灯光亮度调节单片机控制器

灯光亮度调节单片机控制调器

1.引言

1.1课题背景

随着经济的高度发展，人们对所处的生活环境的要求也越来越高。我国的申奥主题就有“绿色奥运”之说。本项目的研究就是基于人们生存的光环境的“绿色”所开展的。紧扣能源节约与健康的主题。

能源与健康是当代社会的几大热门话题之一。节约能源，已经迫在眉睫。环顾我们的周围，能源浪费现象十分严重。就拿我们十分熟悉的校园来说，大家肯定都留心到了这些现象：教室时常是不分白昼黑夜的亮着灯；宿舍断电时，我们常常忘了关掉电源。等到再次来电时，我们又常常不在宿舍，此时灯却依旧亮着，而当时的光线常常不需要开灯。这样不仅浪费电，而且也会缩短灯泡的寿命；另外，我们有时会因光线不好而开灯，可过了一会儿，当光线好起来时，我们又因手头的事不能停下而无法去关灯，这样也导致了能源的浪费。

不良的光源会在不知不觉中对眼睛造成伤害。太强或太弱的光对眼睛都是有害的。大量研究表明学生的近视和长期应用不科学照明光源有直接关系。所以一个好的光环境尤为重要。

鉴于以上的分析，我们设计了这个便携式的灯光控制调节系统，它与灯泡相连便构成光控电灯。它的意义在于：使用者可通过自己设置的光强通过本系统使室内达到恒定的光强。即达到了节能的目的，又有保护视力的效果。

1.2课题研究的意义

在家居、工作、学习的各个环境中，我们所使用的光源均为固定瓦数的，提供固定光强的电灯。我们计划研制的灯光调节器，能够为人们提供“绿色光源”。我们查阅了大量的资料，结果发现目前市面上还没有此种灯。有些人也研制了一些调节灯，如/vote1/htm/A13.asp(东南大学电工电子试验中心)网页上所介绍的调节灯仅能人为手动调节亮度，再附上几个比较器组成的光感报警系统，来提醒人们室内光强超出允许范围，我们研制的调节器能真正意义上的达到自动调节光强的目的。此灯通过传感器采集的光强来控制灯泡的亮度，使室内达到了稳定的光强，此恒定光强也可通过外设键盘自主设定，既减少了经常开关灯的不便，又解决了浪费电能与影响视力的问题。此灯成本不高，可在办公室图书馆等公共场合使用。使人们生活的光环境的质量有了大大的提高，使人们生

活在由自己随心所欲控制的光环境下，满足了工作、学习及家居对光的要求。

1.3课题研究的目的

（1）通过动手实践巩固所学的知识体系，将理论与实践相结合，更好的理解书本上的知识。

（2）通过查询相关的课外资料，掌握更加系统的知识体系，开拓视野。

（3）在相互协作制作的同时，增强了我们的团队精神。知道怎样分工协作才能达到最高效率。

2.课题方案的设计

本课题研究的主要内容是如何采光与如何控光。

2.1光检方案：

方案一：图1所示为英文资料上推荐的光检电路，我们对该电路进行了测试，测试结果如下：

图1

实验条件：R f=470K，V+=3.33V，采用60W的可调台灯照明，台灯亮度从最暗调整到最亮。

实验数据：光检电路的输出电压变动范围-0.03------250mV，电路电流为520uA。

实验结论：输出电压不稳定，而且电压太小，无法实现控制。经过计算，将电路参数R f调整为5M左右，电路输出电压将近3V，但输出电压稳定度下降。

方案二：图2为经过改进的电路

图2

测试条件与方案一相同。

测量结果：电路输出电压范围为0.04V---3.52V，达到设计要求，电压稳定性也比第一种方案好。

通过以上两个试验的测试，决定采用第二种方案。

2.2灯控方案：

方案一：图3所示方案为采用可控硅调节灯泡的电压，从而调节了灯的亮度。

图3

方案二：图4所示方案采用CMOS管和光耦来调节灯泡的电压。

图4

通过对上述两种方案的具体测试，我们发现用可控硅的光控电路控制灯泡时出现闪烁现象。第二种方案在同等控制输入信号频率下，电路工作稳定，灯泡无闪烁现象。分析原因在于第一种方案中可控硅的开关速度达不到设计要求，因而出现闪烁现象。

2.3单片机的选择

方案一：采用C51单片机

采用C51单片机，容易编程，但外围硬件接口电路的设计较复杂。

方案二：采用美国TI公司MSP430系列单片机

美国TI公司的MSP430系列单片机，内置模块功能较强，接口电路简易，可通过编程直接产生PWM信号，方便地控制灯的亮度。

MSP430系列单片机简介：

TI公司的MSP430系列是一个特别强调超低功耗的单片机品种。在这个系列中有多个型号，他们是由一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成的。

特性功能：

1．定时器中断可用于事件计数、时序发生、PWM等

2．A/D转换器（10位或更高精度）有8个输入端，可作为恒流源

3．具有LCD驱动电路

4．已开发了c-编译器

5．系统内置模块：LCD驱动、A/D转换、I/O端口、UART、看门狗、定时器、EPROM等

6．64KB公共空间中，有可能实现任意的ROM/RAM混合分配

八位脉宽调制定时器PWM介绍：

用8位定时器计数器，PWM外围模块产生一个占空比可以是0%~100%的方波输出。占空比由8位占空比控制寄存器PWMDT来确定。

PWM定时器模块具有以下特性：

1．可选择8个时钟源；

2．占空比为0%~100%，分辨率为1/254；

3．可以用正或负逻辑输出。

基于课题的设计要求，我们所选用的单片机是MSP430系列的448型号。

3.硬件电路设计

3.1系统原理框图

图5

系统原理框图如图5所示，主要包含六个部分：

（1）电源部分

图6 （2）光检电路

图7（3）光控电路

图8