重力感应小夜灯的设计与制作
摘 要随着技术工艺的进步，目前市场上的LED灯都造型多样，给人一种十足的艺术享受，LED灯在外形上不受任何限制，制作非常的方便，简洁，所以，笔者想借助自己大学期间的知识，完成一个重力感应的LED小夜灯。重力感应式LED灯，在接通电源后采用电容降压原理动态分配电流，后使用驱动原理，提供LED的特种电源，产生整流作用，降低电压和动态分配电容，用80C51控制电路，使LED灯和重力感应器可以正常工作，在硬件电路设计的基础上实物制作。
目 录
一、引言 4
二、设计方案 4
三、硬件部分 5
(一)单片机控制电路 5
（二）电容压降电路 5
（三）驱动整流电路 7
（四）重力感应电路 8
（五） LED显示电路 9
（六） 总电路 9
四、软件部分 10
（一）主流程 10
（二）程序 11
五、实物的制作 12
（一）原件清单 12
（二）实物图 13
六、总结 14
参考文献 15
致 谢 16
引言
有光明的地方，就有了人类文明。在数万年以前，人类就已经懂得了使用火来抵御寒冷、烹饪食物和点亮无尽的夜晚。到了三千多年前，人类开始使用简单的灯具承载火烛，书写自己的历史文化。从粗糙的石灯到简易的青铜灯，精致的陶瓷灯再到现代的电灯，灯的历史变迁已经打上了时代烙印，同时也是社会经济和文化的缩影。1960年，科学家们利用了半导体PN结发光的原理，成功研制出第一个LED发光二极管。经过近30年的发展，LED灯的发展速度越来越快，逐渐发展成了大家非常熟悉的LED灯。目前，LED的运用领域涉及到手机、台灯、家电等日常家电和机械生产方面。随着科学技术的进步，越来越多的科技产品都朝着简单化的方向发展，如果在LED灯中设计出重力感应，那就能更加的方便与实用了，所以，本论文的思路由此出现，与传统的LED相比，本LED灯更加的方便，便捷。
本篇论文中采用电容降压原理，动态分配了电容，降低电压，又由驱动电路为LED灯提供了特种电源，80c51单片机负责控制LED电路和重力感应
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电路，使电路更加的稳定和完善。
二、设计方案
本系统主要由LED灯，重力感应系统，电容降压程序，电路驱动程序和80C51控制电路构成，接入220V电压后由电容降压程序进行降压，再由电路驱动程序完成整流，进入80C51控制电路控制重力感应系统与LED灯泡进行正常工作。
图1 系统设计方案
时至今日，单片机市场有着非常多的产品与类型，但其中最典型的还是当属Intel公司的MCS51单片机系列。MCS51单片机以其经典的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的指令系统著称，其为单片机的发展奠定了良好的基础。MCS51系列的典型芯片是80C51。
80C51芯片有2个16位定时计数器，2个外中断，2个定时计数中断，以及1个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要外接石英晶体和微调电容，一般的80c51单片机采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故在我的设计中采用80C51单片机作为控制核心。
80C51单片机是8048单片机的延伸，并改进了8048芯片的缺点，增加了如乘、除、减、比较、16位数据指针、布尔代数运算等指令，并且改进了其串行通信能力和5个中断源。80C51单片机采用40引脚的双列直插式DIP，并且其内部有128个RAM单元及4K的ROM。
三、硬件部分
(一)单片机控制电路
图2 单片机控制电路图
P1.0~P1.7引脚控制两边的LED显示电路，XTAL1与XTAL2引脚负责产生晶振，GND引脚接地，VCC与EA引脚连接电源，P3.2与P3.3引脚负责控制重力感应电路。
（二）电容压降电路
LED电容降压电路的工作原理是利用电容在一定的交流信号下产生的容抗来限制最大的工作电流。简而言之，也就是利用容抗限流，而电容在电路中为核心，起到了动态分配电容器和负载两端电压并且限流的角色。
图3 电容降压式简易电源的基本电路
在图中，电容C1的作用为降压和限流，由于通交流﹑隔直流，电容C1可以使交流电路连接到电路中，当电容连接于交流电路中时，由于电容C1产生的容抗计算公式为
C = 1/2πf C1
C 表示电容的容抗，f表示输入交流电源的频率，C1表示电容的容量。
流过电容降压电路的电流计算公式为：
U=IC
式中 I 表示流过电容的电流，U表示电源电压，XC表示电容的容抗。
电阻R1为泄放电阻，当电压被切断时，电容C1上的残流电荷无法释放，会长久存在，在维修时，如果维修员接触到C1 的金属部分，有强烈的触电可能，危及人的生命安全，而电阻R1可以将残存的电荷泄放掉，从而保证人的安全。泄放电阻的阻值与电容大小有关，具体数据如表1。
表1 电容与电阻的变化关系表
C1取值（μF）
0.47
0.68
1
1.5
2
R1取值
1M
750K
510K
360K
200300K
D1 ~ D3是整流器。
C2的用为滤波，当电流经过整流后，产生的脉动直流电压将经过滤波作用，滤波成平稳直流。滤波电容C2的容量是根据负载电压而定，一般为负载电压的1.2倍。
在使用的电容降压电路中，可以串联LED的数量视其正向导通电压而定,正常的AC电路中最多可以串联80个LED。
（三）驱动整流电路
LED灯产生的光源为冷光源，由于其较低的工作电压、较高的光转换效率，被认为是21世纪灯具中的新光源。然而，LED原来的关键问题有两个，首先，LED灯的价格偏高。第二则是由于LED的电源电路非常的不稳定，导致LED十分容易损坏，并且寿命大大降低。所以电源管理的选择对于LED灯而言举足轻重，这里，我使用了LED灯常见的驱动整流电路来控制LED的电源电路。
