代码收藏家 51单片机实训（一）————基于Proteus的光控小夜灯
文章目录
前言
一、项目概述
1.1 系统概述
本文针对目前长时间照明，造成能源浪费的问题，设计一种基于Proteus的光控小夜灯。要求该系统能够实时监测室内的光照变化，能够在光照正常、光照较强时关闭灯光，光照弱时自动打开灯光，提供照明。同时，在光照超过一定阈值时，开启蜂鸣器，实现报警功能。
1.2 功能设计
根据以上的需求分析需要如下几个关键模块：光照测量模块、指示灯模块、照明模块、显示模块和报警模块。
系统整体方案设计如下图所示：
二、项目硬件设计
本系统的硬件设计包括AT89C51控制器核心电路以及外设电路设计，光照测量电路设计、指示灯电路设计、照明电路、报警电路和显示模块电路设计，并在Proteus仿真软件上设计系统的仿真电路。
2.1 AT89C51单片机最小系统
单片机最小系统电路，又称最小应用电路，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，AT89C51的最小系统电路主要由单片机、晶振电路、复位电路组成。如下图所示：
2.2 外设电路
- 光照检测模块
光照检测模块核心部分为光敏电阻和ADC0832芯片，通过调节光照，改变光敏电阻阻值大小，通过A/D转换，实现光照检测。
- 指示灯模块
当系统数码管显示数值大于30时，系统置于强档，黄灯亮；数码管显示数值大于20且能小于等于30时，系统置于中档，蓝灯亮；数码管显示数值小于等于20时，系统置于弱档，绿灯亮。
- 照明模块
当光控小夜灯系统置于弱档时，LED灯亮，实现照明功能。
- 报警模块
当光控小夜灯系统置于强档时，LED黄灯亮，关闭照明功能，开启蜂鸣器，实现报警功能。但可以通过按钮S2关闭蜂鸣器报警。
- 显示模块
单片机读取ADC,将模拟信号转化成数字信号，通过共阴极数码管显示不同时刻的光照强度，可以让用户直观地看到此时的光照情况。
三、项目软件设计
本系统的软件代码设计采用Keil uVision4编写。利用基于Proteus仿真软件的单片机设计流程对系统进行仿真测试，通过向单片机中烧录编写的程序，来实现系统所需要完成的全部功能。程序首先完成初始化过程，通过调节光照，改变光敏电阻阻值，然后根据光照强度来实现LED灯的亮与否以及蜂鸣器报警。基于Proteus的光照小夜灯系统软件流程如图所示。
3.1 程序代码设计
- 光照检测模块
光照检测模块采用LDR光敏电阻以及ADC0832芯片，系统开机运行后先对单片机进行初始化，然后单片机通过光照检测读取ADC,将模拟信号转化成数字信号，从而得到当前光照强度并在共阴极数码管上显示。具体ADC()函数程序代码如下：
unsigned char ADC() //通道ch0
{
unsigned char temp0,temp1,i;
CS=1; //一个转换周期开始
CLK=0; //为第一个脉冲做准备
_nop_();
_nop_(); //空操作两个机械周期
CS=0; //片选使能，低电平芯片使能，芯片开始工作
temp0=0;
temp1=0;
_nop_();
_nop_();
DI=1; //开始位,开始转换
_nop_();
_nop_();
CLK=1; //第一个脉冲
_nop_();
_nop_();
CLK=0; //第一个脉冲的下降沿，之前DI为高电平
_nop_();
_nop_();
DI=0;
_nop_();
_nop_();
//选择通道CH0，在第2、3个脉冲的下降沿之前。DI端口输入两位数据，用于选择数据采集通道 //
DI=1; //DI置1，通道选择信号
_nop_();
CLK=1; //第二个脉冲
_nop_();
CLK=0; //第二个脉冲下降沿
_nop_();
DI=0; //DI置零，选择通道CH0
_nop_();
CLK=1; //第三个脉冲
_nop_();
CLK=0;
_nop_();
DI=1; //第三个脉冲下沉之后，输入端DI失去作用，应置1，释放总线
//********通道选择结束开始读取转换后的二进制数****
//下降沿读数，一下进行判断和处理,共8次
for(i=0;i<8;i++) //每个下降沿处都可以从DO读出一位数据，一共读8位，最高位在最前
{
temp0=temp0<<1; //将一个数的各二进制位左移1位，高位舍弃，低位补0，依次输出
CLK=1;
