3 硬件设计
3.1 硬件选型及电路设计
本设计采用光敏电阻来采集光照度信号，采集到的信号经A/D转换电路后送到STC89C52单片机中进行处理。经过处理后的信号会送给数码管显示出来，此即为当前光照度信息。另外单片机会将该光照度信息与系统设定值进行比较，根据比较结果来控制LED灯进行补光或减光操作。硬件电路框图如图3.1所示。
图3.1 系统硬件电路框图
3.1.1 单片机
本设计采用STC89C52单片机作为主控芯片。它拥有8K可编程Flash存储器，512Byte的RAM，4组8位的I/O接口和三个定时器，完全满足本设计的需求。并且功耗低、价格便宜也是其作为产品的一大优势。
P0口是八位双向I/O口，可被作为低8位地址/数据复用端口。 P1口是八位双向I/O口，主要作为通用I/O使用。
P2口是八位双向I/O口，可被作为高8位地址端口来访问外部数据存储器。 P3口是八位双向I/O口，除了作为通用I/O口使用外，主要是使用其第二功能。 图3.2是该单片机硬件原理图。
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图3.2 单片机硬件原理图
3.1.2 晶振电路
晶振对系统的运行时不可或缺的，由它来提供时钟信号来使单片机正常工作。由于石英晶振具有非常好的频率稳定性和抗干扰能力，所以常用其来产生基准频率。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。同时，它还可以产生振荡电流，向单片机发出时钟信号。
如图3.3是单片机的晶振电路。片内电路与片外器件构成一个时钟产生电路，片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，常在1.2MHz～24MHz之间选取。C1、C2是反馈电容，其值在20pF～100pF之间选取，典型值为30pF。本电路选用的电容为30pF，晶振频率为12MHz。
图3.3 晶振电路硬件原理图
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3.1.3 复位电路
复位电路的主要功能是使单片机进行初始化。在复位引脚加上大于2个机器周期的高电平即可对单片机进行复位。复位按键按下后，需要经一定的延时后才能撤销复位信号。因此，为了防止在按键过程中产生抖动而影响复位，利用RC复位电路即可解决此问题。原理图如图3.4所示。
图3.4 复位电路硬件原理图
3.1.4 光照度传感器电路
光照度传感器电路的功能是对外界的光照度进行感知，采集到当前环境中光照度值。该值为模拟量，可以经A/D转换电路处理成数字量后被单片机读取，单片机将以此作为下一步动作的依据。其本质是光照度传感器在接受不同光照度照射时，其电阻值会发生变化，，外围电路可以把其电阻值的变化转变为电压信号，供后续电路来使用。如图3.5所示，在此原理图中，将用滑动变阻器代替光照度传感器。
图3.5 光照传感器硬件原理图
3.1.5 A/D转换电路
A/D转换电路是采用A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号。由光照度传感
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器获得的信号为模拟量，而单片机是采用布尔变量进行工作的，不能识别模拟量，因此，只能将模拟量转换为单片机能够识别的数字量，单片机才能处理，A/D转换电路正是起着这一关键作用。在本设计中采用ADC0809芯片作为A/D转换器。ADC0809是一个8位逐次逼近式模数转换器，其原理图如图3.6所示。
图3.6 A/D转换电路硬件原理图
3.1.6 按键电路
按键电路是人机交互中的输入端，用户可以通过按键设定所需参数。在本设计中，共有四个按键，分别为复位、设置、加、减。复位键使得在按键被按下后单片机可以进行复位。设置键可以让用户对光照度预设值进行设置，正常模式下，数码管显示当前环境的实时光照度，按下设置键后，则进入到设置预设值状态，此时可以对预设值进行设置。加、减键可以在设置预设值状态时增加或减少预设值的数值来设定参数。原理图如图3.7所示
图3.7 按键电路硬件原理图
3.1.7 显示电路
显示电路是人机交互中的输出端，用户可以从这里获得所需参数。本设计采用的显示电路为四个8段LED数码管。LED数码管相比于LCD液晶屏来说，其显示效果更直观，并且受反光的影响较小，在较强光下LCD可能看不清显示内容，而在这种情况下LED数码管的显示效果则好得多。在本设计中，LED数码管负责显示经
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单片机处理后的环境实时光照度以及手动设置的预设值。原理图如图3.8所示
图3.8 数码管硬件原理图
3.1.8 调光电路
调光电路是本系统中的被控部分。当单片机判断当前环境光照度低于预设值时，增加调光电路中灯的亮度；当单片机判断当前环境光照度高于预设值时，减小调光电路中灯的亮度。在这里用LED来模拟实际的调光灯，采用三极管来驱动LED。原理图如图3.9所示。
图3.9 调光电路硬件原理图
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