51单片机实训（一）————基于Proteus的光控灯

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前言

• 大家好，我是三🐎！这是我51单片机专栏的第三篇文章，本文将完整地分享一个小项目————基于Proteus的光控灯。

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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。

• 光照测量模块：在光照检测电路部分，可以通过调节光照强度来模拟实际光照情况，改变光敏电阻阻值，控制LED灯的亮与灭。
• 指示灯和报警模块：系统检测到光照强度高于某一确定值K1时，可以实现蜂鸣器报警，提醒用户此时光照过强，档位指示灯黄灯亮起，表示强档；光照强度低于另一确定值K2时，档位指示灯绿灯亮起，表示弱档，蜂鸣器不启动；光照强度在K1~K2之间时，档位指示灯蓝灯亮起，表示中档。
• 显示模块：采用共阴极数码管显示光照强度，可以直观地告诉用户此时的光照情况。
• 照明模块：当系统位于高档和中档时，LED灯不亮；当系统位于弱档时，LED灯亮，实现照明功能。

系统整体方案设计如下图所示：

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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

1. 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。

2. 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。

3. 照明模块
   当光控灯系统置于弱档时，LED灯亮，实现照明功能。

4. 报警模块
   当光控灯系统置于强档时，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。

5. 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。

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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的光控灯系统软件流程如图所示。

3.1 程序代码设计

1. 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
}

2. 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;
		}	
	}
}

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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

• 进行仿真时，可以调试光照强度，改变光敏电阻阻值，模拟实际光照情况。当数码管显示光照大于阈值30时，强指示灯会亮起，并且蜂鸣器开始报警，提醒人们光照较强。通过控制按钮S2可以停止报警，控制按钮S1，复位后仍可重新报警。

• 当数码管显示光照小于等于20时，弱指示灯会亮起，同时，小夜灯（LED-4)开始照明工作，且蜂鸣器不会报警，此时模拟实际光照较弱的情况。

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。
当光控灯位于强档时，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。当光控灯位于弱档时，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。

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总结

本文设计了一种基于Protues的光控灯。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）光控灯位于强档时，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）光控灯位于弱档时，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。

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附录

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附录A 元件清单图

附录B 仿真文件在我的资源里面可以下载或者下面链接
链接: https://pan.baidu.com/s/1FaSG9se7gBC7mM1akvxcOA?pwd=y9x6 提取码: y9x6