湖南商務職業技術學院畢業設計

目錄

1產品研究意義...........................................................................................................5

2產品功能分析...........................................................................................................5

3設計方案遴選...........................................................................................................5

3.1系統設計方案.................................................................................................5

3.2單片機的選擇.................................................................................................6

3.3系統框圖的設計.............................................................................................6

4產品硬件設計...........................................................................................................6

4.1ST89C52的介紹以及最小系統電路..............................................................6

4.2LED照明電路設計..........................................................................................7

4.3光照強度采集電路.........................................................................................8

4.4HC-SR501人體紅外檢測電路........................................................................8

4.5按鍵輸入模塊.................................................................................................9

5產品軟件設計.........................................................................................................10

5.1主程序流程圖...............................................................................................10

5.2模數轉換程序流程圖設計...........................................................................11

5.3PWM調光程序流程圖設計..........................................................................12

6產品使用說明書.....................................................................................................13

6.1產品配置圖...................................................................................................13

6.2產品調試.......................................................................................................14

6.3產品的功能介紹以及使用說明...................................................................14

附錄.............................................................................................................................16

參考文獻.....................................................................................................................26

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基于51單片機智能臺燈的設計與制作

1產品研究意義

伴隨著全球氣候變暖跟能源危機日益嚴重的問題，節能環保已經成為了全

球普遍關注的問題，為了提高我國照明用電比例的提高，LED燈出現了。它是

繼高強度放電燈、白熾燈、熒光燈之后的新光源，LED燈的固態照明是典型的

綠色照明方式，跟以往的光源相比，LED具有環保、節能、體積小、壽命長、

安全可靠等優點。

現在市場上采用熒光燈、白熾燈、鹵素燈作為光源的臺燈很多都存在著能

源消耗高、低效率、調光難等缺點。部分臺燈產品的功能很單一，缺少亮度調

節、自動調節、人體感應等功能，在現代家庭中無法適應。而智能臺燈可以在

黑暗中自動開關燈的，在房間沒人的情況下可以自動熄滅，可以根據外界環境

的亮度強度自動調節燈光強度，在做到最大化的節能的同時還可以給使用者帶

來便捷。

2產品功能分析

系統以STC89C52單片機為核心和電阻電容晶振等器件，構成單片機最小

系統，其它模塊圍繞單片機最小系統工作，其它模塊分別為LED照明電路、光

照強度采集電路、HC-SR501人體紅外檢測電路、按鍵輸入模塊。光照強度采集

電路是用來檢測外界環境亮度強度的，用來自動控制LED等的亮度；LED照明

電路提供照明燈光；HC-SR501人體紅外檢測電路的作用是檢測周圍是否有人存

在，沒人會自動熄滅；按鍵輸入模塊的作用就是控制臺燈模式的選擇和手動調

節燈光的大小。

3設計方案遴選

3.1系統設計方案

方案一：采用直流電LED的調光技術,如果LED的亮度需要改變,相對容易實

現,LED的亮度是要靠它的決定的的亮度越大,在一個特定的它的亮度就越亮,反

之它的亮度就越小。

方案二：采用脈寬調制（PWM）來調光，LED是一個發光二極管，它可以快

速實現開關。這一特點是其他的發光器件所無法比擬的。PWM調光具有調光精

確、可以和任何數字控制技術結合起來進行控制，PWM調光可以通過軟件的簡

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單實現，使用的范圍很廣闊。所以這里我們選擇方案二。

3.2單片機的選擇

采用STC89C52作為系統的控制器。STC89C52單片機具有可靠性強、性價

比高、電壓低、功耗低等優點，他的算術運算功能強，軟件編程靈活，自由度

大，可用軟件編程實現各種邏輯功能，帶有定時器、計數器，可以用來定時和

計數，并且其功耗低，體積小，計數成熟和成本低等優點，所以我選擇的是

它。

3.3系統框圖的設計

3.1系統設計框圖

4產品硬件設計

4.1ST89C52的介紹以及最小系統電路

1、ST89C52的介紹

STC89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含

2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫

口線。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產

品的需求。

2、ST89C52最小系統電路

由ST89C52單片機、晶振電路部分、復位電路部分、電源電路等四個部分

組成。

晶振電路包括2個30pF的電容C2和C3，以及12M的晶振X1。電容的作

用在這里是起振作用，幫助晶振更容易的起振，取值范圍是15-33pF。晶振的

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取值也可以是24M，晶振的取值越高，單片機的執行速度越快。在進行電路設

