智能led照明控制系统设计说明书.pdf
智能led照明控制系统设计说明书无锡职业技术学院毕业设计说明书(论文)智能led照明控制系统摘要:木系统以单片机80C51为核心部件,利用光线度检测技术、光电传感器接收技术并配合·套独特的软件算法实现了路灯自动开关、声光控制电路等功能。在系统设计过程中,联系实际路灯状况,力求硬件线路简单,元件价格经济,充分发挥软件编程广便灵活的特点来满足系统设计要求。关键词:单片机、光明二极管、话筒、A①D转换器、传感器。1.引言随着电子技术的迅猛发展,单片机技术已渗透到航、国防、工业。农业、日常生活等各个领域,成为当今世界科技现代化不可缺少的重要工具和强有力武器。用单片机研制的各个智能化测量控制仪表周期短、成木低,在一起、仪表与机电一体化产品的设计中具有明显的优势。这次用单片机设计制作一个走廊路灯控制系统光控电路冇着广泛的应用。比如城市中的路灯或楼道照明等一般都是由人工操作的,如果采用光控电路,根据光线的强弱来自动开启和关闭照明灯,做刭无人自动控制,可以减轻工人的劳动强度,有效的节约能源。但光控电路有其缺陷,就是夜晩无光线的时候,照明灯将一直工作着,这样会造成资源的浪费,也会缩短照明灯的寿命。这时若在光控电路的基础上添加一个声控电路,使得照明电路在无光线的时候,只受声音的控制,当有脚步声或其它较强声响的时候,照明电路自动工作声音消失的时候,照明灯自动熄灭,这就需要在光控电路和声控电路联合工作的条件下添加一个延时电路,使照明灯点亮后,延时一定吋间后自动熄灭。以上电路的设计非常简单,是通过RC震荡来完成电路的延时作用,它没有经过单片机的控制,所以电路完成的功能有限而且也不是非常稳定,所以我们把单片杋加入走廊路大控制电路能使得电路更加的完美和稳定。如果在此电路基础上加入ADC0809转换器就可以拓展单片机的作用,使得电路的功能得到进一步的提升,达到木课题的设计要求。使用这种照明电路,人们就不必在黑暗中摸索开关,也不必再担心点长明灯费电和损坏灯泡了。夜间只要有脚步声或其它较强的声响时,灯便自动点亮,延时定时间后自动熄灭。特别适用自动控制路灯照明以及走廊和楼道等处的短吋照明声光控灯在市场上是很常见的,我们生活屮也有很多单位用着这种灯,在楼道上,在门厅口,以及在各种人员流动不太频繁也不太稀少的地方,其原理是:利用声音与光来共同控制灯的明灭,当白天时(光线比较强烈时)即便有再强的声音,灯也不会亮,而当夜晚吋(光线达到临界状态时)声控装置才会真正的被启动无锡职业技术学院毕业设计说明书(论文)年,而这时,就是这种“声光掉灯”大显身手的时候。即,当有声音响动的时候,灯才会亮起来,如果是人们活动,则有很强的适应性与活动性,当没人活动的时候,也不会造成无端的能源浪费。如果与普通的手动灯比较,当人在黑暗中的吋候,很难找到开关的位置,乱找不一定能找到,甚至有时候会伤害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向,乱撞很可能会撞上对人体有害的东西,比如被硬物绊倒被摔伤,椪到尖锐的东西被割伤等),而对于声光控灯来说,人们只需要造出某种声音,比如拍于,人喊一声等,就可以启动声光控控制灯,从而办完自己想办的事情(要延长灯的亮着的时间得要在适当的吋刻发出卢吝即延续)。2方案论证本次毕业设计课题为智能led照明控制系统,木人提供两种设计方案如下:1方案运用单片机,定时通过单片机的内部定时器来完成。2.1.方案一电路的工作原理声光控照明电路还需要加上一个延时电路,才能使照明灯在夜晚工作了一定时间后自动熄灭,香则,照明灯将会是长明灯,这样将造成资源的浪费,也人人缩短了照明灯的寿命。声光控延时开关的电路原理图见图1所小。电路中的主要元器件是使用了数字集成电路cd4011,其内部含有4个独立的与非门vdl~vd4,使电路结构简单,工作可靠性高。