基于單片機(jī)的智能臺(tái)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要社會(huì)在不斷進(jìn)步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著家用用電器的發(fā)展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發(fā)展，作為家用電器當(dāng)中的小臺(tái)燈也要順應(yīng)科技的發(fā)展步伐走向智能化。雖然按鍵式的臺(tái)燈還是臺(tái)燈市場的主體，但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們的需求變化，傳統(tǒng)的臺(tái)燈已經(jīng)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺(tái)燈有許多普通按鍵臺(tái)燈所無法比及的優(yōu)勢，智能化臺(tái)燈可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保，同時(shí)，光線過強(qiáng)、過弱都會(huì)給人眼造成傷害。光控臺(tái)燈是在普通調(diào)光臺(tái)燈的基礎(chǔ)上加裝一個(gè)光控電路，使其能夠根據(jù)周圍的環(huán)境照度自動(dòng)調(diào)整臺(tái)燈亮度。當(dāng)環(huán)境照度較弱時(shí)，光控臺(tái)燈亮度就大；當(dāng)環(huán)境照度較弱時(shí)，光控臺(tái)燈亮度就小。智能型電器產(chǎn)品由于它們的巨大優(yōu)勢將漸漸進(jìn)入人們的生活中。本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的“自動(dòng)控制裝置”主要以單片機(jī)、光照傳感器、控制電路等組成；單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理中心，通過光線傳感器感應(yīng)臺(tái)燈周圍環(huán)境照度的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈的照度來達(dá)到合適的工作或者生活的光照環(huán)境。關(guān)鍵詞：智能臺(tái)燈單片機(jī)STC89C51目錄TOC\o"1-1"\t"標(biāo)題2,1,標(biāo)題3,1"\h\u91631緒論 圖3.1臺(tái)燈自動(dòng)調(diào)光裝置最小系統(tǒng)及復(fù)位電路圖3.2臺(tái)燈ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)在自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光照度的照明模式下，自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置是用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器將周圍環(huán)境照度的模擬量裝換為數(shù)字量發(fā)送給單片機(jī)。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳介紹：CS：片選使能，低電平芯片使能；CH0：模擬輸入通道0；CH1：模擬輸入通道1；GND：電源地；DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制；DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出；CLK：時(shí)鐘輸入；VCC：

電源輸入及參考電壓輸入。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器電路圖如圖3.2所示。圖3.2ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊電路圖3.3LED（臺(tái)燈）驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)在臺(tái)燈照明過程中，無論是自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光照度模式還是手動(dòng)調(diào)節(jié)燈光照度模式，都是由單片機(jī)執(zhí)行程序后將指令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)電路由驅(qū)動(dòng)電路點(diǎn)亮臺(tái)燈。