1、上海電力學院本科畢業設計(論文題目:教學樓聲光控電子開關的設計與實現院系:電子與信息工程學院 專業年級:電子信息工程系 10級學生姓名:韓程 學號:20101933指導教師: 劉洪利 2014年 5月 25日教學樓聲光控電子開關的設計與實現摘要本設計主要是通過 AT89C51單片機延時技術、 光檢測技術、聲音檢測技術和熱釋電紅外檢測人體 技術控制白光 LED 燈的亮滅來實現聲光控電子開關的設計。光信號檢測是通過光敏電阻檢測光照強度來改變自身的阻值來控制光敏電阻所分擔的電壓多少來 實現光控制。如果光敏電阻處在強光(白天下,光敏電阻的阻值很小,電壓比較器的同相輸入端有 較大的電壓輸入,通過電壓比較

2、器比較后,輸出相應的電平,將電平輸送到電片機進行處理;如果光 敏電阻處在弱光(黑暗下,光敏電阻的阻值很大,電壓比較器的同相輸入端有很小的電壓輸入,通 過電壓比較后,輸出相應的電平,將電平輸送到單片機的 P3.3口進行處理。聲音檢測是通過駐極體傳聲器把聲音信號轉換成電信號 (極小 , 電信號經過放大器放大, 再經過 電壓比較器進行比較,得到相應的電平,將電平輸送到單片機的 P3.4口。熱釋電紅外檢測人體技術是紅外探頭(熱釋電紅外傳感器捕捉人體產生的紅外光譜,再將紅外 信號轉變為電信號,電信號輸入到 BISS0001的第一級放大器的同相輸入端,經過 BISS0001處理后, 將相應的電平由 Vo

3、口輸送到單片機的 P3.5口。單片機將得到所有信號進行處理, 如果 P3.3口為低電平, 且 P3.4口為低電平或 P3.2口為高電平, 那么單片機使 P3.6口輸出低電平,因此照明 LED 燈點亮。關鍵詞:單片機,聲控,光控,照明控制教學樓聲光控電子開關的設計與實現摘要本設計主要是通過 AT89C51單片機延時技術、 光檢測技術、聲音檢測技術和熱釋電紅外檢測人體 技術控制白光 LED 燈的亮滅來實現聲光控電子開關的設計。光信號檢測是通過光敏電阻檢測光照強度來改變自身的阻值來控制光敏電阻所分擔的電壓多少來 實現光控制。如果光敏電阻處在強光(白天下,光敏電阻的阻值很小,電壓比較器的同相輸入端有

4、較大的電壓輸入,通過電壓比較器比較后,輸出相應的電平,將電平輸送到電片機進行處理;如果光 敏電阻處在弱光(黑暗下,光敏電阻的阻值很大,電壓比較器的同相輸入端有很小的電壓輸入,通 過電壓比較后,輸出相應的電平,將電平輸送到單片機的 P3.3口進行處理。聲音檢測是通過駐極體傳聲器把聲音信號轉換成電信號 (極小 , 電信號經過放大器放大, 再經過 電壓比較器進行比較,得到相應的電平,將電平輸送到單片機的 P3.4口。熱釋電紅外檢測人體技術是紅外探頭(熱釋電紅外傳感器捕捉人體產生的紅外光譜,再將紅外 信號轉變為電信號,電信號輸入到 BISS0001的第一級放大器的同相輸入端,經過 BISS0001處理

5、后, 將相應的電平由 Vo 口輸送到單片機的 P3.5口。單片機將得到所有信號進行處理, 如果 P3.3口為低電平, 且 P3.4口為低電平或 P3.2口為高電平, 那么單片機使 P3.6口輸出低電平,因此照明 LED 燈點亮。關鍵詞:單片機,聲控,光控,照明控制目 錄1 緒 論 . . 12 硬件電路設計 . . 2 2.1 單片機最小系統模塊電路設計 . 2 2.1.1 AT89C51功能介紹 . 3 2.1.2 AT89C51管腳功能說明 . 3 2.1.3 單片機時鐘電路設計 . 5 2.1.4 單片機復位電路設計 . 6 2.2 聲控模塊電路設計 . 6 2.3 光控模塊電路設計 .