50K图1声光控延时开关的电路原理图为了使声光控开关在白大开关断开,即灯不亮,由光敏电阻rg等元件组成光控电路,r5和rg组成串联分压电路,夜晚环境无光时,光敏电阻的阻值很大,Ig两端的电压高,即为高电平间t=2πr8c3,改变r8或c3的值,可改变延时时间,满足不同目的。vd3和vd4构成两级整形电路,将方波信号进行整形。当c3充电到一定电平时,信号经与非门vd3、vd4后输出为高电平,使单向可控硅导通,电子开关闭合;c3充满电后只向r8放电,当放电到一定电平时,经与非门」vd3、vd4输出为低电平,使单向可控硅截止,电子开关断开,完成一次完整的电子开关由开到关的过程。二极管vdl~vd4将交流220进行桥式整流,变成脉动直流电,又经r1降压,c2滤波后即为电路的直流电源,为bm、vt、ic等供电。用声光控延时开关代替住宅小区的楼道上的开关,只有在天黑以后,当有人走过楼梯通道,发岀脚步声或其亡声音时,楼道灯会自动点亮,提供照明,当人们进入家门或走出公寓,楼道灯延时儿分钟后会自动熄灭。在白大,即使有声音楼道灯也不会亮,可以达到节能的目的。声光控延时开关不仅适用于住宅区的楼道,而且也适用于工厂、办公楼、教学楼等公共场所,它具有休积小、外形美观应用广泛、工作可靠等优点。2.1.1.单片机控制部分电路单片机控制模块:单片机选用我们常用的AT89C51。无论是信号采集还是信号输出都要绎过单片机的出来。另外定时也是通过单片机的定时来做,这样可以减少外部元器件的数量。2.1.2信号采集部分电路的设计判断外界光线采用光敏电阻,利川集成运放LM324将电阻输出的电压转换成TTL电平以供单片机处理。检测外界声音的使用微型话筒,信号处理方法和光敏电阻出来的信号处理方法类似,并且下文有详细的介绍,在这里就不多作介绍。无锡职业技术学院毕业设计说明书(论文)系统组成框图如图2所示光敏电阻及处理电路继电器单片机路灯话筒及其信号处蜂鸣器理电路图2信号采集部分电路系统组成框图光敏电阻接在P1.0上,话筒接在P1.1上,继电器接在P1.2上,蜂鸣器接在P1.3上。房单片机运行时,单片机会不停的扫描P1.0和P1.1口上的逻辑状态。当发现这两个I0口发生改变时,立即使判断是光敏电阻发生的信号,还是话筒的信号。发送在P1.2或者P1.310口上输出控制信号区控制继电器动作或者控制蜂鸣器蜂鸣。如果是要打开路灯,那么单片机的内部定时器就开始工作每当定时时间到了以后就会立即关闭路灯。这就是方案二的工作过程。2.2方案二用A/D转换器ADC0809,由单片机去判断外界的环境。221方案二方案二的组成框图如图3所示光敏电阻及继电器其处理电路话筒及其信蜂鸣器号处理电路图3方案二的组成框图方案二的主体电路和方案一类似,但是方案二中比方案多了一个AD转换器ADC0809,光敏二极管或者话筒输出的信号不是直接输入到单片机,而是经过ADC0809转换成数字信号,然后再输入到单片机。方案二屮单片机收到的是经过简单判断的光线或者声音信号了,这种工作状态单片机永远只知道两种状态。而方案二单片机可以具体的知道外界光线的强弱或者外界的声音大小。这样方案二无锡职业技术学院毕业设计说明书(论文)在处理输入信号上更具有优势。同时由于加入ADC0809转换器,可以对输入的光线信号和声音信号从模拟量到数字量的转换,这样可以具体的判断岀外界的环境情况,可以知道外界光线的具体强度大小和外界具体声音的强弱,这样使得走廊路灯具有功能更加强人的只能控制,开灯外界光线的强度和关灯外界光线的强度有一个差值,同样丌灯外界声音的大小和关灯外界声音的大小也具有一个差值,具有降低误差的功能。23两个方案比较在这两个方案屮方案一运用了单片机,定时通过单片机的内部定时器来完成,电路有了逻辑分析的能力,由于该方案前面的输入只有0和1两种状态所以该电路在处理光线或者声音在临界状态不断变化的情况会遇到比较大的麻烦,所以设计出方案二,方案二是用ADC0809可以由单片机去判断外界的环境是什么样子的,方案一处理不了的情况。