由于要保證電路安全穩(wěn)定地運(yùn)行，在STC89C51單片機(jī)第26個(gè)引腳的驅(qū)動(dòng)電路串聯(lián)一個(gè)阻值為1k的電阻，其目的是保護(hù)單片機(jī)在加上非正常電壓時(shí)不被燒壞。由于這個(gè)電阻的串聯(lián)使從單片機(jī)流出的電壓非常小，不足以點(diǎn)亮臺(tái)燈，因此采取了類似于繼電器工作原理的結(jié)構(gòu)。用電源直接為臺(tái)燈供電，三極管在這里充當(dāng)開關(guān)的作用，單片機(jī)輸出電流微控制開關(guān)的變量，這樣的結(jié)構(gòu)既可以保護(hù)單片機(jī)，又可以為臺(tái)燈提供充足穩(wěn)定的電源。圖3.3LED（臺(tái)燈）驅(qū)動(dòng)電路圖3.4供電模塊及按鍵模塊電路設(shè)計(jì)供電模塊是為整個(gè)電路提供電源，結(jié)合日常使用電的習(xí)慣在供電模塊中加入了一個(gè)六角自鎖開關(guān)。通過六角自鎖開關(guān)可以控制整個(gè)電路電源，用來應(yīng)對停電或者是其他情況電源對整個(gè)電路的損害，可以在必要的時(shí)候切斷整個(gè)電路的電源以保護(hù)電路不被燒壞。六角自鎖開關(guān)：六腳開關(guān)也就是我們說的雙刀雙擲開關(guān)，引腳共2排，每排3個(gè)引腳，中間一根是公共端，對應(yīng)他左右2個(gè)腳一個(gè)常開一個(gè)常閉，另外一排和這個(gè)一樣，常開對常開，公共點(diǎn)對公共點(diǎn)，常閉對常閉，但是是完全獨(dú)立的2組，除非你在PCB上將他們連接起來才是通的。圖3.4供電模塊電路圖按鍵模塊的四腳按鍵開關(guān)跟我們平時(shí)用的輕觸開關(guān)、六腳開關(guān)是一個(gè)類型的東西，四腳按鍵開關(guān)不能夠自鎖，但是，每當(dāng)按下去一次，信號就發(fā)生一次跳變。未按下時(shí)只有兩組引腳連接，按下之后，四個(gè)引腳連接在一起。圖3.5按鍵模塊電路圖4軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)概述程序的設(shè)計(jì)是本次系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)條件，選擇合適的編譯工具可以大大縮減編程的時(shí)間，提高軟件設(shè)計(jì)的效率。本次選擇采用KEIL作為本次軟件設(shè)計(jì)的編程環(huán)境；本次編程語言選擇采用C語言，因?yàn)镃語言有著層次清晰、可讀性高，具備可遷移性等優(yōu)點(diǎn)。不僅滿足本次工作功能實(shí)現(xiàn)的需求，同時(shí)也為后續(xù)的調(diào)試和功能擴(kuò)展等需求提供了重要保障。照度檢測及自動(dòng)調(diào)光裝置由STC89C51單片機(jī)模塊，ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)模塊以及按鍵模塊組成。臺(tái)燈照明主程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2臺(tái)燈照明主程序流程圖使用者將臺(tái)燈接通電源打開開關(guān)時(shí)，臺(tái)燈照明模式默認(rèn)為自動(dòng)照明，此時(shí)照度檢測裝置會(huì)檢測周圍環(huán)境照度，將信息通過模數(shù)裝換器發(fā)送給單片機(jī)，再由單片機(jī)執(zhí)行程序后臺(tái)燈調(diào)光照明。如果用戶按下切換模式按鈕，臺(tái)燈亮度調(diào)節(jié)為50%，然后根據(jù)使用者需要通過按下增強(qiáng)按鈕或者減弱按鈕調(diào)節(jié)臺(tái)燈照度。4.2ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器工作原理在自動(dòng)調(diào)節(jié)照度模式下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將外界模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量起到了至關(guān)重要的作用。