6、 8 2.4 人體檢測模塊電路設計 . . 92.5 設計成果 . . 123 系統軟件設計 . . 19 3.1 單片機最小系統軟件設計 . 20 3.2 光控模塊軟件設計 . 21 3.3 聲音控制模塊軟件設計 . . 223.4 人體檢測模塊軟件設計 . . 234 結論 . . 25 謝辭 . . 26 參考文獻 . . 271 緒 論隨著新技術的不斷開發與應用, 單片機發展迅速, 一個以微機應用為主的新技術革命浪潮正在蓬勃 興起,單片機的應用已經滲透到電力、冶金、化工、建材、機械、視頻、石油等各個行業。它所給人帶 來的方便也是不可否定的并且帶動了數字電路技術的進一步發展, 在這樣的背

7、景下, 聲光控智能燈應運 而生,它既滿足了人們對單片機及數字電路技術研究的需求, 也符合了照明燈在人類生活中扮演重要角 色的條件。用數字電路技術及單片機實現燈的自動點亮、 節能節電、 延長燈的壽命變得越來越重要, 而且貼近 實際生活。聲光控電路已成為人們日常生活中必不可少的必需品, 它不需要開關, 當有人經過時會自動 點亮;廣泛應用于走廊、教學樓樓道等公共場所,給人們的生活帶來極大的方便。因此,得到了廣泛的 應用。聲光控電路時聲音和光控制電路工作的電子開關。該電路有電源電路、聲控電路、光控電路、紅 外檢測電路和延時控制開關電路等組成,它不僅廣泛使用于樓梯間、過道庫房等場合,而且節能省電, 使用

8、方便。以前,公共場所和居民居住區的公共樓道普遍使用機械手動開關, 由于各種原因往往出現許多燈泡 點亮長明的現象,故使燈泡壽命短,浪費電量,為國家、單位、個人造成經濟損失。另外,由于頻繁開 關或其他人為因素墻壁開關的損壞率很高,及增大了維修量、 浪費了資金, 又容易造成事故隱患。 聲光 控智能燈在使用中的節能作用是非常明顯的。以 40W 燈具使用普通開關連續點亮 6小時為例,耗電應為 0.04KW/H即 0.24度電;如果以 40W 的聲光控智能燈,按照 6小時內點亮 100次,每次 20秒鐘計算,耗電 量為 0.04KW/H即 0.022度電,二者的耗電量相比為 10倍之多。由于聲光控智能燈的

9、巨大經濟效益及其 智能化和安全性,智能控制已被人們廣泛研究并加以利用。聲光控智能燈的核心部分是控制系統,單片機控制系統在國內各行各業的應用雖然已經十分廣泛, 但從國內生產的聲光控智能開關控制來講, 總體發展水平仍然不高, 同其他先進國家相比, 仍然有著較 大的差距。隨著科學技術日益迅速的發展和現代工業技術的需要,智能控制已經深入到生活各個方面, 聲光控智能開關也不斷的改進和提高。它具有控制效果好,經濟效益高,方便使用等許多優點。 聲光控 智能開關與傳統的手動照明燈相比,更具有節約能源,控制準確等優勢。本設計運用了光敏電阻, 駐極體話筒和單片機最小系統及電源電路及照明電路構成的聲光控智能開 關電

10、路。主要有聲控電路、光控電路、控制電路、電源電路及照明電路等部分組成。在白天該燈始終處 于關閉狀態,一到晚上,在黑暗中,該燈只要收到一個猝發的聲音(足夠觸發開關或紅外檢測器檢測 到人體,燈就自動點亮,而后延時一段時間(10S 又會自動熄滅,可以達到一個節電的目的,具有結 構簡單、自耗電少、性能穩定、靈敏度高、通用性強的特點。2 硬件電路設計本設計的硬件系統由單片機最小系統來控制聲音強度檢測模塊、 光照強度檢測模塊、 熱釋電紅外檢 測人體模塊來實現各個功能,如圖 2-1所示。圖 2-1 系統結構框圖(1 聲音強度檢測模塊:駐極體傳聲器檢測是否有聲音輸入,如果有聲音,聲音通過駐極體傳聲器 轉換成電

