毕业设计（论文）
题目：智能LED控制系统设计
专业：电子信息工程
姓名：向先丰
指导教师：张联
院系站点：仙桃职业学院
华中师范大学继续教育学院
2012年9 月18 日
摘要
本智能LE D控制系统主要包括单片机、光强采集模块、A/D转换模块、D/A转换模块、液晶显示模块、按键输入模块。该系统具有自动和手动两种工作模式。自动工作模式：通过光强采集模块将光强度转换为0-2.5V电压，再经模数转换后送单片机处理，再经数模转换从而输出电流控制LE D照明强度；手动工作模式：通过功能按键调节输出电流大小，控制L ED照明强度。本系统采用L C D1602液晶显示器，采用芯片T LC5615进行D/A转换、T LC1543进行A/D转换，采用功能按键进行模式切换。
关键词：L ED T L C5615 T LC1543 L C D1602
Abstract
This intelligent LED control system mainly includes single-chip, the intensity of light collection module, A/D conversion module, D/A conversion module, liquid crystal display module, key input module. The system has to be automatic and manual two working mode. Automatic work modes: through the intensity of light collection module will light intensity into 0-2.5 V voltage, then through modulus conversion to SCM processing, then through d/a conversion and output current control LED lighting intensity; Manual work modes: through the function button control output current size, control LED lighting intensity. The system USES the LCD1602 LCD display, the chip for TLC5615 D/A conversion, TLC1543 for A/D conversion, USES the function button switch mode. Keywords:LED TLC5615 TLC1543 LCD1602
目录
摘要 (Ⅰ)
关键词 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
Keywords (Ⅱ)
引言 (1)
一、系统总体框图设计 (2)
(一）测量系统结构图 (2)
(二）智能LED照明控制系统总体框图 (2)
二、方案论证 (3)
（一）MCU选用 (3)
（二）A/D转化选用 (3)
(三）D/A转化选用 (3)
（四）显示模块选用 (3)
（五）LED照明系统选用 (3)
(六)按键输出选用 (4)
三、各电路设计 (5)
（一）光强采集部分电路的设计 (5)
(二）LED照明系统的设计 (6)
（三）、A/D转换单元的设计 (6)
（四）、D/A转换单元的设计 (7)
（五）、显示单元的设计 (8)
（六）、按键输入单元的设计 (9)
四、软件设计 (9)
（一）软件主流程图设计 (10)
（二）软件子流程图设计 (11)
1、LCD1602初始化流程图 (11)
2、自动模式流程图 (12)
3、手动模式流程图 (13)
4、按键操作子程序流程图设计 (14)
五、系统测试 (15)
（一）测试仪器 (15)
（二）测试方法 (15)
六、小结 (16)
八.参考文献 (18)
附录
引言
随着计算机网络、通信、控制等技术的发展,智能建筑的发展越来越迅猛。国内大多数智能建筑存在效率低、能耗高的现象。就智能建筑的照明系统来说，许多地方的灯经常是从早到晚开着的，不管这些房间或楼道是否有人，或者，当自然光照度很好时，灯不能及时关闭；反之，当自然光照度难以满足人的需求时，又不能及时打开灯光。这种照明方式，不仅造成能源的浪费，而且不能满足人对照明的基本需求。
