劉 翔 王思維

（陜西省西安市西北工業(yè)大學(xué) 陜西西安 710100）

基于STC89C51單片機(jī)的恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈設(shè)計(jì)

劉 翔 王思維

（陜西省西安市西北工業(yè)大學(xué) 陜西西安 710100）

教室閉環(huán)節(jié)能燈系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，利用光敏電阻采集教室光照強(qiáng)度，作為反饋信號(hào)傳輸?shù)紺PU，系統(tǒng)經(jīng)過與人眼讀書最宜光照進(jìn)行比較，利用倆者之間的偏差控制LED燈的亮暗，實(shí)現(xiàn)教室燈光的閉環(huán)控制，減少了教室用電的浪費(fèi)。

STC89C51單片機(jī)；節(jié)能燈；設(shè)計(jì)

引言

創(chuàng)造“開放式”的學(xué)習(xí)環(huán)境，目前國內(nèi)很多教室出現(xiàn)了“長明燈”現(xiàn)象，造成了大量不必要電能的浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)本著“方便、健康、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)”的原則，以STC89C51為核心控制系統(tǒng)，使用光敏電阻采集教室光照強(qiáng)度，利用閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)教室光強(qiáng)的恒定，減少了電能的浪費(fèi)。

1 基于STC89C51單片機(jī)的恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈硬件設(shè)計(jì)

為了創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境，就需要注重設(shè)計(jì)能夠最大限度的滿足要求。基于STC89C51單片機(jī)的恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈硬件設(shè)計(jì)名主要是從系統(tǒng)的供電模塊、運(yùn)算放大器的模塊脈寬調(diào)制模塊、LED燈模塊進(jìn)行了具體的探討，也希望通過這四個(gè)方面的探討，能夠?qū)?jié)能燈的硬件設(shè)計(jì)有一個(gè)全方位的認(rèn)識(shí)和了解，這樣才能夠?yàn)楹罄m(xù)的設(shè)計(jì)奠定良好的硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件。

1.1 系統(tǒng)供電模塊

在系統(tǒng)供電模塊之中，主要是需要對(duì)具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集分析，通過實(shí)際的數(shù)據(jù)顯示，才可以讓后續(xù)的設(shè)計(jì)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐。由于STC89C51單片機(jī)需要的最高電壓為＋5v，最低電壓為－5v，故要求系統(tǒng)供電系統(tǒng)將市電220v交流電變到5v。由于教室LED燈管所需電壓為220v，故要求供電系統(tǒng)同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)5v變?yōu)?20 交流電壓[1]。

1.2 運(yùn)算放大器模塊

由于比較器傳遞的電信號(hào)比較微弱，故需要一個(gè)運(yùn)算放大器來放大微弱信號(hào)。要求運(yùn)算放大器無輸入時(shí)，輸出為零。故在其上施加極性相反數(shù)值相同的倆個(gè)電源信號(hào)（選用正負(fù)5v），同時(shí)負(fù)極接地，正極接輸入信號(hào)（如圖1所示），則放大倍數(shù)為1＋R1/R2。

圖1 運(yùn)算放大器

1.3 脈寬調(diào)制模塊

運(yùn)算放大器將微弱信號(hào)放大之后，系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱按照事先設(shè)定好的規(guī)則輸出不同占空比的電信號(hào)，LED燈接收電信號(hào)，不同占空比的電信號(hào)將會(huì)使LED呈現(xiàn)不同的亮暗程度，占空比越大，LED燈越亮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈亮暗的控制。

1.4 LED燈模塊

LED燈通過控制閃爍的頻率來控制亮度，LED燈接收到不同占空比的電信號(hào)之后，閃爍的頻率不同，從而LED的亮暗程度不同。所以，對(duì)于LED燈模塊的控制，主要是需要對(duì)亮暗的程度來進(jìn)行控制。利用光暗的控制，對(duì)于后續(xù)的設(shè)計(jì)也有一定的指導(dǎo)意義。

2 基于STC89C51單片機(jī)的恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

創(chuàng)造“開放式”的學(xué)習(xí)環(huán)境，無論是對(duì)于當(dāng)前的節(jié)能燈的設(shè)計(jì)，還是對(duì)于其他的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，都具有一定的指導(dǎo)意義。當(dāng)然，這樣的設(shè)計(jì)必定會(huì)存在一定的問題需要解決，所以我們所需要做的就是如何才能夠?qū)栴}解決，讓設(shè)計(jì)更具針對(duì)性。對(duì)于恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)行全方位的考慮，只有考慮與實(shí)際情況相互貼切，才能夠讓設(shè)計(jì)滿足要求。基于STC89C51單片機(jī)的恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)好的程序?qū)雴纹瑱C(jī)中，加載運(yùn)行。對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果與人眼讀書最宜光照進(jìn)行比較，輸出不同占空比的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED亮暗的控制系統(tǒng)的軟件總流程圖如下圖3所示。本系統(tǒng)程序采用C語言，編譯成功之后，把程序燒錄到STC89C51中，大概幾秒鐘之后，系統(tǒng)開始工作。當(dāng)室內(nèi)光線比較暗時(shí)，系統(tǒng)輸出大的占空比信號(hào)，LED燈比較亮；當(dāng)室內(nèi)光線比較強(qiáng)的時(shí)候，系統(tǒng)輸出小的占空比信號(hào)，LED燈比較暗，當(dāng)室內(nèi)光強(qiáng)達(dá)到一定的亮度以上時(shí)，LED燈將熄滅，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的[2]。

圖2 系統(tǒng)軟件流程圖

結(jié)語

總而言之，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對(duì)于節(jié)能用電的重視度也在不斷提升，人們也意識(shí)到節(jié)能，無論是對(duì)于社會(huì)的發(fā)展，還是對(duì)于個(gè)人的發(fā)展，都有著極為重要的推動(dòng)意義。所以，希望通過本文的闡述，能夠?qū)TC89C51單片機(jī)的恒定亮度閉環(huán)節(jié)能燈設(shè)計(jì)有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)與了解，最終達(dá)到對(duì)教室燈光的閉環(huán)控制，滿足節(jié)約用電的要求。

[1]李東蛟.基于單片機(jī)的室內(nèi)節(jié)能燈的設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（10）：8-9.

[2]黃超，蒲永紅，劉純鑫，李洪陽.基于單片機(jī)的節(jié)能燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2015（03）：63-64.

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[4]張鍇，王偉，許程，劉天山.基于單片機(jī)的節(jié)能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)科技，2011，28(02):104-108.