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1、健康作息台灯控制设计电子与信息工程系 电子信息工程11854200* * 指导老师 *【摘 要】 本系统采用AT89S51系列的单片机为核心，利用它内部的寄存器、定时/计数器、中断等资源配合外围设备完成一定的功能。其特点是当外界光强较强时，不运行。当外部环境光强较弱并且有人时自动开启，无人时自动关闭，当人和系统距离过分接近时也自动关闭。在用了一段时间后，会提醒人注意休息，保护眼睛。系统在硬件实物图焊接好以后，经过调试，模拟功能都实行了，即在光线较弱的时候，光电开关1检测到有人时，灯亮，光电开关2检测到有人时，台灯一闪一闪的，在灯亮了一分钟后，会自动熄灭。摘要部分：（1）顶格，即没有缩进。（2）
2、字体字号按毕设格式要求。（3）摘要内容应先简单概括意义，后介绍设计的内容（包括目标），再谈调试结果（如果你没有实现预期结果，简单阐述原因，并描述你的实现结果）。【关键词】 AT89S51；LED数码管；计时；报警提醒（分号隔开，最后一个不要标号）引 言（引言可编号也可不编号，标题最好能段前段后都加间距，否则按格式要求设置） （所有段落都必须且仅缩进两个汉字，另外，所有的断句符号都必须是中文格式“，、。”等等，不要在正文出现英文断句标号，请认真核查所有断句标号）台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。本设计了以光电开关传1
3、（在重要的术语或者参考其它文献的内容必须标注引用文献，文献引用必须从1开始，必须按顺序，即出现3时，1和2必须已经出现，且1必须在2之前出现，如果一处参考多篇文章，可写成1,2或1-3或1-3,4,5-8等，引用除了作为名称，否则都作为上标标注。后面若参考相同的文献，不要再重新编号，就用原来所编的序号）感控制电路，当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。当人们用了一段时间而需要休息的时候，会自动提示人们休息，保护眼睛。（引言通常包括毕业设计内容相关的背景和意义，然后简述毕业设计的内容或者本文的内容） 整个
4、系统是在AT89S51控制下工作的。其工作过程为：当光线比较亮时，人靠近与否台灯都不亮。当光线比较暗时，人靠近信号检测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，AT89S51启动灯光控制电路台灯就亮，但当人太靠近书桌时光电开关感应到，信号处理电路同时向AT89S51发送信号后台灯一闪一闪最后暗；也可以定时0到99分钟让台灯暗；当台灯暗时可以手动开灯；这样充分的做到了节约能源的功能。1. 健康作息台灯总体方案设计（请按格式要求加章节序号）光开关1光开关2光敏电阻信号处理A/D转换AT89S51提醒电路光控制电路计时电路图1-1健康作息台灯总体方框图（图要尽量紧凑一点，方框图内尽量不要太多空白，当然也
5、要整体协调为主。线条或者箭头的引出点和接入点要位于中间部位。图形居中，要加图序号和图标题且居中，保持所有图中的字体字号一致，但可以允许字号有细微的差别以保持图形大小的协调。图和图标题要保持在同一页内）健康作息台灯的系统框图如图1-1所示（所有的图都必须引用并适当解释）。该系统包含电源模块、显示模块、报警模块、按键模块、执行单元等几个主要部分。显示模块用来显示计时的时间；键盘用于调节时间；报警提醒模块用来提示；电源模块是用来对整个系统供电；执行单元则负责在不同情况下发出不同的控制信号。其工作过程为：当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止光电开光工作，省去了AT8
6、9S51处理过程。当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信号处理电路接收到高电平，从而启动光电开光工作。当人体进入到光电开光1的控测范围内且光强较弱时，信号检测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，AT89S51启动灯光控制电路，使灯变亮。当人体过于靠近桌面，光电开光2检测到信号，同时在光电开光1的控测范围内，信号处理电路同时向AT89S51发送信号，AT89S51处理信号根据优先级顺序，屏蔽掉光电开光1的信号，启动延时电路，发出一闪一闪警报使人离开桌面。2. 各模块方案的设计本系统包含控制器模块、数码管显示模块、电源模块、按键控制、报警模块等5个主要模块。2.1 健康作息台灯的控制器模块 控制
7、器主要用于各模块控制对显示、报警、计时等。采用ATMEL公司的AT89S51作为系统控制器的CPU方案。该单片机算术运算功能强，软件编程较灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛2。2.2 健康作息台灯的显示模块在健康作息台灯的工作过程中，系统需要对时间的显示。使用传统的数码管显示。LED数码管的主要特点如下3：(1) 能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与CMOS、ITL电路兼容。 (2) 发光响应时间极短(0.1s)，高频特性好，单色性好，亮度高。 (3) 体积小，重量轻，抗冲击性能好。 (4) 寿命长，
8、使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时，成本低。2.3 健康作息台灯的电源模块系统仅需要单个电源，AT89S51使用5V稳压电源。采用三端稳压集成7805得到+5V的稳定电压。利用该方法方便简单，工作稳定可靠。2.4 健康作息台灯的按键模块(1) 键盘是单片机不可缺少的输入设备，键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉4。(2) CPU对键盘的扫描可以采用取程序控制的随机方式，即只有在CPU空闲时才去扫描键盘，响应操作人员的键盘输入，但CPU在执行应用程序的过程中，
