單片機自動感應(yīng)環(huán)境光的調(diào)光控制器程序+電路設(shè)計

ID:559365 · 發(fā)表于 2019-6-12 14:59

1）設(shè)計一個環(huán)境光亮度檢測電路，并根據(jù)環(huán)境亮度進行臺燈光照強度的自動調(diào)節(jié)；
2）采用多只LED指示亮度等級，環(huán)境亮度達到最高時，自動關(guān)閉；
3）拓展部分：具有LED數(shù)碼顯示亮度等級功能；
4）安裝、調(diào)試電路，記錄調(diào)零、測試的數(shù)據(jù)，進行測試、分析。

2.1 設(shè)計的總體方案

無論LED是經(jīng)由降壓、升壓、降壓/升壓或線性穩(wěn)壓器驅(qū)動，連接每一個驅(qū)動電路最常見的線程就是須要控制光的輸出。。目前，針對亮度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)節(jié)LED的電流（模擬調(diào)光）或在肉眼無法察覺的高頻下，讓驅(qū)動電流從0到目標(biāo)電流值之間來回切換（數(shù)字調(diào)光）。利用脈沖寬度調(diào)變（PWM）來設(shè)定循環(huán)和工作周期可能是實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的最簡單的方法。

PWM方法的基本思想是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。本方法把設(shè)定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比，LED燈光度變亮；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比，LED燈光度變暗。本文介紹了以STC12C5A60S2為控制核心，通過光敏電阻感應(yīng)光度，并利用PWM調(diào)光技術(shù)對LED進行光度的自動調(diào)節(jié)。

2.2 設(shè)計的總體構(gòu)思及框圖

基于STC單片機的PWM調(diào)光是以STC12C5A60S2作為主控芯片，設(shè)置了手動控制和自動控制。在手動控制時，分為三檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)。在自動控制時，通過STC12C5A60S2內(nèi)部模擬-數(shù)字不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進行對比，調(diào)整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)。如圖2-1所示為設(shè)計的總體框圖。

圖2-1 總體框圖

第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1 STC12C5A60S2單片機簡介

STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。

利用STC12C5A60S2的IO口P1.1接收光敏電阻采集的當(dāng)前光照測檢測輸出數(shù)據(jù)。IO口P1.3產(chǎn)生產(chǎn)生相應(yīng)的PWM波，給高亮度LED，從而有不同的光照。IO口P0作為LCD液晶顯示器的數(shù)據(jù)/指令輸入端口。

STC12C5A60S2單片機的時鐘電路采用的是內(nèi)部的時鐘電路，利用單片機內(nèi)部的振蕩電路，并在XLAT1和XLAT2兩引腳間外接石英晶體和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。石英晶體Y1頻率是12.0M，C1和C2是30pf。STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)線路圖如圖3-1所示。

圖3-1 STC12C5A60S2單片機最小系統(tǒng)線路圖

3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。

將模擬量或連續(xù)變化的量進行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。 A/D變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時完成的。抽樣是將模擬信號在時間上離散化的過程；量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程；編碼是指將每個量化后的樣值用一定的二進制代碼來表示。

采集光照強度運用光敏電阻和電位器來構(gòu)成信號采集電路。AD轉(zhuǎn)換電路有STC12內(nèi)部10位AD組成。STC125A60S2內(nèi)部AD基準電壓5V，輸入電壓范圍為0～5V,輸出數(shù)字量最大值為1024。如圖3-2所示為信號采集電路。

圖3-2 信號采集電路

3.3 LED驅(qū)動

脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換及LED照明等許多領(lǐng)域中。通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。LED器件對驅(qū)動電源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2～3伏的低電壓驅(qū)動，必須要設(shè)計復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。

電流控制LED的亮度，通過控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式i*t/T可知，利用調(diào)整PWM不同的占空比t/T就可以控制電流的大小。電流由三極管9013提供驅(qū)動，PWM由P1.3輸出，低電平有效。如圖3-3所示為PWM電路。

