单片机的光强自动调节系统设计
摘 要本文以当前主流光强自动调节系统为基础，提出了一种可以通过AT89C51单片机作为主控的新型光强自动调节控制系统。以光敏传感器、模数转换器等作为核心模块，搭建了硬件框架结构，辅以编写的程序基本实现了周围环境光强检测、光强显示以及LED亮度自动调节等功能。系统仿真及专业仪器测量结果表明本系统总体功耗远低于市面上主流产品。由于使用的硬件大多为新型且价格低廉的芯片模块，因此总体系统的生产成本得以大幅压缩。经过多方面的测试和改进后，本系统表现出优异的性能，具有广阔的应用前景。
目录
一、 引言 1
（一） 光照强度测量仪器的发展背景 1
（二） 光照强度测量仪控制系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 系统主控核心的选取 4
（二） AT89C51单片机 5
（三） 光敏传感器模块介绍 5
（四） ADC0832模数转换器介绍 6
（五） LCD1602点阵显示器简介 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 光强自动调节系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 8
2. 复位电路设计 9
（三） 光敏传感器电路设计 10
（四） ADC0832模数转换器电路设计 10
（五） 点阵显示器电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 光强自动调节系统的软件工作流程设计 13
（二） 光敏传感器软件工作流程图设计 14
（三） ADC0832模数转换器工作流程设计 14
（四） 点阵显示工作流程设计 15
五、 实物测试 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 C语言程序 23
引言
光照强度测量仪器的发展背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
光照强度测量仪控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，是一些智能电子产品的重要组成部分，如手机显示屏亮度自动调节系统、智能照明系统等，基于51单片机的光照强度测量仪控制系统在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的光敏传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，以实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的光照强度测量仪控制系统。
图11 照度计
对物体进行光照强度测量功能的仪器称为光照强度测量仪，早在很多年前就已经出现。传统意义上的光照强度测量仪全部采用机械结构来完成，在单片机技术还没有普及之前，比较主流的方式是使用机械结构来实现光照强度测量功能。这种传统光照强度测量仪所表现出的特点非常显著，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大。在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，所以需要定期地进行维护和部件更换。另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这也是传统光照强度测量仪的典型特点。但是随着科学技术的飞速发展以及电子技术空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统光照强度测量仪所能实现的功能，直到单片机系统的出现才打破了这一僵局。光照强度测量仪的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能促进此类产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的光照强度测量仪的开发与设计。由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的光照强度测量仪控制系统突破了传统的单一功能性，不但实现了传统的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能。更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误光照强度测量仪产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现光照强度测量仪控制系统的二次甚至多次升级，这种功能是传统光照强度测量仪所无法实现的。另外由于这种电子式光照强度测量仪系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的光照强度测量仪控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款光照强度测量仪控制系统。
光照强度测量仪控制系统的国内外发展现状
电子式光照强度测量仪系统在国内外目前都已实现了全面普及，虽然各大企业对于生产光照强度测量仪系统产品的技术已经趋于成熟，但其性能还有很大的一段上升空间。因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将目前的16位或者32位芯片替换掉，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的光照强度测量仪控制系统将能够实现更高精度的光照强度测量。目前国内外所能实现的最先进光照强度测量仪系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，设计并制造了一款能够实现8位精度的光照强度测量系统，这表明光照强度测量仪系统的开发还有很大的潜力可以挖掘，在这一领域还有许多工作等待完成。
本文主要研究内容
在对光强自动调节控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了充分的调研后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对光强自动调节控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
本系统以AT89C51单片机作为主控芯片，通过复位电路和晶振电路的配置，进行了51单片机最小系统电路的设计，实现了对模数转换器、光敏传感器、LED等以及液晶屏的驱动，通过光敏传感器电路的配置，实现了对光照强度的采集，并使用ADC0832模数转换器对光敏传感器输出的直流电压进行采样转换，送入单片机进行处理。AT89C51单片机通过输出不同占空比的PWM波进行LED灯亮度的调节，并利用LCD1602液晶屏实现了光照强度等参数的显示。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中软硬件系统的主控核心的选取是最重要的，因为这将决定是否能够实现最终的指标和功能。主控核心部分的好坏主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验。所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得用户能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分。如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。由于我目前对该单片机不是很熟悉，如果将其运用在该系统遇到难题则需要耗费很多的时间去解决。