計的時候，晶振部分越靠近單片機越好。

單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現死機，按下

重啟按鈕電腦內部的程序從頭開始執行。單片機也一樣，當單片機系統在運行

中，受到環境干擾出現程序跑飛的時候，按下復位按鈕內部的程序自動從頭開

始執行。復位電路由10uF的極性電容C1和10K的電阻R4構成。利用電容電

壓不能突變的性質,可以知道,當系統一上電，RESET腳將會出現高電平，并且

這個高電平持續的時間由電路的RC值來決定。典型的51單片機當RESET腳的

高電平持續兩個機器周期以上就將復位，所以適當組合RC的取值就可以保證

可靠的復位。

最后一個是電源部分，采用5V的USB直接供電，可采用手機充電器、電

腦USB口、移動電源等設備進行供電。

ST89C52最小系統電路如下圖4.1所示。

U1

VCC

LED140

P10VCC

KEY1239

P11P00

KEY2338

P12P01

KEY3437

P13P02

VCCLight536

P14P03

635

P15P04

734

C1P16P05

833

10uFP17P06

932

RESETP07

1031

P30/RXDEAVCC

R41130

P31/TXDALE

10K1229

P32/INT0PSEN

1328

P33/INT1P27

1427

P34/T0P26

1526

P35/T1P25

GND1625

P36/WRP24

1724CS

P37/RDP23

1823HC

X1XTAL2P22

121922DAT

XTAL1P21

2021CLK

GNDP20

12M

C2C3

30pF30pF

GND

GND

圖4.1ST89C52最小系統電路

4.2LED照明電路設計

LED照明電路設計如下圖4.2所示，采用由PNP三極管作為照明電路的驅

動控制，三極管型號為S8550,基極串聯一個限流電阻后接入單片機IO口,發射

極接電源,集電極并聯USB小燈后接入GND。

只要單片機該IO口輸出一個低電平信號，即可控制三極管導通，繼而點

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亮LED燈。在實際設計中，采用通過單片機輸出PWM信號來控制燈的亮度。

VCC

LightQ1

8550

D2

+USB-Light

-

GND

圖4.2LED照明電路

4.3光照強度采集電路

照強度采集電路如下圖4.3所示，這個板塊的作用是采集燈光，檢測外界

環境亮度的強度，然后再來控制臺燈的亮度大小，電路由一個光敏電阻來對外

界自然光進行采集，由ADC0832將光照模擬信號轉化為數字信號傳給單片機進

行處理，進而達到控制效果。

VCC

VCC

R1

RG

U3

CS18

CSVCC

27CLK

CH0CLK

36DAT

CH1D0

45DAT

GNDDI

R6

10KADC0832

GND

GND

圖4.3照強度采集電路

4.4HC-SR501人體紅外檢測電路

HC-SR501人體紅外檢測電路及實物如下圖4.4所示，模塊引出3個引腳，

其中第1腳和第3腳分別連接VCC和GND給模塊，第2腳接單片機的IO口P22，

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當有人出現在模塊的檢測范圍內時，該引腳輸出高電平，沒人輸出低電平。