正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)使用并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以在I/O口資源緊張時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘(CLK)輸入端輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第二、三個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入兩位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。ADC0832工作流程圖如圖4.3所示。圖4.3ADC0832流程圖4.3按鍵程序設(shè)計(jì)臺(tái)燈照度檢測及自動(dòng)調(diào)光裝置一共有4個(gè)按鍵，其中1個(gè)按鍵為程序復(fù)位按鍵，另外3個(gè)按鍵屬于功能型按鍵。程序復(fù)位按鍵在單片機(jī)最小系統(tǒng)的復(fù)位電路中，其作用是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)死循環(huán)或者出現(xiàn)異常工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，方便使用者處理故障以確保臺(tái)燈的正常照明工作。3個(gè)功能按鍵分別為：切換模式按鍵、手動(dòng)模式下亮度提高按鍵和亮度降低按鍵。此裝置的按鍵采用了四腳按鈕，四腳按鈕的功能與普通二腳按鈕沒有任何區(qū)別。但是在實(shí)際使用中，四腳按鈕相對來說比較方便，而且多出的兩腳可以滿足更多的設(shè)計(jì)需求，還可以起到很好的固定作用。四腳按鈕工作原理：這種開關(guān)的工作原理，其實(shí)和普通按鈕開關(guān)的工作原理差不多，由常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)組合而成，在四腳按鍵開關(guān)中，常開觸點(diǎn)的作用，就是當(dāng)壓力向常開觸點(diǎn)施壓時(shí)，這個(gè)電路就呈現(xiàn)接通狀態(tài)；當(dāng)撤銷這種壓力的時(shí)候，就恢復(fù)到了原始的常閉觸點(diǎn)，也就是所謂的斷開。這個(gè)施壓的力，就是用我們的手去開按鈕、關(guān)按鈕的動(dòng)作。關(guān)于開關(guān)的焊接，則需要確認(rèn)生產(chǎn)時(shí)候的條件。因條件的不同，端子上施加的符合，變形劣化也是有可能出現(xiàn)的，所以在使用時(shí)候一定要注意這一點(diǎn)。對于四腳按鍵開關(guān)的熱應(yīng)力影響，要在使用之前做好充分的確認(rèn)準(zhǔn)備；兩次焊接過程，請?jiān)诘谝淮魏附又?，恢?fù)到常溫狀態(tài)之下在進(jìn)行二次焊接，如果連續(xù)加熱的話，會(huì)對四腳按鍵開關(guān)的外形產(chǎn)生變化，端子也可能脫落，導(dǎo)致電特性降低。四腳按鍵開關(guān)的電阻負(fù)載，是前提設(shè)計(jì)好了的，使用其他負(fù)荷時(shí)，請注意確認(rèn)。5光源的選擇5.1光源的種類從1879年愛迪生發(fā)明了電燈后，臺(tái)燈就開始出現(xiàn)在人們的生活中了，這也就意味著臺(tái)燈的發(fā)展就此開始。這么多年發(fā)展以來，臺(tái)燈的高質(zhì)量光源一直是人們所追求的，主要的光源種類有：白熾燈、鹵素?zé)?、日光燈、熒光燈、LED燈。白熾燈：是最傳統(tǒng)的鎢絲燈，歷史悠久。其發(fā)光原理是：鎢絲通電后發(fā)熱，再發(fā)光，所以白熾燈也是熱發(fā)光，其光譜連續(xù)，色溫基本恒定，是2700K左右。優(yōu)點(diǎn)：光譜連續(xù)、最接近于自然光；顯色指數(shù)高。缺點(diǎn)：能效最低：白熾燈的能效只有節(jié)能燈的五分之一，LED燈的八分之一左右。熱效應(yīng)比較明顯，燈罩的設(shè)計(jì)要特別注意散熱問題。熱容量另外白熾燈的鎢絲細(xì)長，玻璃脆弱，壽命較短。白熾燈有一定的頻閃效應(yīng)，但因其光譜連續(xù)，其頻閃影響不大，是完全可接受的。鹵素?zé)簦罕举|(zhì)也是鎢絲燈，是傳統(tǒng)白熾燈的改進(jìn)（在燈珠里有鹵元素，會(huì)形成鎢原子的內(nèi)循環(huán)），其壽命比白熾燈明顯延長，能效提高一倍左右，體積更小。