led灯的自动控制

摘要

针对目前智能灯的普及率较低还有能源紧张的问题，为了普及智能灯和减少资源的浪费。研究设计出一个低成本的能自动控制LED灯的开关和亮度的系统，以减少资源的浪费和推广智能灯。论文对光敏电阻的光电转换电路，单片机控制系统，蓝牙控制模块，热释电红外模块，LED灯等方面进行了设计。最终，通过以上设计来完成整个自动控制LED灯的开关和亮度的系统。

本设计使用STC89C52单片机作为主控芯片，选择高灵敏度、稳定性好的光敏电阻GL10539把光信号转化为电信号。选用价格低廉稳定性好、高灵敏度的HC-SR501热释电红外模块来探测人体的移动。为了方便对LED灯的控制，使用主从一体、功耗低的HC-05蓝牙模块进行手动控制。供电电源方面则选用电路简单、稳定性符合LED要求的RCC开关电源。LED灯则选用3个1W的LED串联起来，如此3W的LED对于普通的照明依然足够。可以使单片机输出一定占空比的PWM来对LED灯进行调光。

本设计价格低廉、性能稳定又很实用。本设计使用者有更好的体验，比如能节省使用者宝贵的时间，不用因为开关灯的问题而烦恼；也能节约能源，而且还能保护人眼。在日常生活中具有很好的应用价值。

关键词：LED；自动控制；蓝牙控制；单片机

摘要 I

第一章前言 3

1.1设计背景 3

1.2设计意义和目的 3

第二章设计方案 4

2.1可行性分析 4

2.2 方案选择 4

2.3总体框图 5

第三章硬件电路设计 6

3.1 主控模块 6

3.1.1 单片机芯片 6

3.1.2 复位电路 7

3.1.3 晶振电路 8

3.2 光强采集与A/D转换电路 9

3.2.1 光电转换电路 9

3.2.2 A/D转换芯片 9

3.3 红外模块 11

3.4蓝牙模块 13

3.5电源模块 16

3.6 LED电路 18

第四章软件设计 19

4.1 系统总程序设计 19

4.2主程序设计 19

4.3光强控制程序设计 20

4.4蓝牙控制程序设计 21

第五章系统调试 21

5.1电源、红外和自动调光调试 21

5.2蓝牙模块调试 22

结束语 24

参考文献 25

第一章前言

1.1设计背景

目前LED灯的使用很广泛，在寻常百姓家也可以看到它的身影。LED灯节能与智能技术的结合，将会

是LED灯智能照明技术与智能化建筑楼宇的发展方向。无须触摸开关， LED灯就可以自动开关。将来智能照明LED灯将会取代普通LED灯，成为照明行业的主要产品[ ]。

目前能源的消耗加剧，因此高效智能的LED灯照明技术会使用越来越普遍。而且LED拥有高效率、低功耗、低电压驱动、使用寿命长等特点，将会给照明产业带来巨大的变化。

1.2设计意义和目的

虽然LED 灯在室外装饰、景观照明和家用照明等各种领域应用广泛，但目前大多数的LED灯还不能够根据环境光强自动调节亮度和自动控制LED灯开关。这对于

使用者来说显然不够方便，而且对于眼睛伤害比较大。对于公共场合，没人的时候灯还依然亮着很浪费资源[ ]。

本设计的目的在于制作一个能够红外自动感人、光控和可以手机蓝牙控制的 LED灯自动控制系统。本设计能够根据环境光强自动调节亮度，并且能利用热释电红外感应自动控制LED灯的开关。设计还具备了手机蓝牙控制功能，使得LED灯的控制会变得更加方便。

第二章设计方案

2.1可行性分析

本设计能够根据环境光强自动控制LED灯，通过热释电红外传感器检测人的移动，利用光敏电阻把光信号转化为电压信号，从而通过单片机输出的PWM来控制LED的开关和亮度。还使用了手机蓝牙模块来控制LED灯。

本设计的硬件设计原理上来并不复杂，较容易实现，而软件设计方面则采用C语言来编写，相对于硬件设计更加容易些。设计所需元件价格便宜、易购买。本设计可以提高能源的利用率，节约人力、财力，因此本设计具有非常好的实用价值。

