【51单片机】：智能台灯设计（自动、手动双模式）

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智能台灯

一、研究背景及意义

1.1 研究背景

  随着时代发展，节能、环保、健康等一系列话题被人们日益关注，台灯已是千家万户的必需生活电器。在我国，照明耗电占年发电总量的12%（超过100亿千瓦每小时），而且现在的台灯绝大部分是采用普通的白炽灯、荧光灯，并且控制方式多采用手动开关，不能连续调节，与现在家电的智能化、人性化设计理念相违背，且不符合十四五期间提出的碳达峰、碳中和的重大战略决策。

1.2 研究意义

  人工智能时代的到来，要求家用电器逐步趋向智能化，而智能家居是家庭物联网的平台，因此研究智能台灯，不仅符合时代要求，也符合“节能减排”理念，更是电子技术与智能理论结合的重要体现。

二、功能实现

  功能1：双模式：自动模式 + 手动模式；

  功能2：自动模式下，由光敏电阻自适应调节台灯亮度；

  功能3：手动模式下，由按键主动调节台灯亮度；

  功能4：台灯亮度分级：10级。

三、单片机介绍

单片机数据手册：AT89C51

四、硬件设计

4.1 单片机最小系统

单片机最小系统包括：单片机、晶振电路、复位电路。

晶振部分：

  51单片机允许的晶振晶体可在1.2-24MHz之间选择，典型值有6MHz、11.0592MHz、12MHz。电容C1和C2作用是稳定振荡频率和快速起振，电容的取值会对振荡频率输出的稳定性、大小及振荡电路的起振速度有一定影响，取值范围：20-100pF，典型值为30pF。

复位部分：

  单片机在运行中由于本身或外界干扰的原因会导致出错，此时可以使用按键复位，使单片机恢复初始状态。

4.2 按键模块

系统除复位按键外共有三个按键，分别是：

  模式选择按键：自主选择手动控制台灯亮度或者自动控制台灯亮度；

  亮度减按键：手动模式下，控制台灯亮度降低的按键；

  亮度加按键：手动模式下，控制台灯亮度提高的按键。

按键模块如图所示：

4.3 显示模块

显示模块有两部分：模式指示灯、灯泡（模拟台灯）。

模式指示灯：

  模式灯亮——自动模式；  模式灯灭——手动模式。

模式指示灯结构如图所示：

灯泡（模拟台灯）：

我们使用S8550（PNP型硅三极管）做电子开关，起到保护灯泡的作用，灯泡结构如图所示：

在实际电路中，我们使用USB灯，实物的USB灯采用6个LED+电阻的并联结构，如图：

4.4 光强采集模块

我们通过滑动变阻器模拟光敏电阻。通过ADC0832将模拟信号转换为数字信号传给单片机。

ADC0832是一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，其体积小，兼容性高。这里给出数据手册：ADC0832

模块电路图如图所示：

4.5 人体感应模块

人体感应模块在原理图设计上，我们采用按键模拟：

  按键按下：模拟无人  按键抬起：模拟有人。

在实物制作上，本文采用HC-SR501人体红外感应模块，该模块是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口LH1778红外探头设计，灵敏度高，可靠性强。这里给出数据手册：HC-SR501

实物图如图：

4.6 完整电路原理图

五、软件设计

主程序流程图：

六、仿真结果

6.1 自动模式

6.2 手动模式