11、信號, 將電信號經過放大器放大, 輸入到電壓比較器的同相輸入端, 電壓比較器的輸出端接在 單片機 P3.4端口,電壓比較器將同相輸入端的電壓和反相輸入端的電壓比較, 當反相輸入端的電位高于 同相輸入端時, LM393則輸出一低電平; 而當同相輸入端的電位高于反相輸入端的電位時, LM393將會 輸出一高電平;單片機通過檢測 P3.4是否有信號輸入,以達到聲音控制的效果。(2 光照強度檢測模塊:光敏電阻檢測光照強度, 如果光敏電阻處在強光下, 光敏電阻的阻值很小, 電壓比較器的同相輸入端有較大的電壓輸入, 將得到的相應的電信號輸送到單片機進行處理; 如果光敏 電阻處在黑暗中, 光敏電阻的阻值很大

12、, 電壓比較器的同相輸入端有很小電壓輸入, 電壓比較器經過比 較輸出相應的電信號到單片機的 P3.3口;單片機通過檢測 P3.3口的信號輸入,以達到光控制的效果。 (3 人體檢測模塊:人體紅外感應模塊電路主要有人體紅外傳感器、 菲涅爾透鏡、 專用芯片 BISS0001組成。當有人出現在探頭的探測區,傳感器便能探測到紅外信號轉換成電信號,并把信號輸送到BISS0001的第一級放大器的同相輸入端,經過 BISS0001的內部處理,由 Vo 輸出相應的電平,單片機再 根據相應的電平是否該開啟器件設備。 熱釋電紅外探頭通過檢測人體是否存在、 移動,以達到人體檢測 的效果。2.1 單片機最小系統模塊電路

13、設計本系統的主體是由 AT89C51單片機、時鐘電路與復位電路組成的單片機最小系統。 通過最小系統與 各個模塊相連接, 從而達到控制各個模塊完成相應功能的目的, AT89C51單片機相當于人的大腦, 充當 了非常重要的作用。2 硬件電路設計本設計的硬件系統由單片機最小系統來控制聲音強度檢測模塊、 光照強度檢測模塊、 熱釋電紅外檢 測人體模塊來實現各個功能,如圖 2-1所示。圖 2-1 系統結構框圖(1 聲音強度檢測模塊:駐極體傳聲器檢測是否有聲音輸入,如果有聲音,聲音通過駐極體傳聲器 轉換成電信號, 將電信號經過放大器放大, 輸入到電壓比較器的同相輸入端, 電壓比較器的輸出端接在 單片機 P3

14、.4端口,電壓比較器將同相輸入端的電壓和反相輸入端的電壓比較, 當反相輸入端的電位高于 同相輸入端時, LM393則輸出一低電平; 而當同相輸入端的電位高于反相輸入端的電位時, LM393將會 輸出一高電平;單片機通過檢測 P3.4是否有信號輸入,以達到聲音控制的效果。(2 光照強度檢測模塊:光敏電阻檢測光照強度, 如果光敏電阻處在強光下, 光敏電阻的阻值很小, 電壓比較器的同相輸入端有較大的電壓輸入, 將得到的相應的電信號輸送到單片機進行處理; 如果光敏 電阻處在黑暗中, 光敏電阻的阻值很大, 電壓比較器的同相輸入端有很小電壓輸入, 電壓比較器經過比 較輸出相應的電信號到單片機的 P3.3口

