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1、基于 C51 单片机的智能台灯的设计与实现摘 要：本文简要论述了本次课题智能台灯的背景意义及台灯的发展历程，着重论述了以一款 STC12 为控制核心，选用 ESP8266wifi 模块为无线传输方式，设计并制作的一款新型只能台灯。该款智能台灯系统独特的设计了两种不同的工作方式。模式一：本地模式，通过红外感应是否有人靠近，光线感应模块感应环境光亮度，当有人靠近时打开台灯，并根据环境光调节亮度；模式二：远程控制模式，通过 ESP8266 作为 wifi 信号传输工具，在利用手机上的上位机实现台灯的远程操作，包括打开关闭台灯以及亮度控制，其亮度利用单片机的 PWM输出进行调节实现。通过测试可知，这款
2、新型智能台灯能够实现预定功能。具有响应速度快，便携、节能等优点，在智能家居领域具有很大的应用价值。关键词：台灯；STC12；亮度；红外；wifi；Title：Design of intelligent desk lamp based on 51 single chip microcomputerAbstract: This paper briefly discusses the background meaning of the smart table lamp and the development history of the table lamp, focusing on the STC
3、12 as the control core.the selection of ESP8266wifi module as the wireless transmission mode, the design and production of a new only table lamp.The smart desk lamp system is uniquely designed to work in two different ways.Mode 1: in the local mode, the light sensor module can sense the ambient brig
4、htness by infrared sensing whether someone is near, turn on the lamp when someone is near, and adjust the brightness according to the ambient light;Mode 2: remote control mode, ESP8266 as a wifi signal transmission tool, the use of mobile phone on the upper computer to achieve the remote operation o
5、f the table lamp, including turning on and off the table lamp and brightness control, the brightness of the use of MCU PWM output to adjust the realization.Tests show that this new smart desk lamp can perform the intended function.With the advantages of quick response, portability and energy saving,
6、 it has great application value in the field of smart home.Keywords: Desk lamp；STC12；Brightness；Infrared；Wifi；目 录摘 要.IABSTRACT.II1 绪论.11.1 课题研究背景 .11.2 智能台灯的优势 .11.3 课题研究目标及本文主要内容 .22 系统总体设计方案.32.1 总体设计方案 .32.2 模块选型 .32.2.1 单片机主控.32.2.2 ESP8266 WIFI 模块.72.2.3 人体红外感应模块 HC-SR501.72.3 软件开发平台 .93 硬件电路实现
7、.103.1 单片机最小系统 .103.1.1 复位电路.103.1.2 时钟振荡电路.103.2 WIFI 模块及电源电路.103.3 HC-SR501 人体红外感应电路 .113.4 环境光检测模块 .123.5 LED 驱动电路 .124 程序设计.134.1 主程序流程图 .134.2 本地操作模式 .134.3 远程操作模式.144.4 PWM 输出.155 实物调试.176 结 语.18附录 1.191 绪论1.1 课题研究背景在如今高速发展的科技生活及社会中，各式各样的产品都普遍科技化、很多越来越智能化的家具及电器进入人们生活，这样的高科技发展的前提下人们的工作效率得到非常大的提
8、高、人们的生活也被改善，智能化的生活是人类追求的理想生活，所以这也是科技社会发展的一个趋势。智能化产品在各个领域都有出色的应用，立足于学校家庭而言。一款智能台灯应是必不可少的家用电器，目前社会上存在的台灯大多是按键式。但是，社会的不断发展及人们对智能化生活的追求，使得传统台灯感受到产品更新换代的威胁。于是智能化的电子产品成为如今社会发展的主流。家庭及学校里，台灯是必不可少的照明工具，就目前社会上的台灯样式而言，立柱样式的台灯及带夹子的台灯是市场销售的主流产品，立柱及夹子的台灯的工作原理是将光线集中在一小块区域内照明，所以这一小块区域的亮度是比较亮的。便于人们学习工作。而且，台灯也越来越小巧化，