U2HC-SR501

HC-SR501

TD

C

CUN

VOG

123

VCCGND

HC

圖4.4人體紅外檢測電路及實物

4.5按鍵輸入模塊

按鍵電路如下圖4.5所示，本設計中按鍵有3個按鍵，分別是模式切換按

鍵、亮度減少按鍵和亮度增加按鍵。

K1

KEY1

K2

KEY2

K3

KEY3

GND

圖4.5按鍵電路

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5產品軟件設計

5.1主程序流程圖

圖5.1主程序流程圖

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5.2模數轉換程序流程圖設計

在讀取數據之前，單片機會發送信號給adc芯片，因為adc0832有兩個通

道，所以需要去選擇是那個通道然后進行轉化。

圖5.2模數轉換流程圖

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5.3PWM調光程序流程圖設計

原理是確定一個固定的時間周期，在合適的周期下臺燈才不會出現閃爍的現

象。然后在這個周期里面確定不同的高低電平的比例，從而調節臺燈的不同亮

度。

圖5.3PWM調光程序流程圖

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6產品使用說明書

6.1產品配置圖

圖6.1作品實物圖

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6.2產品調試

檢查產品的焊接情況，查看是否焊接好所有元器件，檢查有沒有焊接錯誤的

地方，然后用萬用表檢查是否出現短路、短路的現象，然后通電查看是否一切

正常。

檢查編寫好的程序，沒有問題之后燒錄單片機。

6.3產品的功能介紹以及使用說明

1、接通電源打開開關，臺燈亮起，默認模式是自動模式，光照采集系統根據外

界燈光強度自動調節臺燈亮度，人體紅外檢測模塊檢測周圍是否有人，沒人1

分鐘會自動熄滅。

2、自動模式下，光照采集模塊根據外界環境亮度強度調節臺燈亮度，外界環境

越亮臺燈越暗（用打火機的光照模擬外界環境亮度強），相反臺燈亮度就越高

（用手遮住光敏電阻模擬外界光照環境弱）。

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3、自動模式下，人體紅外檢測系統檢測周圍是否有人，沒有檢測到自動熄滅

（用盒子蓋住人體紅外檢測模擬無人情況），檢測到就會自動打開。

4、按下k1，臺燈轉化為自動模式，不再受外界環境影響，人體紅外檢測系統不

再檢測，通過k2、k3調節臺燈亮度，k2減小，k3增強。

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附錄

附錄1元器件清單

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附錄２電路原理圖

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附錄3PCB設計圖

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附錄4作品實物照

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附錄5軟件程序代碼

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#defineucharunsignedchar//以后unsignedchar就可以用uchar代替

#defineuintunsignedint//以后unsignedint就可以用uint代替

sbitLED=P1^0;//模式指示燈，亮是自動模式，滅是手動模式

sbitLamp=P1^4;//臺燈控制引腳

sbitKey1=P1^1;//按鍵1，模式切換按鍵

sbitKey2=P1^2;//按鍵2，亮度減少按鍵

sbitKey3=P1^3;//按鍵3，亮度增加按鍵

sbitADC_CS=P2^3;//ADC0832的CS引腳

sbitADC_CLK=P2^0;//ADC0832的CLK引腳

sbitADC_DAT=P2^1;//ADC0832的DI/DO引腳

sbitModule=P2^2;//人體紅外檢測模塊

uchargCount=0;//全局計數變量

uchargIndex;//亮度變量，0是最暗，9是最亮，一共10檔

uintgTime=0;//計時變量，用于計時多久沒檢測到有人

/*********************************************************/

//毫秒級的延時函數，time是要延時的毫秒數

/*********************************************************/

voidDelayMs(uinttime)

{

uinti,j;

for(i=0;i<time;i++)

for(j=0;j<112;j++);

}

/*********************************************************/

//ADC0832的時鐘脈沖

/*********************************************************/

voidWavePlus()

{

_nop_();

ADC_CLK=1;

_nop_();

ADC_CLK=0;

}

/*********************************************************/

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//獲取指定通道的A/D轉換結果

/*********************************************************/

ucharGet_ADC0832()

{

uchari;

uchardat1=0;

uchardat2=0;

ADC_CLK=0;//電平初始化

ADC_DAT=1;

_nop_();

ADC_CS=0;

