn)品世界,2010,17(11):34-36.[3]賈傳圣,郝敏啟.基于單片機(jī)控制太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電氣制造,2014(12):23-25.[4]李彥.基于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)光場(chǎng)的高精度直線時(shí)柵位移傳感器研究[D].重慶大學(xué),2016.[5]馬瑤.LED晶粒分揀技術(shù)的機(jī)器視覺(jué)研究[D].西安工業(yè)大學(xué),2010.[6]王彥華,劉希璐.光敏電阻器原理及檢測(cè)方法[J].裝備制造技術(shù),2012(12):101-102+113.[7]余敏.可調(diào)光數(shù)字式LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[D].浙江理工大學(xué),2012.[8]郭奇.智能家居控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽(yáng)理工大學(xué),2012.[9]李繼強(qiáng).基于單片機(jī)控制的一款電動(dòng)小車(chē)的設(shè)計(jì)[J].硅谷,2012,5(23):51-52.[10]翟曉雄.POS機(jī)遠(yuǎn)程維護(hù)管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].復(fù)旦大學(xué),2013.[11]林超倫.基于ZigBee的智能小區(qū)LED路燈控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].電子世界,2019(21):146+148.

附錄附錄一元件清單AT89s511片51單片機(jī)最小系統(tǒng)板1個(gè)12M晶振1個(gè)30pF獨(dú)立電容2個(gè)電阻1k2個(gè)電阻10k2個(gè)輕觸開(kāi)關(guān)3個(gè)5mmLED燈珠發(fā)光二極管1個(gè)有源蜂鳴器1個(gè)光敏電阻1個(gè)ADC08321個(gè)三極管2個(gè)HC-SR501人體紅外感應(yīng)傳感器1個(gè)紅外測(cè)距感應(yīng)器1個(gè)電源開(kāi)關(guān)1個(gè)電源座1個(gè)PCB9*15電路板1張導(dǎo)線若干電源線1根

附錄2原理圖附錄3設(shè)計(jì)程序//宏定義#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar//頭函數(shù)#include<reg52.h> ucharpdatatt[51]; //定義空數(shù)組用于AD0832取平均值ucharscale,rsd_sec; //定義占空比比例，熱釋電計(jì)時(shí)秒變量ucharsec;bitbdataflag_auto,flag_rsd,flag_jiejin=1; //位定義自動(dòng)切換的，閃爍標(biāo)志，報(bào)警位標(biāo)志，熱釋電動(dòng)作標(biāo)志，接近傳感器標(biāo)志bitflag_BJ;bitsleep;uintlum; //ad0832讀出值ucharm;//函數(shù)聲明//voiddelay(uchari);//管腳聲明sbitLED=P2^5; //燈光控制輸出sbitLED_ALARM=P2^0;sbitrsd=P3^2;//熱釋電sbitjiejin=P1^4;//接近開(kāi)關(guān)sbitbuzz=P3^3;sbitqiehuan=P3^7;sbitadd=P3^6;sbitdec=P3^5;sbitCS=P1^3; //CS定義腳，連接ADC0832CS腳sbitSCL=P1^0; //SCL定義腳，連接ADC0832SCL腳sbitDO=P1^1; //DO定義腳，連接ADC0832DO腳/*****************延時(shí)函數(shù)：大約1ms************************/voiddelay(uchari){ucharj,k;for(j=i;j>0;j--)for(k=125;k>0;k--);}/***********讀數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)********************************************************/ //請(qǐng)先了解ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換的串行協(xié)議，再來(lái)讀本函數(shù)，主要是對(duì)應(yīng)時(shí)序圖來(lái)理解，本函數(shù)是模擬0832的串行協(xié)議進(jìn)行的unsignedcharad0832read(bitSGL,bitODD){ unsignedchari=0,value=0,value1=0; SCL=0; DO=1; CS=0; //開(kāi)始 SCL=1; //第一個(gè)上升沿 SCL=0; DO=SGL; SCL=1; //第二個(gè)上升沿 SCL=0; DO=ODD; SCL=1; //第三個(gè)上升沿 SCL=0; //第三個(gè)下降沿 DO=1; for(i=0;i<8;i++) { SCL=1; SCL=0;//開(kāi)始從第四個(gè)下降沿接收數(shù)據(jù) value<<=1; if(DO) value++; } for(i=0;i<8;i++) { //接收校驗(yàn)數(shù)據(jù) value1>>=1; if(DO) value1+=0x80; SCL=1; SCL=0; } CS=1; SCL=1; if(value==value1) //與校驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，正確就返回?cái)?shù)據(jù)，否則返回0 returnvalue; return0;}/*****************按鍵函數(shù)*****************/voidwork(){ uintlum_mean,lum_all; ucharb,c; if(qiehuan==0) //自動(dòng)切換按鍵按下 { delay(10); //去抖 if(qiehuan==0) //再次判斷按鍵按下 { buzz=0; //蜂鳴器鳴響 flag_auto=!flag_auto;//自動(dòng)模式標(biāo)志位取反 if(flag_auto==1) //當(dāng)切換到手動(dòng)模式時(shí)首先將LED發(fā)光比例設(shè)置在50% scale=20; buzz=1; } while(!qiehuan);//按鍵釋放松開(kāi)按鍵后關(guān)閉蜂鳴器 } if(flag_auto==1) { if(add==0) //加鍵按下 { delay(10); if(add==0) { scale++; //燈光比例++ if(scale>=41) scale=41; } } if(dec==0) //減鍵按下時(shí) { delay(10); if(dec==0) { scale--; //燈光比例-- if(scale<=1) scale=1; } } } else { if(flag_rsd==1&&sleep==0) //有人在范圍內(nèi)時(shí) { for(b=0;b<49;b++) //將空數(shù)組tt【】?jī)?nèi)數(shù)值整體左移一位 { tt[b]=tt[b+1]; //將后一數(shù)值放到前一位置 } tt[49]=ad0832read(1,0);//將讀出的ad數(shù)值放入tt【49】 for(c=0;c<50;c++) //將tt【】?jī)?nèi)數(shù)值相加 { lum_all=lum_all+tt[c]; } lum_mean=lum_all/50; //將總數(shù)/50取出平均值 lum_all=0; //將總數(shù)清零 if(lum_mean<=30)scale=1; //判斷取出平均值大小小于30發(fā)光強(qiáng)度0% elseif(lum_mean>=150)scale=41; //大于150發(fā)光強(qiáng)度100% elsescale=((lum_mean-30)/3)+1; //其他值時(shí)將其計(jì)算得到發(fā)光強(qiáng)度（計(jì)算目的是為了得到一個(gè)1-41之間的數(shù)值控制燈光變化） } else { scale=1;