制作出來(lái)的實(shí)物圖如下：

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本文介紹了一種基于PWM調(diào)光的智能臺(tái)燈設(shè)計(jì)。把單片機(jī)技術(shù)和PWM調(diào)光技術(shù)結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈光強(qiáng)的調(diào)節(jié)。即在不改變PWM方波周期的前提下，利用單片機(jī)控制PWM的占空比，從而來(lái)改變電壓的大小實(shí)現(xiàn)燈光亮度的調(diào)節(jié)。并且提供手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種模式，使臺(tái)燈應(yīng)用起來(lái)更加人性化。  

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)各模塊的硬件和軟件的設(shè)計(jì)，基本能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足人們?nèi)粘��?duì)臺(tái)燈的功能使用。

方案一：采用DSP作為系統(tǒng)控制器。DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來(lái)處理大量信息的器件。DSP具有對(duì)元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響小，容易實(shí)現(xiàn)集成，可分時(shí)復(fù)用，共享處理器，方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，可用于頻率非常低的信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。但DSP硬件電路比較復(fù)雜，且價(jià)格昂貴，數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒(méi)有無(wú)源設(shè)備可靠。  

方案二：采用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器。單片機(jī)具有可靠性強(qiáng)、性?xún)r(jià)比搞、電壓低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能，本身帶有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，可以用來(lái)定時(shí)和計(jì)數(shù)，并且其功耗低，體積小，計(jì)數(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)。

基于以上分析，擬定方案二，用STC89C52單片機(jī)作為控制器。

目前常見(jiàn)的調(diào)光技術(shù)主要有：1采用直流電源LED的調(diào)光技術(shù)。2采用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)光。3用可控硅對(duì)LED調(diào)光。按照常規(guī)技術(shù)的應(yīng)用有以下三種方案可供選擇。  

方案一：采用直流電源LED的調(diào)光技術(shù)  

如果需要要改變LED的亮度，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易。發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦允怯呻娏黩?qū)動(dòng)的器件，因?yàn)長(zhǎng)ED的亮度是取決于通過(guò)它的電流，在一定范圍內(nèi)電流越大其亮度越亮，反之則越小。調(diào)節(jié)LED的亮度只需要調(diào)節(jié)電流大小，而LED工作電流很小通常需要串接限流電阻，所以當(dāng)我們改變其限流檢測(cè)電阻就能實(shí)現(xiàn)改變其電流大小從而改變LED的亮度。但是通常限流檢測(cè)電阻阻值非常小，用一個(gè)很小阻值的電位器來(lái)調(diào)節(jié)電流，操作起來(lái)很難實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)。所以一般不采用調(diào)節(jié)電阻大小來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電流。因此為了實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)，有些芯片提供一個(gè)控制電壓接口，通過(guò)改變輸入的控制電壓就可以改變其輸出恒流值。這樣實(shí)現(xiàn)起來(lái)就比較容易。然而用調(diào)正向電流的方法來(lái)調(diào)亮度會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，那就是在調(diào)亮度的同時(shí)也會(huì)改變它的光譜和色溫。調(diào)電流會(huì)產(chǎn)生使恒流源無(wú)法工作的嚴(yán)重問(wèn)題。長(zhǎng)時(shí)間工作于低亮度有可能會(huì)使降壓型恒流源效率降低溫升增高而無(wú)法工作。調(diào)節(jié)正向電流無(wú)法得到精確調(diào)光。  

方案二：采用脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)光

LED是一個(gè)發(fā)光二極管，它可以快速實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)。這一特點(diǎn)是其他的發(fā)光器件所無(wú)法比擬的。因此，我們需要把供電源改成脈沖恒流源，改變電源脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。種方法稱(chēng)為脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光法。假如脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為ton,那么其工作比D（或稱(chēng)為孔度比）就是ton/tpwm.改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)：1、不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移；2、PWM調(diào)光具有極高的調(diào)光精確度；3、可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行控制。因?yàn)槿魏螖?shù)字都可以很容易變換成為一個(gè)PWM 信號(hào)；4、PWM調(diào)光能夠通過(guò)軟件的方式比較容易實(shí)現(xiàn)，使用范圍廣闊。  

方案三：可控硅調(diào)光  

普通的照明燈具通常采用可控硅來(lái)調(diào)光，例如白熾燈和鹵素?zé)簟Ｒ驗(yàn)樗麄兓�本是一個(gè)純阻器件，以這樣純阻器件為照明工具的燈光系統(tǒng)對(duì)輸入電壓沒(méi)有要求，輸入電壓是否是正弦波交流電對(duì)其沒(méi)有任何影響。通過(guò)純阻器件的電流和電壓波形是完全一致的，所以不管電壓波形如何偏離正弦波，所以改變輸入純阻器件電壓的有效值，就可以調(diào)光。但是可控硅卻不能對(duì)以LED為照明器件的照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)光。因?yàn)長(zhǎng)ED并不是一個(gè)純阻性的器件。  