WavePlus();//起始信號

ADC_DAT=1;

WavePlus();//通道選擇的第一位

ADC_DAT=0;

WavePlus();//通道選擇的第二位

ADC_DAT=1;

for(i=0;i<8;i++)//第一次讀取

{

dat1<<=1;

WavePlus();

if(ADC_DAT)

dat1=dat1|0x01;

else

dat1=dat1|0x00;

}

for(i=0;i<8;i++)//第二次讀取

{

dat2>>=1;

if(ADC_DAT)

dat2=dat2|0x80;

else

dat2=dat2|0x00;

WavePlus();

}

_nop_();//結束此次傳輸

ADC_DAT=1;

ADC_CLK=1;

ADC_CS=1;

if(dat1==dat2)//返回采集結果

returndat1;

else

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return0;

}

/*********************************************************/

//定時器初始化

/*********************************************************/

voidTimerInit()

{

TMOD=0x01;//使用定時器0，工作方式1

TH0=252;//給定時器0的TH0裝初值

TL0=24;//給定時器0的TL0裝初值

ET0=1;//定時器0中斷使能

EA=1;//打開總中斷

TR0=1;//啟動定時器0

}

/*********************************************************/

//手動控制

/*********************************************************/

voidManualControl()

{

//亮度減少

if(Key2==0)//如果按鍵2被按下去

{

if(gIndex>0)//只要當前亮度不為最低才能減少亮度

{

gIndex--;//亮度降低一檔

DelayMs(300);//延時0.3秒

}

}

//亮度增加

if(Key3==0)//如果按鍵3被按下去

{

if(gIndex<9)//只要當前亮度不為最高才能增加亮度

{

gIndex++;//亮度增加一檔

DelayMs(300);//延時0.3秒

}

}

}

/*********************************************************/

//自動控制

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/*********************************************************/

voidAutoControl(ucharnum)

{

if(num<59)//最亮

gIndex=9;

elseif((num>65)&&(num<81))//第二亮

gIndex=8;

elseif((num>87)&&(num<103))//第三亮

gIndex=7;

elseif((num>109)&&(num<125))

gIndex=6;

elseif((num>131)&&(num<147))

gIndex=5;

elseif((num>153)&&(num<169))

gIndex=4;

elseif((num>175)&&(num<191))

gIndex=3;

elseif((num>197)&&(num<213))

gIndex=2;

elseif((num>219)&&(num<235))

gIndex=1;

elseif(num>241)//最暗

gIndex=0;

}

/*********************************************************/

//主函數

/*********************************************************/

voidmain()

{

ucharret;

TimerInit();//定時器初始化

LED=0;//指示燈點亮(自動模式指示燈)

ret=Get_ADC0832();//獲取AD采集結果(環境光照強度)

AutoControl(ret);//上電先進行一次自動亮度控制

AutoControl(ret+7);

while(1)

{

/*模式切換控制*/

if(Key1==0)//如果按鍵1被按下去

{

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LED=~LED;//切換LED燈狀態

if(LED==0)//如果切換后是自動模式的話

{

ret=Get_ADC0832();//獲取AD采集結果(環境光照強度)

AutoControl(ret);//進行一次自動亮度調整

AutoControl(ret+7);

}

DelayMs(10);//延時消除按鍵按下的抖動

while(!Key1);//等待按鍵釋放

DelayMs(10);//延時消除按鍵松開的抖動

}

/*亮度控制*/

if(LED==1)//如果LED是滅的

{

ManualControl();//則進行手動控制

}

else//如果LED是亮的

{

if(gTime<60000)//如果最近60秒內檢測到有人

{

ret=Get_ADC0832();//獲取AD采集結果(環境光照強度)

AutoControl(ret);//進行自動控制

DelayMs(200);

}

}

/*檢測是否有人*/

if(Module==1)

{

gTime=0;//檢測到有人，則把60秒計時清零

}

if(gTime>60000)//如果gTime的值超過了60000

{

gTime=60000;