鹵素?zé)粢彩菬岚l(fā)光，其光譜連續(xù)，色溫是2700K左右。優(yōu)點(diǎn)：光譜與白熾燈相同，是連續(xù)的、最接近于自然光；顯色指數(shù)高。鹵素?zé)舻念l閃比白熾燈要小，完全可接受。缺點(diǎn)：能效雖比白熾燈高，但還是只有節(jié)能燈的五分之二，LED燈的四分之一左右。熱效應(yīng)較明顯，燈罩的設(shè)計(jì)也要注意散熱問題。鎢絲燈發(fā)光點(diǎn)較小，燈罩應(yīng)采用散光片以使得照射區(qū)域光線均勻。傳統(tǒng)的日光燈：細(xì)長條的熒光燈管，采用電感鎮(zhèn)流器和啟輝器啟動(dòng)。其色溫一般是6500K左右，屬冷白色。優(yōu)點(diǎn)：能效相對較高；發(fā)光點(diǎn)比較大，不易產(chǎn)生對比度強(qiáng)的陰影。缺點(diǎn)：光譜不連續(xù)；顯示指數(shù)不高，發(fā)出的光線有100赫茲的閃爍（即頻閃），且波動(dòng)深度很大，達(dá)55%左右，人眼能覺察得到，易產(chǎn)生眼疲勞，不利于近距離閱讀/寫字。通常用于公共照明。熒光節(jié)能燈：傳統(tǒng)日光燈的改進(jìn)，有U字形的，有細(xì)長條的、也有圓管形的?，F(xiàn)代的節(jié)能燈一般采用三基色熒光燈管，其驅(qū)動(dòng)電路一般采用電子鎮(zhèn)流器。其色溫一般有2700K（暖白），4500K（正白），和6500K（冷白）三類。優(yōu)點(diǎn)：能效高；光線比較穩(wěn)定（頻閃很?。?；顯色指數(shù)較高，發(fā)光點(diǎn)較大，是室內(nèi)照明比較理想的選擇。缺點(diǎn)：三基色光譜，不太連續(xù)；其驅(qū)動(dòng)電路會(huì)產(chǎn)生電磁干擾信號（30-50kHz）。LED燈：從2010年左右才興起的，其能效非常高，熱效應(yīng)很小。因其體積小，可以做成各種形狀。其驅(qū)動(dòng)電路一般采用電子直流鎮(zhèn)流器。其色溫比較靈活，但一般分2700K（暖白，模擬白熾燈/鹵素?zé)舻纳珳兀?500K（正白），和6500K（冷白）三類。優(yōu)點(diǎn)：成本低、能效高、光線穩(wěn)定、體積??；燈具可以做得非常時(shí)尚（是很好的賣點(diǎn)）。缺點(diǎn)：光譜不連續(xù)、較窄，其中藍(lán)光成分較強(qiáng)。LED有光衰現(xiàn)象（亮度隨時(shí)間推移而下降）。發(fā)光點(diǎn)較小，燈罩應(yīng)采用散光片以使得照射區(qū)域光線均勻。LED燈的技術(shù)在不斷的發(fā)展，在未來可能與OLED一起成為照明的主流光源。5.2光源的選擇對于光源類型，鹵素?zé)?、熒光?jié)能燈和LED燈各有所長，都不完美。因此，只能根據(jù)相關(guān)的特性來選擇光源類型，因?yàn)榛旧喜荒苊婷婢愕?。如果用鹵素?zé)?白熾燈，那么選只帶簡單開/關(guān)的臺(tái)燈，而不用自帶調(diào)光功能的臺(tái)燈。這些調(diào)光臺(tái)燈都采用快速開關(guān)電流的方式來實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能，這會(huì)帶來嚴(yán)重的頻閃問題，即光線的波動(dòng)幅度非常大，容易引起視力疲勞。如用LED燈，那么色溫不宜超過4000K，還要有藍(lán)光安全性認(rèn)證。LED臺(tái)燈性能不僅與LED光源有關(guān)，還與驅(qū)動(dòng)光源的電路有關(guān)。在所有這些特性中，光譜和光線穩(wěn)定性是與“護(hù)眼”最相關(guān)的因素。顯色性對于專業(yè)人士很重要，但對家居照明來說，影響不大，而且現(xiàn)在的光源顯色指數(shù)一般都不低。色溫與眼睛的健康關(guān)系不大，但對人的心理感覺有明顯影響，如暖白色讓人在夏天覺得熱，在冬天讓人覺得暖和；而冷白色在夏天讓人覺得涼快，在冬天讓人覺得冷。當(dāng)然這只是心理感覺，事實(shí)顯然不是如此。一般家居環(huán)境，色溫<5300屬于常見類型。另外，因臺(tái)燈的功率不大，占家庭用電的比例很小，所以不必從“能效”的角度去選光源。當(dāng)然也不必排斥“節(jié)能”，只是，為了名義上的“節(jié)能”而傷害眼睛。從目前的技術(shù)發(fā)展階段來看，白熾燈雖然光譜好，但因?yàn)槟苄У?，已基本淘汰；鹵素?zé)舻墓庾V非常好，能效有所提高，因此還有很多其他應(yīng)用，例如一些高端場所；熒光節(jié)能燈的各種特性都是折中，為大眾廣泛接受；LED燈在目前還有不少問題，但是由于技術(shù)的進(jìn)步和市場的監(jiān)管，LED的質(zhì)量得到了很好的保證。