15、;單片機通過檢測 P3.3口的信號輸入,以達到光控制的效果。 (3 人體檢測模塊:人體紅外感應模塊電路主要有人體紅外傳感器、 菲涅爾透鏡、 專用芯片 BISS0001組成。當有人出現在探頭的探測區,傳感器便能探測到紅外信號轉換成電信號,并把信號輸送到BISS0001的第一級放大器的同相輸入端,經過 BISS0001的內部處理,由 Vo 輸出相應的電平,單片機再 根據相應的電平是否該開啟器件設備。 熱釋電紅外探頭通過檢測人體是否存在、 移動,以達到人體檢測 的效果。2.1 單片機最小系統模塊電路設計本系統的主體是由 AT89C51單片機、時鐘電路與復位電路組成的單片機最小系統。 通過最小系統與

16、各個模塊相連接, 從而達到控制各個模塊完成相應功能的目的, AT89C51單片機相當于人的大腦, 充當 了非常重要的作用。在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉換地址(低 8位和數據總線復用,在訪 問期間激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時, P0口接收指令字節,而在程序校驗時,輸出指令字節,校 驗時,要求外接上拉電阻。(3 P1口 :P1口是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P1口的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出 電流 4個 TTL 邏輯門電路。 P1口管腳寫入“ 1”后,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作 輸入口。 作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻,

17、P1口被外部下拉為低電平時, 將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時, P1口作為低 8位地址接收。(4 P2口:P2口為一個帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P2口的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出 電流 4個 TTL 邏輯門電路,當 P2口被寫“ 1”時,其管腳被內部上拉電阻拉到高電平,且作為輸入。并 因此作為輸入口使用時, P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用 于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時, P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1” 時,它利用內部上拉優勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時, P2口輸出其特殊功能寄

18、存器的 內容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。(5 P3口:P3口管腳是一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P3口輸出緩沖級可驅動(吸收 或輸出電流 4個 TTL 邏輯門電路。當 P3口寫入“ 1”后,它們被內部上拉電阻拉高可作為輸入端口。 作為輸入端時,由于外部下拉為低電平, P3口將輸出電流(I LL 這是由于上拉的緣故。 P3口同時為閃 爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P3口除了作為一般的 I/O口線外,更重要的用途是它的第二功 能,如表 2-1所示:表 2-1 P3口功能端口引腳 第二功能P3.0 RXD (串行輸入口P3.1 TXD (

19、串行輸出口P3.2 INT0(外部中斷 0P3.4 T0(計時器 0外部輸入 P3.5 T1(計時器 1外部輸入P3.6 WR (外部數據存儲器寫選通P3.7 RD (外部數據存儲器讀選通(6 RST:復位輸入。當振蕩器工作時, RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。(7 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低 8位字節。在在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉換地址(低 8位和數據總線復用,在訪 問期間激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時, P0口接收指令字節,而在程序校驗時,輸出指令字節,校 驗時,要求外接上拉電阻。(3

20、 P1口 :P1口是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P1口的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出 電流 4個 TTL 邏輯門電路。 P1口管腳寫入“ 1”后,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作 輸入口。 作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻, P1口被外部下拉為低電平時, 將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時, P1口作為低 8位地址接收。(4 P2口:P2口為一個帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P2口的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出 電流 4個 TTL 邏輯門電路,當 P2口被寫“ 1”時,其管腳被內部上拉電阻拉到高電平,且作為輸入。并 因此作為輸入口使用時, P2

21、口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用 于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時, P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1” 時,它利用內部上拉優勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時, P2口輸出其特殊功能寄存器的 內容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。(5 P3口:P3口管腳是一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P3口輸出緩沖級可驅動(吸收 或輸出電流 4個 TTL 邏輯門電路。當 P3口寫入“ 1”后,它們被內部上拉電阻拉高可作為輸入端口。 作為輸入端時,由于外部下拉為低電平, P3口將輸出電流(