现代照明除了满足人的基本生活、学习要求之外，将更注重能量的节省和使用上的便利，以及满足人类工程学的个性方面的要求。特别是近年来大厦内利用计算机工作的人员比例上升，不同视觉要求的工作的数量和复杂程度大大增加。所以要做到合理、经济、节能，首先应采用先进成熟的技术和产品，如电光源、灯具、照明控制系统。因此，适应不同个人和工作需要，结合自动调节与手动调节的智能化照明系统已经成为必不可少了。
本论文介绍了基于单片机AT89C51的灯光智能控制系统的研究和开发。系统采用单片机为控制器的核心，主要由光强检测系统、D/A A/D转换模块、单片机、液晶显示模块、按键输入模块及控制电路组成。
系统具有自动和手动两种工作模式，通过独立按键切换。自动工作模式时，通过光强采集模块经数模模数转换，从而控制输出电流，控制LED照明；手动工作模式时，通过按键调节输出电流大小，控制LED照明，并将电流大小显示在液晶显示屏上。本系统具有提高用电效率，节约电能的作用。
一、系统总体框图设计
本系统主要由单片机、光强采集模块、A/D转换模块、D/A转换模块、液晶显示模块、按键输入模块组成。通过光强采集系统将光照强度转换成电信号，经过A/D处理输入单片机，后经D/A转换处理控制LED照明。同时还支持手动模式，通过独立按键切换，并且通过控制按键来调节输出电流的大小，液晶显示屏同时显示输出电流的大小，控制LED照明。
（一）测量系统结构图
测量系统结构图通用的测量系统结构图如下图所示，外界的被测对象通常为非电信号，通传感器转化为数字量，开关量，或者模拟量，以上信号在幅度，频率等方面满足MCU处理的要求，后级需经过处理单元对信号进行处理以满足MCU的处理要求。
（二）智能LED照明控制系统总体框图
测量系统是一个开环系统，而智能LED照明控制系统要构成一个闭环系统。总体框图如下图所示：
（图2智能LED照明控制系统）
二、方案论证
（一）MCU选用
1、方案一：STC89C51：价格便宜，性能稳定，技术成熟，其内存为4KB
2、方案二：STC89C52：价格便宜，性能稳定，技术成熟，其内存为8KB
3、选用：经比较，因该程序超过4KB，STC89C51不能允许其容量的大小，故选用
STC89C52。
（二）A/D转化
1、方案一：ADC0809：传输速度快，并行输入，程序简单，价格相对较昂贵
2、方案二：TLC1543：传输速度快，串行输入，程序简单，价格便宜
3、选用：经比较，因STC89C52 I/O口仅32个，资源相对较少，I/O口不足，故采用
TLC1543。
（三）D/A转化
1、方案一：DA0832：传输速度快，并行输入，程序简单，价格相对较昂贵。
2、方案二：TLC5615：传输速度快，串行输入，程序简单，价格便宜
3、选用：经比较，因STC89C52 I/O口仅32个，资源相对较少，I/O口不足，故采用
TLC5615。
（四）显示模块
1、方案一：数码管显示：价格便宜，驱动简单，程序简单，显示信息量小
2、方案二：LED点阵：价格昂贵，要求电压电流很大，驱动复杂，程序复杂
3、方案三：LCD1602：价格适中，程序简单，显示信息量大
4、选用：经比较，因数码管不能满足显示信息，而LED点阵对电流电
压要求较高，不能满足，而LCD1602对其供电仅5V电源，显示信息相对较多，故选用LCD1602。
（五）LED照明系统
1、方案一：串联驱动：要求电路输出较高的电压，通过每颗二极管的电流相同，亮度
一致，但某个二极管因品质不良断开后，串联一起的二极管都无法工作
2、方案二：并联驱动：要求电路输出较大的电流，若驱动电路输出电流不变，当某颗
断开时，其他二极管电流将增大，容易损坏其他二极管
3、方案三：串并混联：能提供相对稳定的电流，若其中一颗损坏并不会影响其他二极
管正常工作。当系统需要多个LED时，如果将所有的LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压，如果将所有的LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流，将所有的LED串联或并联，不但限制着LED的使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本会增大，这种情况可采用混联方式。
电压，若并联驱动，要求电路输出较大的电流，所以串、并联不但限制了LED的使用，而且还会使驱动电路成本增大，故采用串并混联
(六)按键输入
1、方案一：矩阵键盘：I/O口资源占用仅4个，按键能达到16个
2、方案二：单个按键：一个按键占用一个I/O口，程序简单