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一、 引言 1
（一） 光照强度测量仪器的发展背景 1
（二） 光照强度测量仪控制系统的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 4
（一） 系统主控核心的选取 4
（二） AT89C51单片机 5
（三） 光敏传感器模块介绍 5
（四） ADC0832模数转换器介绍 6
（五） LCD1602点阵显示器简介 7
三、 硬件系统设计 8
（一） 光强自动调节系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
1. 时钟电路设计 8
2. 复位电路设计 9
（三） 光敏传感器电路设计 10
（四） ADC0832模数转换器电路设计 10
（五） 点阵显示器电路设计 11
（六） 按键电路 11
四、 软件系统设计 13
（一） 光强自动调节系统的软件工作流程设计 13
（二） 光敏传感器软件工作流程图设计 14
（三） ADC0832模数转换器工作流程设计 14
（四） 点阵显示工作流程设计 15
五、 实物测试 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 元件列表 22
附录三 C语言程序 23
引言
光照强度测量仪器的发展背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
光照强度测量仪控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，是一些智能电子产品的重要组成部分，如手机显示屏亮度自动调节系统、智能照明系统等，基于51单片机的光照强度测量仪控制系统在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的光敏传感器、按键模块以及显示屏等部分的驱动，以实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的光照强度测量仪控制系统。
图11 照度计
对物体进行光照强度测量功能的仪器称为光照强度测量仪，早在很多年前就已经出现。传统意义上的光照强度测量仪全部采用机械结构来完成，在单片机技术还没有普及之前，比较主流的方式是使用机械结构来实现光照强度测量功能。这种传统光照强度测量仪所表现出的特点非常显著，由于全部采用机械部件来组成整个结构，因此在外观上是非常庞大。在使用过程中由于机械部件存在不可避免的摩擦和老损，所以需要定期地进行维护和部件更换。另外由于全部采用机械结构，因此一旦投入使用就很难进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这也是传统光照强度测量仪的典型特点。但是随着科学技术的飞速发展以及电子技术空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统光照强度测量仪所能实现的功能，直到单片机系统的出现才打破了这一僵局。光照强度测量仪的设计师们意识到唯有采用电子技术进行自动控制才能促进此类产品的全面发展，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的光照强度测量仪的开发与设计。由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，因此这种电子式的光照强度测量仪控制系统突破了传统的单一功能性，不但实现了传统的基本功能，更引入了显示、系统配置以及报警等新型功能。更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误光照强度测量仪产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现光照强度测量仪控制系统的二次甚至多次升级，这种功能是传统光照强度测量仪所无法实现的。另外由于这种电子式光照强度测量仪系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得最终推向市场后的光照强度测量仪控制系统表现出非常高的性价比，本课题就将采用单片机芯片来实现一款光照强度测量仪控制系统。
光照强度测量仪控制系统的国内外发展现状
电子式光照强度测量仪系统在国内外目前都已实现了全面普及，虽然各大企业对于生产光照强度测量仪系统产品的技术已经趋于成熟，但其性能还有很大的一段上升空间。因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将目前的16位或者32位芯片替换掉，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的光照强度测量仪控制系统将能够实现更高精度的光照强度测量。目前国内外所能实现的最先进光照强度测量仪系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，设计并制造了一款能够实现8位精度的光照强度测量系统，这表明光照强度测量仪系统的开发还有很大的潜力可以挖掘，在这一领域还有许多工作等待完成。
本文主要研究内容
在对光强自动调节控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了充分的调研后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对光强自动调节控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图；为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
本系统以AT89C51单片机作为主控芯片，通过复位电路和晶振电路的配置，进行了51单片机最小系统电路的设计，实现了对模数转换器、光敏传感器、LED等以及液晶屏的驱动，通过光敏传感器电路的配置，实现了对光照强度的采集，并使用ADC0832模数转换器对光敏传感器输出的直流电压进行采样转换，送入单片机进行处理。AT89C51单片机通过输出不同占空比的PWM波进行LED灯亮度的调节，并利用LCD1602液晶屏实现了光照强度等参数的显示。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中软硬件系统的主控核心的选取是最重要的，因为这将决定是否能够实现最终的指标和功能。主控核心部分的好坏主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择我较为熟悉的Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验。所谓高效性指的是Mega 2560高速的数据处理速度以及常用资源都被囊括在了同一片内，因此在硬件设计过程中就无需在外部配置相关的硬件芯片，如AD模数转换器、DA模数转换器等常用器件；多资源性与高效性是一种因果关系，正是因为Mega 2560内部配置了很多常用的模块如AD、DA、IIC、SPI以及UART等模块，才使得用户能够在极短的时间内开发出自己所需要的产品；而艺术性指的是该系列单片机（Arduino）是由意大利一所艺术类团队设计出来的，之所以要设计这款单片机是为了解决他们在进行艺术设计过程中所面临的一些难题，因此他们在设计这款单片机时或多或少的掺杂了很多艺术成分。如Mega 2560开发板的外观设计、开发环境IDE的界面人机感受等。由于我目前对该单片机不是很熟悉，如果将其运用在该系统遇到难题则需要耗费很多的时间去解决。
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