22、I LL 這是由于上拉的緣故。 P3口同時為閃 爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P3口除了作為一般的 I/O口線外,更重要的用途是它的第二功 能,如表 2-1所示:表 2-1 P3口功能端口引腳 第二功能P3.0 RXD (串行輸入口P3.1 TXD (串行輸出口P3.2 INT0(外部中斷 0P3.4 T0(計時器 0外部輸入 P3.5 T1(計時器 1外部輸入P3.6 WR (外部數據存儲器寫選通P3.7 RD (外部數據存儲器讀選通(6 RST:復位輸入。當振蕩器工作時, RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。(7 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的

23、輸出電平用于鎖存地址的低 8位字節。在在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時,這組口線分時轉換地址(低 8位和數據總線復用,在訪 問期間激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時, P0口接收指令字節,而在程序校驗時,輸出指令字節,校 驗時,要求外接上拉電阻。(3 P1口 :P1口是一個帶內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P1口的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出 電流 4個 TTL 邏輯門電路。 P1口管腳寫入“ 1”后,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平,此時可作 輸入口。 作輸入口使用時,因為內部存在上拉電阻, P1口被外部下拉為低電平時, 將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗時, P1口作為

24、低 8位地址接收。(4 P2口:P2口為一個帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P2口的輸出緩沖器可驅動(吸收或輸出 電流 4個 TTL 邏輯門電路,當 P2口被寫“ 1”時,其管腳被內部上拉電阻拉到高電平,且作為輸入。并 因此作為輸入口使用時, P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。 P2口當用 于外部程序存儲器或 16位地址外部數據存儲器進行存取時, P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1” 時,它利用內部上拉優勢,當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時, P2口輸出其特殊功能寄存器的 內容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。(5

25、 P3口:P3口管腳是一組帶有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O口, P3口輸出緩沖級可驅動(吸收 或輸出電流 4個 TTL 邏輯門電路。當 P3口寫入“ 1”后,它們被內部上拉電阻拉高可作為輸入端口。 作為輸入端時,由于外部下拉為低電平, P3口將輸出電流(I LL 這是由于上拉的緣故。 P3口同時為閃 爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 P3口除了作為一般的 I/O口線外,更重要的用途是它的第二功 能,如表 2-1所示:表 2-1 P3口功能端口引腳 第二功能P3.0 RXD (串行輸入口P3.1 TXD (串行輸出口P3.2 INT0(外部中斷 0P3.4 T0(計時器 0外部輸入 P3.

26、5 T1(計時器 1外部輸入P3.6 WR (外部數據存儲器寫選通P3.7 RD (外部數據存儲器讀選通(6 RST:復位輸入。當振蕩器工作時, RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。(7 ALE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低 8位字節。在圖 2-5 駐極體傳聲器機構圖及實物圖根據極體傳聲器 MK1的原理及由三極管、電容、電阻及電壓比較器等組成的聲控電路,如圖 2-6所示。其中 LM393為電壓比較器,當反相輸入端的電位高于同相輸入端時, LM393則輸出一低電平; 而當同相輸入端的電位高于反相輸入端的電位時, LM393將會輸出一高電平

27、。在此電路中可以通過改 變變阻器的阻值來改變反相輸入端的電壓, 從而改變對聲音強度檢測的靈敏度, 以滿足不同場所或人群 的需要。為用駐極體話筒將得到與聲音信號對應的電壓值。 若有聲音時則會輸出一電壓值, 由于傳聲器 轉換的電壓值非常小, 所以必須將該電壓經過三極管放大電路進行放大, 放大后的電壓經過電壓比較器 LM393輸入到單片機的 P3.4口, R6為可變電阻,通過調節其阻值使電壓比較器的輸出電壓發生變化, 起到了調節聲音靈敏度的作用。圖 2-6 聲控電路2.3 光控模塊電路設計光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的一種電阻歲入射光的強弱而改變的電阻器; 入射光強,電 阻減小,入射光弱,電阻