3、选用：经比较，因本系统中仅需要3个按键，综合分析，选用单个按键
三、各模块硬件电路设计方案
（一）光强采集模块电路设计
亮电阻R1：10K；暗电阻R2：8M
当光照强时U亮=2.5V
当光照暗时U暗=0V
电压变化范围为 U0=0-2.5v
光线强弱采集电路图如下
（图3光线强弱采集电路图）
（二）LED照明系统的设计
该电路是由12只高亮度白光LED、LM358、两个电阻及一个NPN晶体管组成。连接如下图1.1所示
LED照明原理图如下
TLC1543为20脚DIP装的CMOS 10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器。
1、TLC1543引脚图
（图5 TLC1543引脚图）
2、TLC1543与单片机通信原理图
202x216 10k j （图6 TLC1543与单片机通信原理图）
TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器。
1、TLC5615引脚图
（图7 TLC5615引脚图）
2、TLC5615与单片机的通信原理图
（图8 TLC5615与单片机的通信原理图）
（五）显示单元的设计
1、LCD1602显示模块基本技术
主要性能：A﹑40通道点阵LCD驱动；
B﹑可选择当作了驱动或列驱动；
C﹑输出，能产生20*2个LCD驱动形；输入，接受控制器送出的串
行数据和控制信号，偏压（V1～V6）；
D﹑通过单片机控制将所测的频率信号读数显示出来。
（图9 LCD1602）
2、LCD1602与单片机的通信原理图
（图10LCD1602与单片机的通信原理图）
（六）按键输入单元的设计
1、采用独立按键，三个按键：功能切换按键、光线增强按键、光线减弱按键
2、独立按键与单片机通信原理图
（图11独立按键与单片机通信原理图）
四、系统软件设计（一）软件主流程图设计
（图12软件设计主流程图）
(二)软件子流程图设计
1、LCD1602初始化流程图
（图13 LCD1602初始化流程图）
2.自动模式流程图
（图14自动模式流程图）
3.手动模式流程图
（图15手动模式流程图）
4.按键输入流程图
（图16按键输入流程图）
五、系统分析
（一）测试仪器：
万用表、稳压电源
（二）测试方法：
按原理图焊接好实物图，确保各端口连接正确。通过按键来切换自动模式和手动模式。
1.自动状态：当阳光强时，单片机控制输出电流为0mA，灯不亮；当光敏电阻被遮挡光线弱时，单片机控制输出电流为50mA，灯自动点亮，满足设计要求，且具有普片性。
2.手动状态：无论是强光还是弱光线情况下，当按下S1切换到手动状态时灯都亮，且每按一下S2时，电流增加1mA,电流最大为50mA，每按一下S1时，电流减小1mA，电流最小为0，满足设计要求，且具有普片性。
3.经过理论上的研究和现实实验的制作，其意义重大：
(1)单片机控制LED发光，不仅很节能，而且效率很高。
(2)LED智能控制系统可以应用在路灯，可以减少人员的管理力度，很方便。
(3)LED灯具很环保，是未来发光灯具的主流方向。
(4)该系统可再添加声控系统和延时电路，对节能更具意义；或者通过光电耦合器来实现真正意义上的生活照明。
六、小结
该系统采用手动、自动两种模式控制LED灯的明暗程度。由A/D转换模块、D/A转换模块、功率放大模块、单片机控制模块、显示LCD1602等模块组成。系统具有自动控制灯的明暗程度功能，测量并显示电流大小，提高节能效率等功能，抗干扰能力强等特点。在制作过程中出现了很多问题，LCD1602显示模块无法显示两排，首先我们检查了程序，然后重新下载程序，发现还是只能显示一排，然后检查了硬件连接，发现了是焊接的问题。
在进行手动调试时，加号键与减号键不起作用，后来检查硬件连接，也是因为线路问题，改正后，可以正常工作了。
实验中发现LED灯始终不亮，开始逐一排查：
（1）检查单片机输出，无任何问题。
（2）检查TLC1543基准电压是否正常。
（3）遮住光敏电阻，检查TLC1543输出电压，发现有电压改变。
（4）检查TLC5615是否有电压输出，经查有2.5V电压输出。
（5）检查LED灯是否损坏还是线路连接错误，发现线路连接有误，导致灯不亮。
（6）线路改正后，故障消除。
在整个制作项目的过程中，我们出现了很多这样那样的错误，也经过了很多次的检查﹑思考和调试，终于我们成功的完成了这个项目。我们做的还是有很多不足，但是在这次的整个过程中，我们学到了很多东西。有很多时候也是因为我们的大意所造成的错误，这个告诫我们，以后要很细心的去完成每一件事情。