圖3-3 PWM電路

3.4 LCD顯示電路

1602采用標(biāo)準的16腳接口，本設(shè)計當(dāng)前光照采用的是LCD1602顯示檢測信息。所以單片機需要給LCD分配3位個控制信號IO口和8位數(shù)據(jù)傳輸IO口，LCD的EN控制端連接P2.2,RS控制端連接P2.0，RW控制端連接P2.1，8位據(jù)總線連接PO口。如圖3-4所示為LCD電路。

圖3-4 LCD電路

3.5 按鍵切換手動和自動

K3按下為自動控制，K4按下為手動控制，來回按K3、K4切換。當(dāng)手動按鍵按下時，K1為LED亮度增加，當(dāng)增加到最大值自動為最小，K2為LED亮度減小，當(dāng)減少到最小值時自動為最大。

按鍵電路的工作原理：芯片的控制器通過讀取I/O口的信息（可采用逐位讀入，或者整個字節(jié)讀入的方法），來判斷哪一個按鍵被按下（或哪幾個按鍵被同時按下），按下按鍵時I/O位的信息為”高電位“。然后根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的判斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的程序。如圖3-5所示為按鍵電路：

圖3-5 按鍵電路

3.6 光敏電阻

光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導(dǎo)探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。還有另一種入射光弱，電阻減小，入射光強，電阻增大。

光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可見光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。光敏電路如圖3-6所示：

圖3-6 光敏電路

3.7 電源設(shè)計

電源電路是指提供給用電設(shè)備電力供應(yīng)的電源部分的電路設(shè)計，使用的電路形式和特點。常見的電源電路有交流電源電路、直流電源電路等。

此次采用 78XX系列固定三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，三端正穩(wěn)壓電路，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流,過熱和過載保護電路。降壓穩(wěn)壓部分由三端穩(wěn)壓管7805、電解電容組成，將9V轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V。如圖3-7所示為電源電路。

圖3-7 電源電路

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)流程圖

此次系統(tǒng)軟件設(shè)計利用信號采集電路讀取當(dāng)前亮度，并通過程序及系統(tǒng)判斷其亮度是否大于設(shè)定亮度，是則減小PWM輸出，否則增大PWM輸出，通過程序所得PWM值調(diào)節(jié)LED亮度，從而控制系統(tǒng)達到調(diào)光功能。程序流程圖如圖4-1所示：

