创新设计与实践实训报告题目:路灯自动调光系统院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：起止日期：2011.12.12—2012.1.8 地点:成绩：签名：年月日路灯自动调光系统摘要针对时下人们对灯具亮度实现智能化的要求，本文完成了一种基于光敏二极管的光探测器及亮度控制器。

首先使用光敏二极管驱动电路产生在 ADC0809 检测范围的亮度电压，然后通过51单片机读取亮度信号，亮度信号的等级送入数码管显示。

再根据亮度信号产生PWM信号，最后将调制后的PWM送入数码管和高亮度LED驱动电路而完成亮度控制的功能，也可以将PWM转换成所需调节亮度的灯具能接受的电量信号而完成亮度控制。

亮度控制等级由A/D转换的位数确定，共有8级，最高可以达到16级。

关键字：路灯光强自动调控目录引言 (4)1 光敏二极管的简介 (5)1.1 光敏二极管简介 (5)1.2 光敏二极管与光敏电阻的比较 (5)1.3 光敏二极管的驱动电路 (5)2 ADC00809的驱动电路 (7)2.1 ADC0809 简介 (7)2.2 ADC0809的内部逻辑结构 (7)2.3 各引脚的功能及连接 (8)3 数码管显示驱动电路 (11)3.1 4HC245简介 (11)3.2 位驱动电路 (11)3.3 脉冲宽度调制（PWM)简介 (12)3.4 PWM控制数码管亮度原理 (13)3.5 PWM控制高亮度发光二极管亮度的驱动电路 (14)4 单片机最小系统 (14)5 系统整体框图 (15)6 软件的设计 (16)6.1软件设计的思路 (16)6.2根据实录制作程序流程图 (16)6.3根据流程图编写程序 (16)7 系统的扩展 (16)总结 (18)参考文献 (19)附录 (20)引言在哥本哈根世界气候大会中国承诺2020年国内单位国内GDP二氧化碳排放比2005 年下降40%—45%。

作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，为了实现这一宏伟目标，我们需要从身边的事情做起。

值得一提的是我们平常接触到的灯具一般都是只有两种状态，要么黑要么最亮，也即是说灯具的亮度是不可调的，而且一般都需要人工操作，那么有没有一种能够智能地根据实时的光照情况调节灯具亮度的系统，以达到智能化以及节能环保的功能呢？本文正是基于这样的思路设计了一种光探测器及亮度控制，实时地根据外部的亮度信号输出脉冲宽度调制(PWM)的PWM信号去控制数码管和LED的亮度；文中给出了生成PWM及调制原理和方法，通过数码管和高亮度LED的实际验证，只要灯具可以接受PWM信号均可以控制其亮度，即使不能接受也可以将PWM信号转换成模拟信号进行控制。

除些之外，文中对系统做出了扩展规划,可以根据实际要求将该系统设计成高精度的照度计。

1光敏二极管的简介1.1 光敏二极管简介光敏二极管也叫光电二极管，光敏二极管与半导体二极管在结构上相似，其管芯是一个具有光敏特性的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。

无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止，当收到光照时，反向饱和电流大大增加，形成光电流，它随着入射光强度的变化而变化。

当光线照射PN结时，可以使PN结产生电子，使少数载流子的密度增加。

这些载流子在反向电压下漂移，是反向电流增加。

因此可以利用光照强弱来改变电路中电流。

常见的有2CU.2DU等。

本系统用的是2CU系列的二极管。

1.2光敏二极管与光敏电阻的比较1与光敏电阻相比，光敏二极管有更宽的光谱效应。

2光敏二极管是PN结机构，由于结构的不同，使得它具有更短的响应时间，通常情况比光敏电阻快三个数量级，并且特殊处理过的光敏二极管，如PIN结光电二极管和雪崩式光电二极管，响应速度极短，已经广泛用于光通信和光信号检测中。

3当所加的电源电压大于9V时，光敏二极管伏安特性近似平行于X轴〔X轴为电压X 也即是说再增大电源电压它的光电流也不会再增加。

而光敏电阻的伏安特性是光电流随着电源电压的增大而增大，而且也没有饱和的迹象。

当供电出现波动后，输出电压也会出现相应的波动，所以光敏电阻的精度得不到保证。

4虽然光敏二极管有相比光敏电阻有许多优点，但是前者基于PN结结构，从而使得它的光电流收到温度的影响较大。

1.3光敏二极管的驱动电路1.3.1晶体管连接方式图1-1是光敏二极管与晶体管组合应用电路的实例，图1-1（a）为典型的集电极输出电路电路形式，而图4-4（b）为典型的发射极射出电路形式。