9、便于携带，出门旅游什么的都很方便。所以得到很多人的选择。而且，有的台灯功能丰富，也深受人们的追捧。目前，灯具市场上出售的台灯种类繁多，一般的台灯均采用 220V 交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开关来控制。就此而言，这类台灯同时也存在或隐含着许多危险因素，一是电压的高幅度充满危险性，是一个不稳重的影响因素，二是日光灯长时间照着，会让人眼睛感觉疲乏，给身心健康造成一些危害，三是节能问题，目前市场上的台灯太多是以日光灯为基础，而日光灯的工作的功率也是蛮大的，所以也会造成电力资源的浪费。所以，综合上面关于目前社会上的台灯的种种缺点来说，我们需要一款更加智能化，科技化，而且
10、节约电力资源的台灯。1.2 智能台灯的优势这款智能台灯分为两种模式，一为自动控制模式，二为手动控制模式。在自动模式下，台灯能判断当时环境的光照程度及与人是否在台灯周围即是否当时有人存在。若存在的人被人体红外传感器检测到时，环境的光照程度又达到某个程度的时候（可以设定与调节） ，台灯就会开启，且光线会跟随当时环境的光照强度的变化而变化。如果环境光没有达到这个程度，台灯不会开启。当人没有被人体红外传感器检测到时，无论环境当时有多暗，台灯也不会开。手动模式是为了使使用者可以通过 wifi 连接手机远程控制台灯的开关和明暗调节。智能台灯最大的优点就是省电和方便。方便不用多说了，来之则亮，去之则暗，不用
11、动手。省电是比较重要的，现在全世界都缺少电能，2003 年，美国和加拿大大面积停电。我国也是，每到夏天就有很多省市拉闸限。目前的社会上而言，电力资源是不可或缺的资源之一，而环保节能也是当今世界共同的口号，如果我们每天省下 10min 的电能，我们采用 10W 的节能灯泡，相比于社会上使用的 40W 灯泡，我们就可以节省大概 6 千 J 的嗲能，一个月的时间，也就是 30 天，我们大概能省下 1 万 8 千 J 的电能，一年的话，也就能省下 200 多万 J 的电能，如果说用这节省的 200 多万 J 的电能，那么全国就能节省大概 7.8 亿千万时的电能，这 7.8 亿千瓦时的电能相当节省接近
12、4 亿人民币！更加关心且重要的作用的是环保。中国有百分之七十的电力资源来自于火力发电厂，而火力发电厂少发一度电会减少 1 千克的二氧化碳排放。那么节省 3.9 亿度的电能就等于少向大气排放 39 万吨的二氧化碳，而二氧化碳是温室效应的最归祸首。就是因为全球向大气排入过多的二氧化碳，导致了温室效应的加剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少，气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重。1.3 课题研究目标及本文主要内容本次课题研究主要设计一款智能台灯，可以检测是否有人靠近从而自动开关并根据环境光调节明暗，也可通关 wifi 连接手机，远程控制台灯的开关和明暗。本
13、文主要内容安排如下：第一章主要对选题意义及背景进行介绍，并提出本课题的设计目标，并对全文结构进行介绍。第二章主要介绍系统整体设计方案；第三章主要对系统的硬件电路模模块设计进行分析；第四章主要对系统程序模块流程进行分析介绍；第五章对本次设计的成果模块进行设计验证，并对全文进行总结。2 系统总体设计方案本设计为一个智能台灯，具有人体红外检测及环境光检测功能，同时配备 wifi 模块，可以连接手机远程操控台灯。总的来说要实现如下功能：本地模式：1) 检测周围是否有人，如果有人靠近则打开台灯，人走延时灯灭；2) 根据周围环境光强弱调节智能台灯的亮度；远程模式：a) 手机连接 wifi，远程控制智能台灯
14、的开关；b) 手机连接 wifi，远程控制智能台灯的光线强弱。2.1 总体设计方案本系统由单片机主控、红外感应模块、环境光检测、WiFi 模块、LED 灯驱动电路模块及电源转换电路组成。使用 STC12 单片机编程控制，通过修改程序可方便实现系统升级。系统的框图结构见图 2.1 所示：MCU红外感应LED驱动电路环境光监测WiFi模块电源模块图 2.1 系统结构框图2.2 模块选型2.2.1 单片机主控单片机也习惯性称为微控制器（Microcontroler Unit，MCU） ，单片机也是一种集成的电路芯片，而且它最早在很多工业领域得到出色的应用。单片机是计算机领域的一个重要分支，它不是处理
15、某一项特定功能的芯片， 而是集成了计算机能作为控制器的最核心部分，它是一个简化的计算机系统，能处理运算量不高的情况下的控制核心，它是大规模和超大规模集成电路发展的产物。作为计算机领域的一个重要分支，单片机凭借体积小，价格便宜，操作方便，迅速占领了大多数电子产品，从使用领域上，单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。在单片机发展的历史中，最具有意义的便是 INTEL 的 8051。在此之后，单片机的发展更是迅速，出现了 16 位，乃至现在以 ARM 公司 CORTEX 作为内核 32 位单片机。字长在增加的同时，处理速度也在飞速增长，内部存储空间，寄存器数量，外设种类
16、也在不断发展，而如今我们告别了单片机系统仅仅时裸机状态下的开发和应用，现在许多公司及企业大量使用专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。从而使得单片机的功能被开发的更加强大及多元化。STC12C5A60S2 是 STC 公司推出的一款功耗较低、抗干扰性好、性能强的 COMS 8 bit 微控制器。它是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。 。STC12C5A60S2 使用了传统的 MCS-51 内核，但具备了一般传统 8051 单片机不具有的功能，速度的提升、存储空间的增加和更多的寄存器数量。在单个芯片上，集成了一个 8bit 的 CPU 和可编程的 FLASH ，正是因为这个原因，使得STC12C5A60S2 在嵌入式控制系统领域中占有一席之地。具有以下标准功能：8KByte 的Flash，12802Byte RAM，44 位准双向 I/O 口，并且集成了看门狗定时器，以及内