圖4-1 程序流程圖

4.2 系統(tǒng)程序

#include" STC12c5a.h" //stc頭文件
#include"intrins.h" //包含_nop_空操作的定義
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
sbit RW=P2^1;//寫入時一直為低電平，讀出時為高。
sbit RS=P2^0; //指令數(shù)據(jù)選擇端
sbit LCDEN=P2^2;//使能端
sbit key1=P3^0;
sbit key2=P3^1;
sbit key3=P3^2;
sbit key4=P3^3;
uchar j=0;
void AD_init();//AD初始化
//函數(shù)聲明
void delay(uint a);
uint AD_work(uchar channel);
uint AD_get(uchar channel);
uchar disbuf[]=" illumin: . ";
uchar PWM[]={0xec,0xe7,0xe0,0xda,0xd3,0xcd,0xc0,0xa6,0x9a,0x80,0x33,0x00} ; // 92.5%-0%
void pwm_set(unsigned char a);
void pwm_init()
{
CCON=0; //PCA初始化
CH=0; //PCA 高8位
CL=0; //PCA 低8位
CMOD=0x00; //f=sysclk/256/12
CCAPM0=0x42; //p1.3
PCA_PWM0=0x00;
CR=1; //啟動PCA計數(shù)器
}
void pwm_set(unsigned char a) //占空比設(shè)置
{
CCAP0H=CCAP0L=a;
}
void write_com(uchar com )
{
RS=0;
RW=0;
LCDEN=0;
P0=com ;
delay(5);
LCDEN=1;
delay(5);
LCDEN=0;
}
void write_dat(uchar date)
{
RW=0;
RS=1;
LCDEN=0;
P0=date;
delay(5);
LCDEN=1;
delay(5);
LCDEN=0;
}
//液晶初始化
void LCDinit()
{
write_com(0x0c);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
write_com(0x38);
}
void display(unsigned int z)
{
uchar i;
disbuf[9]=z%1000/100+0x30;
disbuf[11]=z%100/10+0x30;
disbuf[12]=z%10+0x30;
for(i=0;i<13;i++)
write_dat(disbuf[i]);
}
void main()
{
AD_get(1);
AD_init(); //A/D轉(zhuǎn)換初始化
LCDinit(); //液晶初始化
pwm_init();//照度檢測
pwm_set(0xda);
delay(200);
while(1)
{
write_com(0x80);
display(AD_work(1));
if(key3==0)
{
delay(5);
if(key3==0) //自動模式
{
while(key4==1)
{
write_com(0x80);
display(AD_work(1));
if(AD_work(1)>=900)
pwm_set(0xEC);
if((850<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<900))
pwm_set(0xE7);
if((750<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<850))
pwm_set(0xe0);
if((700<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<750))
pwm_set(0xda);
if((600<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<700))
pwm_set(0xd3);
if((500<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<600))
pwm_set(0xCD);
if((400<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<500))
pwm_set(0xC0);
if((300<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<400))
pwm_set(0xA6);
if((200<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<300))
pwm_set(0x9A);
if((150<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<200))
pwm_set(0x80);
if((100<=AD_work(1))&&(AD_work(1)<150))
pwm_set(0x33);
if(AD_work(1)<100 )
pwm_set(0x00);
}
}
}
if(key4==0) // 手動模式
{
delay(5);
if(key4==0)
{
while(key3==1)
{
write_com(0x80);
display(AD_work(1));
if(key1==0)
{
delay(5);
if(key1==0)
{
if(j==11)
j=0;
pwm_set((PWM[j++]));
}
}
if(key2==0)
{
delay(5);
if(key2==0)
{
if(j==0)
j=11;
pwm_set((PWM[j--]));
}
}
}
}
}
}
}
uint AD_get(uchar channel)
{
ADC_CONTR=0x88|channel; //開啟AD轉(zhuǎn)換1000 1000 即POWER SPEED1 SPEED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();//要經(jīng)過4個CPU時鐘的延時，其值才能夠保證被設(shè)置進ADC_CONTR 寄存器
while(!(ADC_CONTR&0x10)); //等待轉(zhuǎn)換完成
ADC_CONTR&=0xe7; //關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換，ADC_FLAG位由軟件清0
return(ADC_RES*4+ADC_RESL); //返回AD轉(zhuǎn)換完成的10位數(shù)據(jù)(16進制)
}
/*unsigned char GETADCResult()//AD轉(zhuǎn)換
{
unsigned char AD;
ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDHH|ADC_START;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
while(!(ADC_CONTR&ADC_FLAG));
ADC_CONTR&=~ADC_FLAG;//關(guān)閉AD
Vo=ADC_RES*5*10/256 ;
return Vo;
}
uint AD_work(uchar channel)
{
float AD_val; //定義處理后的數(shù)值A(chǔ)D_val為浮點數(shù)
uchar i;
uint AD_V;
for(i=0;i<100;i++)
AD_val+=AD_get(channel); //轉(zhuǎn)換100次求平均值(提高精度)
AD_val/=100;
AD_V=(uint)AD_val;
return AD_V;
}
void delay(uint a) //延時約1ms
{
uint i;
while (--a!=0)
for(i=600;i>0;i--); //1T單片機i=600，若是12T單片機i=125
}
void AD_init()
{
P1ASF=0x02; //P1.1 作為模擬功能AD使用
ADC_RES=0; //清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器高8位
ADC_RESL=0; //清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器低2位
ADC_CONTR=0x80;//開啟AD電源
delay(2); //等待1ms，讓AD電源穩(wěn)定
ES=1;
EA=1;
}