集电极输出电路使用于脉冲入射光电路，输出信号与输入信号相反，输出信号一般较大，而发射极输出电路使用于模拟信号电路，电阻RB可以减小暗电流，输出信号与输入信号的相位相同，这使得输出信号很小。

（a）（b）图1-11.3.2 运放连接方式图1-2是光敏二极管VD与运放A组合应用实例团4-5(a）为无偏置方式，图4-5（b）为反向偏置方式。

（a）（b）图1-2无偏置电路可以用于测量宽范围的入射光，例如照度计等，但响应特性比不上反向偏置的电路，可用反馈电阻RF调整输出电压，反向偏置电路的响应速度快输出信号与输入信号同相位。

1.3.3直接连接方式图1-3是直接连接方式的实例。

光敏二极管加反向偏置，响应速度可提高几倍以上。

图1-3(a）是接有较大负载电阻的电路.图1-3（b）是接有较小负载电阻的电路。

图1-3(a）所示电路的输出电压比图1-3（b）所示电路大，但响应特性不如图1-3(a）。

图1-3（b）所示电路的输出电压比图1-3(a）小，但响应速度比图1-3(a）快。

它们的响应特性都比无偏置电路好，但暗电流比无偏置电路大，如果要想提高精度可以使用运放的连接方式，并且在运放的反相输入端接上一个与同相输入相同的反向偏置的光敏二极管，并且要将它的透光窗口遮住，让它输出的只有暗电流，这样就可以补偿温度对输出的影响。

但是如果要这样做就需要使用专业的照度计进行标定，鉴于设备的因素，并且这次设计的精度没有这个要求，直接连接方式已经能够满足所要求的技术指标，所以就显示没有必要，显然直接方式在设计当中是最佳的性价比。

（a）（b)图1-32 ADC00809的驱动电路2.1ADC0809 简介ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

2.2ADC0809的内部逻辑结构由图2-1可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

图2-12.3 各引脚的功能及连接2.3.1 ADC0809各引脚功能D0-D7：8位数字量输出引脚。

IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。

VCC、GND：5V工作电压。

REF（+）：参考电压正端。

REF（-）：参考电压负端。

START：A/D转换启动信号输入端。

ALE：地址锁存允许信号输入端。

EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。

OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。

CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。

A.B.C:地址输入线图2-2ADC0809对输入模拟量要求为：输入信号单极性，电压范围是0－5V。

2.3.2地址输入和控制线ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。

为ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A.B.C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进入转换器进行转换。

A.B和C为地址输入线，用于普通IN0-IN7上一路模拟量输入.容道选择如表2-1由于设计中只需要检测一路光敏二极管的电压，所以将人A.B.C直接连到地，用IN0通道就行.2.3.3 数字量输出及控制线下降沿时，开 START为转换启动信号。

当START上升沿时，所有内部寄存器清零；始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。

EOC为转换结束信号。

当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。

OE为输出允许信号，用于DE = 控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。

OE=1，输出转换得到的数据；0，输出数据线呈高阻状态。

D0—D7为数字量输出线。

CLK为时钟输入信号线，由于ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ,在设计中使用两个触发器对单片机ALE端口的12/6MHz=2MHz进行两次，分频得到500K。

实际电路如图2-3图2-3VREF(+)和VREF(-)为参考电压输入，在设计当中直接将参考电压接到5V和地上。

ADC0809时序图如图2-4所示。

图2-43 数码管显示驱动电路3.1 74HC245简介74HC245是总线驱动器，典型的TTL型三态缓冲门电路。

由于单片机的数据／地址／控制总线端口都有一定的负载能力，如果负载超过其负载能力，一般应加驱动器。

在实验当中发现如果将数码管的段选直接加到单片机中，虽然也能显示，但是由于单片机吸入的电流过大，单片机的温度明显增加，加74HC245可以起到保护单片机的作用。

图3-1是数码管采用HC245的段选电路。

3.2位驱动电路如图3-2所示是数码管位选的驱动电路，WM输入为高电平时位选接通电源，当响应的SHE位高电平时数码管接通电源，响应的段选为低电平；PWM输入为低电平时关断电源，无论SEL和段选为何不亮。

3.3脉冲宽度调制（PWM)简介UWX脉宽调制(PWM:(Pulse Width Modulation)是利用单片机的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

简而言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。

电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

如果要控制LED的亮度可以采用改变供电电压来改变，但是LED的亮度与电压的关系是非线性的，所以很难精确控制LED的亮度，如果采用来PWM控制那将会变得非常容易，因为LED的亮度与导通时间是成线性关系，所以只要根据光敏二极管采样回来的亮度信号去改变LED的导通时间就可以实现线性的亮度调节。