綜述來(lái)說(shuō)LED調(diào)光最好采用的技術(shù)是PWM調(diào)光。采用PWM調(diào)光時(shí)，可以運(yùn)用微控系統(tǒng)，例如單片機(jī)，通過(guò)程序可以預(yù)先設(shè)置好燈光的亮度等級(jí)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)等級(jí)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的亮度的調(diào)節(jié)。PWM調(diào)光是可以直接應(yīng)用于調(diào)光型臺(tái)燈的。因此最終選擇PWM調(diào)光。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心器件，配合電阻電容晶振等器件，構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng)。其它個(gè)模塊圍繞著單片機(jī)最小系統(tǒng)展開(kāi)。其中包括，照明設(shè)備采用USB小燈進(jìn)行模擬，使得設(shè)計(jì)在外形上更加美觀，在USB小燈內(nèi)部，是6顆白色LED燈；光照強(qiáng)度采集模塊，是使用光敏電阻+ADC0832方案；指示燈模塊由一顆綠色的小燈構(gòu)成，指示燈亮?xí)r是自動(dòng)模式，熄滅時(shí)是手動(dòng)模式；按鍵模塊由3個(gè)按鍵組成，包括模式切換按鍵、亮度減少按鍵和亮度增加按鍵；最后是供電采用常用的USB5V進(jìn)行供電。3.3.3 LED照明電路原理圖

LED燈照明電路如圖3-4所示。本設(shè)計(jì)采用市面上的一種USB小燈作為照明設(shè)備，拆開(kāi)這個(gè)小燈的外殼可以發(fā)現(xiàn)，里面其實(shí)是6個(gè)白色的LED燈串聯(lián)了6個(gè)電阻。使用該USB小燈，不僅簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，而且在外形上更加美觀，更接近實(shí)際臺(tái)燈的外觀。實(shí)際電路采用PNP三極管的驅(qū)動(dòng)，三極管型號(hào)是S8550，基極串聯(lián)一個(gè)限流電阻后連到單片機(jī)的IO口，發(fā)射極接電源，集電極串聯(lián)USB小燈后連到電源地。只要單片機(jī)該IO口輸出一個(gè)低電平信號(hào)，即可控制三極管導(dǎo)通，繼而點(diǎn)亮LED燈。3.4 光照強(qiáng)度采集電路

光敏電阻器（photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。

光敏電阻的重要特性是它的阻值大小隨著環(huán)境光的改變而改變，當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，它的阻值減小，相反當(dāng)環(huán)境光較弱時(shí)，它的阻值就會(huì)增大，這是跟它本身的制作材料有關(guān)的。本文的智能節(jié)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)也是利用了光敏電阻的這一特性，用它來(lái)感應(yīng)環(huán)境光的強(qiáng)度。若是環(huán)境光較強(qiáng)的時(shí)候，比如白天時(shí)，光敏電阻的阻值就很小，傳感器信號(hào)處理電路會(huì)根據(jù)它的阻值進(jìn)行相應(yīng)的處理；相反當(dāng)環(huán)境光較弱的時(shí)候，比如晚上或者陰天時(shí)，它的電阻值就會(huì)變大，傳感器信號(hào)處理電路就會(huì)把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)處理傳到單片機(jī)控制電路，從而啟動(dòng)點(diǎn)亮臺(tái)燈。

3.4.2光敏電阻工作原理  

用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。在暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。

根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器。紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線；紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)、紅外光譜，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中；可見(jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶(hù)，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。

光敏電阻的主要參數(shù)有亮電阻，暗電阻，光電特性 光譜特性，頻率特性，溫度特性。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過(guò)，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。沒(méi)有極性，純粹是個(gè)電阻期間，使用時(shí)可加直流也可以加交流。

ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0~5V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。

本設(shè)計(jì)的臺(tái)燈有自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的功能，因此必須采集環(huán)境中的光照強(qiáng)度，以便進(jìn)行臺(tái)燈亮度的計(jì)算和控制。光照強(qiáng)度采集使用的方案是光敏電阻，由于光敏電阻采集到的是光照強(qiáng)度的模擬量，因此使用ADC0832將光照模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再傳給單片機(jī)進(jìn)行處理。該模塊的電路圖如圖3-5所示。

光電傳感器E18-D80NK-N這是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出。有效的避免了可見(jiàn)光的干擾。透鏡的使用，也使得這款傳感器最遠(yuǎn)可以檢測(cè)80厘米距離的問(wèn)題（由于紅外光的特性，不同顏色的物體，能探測(cè)的最大距離也有不同；白色物體最遠(yuǎn)，黑色物體最近）。

檢測(cè)障礙物的距離可以根據(jù)要求通過(guò)尾部的電位器旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。

該傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見(jiàn)光干擾小、價(jià)格便宜、易于裝配、使用方便等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合。  

該紅外傳感器是個(gè)NPN 型光電開(kāi)關(guān)，其輸出狀態(tài)是0,1，即數(shù)字電路中的高電平和低電平。在檢測(cè)到目標(biāo)是低電平輸出，正常狀態(tài)是高電平輸出，輸出時(shí)外加一個(gè)上拉電阻即可連接到IO口上。其上拉電阻阻值一般在1K 左右。               

鍵盤(pán)是人與單片機(jī)打交道的主要設(shè)備。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場(chǎng)上來(lái)看，僅僅完成鍵盤(pán)掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤(pán)狀態(tài)是不夠的，還有不少問(wèn)題需要妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤(pán)就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤(pán)用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤(pán)及矩陣鍵盤(pán)。它們各有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤(pán)硬件電路簡(jiǎn)單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中；矩陣鍵盤(pán)與獨(dú)立鍵盤(pán)有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤(pán)復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢(shì)得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時(shí)重復(fù)掃描法，延時(shí)法的原理為：因?yàn)椤懊�刺”脈沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾ms，而我們按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到有按鍵動(dòng)靜后再延時(shí)一段時(shí)間后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無(wú)效。

本設(shè)計(jì)中由于采用的按鍵數(shù)量較少，只有3個(gè)按鍵，分別是“模式切換按鍵”、“亮度減少按鍵”和“亮度增加按鍵”，故采用了獨(dú)立鍵盤(pán)的方式。按鍵的連接

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