28、增大。本實驗選用 MG45型光敏電阻,如圖 2-7所示。在黑暗條件下,光敏電 阻可達 1兆歐至 10兆歐,在強光條件下(100LX 下,阻值僅有幾百至數千歐。光敏電阻器對光的敏 感性(即光譜特性與人眼對可見光(0.40.76 ¦Ìm的響應很接近,只要人眼可感受的光,都會引起 它的阻值變化。圖 2-7 光敏電阻的實物圖光控電路在光照強時電路不工作,所以單片機首先對光照進行檢測,此處使用到光敏電阻 MG45、 電壓比較器 LM393、變阻器 R1等元件進行檢測,如圖 2-8所示。 Q1為光敏電阻,光敏電阻器實現的 功能是 ; 當有光照時,光敏電阻的阻值下降,這時的阻值僅有幾百至

29、數千歐姆, LM393同相輸入端有一 個較大的電壓輸入,經過 LM393比較后,輸出相應的電平。當光線不足或沒有光線時,其阻值可以達 到兆歐級以上,此時相當于電路處于短路狀態, LM393同鄉輸入端基本上沒有電壓(很小輸入,經 過 LM393比較后,輸出一個低電平。圖 2-8 光控電路2.3 光控模塊電路設計光敏電阻是利用半導體的光電效應制成的一種電阻歲入射光的強弱而改變的電阻器; 入射光強,電 阻減小,入射光弱,電阻增大。本實驗選用 MG45型光敏電阻,如圖 2-7所示。在黑暗條件下,光敏電 阻可達 1兆歐至 10兆歐,在強光條件下(100LX 下,阻值僅有幾百至數千歐。光敏電阻器對光的敏

30、感性(即光譜特性與人眼對可見光(0.40.76 ¦Ìm的響應很接近,只要人眼可感受的光,都會引起 它的阻值變化。圖 2-7 光敏電阻的實物圖光控電路在光照強時電路不工作,所以單片機首先對光照進行檢測,此處使用到光敏電阻 MG45、 電壓比較器 LM393、變阻器 R1等元件進行檢測,如圖 2-8所示。 Q1為光敏電阻,光敏電阻器實現的 功能是 ; 當有光照時,光敏電阻的阻值下降,這時的阻值僅有幾百至數千歐姆, LM393同相輸入端有一 個較大的電壓輸入,經過 LM393比較后,輸出相應的電平。當光線不足或沒有光線時,其阻值可以達 到兆歐級以上,此時相當于電路處于短路狀態,

31、LM393同鄉輸入端基本上沒有電壓(很小輸入,經 過 LM393比較后,輸出一個低電平。圖 2-8 光控電路BISS0001的工作原理:BISS0001的內部框圖,如圖 2-10所示。運算放大器 OP1將熱釋電紅外傳 感器的輸出信號作第一級放大, 然后由 C3耦合給運算放大器 OP2進行第二級放大, 再經由電壓比較器 COP1和 COP2構成的雙向鑒幅器處理后,檢出有效觸發信號 Vs 去啟動延遲時間定時器。由于熱釋電紅外傳感器輸出的探測信號電壓十分微弱 (通常僅有 1mV 左右 , 而且是一個變化的信 號,同時菲涅爾透鏡的作用又使輸出信號電壓呈脈沖形式(脈沖電壓為 0.110Hz 左右 ,所以

32、應對熱 釋紅外傳感器輸出的電壓信號通過運算放大器 OP1和 OP2進行二級放大。再經由電壓比較器 COP1和 COP2構成的雙向鑒幅器處理后, 檢出有效觸發信號 Vs 去啟動延遲時間定時器。 輸出信號 Vo 接單片機 以便檢測,當有人時便輸出 5V 高電平,當人離開之后延時一段時間后便復位為 0V 以便主控制電路的 控制。電路設計讓芯片處于可重復觸發狀態以便適合教室的實際情況。 重復觸發其工作過程:可重復觸 發工作方式下在 Vc=“ 1” 、 A=“ 1”時, Vs 可重復觸發 Vo 為有效狀態,并可促使 Vo 在 Tx 周期內一直 保持有效狀態。在 Tx 時間內,只要 Vs 發生上跳變,則將