2.2 方案选择

方案一

主控芯片采用ATmega16单片机。其拥有16个字节的RAM， 16k的Flash和512个字节的EEPROM。与STC89C52相比，它的优点是运行速度快， I\O口比STC的灵活和强大。但是价格相对STC89C52来说较高[ ]。

蓝牙模块使用HC-06，优点功耗较低。经过测试在空旷地有效距离10米。缺点是HC-06只能工作在从机模式，因此只能接受主机命令，而不能发送数据。

在人体感应方面使用微波雷达感应，其基于多普勒效应原理。具有灵敏度高﹑可靠性强﹑安全方便、

感应距离更远、角度广、无死区等优点。微波雷达感应可穿透非金属物体，感应距离可达8-10米。缺点是价格高，是人体红外价格的3到4倍。

方案二

主控芯片使用STC89C52单片机。STC89C52RC是低功耗、高性能的8位微控制器，其拥有8k字节Flash，512字节RAM，内置4KB EEPROM。STC相对于ATmega16来说价格比较便宜，而ATMEGA的性能则更好一些。

蓝牙模块选用Hc-05，其是一款主从一体的蓝牙芯片，功耗较低。HC-05经测试在空旷地通信距离在10米以内。

对于人体的探测则选择热释电红外感应模块HC-SR501，其具有灵敏度高，可靠性强，静态电流小于60微安的优点。经测试感应范围小于120度锥角，7米以内。

通过以上两种方案的比较，根据低功耗、价格低廉、易于使用的原则。因此选择方案二。本方案采用3个串联的额定功率1W的LED灯，热释电红外传感器感应角度为120度以内，感应距离最大为7米，静态功耗为0.325mw。亮度调节范围是当周围光强低于196LX，LED灯点亮，环境光强越低，单片机输出的PWN占空比越大，LED灯越亮。

2.3总体框图

本设计为LED灯自动控制系统，需要自动调节光强，

用到光敏电阻采集光强，红外感应人体的移动和蓝牙控制。因此当有人进入红外感应范围内时自动开关LED灯，利用单片机输出的PWM调节LED灯亮度。蓝牙则可以用来控制LED开关和设定亮度。

设计总框图如图2-1所示。

图2-1 系统框图

第三章硬件电路设计

3.1 主控模块

在设计中单片机是关键，就相当于人类的大脑。根据设计的实用性、易于使用及价格低廉的需要，选择STC公司的STC89C52芯片作为主控芯片。

3.1.1 单片机芯片

STC89C52单片机是一款超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令码完全兼容8051单片机。 STC8

9C52拥有比较完善的中断功能，满足设计的控制要求。其拥有512字节RAM，8k字节Flash，32 位I/O 口线，3个16位定时/计数器，4个外部中断，一个全双工串行通信口和片内振荡器[ ]。

STC89C52的引脚图如下图3-1所示。

图3-1 STC89C52引脚图

单片机依靠I/O 口与外界进行通信， I/O 口的存在能够实现数据的传输。单片机串行通信的传输方式是将数据的每一字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串行通信具有传输线少，长距离传送的成本低的优点。串行通信传输示意图如下图3-2所示：

图3-2 串行通信传输示意图

3.1.2 复位电路

复位电路的作用是使单片机重新从起始状态开始运行。当单片机上电时，或者系统死机的时候进行复位。按下复位键后，CPU和整个硬件资源都处于初始化的状态。

STC89C52 的RST 引脚为复位端，使RST引脚保持超过2个机器周期的高电平，则可使单片机复位。单片机的复位分为上电自动复位和按键手动复位。如单片机在运行过程中出错，此时我们可手动按复位键进行复位。

复位电路如下图3-3 所示：当VCC上电时，电容C3开始进行充电，电阻R2的电位升高，单片机的RST引脚变为高电平使得单片机复位；当电容C3充满后，电阻R2上电流降为0，电压也为0，单片机RST引脚电平降为0。手动复位是按下复位按键时，电容C3放电，电阻R2的电位升高，单片机复位。根据单片机复位的电压和时间要求，选用10K电阻和10uf电容。

