单片机控制的多色节能护眼灯设计开题报告

 2023-03-03 17:06:17

1. 研究目的与意义

随着经济以及互联网的快速发展手机以及更多的电子产片进入到人们的生活中来近视问题变得尤为严重多功能护眼灯通过红外检测传感器检测是否有人在使用护眼灯,通过光强度传感器检测周围亮度然后自动调节成最适合人眼的灯光亮度减轻近视眼的患病机率护眼台灯的研究可以极大程度上减轻近视人口的比例可以方便人们的生活[1]. 中国现在近视患者超过四亿人,尤其是青少年居多,视力的下降损耗着青年人的健壮成长,给他们的日常生活带来了极大的不便利,而造成这种结果的主要原因是他们在学习的时候不注意坐姿,靠灯太近,久而久之导致视力下降;对于成年人,由于生活和工作的压力,往往需要加班长时间的工作,工作的专注未能中间休息,导致腰肌劳损、肩椎病等痛苦;有时,人会忘记关台灯造成能量的浪费[2].现在市场上销售的台灯大都是通过手动调节灯光亮度,不能灵活的自动调节光亮,不但麻烦,而且易造成不必要的浪费和对眼睛有不良的影响.本设计针对于很多人在使用台灯过程中的不良习惯及忽视光线强度而造成的各种眼睛和脊柱问题,主要通过光电传感器对环境光线及俯身位置的检测,自动调节台灯亮度和报警,以达到保护眼睛及纠正坐姿的目的.该电路具有设计合理,结构简单,高效节能,成本低廉等优点[3].随着社会经济的不断发展,用电需求也越来越大,电力行业的发展也遇到了很大的挑战,主要的原因是电能紧缺带来的供不应求现象[4].单片机节能灯针对未来零能耗家居环境,设计并实现了一种基于待机功率的智能节能系统[5].

硬件设计部分分为单片机控制模块、按键模块、照明模块、光敏模块、LED指示模块、遥控模块等多个部分.单片机主控制芯片选用STC89C51RC,LED指示模块选用三种不同颜色的小LED来指示不同的工作模式,通过按键模块来调整工作模式和LED的亮度,照明模块选用12草帽型白光LED,光敏模块选用ADC0809芯片实现对光敏信号的采集,并利用PWM调光技术对LED进行光度的自动调节.可以通过红外遥控远距离无线遥控,通过单片机C语言编程进行软件设计,综合实现了全部控制功能[6].光敏传感器采集环境光照强度,经过集成电压比较器LM393处理,人体红外线集成感应器HC-SR501采集人体活动信息,三极管功率放大,将环境光线和人体活动信息采集输入进单片机系统[7].LED驱动器有很多功能,需要相当多的外接元件。当应用不需要PWM(脉冲宽度调制)调光或受控频率运行,主要关心的问题可能是太多的电流可能损坏或摧毁LED。这种情况下,可以用一个常见的低压差线性稳压器,做一个简单的LED限流器[8].以LED发光二极管阵列用作照明光源,结合单片机、光敏传感器以及AD模数转换芯片,应用PWM脉宽调制,实现LED光控灯的手动和自动调光.手动模式10档按键调光,LED阵列由全暗到全亮,受控档位逐渐变化,满足人们对光线强度的不同需求.自动模式则根据外部光线的亮暗,由光敏传感器接收后,进行数字化处理,自动调整LED阵列的亮度,从而保证照明亮度满足要求.该系统既节能环保又安全护眼[9].光电传感器一般由处理通路和处理元件2部分组成。其基本原理是以光电效应为基础,把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号[10].

对当前在进行工艺制造过程中出现的问题,比如说抗干扰能力相对比较低,因此,在设计的过程中必须要针对这一问题进行合理的解决,除此之外,由于部分程序在其设计的过程中没有有效的抗干扰解决措施和提前预防的方案,这就导致在后期运行过程中系统出现故障[11].为了解决这些问题,可以从这些方面入手进行解决,比如说在软件方面,必须要采用功率相对较高的开关电源,因为只有这样,才能够保证整个主板在其运用的过程中,其电源始终是处于单独运行的状态[12]. 随着我国科技的发展,单片机自动控制系统的技术也越来越现代,其集成了计算机技术、通信技术、以及自动控制技术等,有效的提高了单片机自动控制系统的性能.单片机也因为其良好的性能,被逐渐的应用到电力、化工、以及交通等各个领域中,发挥着非常重要的作用.然而在单片机自动控制系统中,抗干扰性还存在着一定的问题,影响着单片机的发展[13].对于一些发达国家的技术发展来看,国内的单片机开发在其系统运行等方面还存在一些问题,因此,必须要重视对这些问题的解决和分析。比如说显示的数据较为混乱,不清楚、操作时常出现问题。对于这一类原因的出现,一方面主要是外部原因所导致的。比如说死机或者是出现数据混乱的情况,这些都是由于开发系统的期间,在其工作运行过程中的常见问题所在,因此,在后期进行单片机技术优化的期间,亟须这一问题引起重视[14].与此同时,亟须稳步提高整个输出信号的电流以及实际电压。在进行系统启动的过程中,必须要对其器件之间的驱动能力以及整体的布局进行重视,尽可能地使用质量较优或者是有合格证书的零件,进而对其屏障的保护起到一定的推动作用,另一方面在软件方面尽可能地利用循环输出的方式以此来控制信号,与此同时,利用输入信号数字滤波的方式进行控制也是解决这一类问题出现的重要举措。通过多种途径、多种有效的方式进行综合的分析和数据记录,对于所存在的问题进行数据存档,相关技术人员亟须根据所出现的问题进行技术交流和研究讨论,积极主动去向有经验的技术研发团队进行学习、总结经验。在现有条件允许的情况下,还可以派遣技术人员去国外进修和学习,针对国外技术团队在其单片机技术发展中的优势进行吸收,然后在此基础之上推陈出新,为国内的单片机技术发展创造有利的发展条件[15].

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2. 研究内容与预期目标

主要研究内容

(1)光敏传感器的检测系统、放大器、A\D转换器等;

(2)完成的功能;光敏传感器的数据进行精确的采集,实现光的强度检测;

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3. 研究方法与步骤

本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要分为以下几个部分:电路原理图设计与分析,算法模型建立并进行软件的编程及其功能的调试与仿真。采用 89C51 单片机,完成对数据的采集、分析与处理,最后输出控制量。

拟采用的具体步骤:

(1)查阅设计中涉及的参考资料,包括:单片机原理与应用技术、89C51 单片机基本原理、光敏传感器的原理。

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4. 参考文献

[1]艾生辉,王泽华,温军,等. 基于单片机的多功能护眼灯[J]. 科技创新与应用,2017(30):25,27.

[2]丁学用,陈越艳,王旭龙,滕维乾. 一种自动感应及预防近视智能台灯设计[J] 中国科技信息,2017(24).77-78,80

[3] 梁计峰 刘瑞妮 尤国强 电子设计工程 2015, 23(20)

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5. 工作计划

(1)2022.2.24-2022.3.8(2周)查阅资料,撰写开题报告。

(2)2022.3.9-2022.4.5(4周) 硬件功能分析,熟悉PLC系统指令及编程语言。

(3)2022.4.6-2022.4.26(3周)设计原理图,编制应用程序。

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