if(DO)
temp0++;
_nop_();
CLK=0;
}
for(i=0;i<8;i++) //再读8位，最低位在最前，用于做校验
{
temp1=temp1>>1; //将一个数的各二进制位右移1位，最高位为0，右移后，空缺位补0；最高位为1，空缺位补10。//
CLK=1;
if(DO)
temp1=temp1 +0x80;
_nop_();
CLK=0;
}
CS=1;
if(temp1=temp0) //校验两次读数
return temp0;
return temp0; //返回数模转换的数值
}
- 指示灯、报警、照明模块
通过定时器0中断，实现指示灯、报警、照明功能。定时器0初始化具体程序代码如下：
void tminer0_Init()
{
led1=0;led2=0;led3=0;
TMOD|=0X01; //TMOD定时器模式寄存器，选择工作方式为16位定时器
TH0=0X3C; //设置初始值，计数起点50ms
TL0=0XB0;
ET0=1; //打开定时器0中断
EA=1; //打开总中断
TR0=1; //定时器0 开始计时
}
//主程序可以实现数码管的显示。
void main()
{
tminer0_Init();
while(1)
{ //显示光照数据
P0=smgduan[light/10]; //第一个数码管
smg1=0;
delay(100); //延时100ms
smg1=1;
P0=smgduan[light%10]; //第二个数码管
smg2=0;
delay(100);
smg2=1;
//停止报警
if(!k1)
{
flag=1;
beep=1;
}
}
}
//中断子程序如下：
void Timer0() interrupt 1
{
unsigned int D;
TH0=0X3C; //重新赋初始值，保证每次进入中断函数都是50ms
TL0=0XB0;
if(time<10) //0.5s
time++;
else
{
time=0;
D=ADC();
light=D*100/256;
//判断
if((light>30)&&(flag==0)) //强
{
beep=0;
led1=1;led2=0;led3=0;
}
if((light<31)&&(light>20)) //中
{
led1=0;led2=1;led3=0;
beep=1;
lamp=1;
flag=0;
}
if(light<21) //弱
{
led1=0;led2=0;led3=1;
beep=1;
lamp=0;
flag=0;
}
}
}
四、项目调试与分析
打开Protues软件，可以对系统进行Proteus仿真，将程序生成的.hex文件导入仿真系统的单片机内，运行仿真系统。
4.1 Proteus 仿真调试
4.2 结果分析
通过测试，本系统设计可以实现课题预期所有功能。光照检测模块能够比较完美地模拟出实际光照情况。
当光照小夜灯位于强档时，数码管可以显示当前光照强度数值，关闭照明功能，同时开启报警功能，提醒用户此时光照过强，而且可以通过按键开启停止报警功能；当位于中档时，数码管同样显示当前光照强度数值，关闭照明功能和报警功能。当光照小夜灯位于弱档时，数码管可以显示此时光照强度数值，关闭报警功能，开启照明功能。
总结
本文设计了一种基于Protues的光照小夜灯。针对目前社会上长时间照明，既不环保也不节能，大量浪费电能，造成能源资源浪费问题设计的光控小夜灯。模拟实际中不同光照情况，实现自动控制照明。
本系统以AT89C51单片机为主控单元，通过光照检测模块检测此时的光照情况，反馈给主控单元，由主控单元决策照明模块是否工作。而且通过数码管显示当前光照强度。如果此时系统位于高档状态，蜂鸣器启动，实现报警功能来告诉用户此时光照过强，并且该报警功能可以手动停止。
具体功能实现如下：
（1）光照小夜灯位于强档时，数码管显示当前的光照强度数值应大于30，关闭照明功能，同时开启报警功能，提醒用户此时光照过强，而且可以通过按键开启停止报警功能。
（2）光控小夜灯位于中档时，数码管显示的当前光照强度数值应大于20且小于等于30，关闭照明功能和报警功能。
（3）光照小夜灯位于弱档时，数码管显示的当前光照强度数值应小于等于20，关闭报警功能，开启照明功能。
最后通过模拟测试，系统可以满足设计需求，基本实现预期目标。
附录
附录A 元件清单图