LED驱动整流电路的特点：
1.独有现行度较高的发光功能，以满足不同场合对LED发光度的调节。
2.电路本身可以在LED本身进行保护作用。
目 录
一、引言 4
二、设计方案 4
三、硬件部分 5
(一)单片机控制电路 5
（二）电容压降电路 5
（三）驱动整流电路 7
（四）重力感应电路 8
（五） LED显示电路 9
（六） 总电路 9
四、软件部分 10
（一）主流程 10
（二）程序 11
五、实物的制作 12
（一）原件清单 12
（二）实物图 13
六、总结 14
参考文献 15
致 谢 16
引言
有光明的地方，就有了人类文明。在数万年以前，人类就已经懂得了使用火来抵御寒冷、烹饪食物和点亮无尽的夜晚。到了三千多年前，人类开始使用简单的灯具承载火烛，书写自己的历史文化。从粗糙的石灯到简易的青铜灯，精致的陶瓷灯再到现代的电灯，灯的历史变迁已经打上了时代烙印，同时也是社会经济和文化的缩影。1960年，科学家们利用了半导体PN结发光的原理，成功研制出第一个LED发光二极管。经过近30年的发展，LED灯的发展速度越来越快，逐渐发展成了大家非常熟悉的LED灯。目前，LED的运用领域涉及到手机、台灯、家电等日常家电和机械生产方面。随着科学技术的进步，越来越多的科技产品都朝着简单化的方向发展，如果在LED灯中设计出重力感应，那就能更加的方便与实用了，所以，本论文的思路由此出现，与传统的LED相比，本LED灯更加的方便，便捷。
本篇论文中采用电容降压原理，动态分配了电容，降低电压，又由驱动电路为LED灯提供了特种电源，80c51单片机负责控制LED电路和重力感应
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
电路，使电路更加的稳定和完善。
二、设计方案
本系统主要由LED灯，重力感应系统，电容降压程序，电路驱动程序和80C51控制电路构成，接入220V电压后由电容降压程序进行降压，再由电路驱动程序完成整流，进入80C51控制电路控制重力感应系统与LED灯泡进行正常工作。
图1 系统设计方案
时至今日，单片机市场有着非常多的产品与类型，但其中最典型的还是当属Intel公司的MCS51单片机系列。MCS51单片机以其经典的结构、完善的总线、SFR的集中管理模式、位操作系统和面向控制功能的指令系统著称，其为单片机的发展奠定了良好的基础。MCS51系列的典型芯片是80C51。
80C51芯片有2个16位定时计数器，2个外中断，2个定时计数中断，以及1个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51内部有时钟电路，但需要外接石英晶体和微调电容，一般的80c51单片机采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟，故在我的设计中采用80C51单片机作为控制核心。
80C51单片机是8048单片机的延伸，并改进了8048芯片的缺点，增加了如乘、除、减、比较、16位数据指针、布尔代数运算等指令，并且改进了其串行通信能力和5个中断源。80C51单片机采用40引脚的双列直插式DIP，并且其内部有128个RAM单元及4K的ROM。
三、硬件部分
(一)单片机控制电路
图2 单片机控制电路图
P1.0~P1.7引脚控制两边的LED显示电路，XTAL1与XTAL2引脚负责产生晶振，GND引脚接地，VCC与EA引脚连接电源，P3.2与P3.3引脚负责控制重力感应电路。
（二）电容压降电路
LED电容降压电路的工作原理是利用电容在一定的交流信号下产生的容抗来限制最大的工作电流。简而言之，也就是利用容抗限流，而电容在电路中为核心，起到了动态分配电容器和负载两端电压并且限流的角色。
图3 电容降压式简易电源的基本电路
在图中，电容C1的作用为降压和限流，由于通交流﹑隔直流，电容C1可以使交流电路连接到电路中，当电容连接于交流电路中时，由于电容C1产生的容抗计算公式为
C = 1/2πf C1
C 表示电容的容抗，f表示输入交流电源的频率，C1表示电容的容量。
流过电容降压电路的电流计算公式为：
U=IC
式中 I 表示流过电容的电流，U表示电源电压，XC表示电容的容抗。
电阻R1为泄放电阻，当电压被切断时，电容C1上的残流电荷无法释放，会长久存在，在维修时，如果维修员接触到C1 的金属部分，有强烈的触电可能，危及人的生命安全，而电阻R1可以将残存的电荷泄放掉，从而保证人的安全。泄放电阻的阻值与电容大小有关，具体数据如表1。
表1 电容与电阻的变化关系表
C1取值（μF）
0.47
0.68
1
1.5
2
R1取值
1M
750K
510K
360K
200300K
D1 ~ D3是整流器。
C2的用为滤波，当电流经过整流后，产生的脉动直流电压将经过滤波作用，滤波成平稳直流。滤波电容C2的容量是根据负载电压而定，一般为负载电压的1.2倍。
在使用的电容降压电路中，可以串联LED的数量视其正向导通电压而定,正常的AC电路中最多可以串联80个LED。
（三）驱动整流电路
LED灯产生的光源为冷光源，由于其较低的工作电压、较高的光转换效率，被认为是21世纪灯具中的新光源。然而，LED原来的关键问题有两个，首先，LED灯的价格偏高。第二则是由于LED的电源电路非常的不稳定，导致LED十分容易损坏，并且寿命大大降低。所以电源管理的选择对于LED灯而言举足轻重，这里，我使用了LED灯常见的驱动整流电路来控制LED的电源电路。
LED驱动整流电路的特点：
1.独有现行度较高的发光功能，以满足不同场合对LED发光度的调节。
2.电路本身可以在LED本身进行保护作用。
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