根據(jù)光源的比較，LED燈已經(jīng)是臺(tái)燈光源的主流，不過需要注意的是LED燈因?yàn)楣庾V不連續(xù)且很窄，一定要避免頻閃問題。對于有頻閃的LED燈，一定不可以使用。不然輕則影響使用舒適度，重則嚴(yán)重危害視力。6實(shí)物測試6.1實(shí)物電路焊接根據(jù)原理圖把需要用到的元件在萬用板上放到合理的位置，仔細(xì)檢查核對元件后完成實(shí)物焊接工作。焊接電路時(shí)需要注意選擇合適的焊接溫度，電烙鐵的焊接溫度過高或者過低，都容易造成焊接不良。焊接元器件遵循從小到大的原則，焊接元器件要先焊接小，再焊接大。有些元件注意極性反向，像一些電容、電阻、二極管和三極管，是有極性方向的，在焊接時(shí)要避免接反。注意錫不易過多，焊接時(shí)要確保焊點(diǎn)的周圍都有錫，防止虛焊，但并不是錫越多越好，當(dāng)焊點(diǎn)的錫量層錐形即是最好的。電路板焊接時(shí)還要注意通風(fēng)，可以選擇配備一個(gè)抽風(fēng)機(jī)，防止焊接時(shí)產(chǎn)生的氣體吸入人體，對人體造成傷害。圖6.1實(shí)物電路6.2實(shí)物功能測試手動(dòng)調(diào)節(jié)模式下：臺(tái)燈照度由按鈕手動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)需要調(diào)節(jié)光線照度。這里的采用了PWM控制技術(shù)。PWM控制的基本原理是：對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有，要么完全無。電壓或電流源是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。在模擬電路中，模擬信號的值可以連續(xù)進(jìn)行變化，在時(shí)間和值的幅度上都幾乎沒有限制，基本上可以取任何實(shí)數(shù)值，輸入與輸出也呈線性變化。所以在模擬電路中，電壓和電流可直接用來進(jìn)行控制對象。圖6.2光線照度高和光線照度低自動(dòng)調(diào)節(jié)模式下：按下切換按鈕，臺(tái)燈照度調(diào)至50%，然后自動(dòng)根據(jù)環(huán)境照度調(diào)節(jié)。實(shí)物測試時(shí)，用其他照明工具改變環(huán)境照度，以此來模擬實(shí)際使用場景。圖6.3環(huán)境照度較高的情況下臺(tái)燈照明亮度圖6.4環(huán)境照度較低的情況下臺(tái)燈亮度圖6.5環(huán)境照度到達(dá)一定程度臺(tái)燈熄滅參考文獻(xiàn)[1]劉爽,劉紅喜,蒲鵬帥,崔繼誠.基于Arduino的電子調(diào)光臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2021(22):3-4.[2]唐云卿.基于深度學(xué)習(xí)的低照度車輛檢測方法研究[D].東華大學(xué),2021.[3]賈文輝,陳越超.智能電子調(diào)光臺(tái)燈設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī),2021,52(10):188-189.[4]顧德英,王娜,李文超,陳龍.基于模型融合的低照度環(huán)境下車道線檢測方法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,42(03):305-309.[5]修亞男,穆平安,戴曙光,朱婉儀.車燈模組的照度檢測研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào),2020,41(10):1212-1217.[6]吳俊杰,項(xiàng)華.從調(diào)光臺(tái)燈到角度傳感器的標(biāo)定[J].中國信息技術(shù)教育,2020(19):90-92.[7]李向豐.移動(dòng)式道路照度檢測系統(tǒng)[D].大連工業(yè)大學(xué),2020.[8]汪磊磊.天然光影響下的室內(nèi)照明照度檢測方法研究[J].綠色建筑,2020,12(03):60-62.[9]盧印舉.基于機(jī)器視覺的燈模組照度檢測研究[J].信息與電腦(理論版),2020,32(09):52-53.[10]陳茂凌,楊卉娟,韓冰.教室照明中照度檢測方法的探討[J].光源與照明,2019(01):1-3.[11]龔煜涵,姬慶慶.一種控溫調(diào)光臺(tái)燈[J].科學(xué)大