单片机的智能灯光控制系统设计与实现
摘 要本文主要围绕“智能灯光控制系统”进行了全方位的介绍，不仅对这种系统的起源发展背景以及国内外的研究现状做了综合分析，更在此基础上制定了本文的设计目标。笔者选用了目前单片机市场上最畅销的AT89C51单片机作为主要控制器芯片，并结合了其他必要的功能芯片，设计出了一款能够实现环境光线自动感应、人体信号检测以及定时启闭等功能的智能灯光控制控制系统，该系统不仅在硬件上突破了目前相关产品的成本消耗，更将硬件系统结构简化到最精，大幅度地降低了电能消耗、提高了待机时长，另外由于采用了普及程度较为广泛的C语言进行了程序代码的设计和开发，因此大大减少了软件系统的设计周期。本文最终通过实物制作对所设计的系统进行了全面的验证，对各种能指标进行了检验，检验结果显示系统的各项性能完全达标。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51控制芯片简介 4
（三） LCD1602显示器介绍 5
（四） 热释电红外传感器简介 6
（五） 红外遥控发射与接收模块 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 智能灯光控制系统原理框图设计 9
（二） AT89C51单片机最小系统设计 10
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 显示器电路设计 11
（四） 热释电红外传感器电路设计 11
（五） 红外遥控接收头电路设计 12
（六） 时间日期产生电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 智能灯光控制系统软件工作流程设计 14
（二） 显示器工作流程设计 15
（三） 热释电红外传感器工作流程设计 16
（四） 红外遥控信号接受工作流程设计 17
五、实物的调试 18
总 结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 27
附录四 程序 28 引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的智能灯光控制控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生产生活方式，不仅满足了现代人们对于高质量生活的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。智能灯光控制控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，智能灯光控制控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款智能灯光控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的智能灯光控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上智能灯光控制系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个智能灯光控制控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给智能灯光控制控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的智能灯光控制控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用智能灯光控制控制系统。本次毕业设计就将以智能灯光控制控制系统来作为研究的核心对象，结合期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外对于这种新型实用性的智能灯光控制电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为功能单一、结构简单，一些新型智能特性还没有大规模普及，如在智能灯光控制系统中植入对管理者的指纹识别以及灯光源的质量上，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。前不久国内一所研究机构推出了他们的最新研究成果，在功能上他们实现了更高质量光源的产生，设计师改进了对LED的驱动，将电源的频率由50Hz提高到几十kHz，这样大大提高了光源的闪动频率，实现了对眼睛的保护。
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能灯光控制控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对智能灯光控制控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了智能灯光控制控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是智能灯光控制控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；
1）能实现51单片机电路的设计，结合晶振电路以及复位电路构建最小系统；
2）通过液晶屏实现对智能灯光控制系统工作过程中的一些重要参数进行显示；
3）具有自然光线检测功能，当光照强度较为强烈时自动将灯光关闭，只有光线较弱时才可开启灯光。
4）能实现系统对人体信号，当检测到环境周围有人经过时，自动将灯光打开；
5）通过红外遥控实现对系统参数的设定；
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） AT89C51控制芯片简介 4
（三） LCD1602显示器介绍 5
（四） 热释电红外传感器简介 6
（五） 红外遥控发射与接收模块 7
三、 硬件系统设计 9
（一） 智能灯光控制系统原理框图设计 9
（二） AT89C51单片机最小系统设计 10
1. 晶振电路设计 10
2. 复位电路设计 10
（三） 显示器电路设计 11
（四） 热释电红外传感器电路设计 11
（五） 红外遥控接收头电路设计 12
（六） 时间日期产生电路设计 12
四、 软件系统设计 14
（一） 智能灯光控制系统软件工作流程设计 14
（二） 显示器工作流程设计 15
（三） 热释电红外传感器工作流程设计 16
（四） 红外遥控信号接受工作流程设计 17
五、实物的调试 18
总 结 22
参考文献 23
致 谢 24
附录一 原理图 25
附录二 PCB图 26
附录三 元件列表 27
附录四 程序 28 引言
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
本课题将要设计的这款基于STC89C51单片机的智能灯光控制控制系统是一种采用STC89C51芯片作为主要控制器的电子系统，这款系统的出现在某种程度上极大的方便了人们的生产生活方式，不仅满足了现代人们对于高质量生活的不断追求与向往，更在很大程度上推进了单片机与日常生产生活之间的距离，使得单片机系统趋向生活化和普遍化。智能灯光控制控制系统通常情况下由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制系统的一体化，智能灯光控制控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升，在这之前，要想实现一款智能灯光控制电子系统，只能依靠一些功能简单的数字逻辑芯片来实现，这种早期的智能灯光控制电子系统无论是在功能还是性能上，都是与现在市面上智能灯光控制系统所无法比拟的，首先在电路结构上，由于要完成一个简单的功能需要借助大量的逻辑门电路芯片来搭建，更有甚者需要大量分立的三极管基本部件来搭建一个逻辑门，可想而知要完成一整个智能灯光控制控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这么大的体积使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，使得其稳定性和抗干扰性极差，并且复杂的电子线路也给智能灯光控制控制系统的检修工作带来了极大的阻碍；其次在功能上表现得非常的简单，就以显示功能来说，最佳效果也只能是以数码管来显示一串数字来作为系统的人机交互，与现如今的液晶显示相差甚远。而现如今的智能灯光控制控制系统采用了具有集成外观的芯片并且是以单片机等微处理器作为控制器，性能得到了极大的提升，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果使得用户能够更好的使用智能灯光控制控制系统。本次毕业设计就将以智能灯光控制控制系统来作为研究的核心对象，结合期间所学的单片机、模拟电路、数字电路以及传感器等重要课程，通过对这些课程的综合融会贯通，并结合课外积累到的一些电子项目设计经验，来完成对这款系统的设计与实现。
国内外对于这种新型实用性的智能灯光控制电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为，当前这种控制系统或者称之为产品所存在的普遍不足和缺点为功能单一、结构简单，一些新型智能特性还没有大规模普及，如在智能灯光控制系统中植入对管理者的指纹识别以及灯光源的质量上，另外在主控的选择上，大多数产品为了降低产品的生产成本以及提高其性价比，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。前不久国内一所研究机构推出了他们的最新研究成果，在功能上他们实现了更高质量光源的产生，设计师改进了对LED的驱动，将电源的频率由50Hz提高到几十kHz，这样大大提高了光源的闪动频率，实现了对眼睛的保护。
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能灯光控制控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，文章的第一章主要通过到图书馆以及互联网查阅资料对智能灯光控制控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；文章第二章快速确定了智能灯光控制控制系统的主控核心单片机即51单片机，该核心确立后，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；论文的第三章是智能灯光控制控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；论文的第四章是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析；
1）能实现51单片机电路的设计，结合晶振电路以及复位电路构建最小系统；
2）通过液晶屏实现对智能灯光控制系统工作过程中的一些重要参数进行显示；
3）具有自然光线检测功能，当光照强度较为强烈时自动将灯光关闭，只有光线较弱时才可开启灯光。
4）能实现系统对人体信号，当检测到环境周围有人经过时，自动将灯光打开；
5）通过红外遥控实现对系统参数的设定；
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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