基于光敏电阻的照明灯控制系统的设计

基于光敏电阻的照明灯控制系统的设计

摘要

随着信息技术的飞速发展和社会的不断进步，人们都市生活的迅速发展，新型半导体材料LED照明应用得到普及，人们对 LED 照明的高效控制和功能多样化的要求也不断提高。灯饰除了有普遍的照明作用之外，还有广泛的工业用途。针对普通的LED光源存在光谱不全这个问题，本文介绍了一套小型智能灯，它是基于光敏电阻的照明系统，主要的功能是用光照强度来调节LED灯的亮度，就是通过光敏电阻接收到的外界不同的照度来控制LED灯不同的亮度，也就是说，本设计通过环境光照度的强弱对LED灯进行控制，而且可以自动变换，使生活和工业生产更加现代化和节能环保。这个设计的核心在于单片机控制模块，光敏电阻通过外界照度的不同产生不同大小的电信号，本设计先根据电信号的大小规定好对应的数字信号，这样单片机就可以根据输入的数值信号发出红绿黄三路通路/截止的命令，达到辨色的目的，判断光强度做好防护，并且可从液晶屏上读出光照强度，调控LED光强,这样的设备在温棚、禽舍、晒相、电路板生产等方面都得到广泛的应用。

关键词：LED(发光二极管)光敏电阻单片机液晶显示屏

LIGHTING CONTROL SYSTEM DESIGN BASED ON

PHOTORESISTOR

ABSTRACT

With the rapid development of information technology and social progress as well as the rapid development of urban life, new applications of semiconductor materials are popular LED lighting products. Efficient LED lighting and functional diversification of the requirements is also rising. Lighting not only have lighting effect, but also have extensive function of industry. This paper introduces a set of small smart lights, the lighting system which is based on photosensitive resistance, to solve LED light source for general spectrum insufficiency problem. Its main function is to automatically select the light color. Photoresistor receives different illumination of the light outside to control the three RGY-LED work or not. In other words, a lamp can automatically transform several colors light. It will save the energy sources make our life more modern . The SCM ( Single Chip Micyoco) module is the core of this design. Photoresistor generated different signals by different external illumination. The design first turn analog signals into digital signals.Accroding the digital signals, SCM will release the orders to control RGY-LED work or not.In this way, the purpose is able to choose colors of the light intellectuality.At the same time it can read the light intensity On the LCD panel to regulat the intensity of Lighting system . Such equipment Have extensive application on Greenhouse, birdhouse, bask in phase, circuit board production.

Key words: LED(Light Emitting Diode) Photoresistor SCM LCD

目录

摘要..................................................... I ABSTRACT................................................ I I 1前言 (1)

1.1选题的目的意义 (1)

1.2国内外研究综述 (1)

1.3研究目标 (1)

1.4研究内容 (2)

1.5关键问题 (2)

1.6基本思路 (2)

1.7研究方法 (2)

2基于光敏电阻的照明灯控制系统的设计和论证 (3)

2.1设计要求 (3)

2.2设计方案 (3)

2.3方案选取 (6)

3基于光敏电阻的照明灯控制系统的设计 (7)

3.1基于光敏电阻的照明灯控制系统的整体电路原理方框 (7)

3.2电源设计 (7)

3.3控制电路 (7)

3.3.1STC12C5A60S2 (8)

3.3.2信号采集电路 (10)

3.3.3LCD显示电路 (11)

3.3.4驱动调光电路 (12)

4单片机编程 (15)

4.1程序流程框图 (15)

4.2信号采集程序 (15)

4.2.1AD初始化程序 (15)

4.2.2AD转换程序 (16)

4.3显示屏程序 (16)

4.3.1写指令函数 (16)

4.3.2写数据函数 (16)

4.3.3显示函数 (17)

4.3.4对1602液晶的模式进行设置 (18)

4.4主程序（选择红、绿、黄指示灯的程序） (18)

4.5PWM程序 (19)

5焊接与调试 (21)

5.1焊接 (21)

5.1.1制作注意事项 (21)

5.1.2 实物展示 (21)

5.2 软件调试 (22)

5.3 PWM波形测量图 (25)

6元件清单与性能参数 (26)

7结论 (27)

参考文献 (29)

附录 (30)

1整体电路设计图 (30)

2单片机全部程序 (31)

谢辞 (37)

1 前言

1.1选题的目的意义

照明灯的应用一直以来都是相当的广泛和重要。随着人们都市生活的发展，灯饰不仅有普遍的照明作用，还可以为家居营造梦幻般的气氛。本课题为基于光敏电阻的照明灯控制系统，就是通过CDS光敏电阻(LXD5537)接收到的外界不同的照度来控制照明灯不同颜色的亮灭，也就是说，一盏灯能有几种颜色，而且可以自动变换，使生活更加现代化。这个设计的核心在于单片机控制模块，光敏电阻通过外界照度的不同产生不同大小的电信号，我先根据电信号的大小规定好对应的数字信号，这样单片机就可以根据输入的数值信号发出GRB三路通路/截止的命令，从而达到选色的目的。

本课题的照明灯是当今的新型半导体光源——LED，这种器件具有寿命长、启动时间短、色彩丰富饱满、可做全彩变化、低压安全等特点，除了节约能源、绿色环保、健康安全之外，还可以做出布线灵活、控制方便、安全可靠的产品1。由此可见，这种智能的照明系统在日常照明、景观照明、舞台灯光控制、城市建筑物、餐厅及家居美化等方面都具有广阔的发展前景！

1.2国内外研究综述

基于光敏电阻的照明系统除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，路灯，验钞机，迷你小夜灯，光声控开关，自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰等光自动开关控制领域。之后，光敏电阻在照明系统上的应用也就不限制于日常照明，还推动了我国的生态农业，光控捕虫灯就是一个典型的例子。