所以放了方案一而选择了方案二。3各电路设计和论证下面详细对本次毕业设计所考虑的方案进行初步的论证和简要的分析。31电源电路的方案设计与论证由于但路中需要12V和5V两种电压,所以分别采用三端稳压器7812和7805输出者两种电压,7812的输入端电压有市电220VAC变换而来。电路图如N4C44图4电源电路原理图电源部分使用220V到15V的交流电压然后经过仝桥滤波。为了防止电路因为意外情况导致电路电流过大,我们使用额定电流为500mA的保险丝来防止电路出现短路的情况。做到更加安全。电源变压器选用额定电压15v,功率容量2W变压器,输出电压经桥式整流电路整流后电压是:U-1.2*U。该处电压虽然已经是直流但仍有较大波动,加装两只1000F电容后将会获得平滑稳定的直流电压,此时电压为:U=1.4U值得一提的是,为了进一步滤除电路中可能存在的高频干扰分量,还要在主滤波电容上并联两只104p磁片电容,将扰尽可能旁路到地。之后将2IV电压送给三端稳压器7812输出一个12V的电压,供给继电器使用。12V的电压绎过无锡职业技术学院毕业设计说明书(论文)滤波在绎过7805输出一个5V的电压给单片机部分电路供电。5V的电压时12V经过7805线性稳压器得到的,为单片机部分电路供电32信号采集部分电路的设计和论证信号采集部分电路包括光信号采集和声音信号采集两个部分光信号采集部分电路光信号采集部分电路由光敏电阻和信号处理电路组成,有图5可以知道光敏电阻的信号从光敏电阻和电阻R3之间输出,然后输入集成运放的2脚。集成运放LM324组成的是一个加法电路,光敏电阻的输出信号和由可调电阻R4,R3输出信号相加。经过该部分的电路处理光线亮度信号将被处理成0-5V的电压,输入到ADC0809,转换成数字信号,最后送入单片机进行处理图5光信号采集部分电路声音信号部分电路:由于话筒必须和一个10K的电阻串联接到5v的电压才能有信号的输出,所以话筒的信号输出电路的形式如图6所示。由于输入信号有很大的自流部分,所以必须使用一个隔离电容C6将直流成分隔离掉,然后送入到三极管Q3,Q4进行信号的初步放大。下面的处理电路和光线信号的处理电路相同,最终也是输出个0-5V的电压,最后送入到单片机进行处理无锡职业技术学院毕业设计说明书(论文)图6声音信号部分电路A/D转换工作原理:A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A⑩D转换前,输入到AD转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。AD转换后,输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。AD转换器的工作原理主要介绍以下三种方法:逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法在集成电路器件中普遍釆用逐次逼近型,现简要介绍下逐次逼近型AD转换的基本工作原理。逐次逼近法逐次逼近式A/D是比较常见的一种AD转换电烙,转换的时间为微秒级。采用逐次逼近法的AD转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成,如图3.2.3.1所示。基本原理是从高位到低位逐位试探比较,好像用天平称物体,从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是:初始化时将逐次逼近寄存器各位清零;转换开始时,先将逐次迢近寄有器最高位置1,送入DA转换器,经DA转换后生成的模拟量送入比较器,称为ⅴo,与送入比较器的待转换的模拟量ⅴi进行比较,若Voⅴi,该位1被保留,否则被清除。然后丙置逐次逼近寄存器次高位为1,将寄存器中新的数字量送DA转换器,输出的Vo再与Vi比较,若Vo
下载地址
用户评论