9、不能响应键盘输入，对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次，这样控制方式，不管键盘上有无键闭合，CPU总是定时的关心键盘状态4。(3) 在大多数情况下，CPU对键盘可能进行空扫描。为了提高CPU的效率而又能及时响应键盘输入，可以采用中断方式，既CPU平时不必扫描键盘，只要当键盘上有键盘闭合时就产生中断请求，向CPU申请中断后，立即对键盘上有键盘进性扫描，识别闭合键，并做相应的处理5。2.5 健康作息台灯的报警模块图2-1 报警提醒电路（在Protel中把原理图放大到文字和线条清楚的情况下，把要拷贝的部分移到界面的中间，然后用屏幕拷贝到windows的画图程
10、序中，将需要作为图形的部分选取并拷贝到word中即可，记住不要在word中放大或者缩小，否则图片的清晰度会变差。） 该报警提醒电路的作用是在定时时间到时进行报警-灯会变暗。以此提示用户设定的时间已经到了，需要休息保护眼睛。3. 健康作息台灯各模块硬件的设计3.1 健康作息台灯控制模块 单片机核心电路一般包含时钟、复位等基本电路。其具体的介绍如下：该系统采用了ATMEL公司制造的AT89S51作为控制执行部分的总控制器。该芯片最常见的封装采用DIP40，它具有4K的ROM，128Byt的RAM，五个中断源，内置看门狗和32个通用I/O口，并且外部时钟最高可达24MHz。其外围基本电路主要包括外围
11、时钟电路和复位电路6。3.1.1 单片机外围复位电路图3-1单片机复位电路要使主控芯片在上电时能正常复位，按照要求执行程序，必须在上电位时给主控单片机提供至少两个机器周期以上的高电位复位脉冲。图3-1是采用的上电复位电路，该电路在上电瞬间电源通过拉地的10K电阻充电，开始时的电流最大，电阻两端的电压最高，而后慢慢减小，直到电容充电完毕，电阻两端便保持低电平。此变化经单片机内部施密特触发器整形后便成了上电瞬间的一个高电平脉冲，只要这个脉冲保持两个机器周期以上便可以正常复位了7。3.1.2单片机外围时钟电路图3-2单片机外围时钟电路图3-2的电路主要用来给单片机提供标准工作时钟。这里我们采用的是1
12、2MHz晶振，也就时说单片机的时钟周期为1/12S，指令周期为1S7。3.1.3 AT89S51主控部分核心电路健康作息台灯的工作原理是采用单片机最小系统，用独立式键盘进行计时设定。其工作原理为：根据光线的强弱，采用光敏电阻来感应设定光线的强度临界值，通过A/D模数转换来控制单片机的运行；报警、定时时间根据用户的设定可以通过独立式键盘进行设定，在LED显示时间。图3-3 健康作息台灯主控制电路3.2 电源电路图 3-4 电源电路在各种电子设备中，直流稳压电源是必不可少的组成部分，它是电子设备唯一的能量来源，稳压电源的主要任务是将50Hz的电网电压转换成稳定的直流电压和电流，从而满足负载的需要，
13、直流稳压电源一般由整流、滤波、稳压等环节组成，如图3-4所示的电路图。其中，变压器将交流电源（220V/50Hz）变换位符合整流电路所需要的交流电压；整流电路是具有但方向导电性能的整流器件，将交流电压整流成单方向脉动的直流电压；滤波电路滤去单向脉动直流电压中的交流部分，保留直流成分，尽可能供给负载平滑的直流电压；稳压电路是一种自动调节电路，在交流电源电压波动或负载变化时，通过此电路使直流输出电压稳定8。该电路的主要功能是输出+5V的直流电，+5V电源用来供单片机、光电开关传感器、数码管显示。其工作原理是变压器将+220V交流电稳压成+7.5V交流电后，通过整流桥输出+7.5V直流电，其中104
14、电容起到了滤波的作用，减少杂波的干扰，通过7805稳压块获得稳定的+5V直流电源，其中的发光二极管作为电源指示灯。7805稳压块在降压电路中应注意以下事项：(1) 输入输出压差不能太大，太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏。(2) 输出电流不能太大，+1.5A 是其极限值，大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿。(3) 输入输出压差也不能太小，大小效率很差。3.3 A/D模数转换电路图3-5 A/D转换电路（从外面接入的引脚要标注名称，如图右边所示）A/D转换器主要是将模拟信号转换为数字信号，在系统中将接受到的信号经过处理后，发送给单片机，单片机控制系统电路灯光的亮
15、暗9。3.4 显示电路（当图的位置会造成页面的下半部出现空白时，调整图的位置，即文字部分可以后移或者前移，但最好保持图仍在相应的章节。总之，尽量保持页面不要太大空白。）图 3-6显示电路图3-6的LED显示电路10，它是采用共阳数码管，通过单片机端口直接驱动显示，可以用来模拟外界光线的强弱，以便单片机控制灯的亮暗。4. 系统软件设计 图4-1是主程序的流程图，程序开始后，对程序进行初始化，向P0脚写入低电平，开启所有中断，启动计数器。在图4-2中，当中断0和中断1同时产生时，根据优先级，屏蔽掉中断1，开启中断0。调用延时程序TIME0（延时1分钟），查询中断0控制位；防止人体不小心到达光电开光的探测范围内，采用延时程序来排除干扰，防止误判。若为0，则返回主程序；若为1，则向P0高四位发送数据，使灯保持原来最亮状态，调用延时程序TIME1，判断R0是否等于0，若是则中断返回，若不是，则R0减1，继续循环，直至R0等到于0，此程序的目的是实现灯慢慢变暗。开始初始化程序开启所有中断等待中断中断返回入口图 4-1 主程序流程图调用延时程序TIME0程序TIME0调用延时程序TIME0中断入口R0=7发送数据R0