图3-3 复位电路

3.1.3 晶振电路

晶振电路的作用是产生时钟信号，使单片机可以工作。晶振电路采用单片机内部时钟工作模式，即利用单片机内部的振荡器来工作的模式。引脚XTAL1和XTAL2分别为单片机内一个高增益的单级反相放大器的输入和输出端口。内部时钟模式需在XTAL1引脚和XTAL2引脚间连接一个晶体振荡器，再并联两个电容后接地。电容值的大小会直接影响到晶振的谐振频率和输出幅度，根据经验选择 C1=C2=30pF。使用11.0592MHZ的晶振能让单片机的时钟频率更

加准确的计算。

晶振电路如下图3-4所示：

图3-4 晶振电路

3.2 光强采集与A/D转换电路

本设计需要实现自动调光功能，需要采集环境的光强信息。根据光敏电阻光强阻值低，光暗阻值高的特性，把光强信息转化为电压信息，再通过A/D转换电路就可以及时知道环境光强，从而调整PWM的输出，实现自动调光的功能。

3.2.1 光电转换电路

光敏电阻用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成，其基于光电效应的工作原理。光敏电阻对光线十分敏感，阻值会随着光照的变化而变化，环境光照越强，阻值越低，亮电阻值小于1KΩ。环境无光照则呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ以上[ ]。

设计选择光敏电阻GL10539，它具有反应快、灵敏度高、可靠性好等优点。

光电转换电路如下图3-5所示：

图3-5 光电转换电路

经测试当环境变亮时，输出信号电压为：，变暗时输出信号电压为：。光敏电阻与1K电阻串联，光照越强，光敏电阻阻值越小，则光电转换电路输出电压越大，反之越小。

3.2.2 A/D转换芯片

A/D转换芯片的作用是把模拟信号转化为单片机能识别的数字信号。比较常用的模数转换芯片有ADC0832、ADC0809等。从功耗低、转化效率高等方面考虑，ADC0832比较符合作为本次设计的A/D转换芯片。

ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，分辨最高可达256级，转换效率高且稳定性强。ADC0832的输入输出电平与TTL/CMOS相兼容，工作频率为250KHZ，转换时间为32μS，功耗低至15mW。CS是芯片片选使能端口，低电平使能；CH0和 CH1分别是模拟信号输入通道0、1；CLK是芯片时钟输入端；DI是数据信号输入端口，用于选择模拟量的输入端口；DO是数据信号输出端口，输出转化数据到单片机[ ]。

ADC0832 的引脚图如下图3-6所示：

图3-6 ADC0832引脚图

ADC0832转换原理：CS为使能端，高电平时芯片禁用。开始进行A/D转换前，需将CS端置为低电平，并需要在芯片转换过程中一直保持低电平直至转换完全结束。转换开始后，同时由单片机向ADC0832芯片的CLK端口输入时钟信号，在第一个时钟脉冲的下沉前，DI端必须置为高电平表示起始

信号。第二、三个时钟脉冲的下沉前，由单片机给ADC0832的DI端输入两位数据选择模拟量的转换通道。输入1、0表示选择通道0；1、1选择通道1。第三个时钟脉冲下沉后DI端的输入对ADC0832芯片已经没有作用。

DO口的作用是把转换的数字量输出到单片机。从第四个脉冲开始，随后的每一个脉冲下沉就输出一位数据。先从最高位DAT7开始输出，输完一个字节的数据后，开始输出下一个相反字节的数据，从DAT0开始输出。等相反字节的数据输完，此次A/D转换结束。

ADC0832时序图如下图3-7所示：

图3-7 ADC0832 时序图

ADC0832 与STC89C52单片机的连接图如图3-8所示。ADC0832 的时钟脉冲信号CLK由STC89C52单片机的P3.6口输出，转换数据DO口输出到单片机的P3.4口，模拟转换通道选择有单片机的P3^5控制， CS片选使能由单片机的P3.7口控制。

图3-8 ADC0832接口电路

3.3 红外模块

HC-SR501热释电红外模块是基于红外线技术的自动控制模块，优点是高灵敏度、不容易受到环境干扰、超低电压工作、体积小及方便使用等优点。主要用来探测人体发射出的红外线能量，适合用于人体移动的探测[ ]。

HC-SR501热释电红外模块利用红外辐射的热辐射作用引起红外感应元件的温度变化进行工作。通过探测人体发出的波长约10μm的红外线能自动感应人的移动，有人进入感应范围输出3.3V的高电平，人离开感应区自动延时，后输出低电平[ ]。