在气体发光取代钨丝发光成为主流后，LED（发光二极管）又被喻为新一代技术。2009年，飞利浦公司就推出了LivingColors系列的产品这是智能感应照明系统的佳作之一。它是一款小巧的圆形灯具，内置红、蓝、绿四件LED光源，可随意配置出1600万种色调，具有自动变色、手动遥控变色、控制色彩强弱等功能，只要轻触“感应式调色环”，就能选择你想要的灯光颜色，还可切换自动变色模式。

而我的灵感则是来源于LivingColors MINI，我的照明灯控制系统则是把光敏电阻和LED联系在一起，首先给光敏电阻连接一个电源，再用一个AD采集光敏电阻的电压，因为阻值的不同，光敏电阻的电压发生变化，然后利用单片机得到这些参数，经过单片机的运算通过PWM再去控制一个LED驱动器，这个LED驱动器就是用来控制LED的亮度的。

1.3研究目标

本设计主要采用光敏电阻来完成照明灯控制系统的设计。要求通过光敏电阻接收到的外界不同的照度，通过显示照度来自动调控来或模拟调控与自动调控相结合控制照明灯的亮度。

1详见李铁楠：《城市道路照明设计》[M]，机械工业出版社2006年版

1.4研究内容

（1）采集信号部分——光敏电阻光电转化电路

（2）控制电路部分——单片机

（3）照明电路部分——大功率LED

（3）指示电路部分——红绿黄指示灯被选择亮，LCD液晶显示屏显示读数，

1.5关键问题

通过单片机实现LED选色控制模块。根据外界光源的光照度的变化，控制模块的CDS光敏电阻(LXD5537)会产生不同的电信号，这些信号就会输进单片机里。单片机是控制模块的核心，它用来完成模数转换，选色显示，PWM调控等功能。PWM调光亮度的程序是本设计的关键。我初步设想，首先先确定出光敏电阻在光源为最亮和最暗两种环境下的输出电流信号或者电压信号，并发给LCD显示，并按规定数字信号里的“0”或是“1”到底是针对你的模拟信号的多少安培的电流值或是多少伏特的电压值，接着经过单片机编程（大多使用while、if、break等语句）发出GRB三路通路/截止的命令以便于知道现在的光偏于那种颜色，来调节LED的亮度来适合蔬菜或花儿生长或对光色要求高的地方。

1.6基本思路

基于光敏电阻的照明系统包括电源电路、A/D转换电路控制电路、负载LED发光电路、PWM调光电路。主电路部分主要是LED驱动电路和PWM调光，里边包括降压的分立元件电路，我打算用CL6808LED驱动芯片来驱动大功率LED：在编程前，我确定了照度的算法，自动控制的PID算法，我测试光敏电阻在强光、弱光、无光三种明显状态下所产生的电流值，待模数转换后，我再界定它们分别对应的数字信号，通过单片机，控制LED的RGB三路各自的通与断。

1.7研究方法

我的毕业论文研究方法主要是信息研究法和实验法。信息研究法就是通过对信息的收集、传递、加工和整理获得知识，并应用于实践，以实现新的目标。而实验法则是通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果联系的一种科研方法2。

在实际操作中，我首先收集资料，从资料中分析、提取、总结自己需要的信息，然后通过软件的仿真、编程来证实信息的对错，再在硬件的设计和制作中反复试验，最后得到一种较为完善设计方案。

2详见周树南，张伯颐：《电路与电子学基础》[M]，科学出版社2006年版

2 基于光敏电阻的照明灯控制系统的设计和论证

2.1设计要求

晴天的中午太阳光照射在照明系统的光明电阻上时，光敏电阻的阻值最小，此时，红灯亮；夜晚时，光敏电阻不受阳光影响，阻值最大，此时，黄灯亮；除了以上这两种外，照明灯发出路灯亮。

2.2设计方案

方案一：

采用宏晶STC12C5A60S2单片机和点接触直插型LED，直接从P1.0输入光敏电阻的模拟信号，通过单片机内部的A\D转换并选择，从而达到在不同光照度下选择不同颜色灯亮的目的。

①硬件图如下：

图2-1 采用STC12C5A60S2的光敏电阻选色灯硬件电路图

②宏晶STC12C5A60S2单片机编写程序

③评价：

优点：本设计电路和程序都简单，材料普通，程序成本低；

缺点：成品工作不稳定，光敏电阻会由于光照角度的不同而无法正常选择灯光颜色。

方案二：

使用飞思卡尔的HCS12XS128、红绿蓝三色一体大功率LED、LED恒流驱动芯片PT4115和M2L587T-ADJ开关电源稳压ic构成整体电路。由于红绿蓝三色一体大功率LED是高功率容电器，如果直接把它直接接在单片机的输出端，单片机无法驱动LED正常工作，因此，我需要用到高功率LED驱动芯片PT4115来做驱动，另外，要是LED长时间稳定工作，还需要LED升压变压器芯片LM2587T-ADJ来供给恒流源。

①硬件电路图

电源模块：M2L587T-ADJ开关电源稳压ic构成整体电路如图2-2所示；

图2-2 LM2587T-ADJ开关电源稳压ic构成整体电路

驱动模块：LED恒流驱动芯片PT4115如图2-3所示；

图2-3 LED恒流驱动芯片PT4115

控制模块：MC9S12XS128（飞思卡尔单片机）如图2-4所示；

图2-4 飞思卡尔引脚图

驱动模块：LED恒流驱动芯片PT4115如图2-4所示；

图2-5驱动芯片PT4115图