33、從 Vs 上跳變時刻起繼續延長個 Tx 周期; 若 Vs 保持為“ 1”狀態,則 Vo 一直保持有效狀態;若 Vs 保持為“ 0”狀態,則在 Tx 周期結束后 Vo 恢復為無效狀態,并且,同樣在封鎖時間 Ti 時間內,任何 Vs 的變化都不能觸發 Vo 為有效狀態。圖 2-10 BISS0001的內部框圖被動式熱釋電紅外探頭的工作原理:人體都有恒定的體溫,一般在 37度, 所以會發出特定波長 10UM 左右的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發射的 10UM 左右的紅外線而進行工作的。人體發射 的 10UM 左右的紅外線通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上。紅外感應源通常采用熱釋電元 件

34、,這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發生變化時就會失去電荷平衡, 向外釋放電荷, 后續電路經檢 測處理后就能產生報警信號。熱釋電紅外檢測人體電路如圖 2-11所示。 圖 2-11 人體檢測電路2.5 設計成果(1系統整體電路原理圖 (2系統電路 PCB 圖 (3系統實物圖圖 2-14 系統實物圖 (4系統在不同環境下的效果圖 系統正常工作后,在強光環境,無聲音,紅外探頭未檢測到人體情況下,系統的狀態是光檢測 指示燈、聲音檢測指示燈、人體檢測指示燈均未點亮,照明 LED 燈也未亮。如圖 2-15所示。圖 2-15 效果圖 1 系統正常工作后,在強光環境,紅外探頭未檢測到人體,但有聲音情況下,系統的

35、狀態是光檢測指示燈和人體檢測指示燈都未點亮, 但聲音檢測指示燈點亮了, 照明 LED 燈仍未點亮。如圖 2-16所示。圖 2-16 效果圖 2 系統正常工作后,在強光環境,無聲音,但紅外探頭檢測到人體存在情況下,系統的狀態是光 檢測指示燈和聲音檢測指示燈都未點亮,但人體檢測指示燈點亮了,照明 LED 燈仍未點亮。如圖 2-17所 示。 系統正常工作后,在強光環境,有聲音,探頭檢測到人體存在情況下,系統的狀態是光檢測指 示燈未亮,聲音檢測指示燈和人體檢測指示燈都點亮,照明 LED 燈仍未點亮。如圖 2-18所示。圖 2-18 效果圖 4 系統正常工作后,在黑暗環境,無聲音,未檢測到人體存在情況下

36、,系統的狀態是聲音檢測指 示燈和人體檢測指示燈都未亮,但光檢測指示燈點亮了,照明 LED 燈未點亮。如圖 2-19所示。 系統正常工作后,在黑暗環境,紅外探頭未檢測到人體,但系統檢測到有聲音情況下,系統的 狀態為人體檢測指示燈未亮,但光檢測指示燈和聲音檢測指示燈都點亮了,并且照明 LED 燈也點亮了。 如圖 2-20所示。圖 2-20 效果圖 6 系統正常工作后,在黑暗環境,無聲音,但檢測到人體存在的情況下,系統的狀態是聲音檢測 指示燈未亮,光檢測指示燈和人體檢測指示燈都點亮了,照明 LED 燈也點亮了。如圖 2-21所示。圖 2-21 效果圖 7 系統正常工作后,在黑暗環境,有聲音,紅外探頭

37、檢測到人體存在情況下,系統的狀態是光檢 測指示燈、聲音檢測指示燈和人體檢測指示燈都點亮,并且照明 LED 燈也點亮。如圖 2-22所示。圖 2-22 效果圖 83 系統軟件設計單片機語言的編程一般使用兩種語言:C 語言和匯編語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機 器指令的符號語言, 是最接近機器語言的一種語言。其主要的優點是占用資源少, 程序執行效率高。 但 是不同的 CPU ,其匯編語言可能有所差異 , 所以不易移植。 C 語言是一種結構化的高級語言。其優點是可 讀性好,移植容易,是普遍使用的一種計算機語言。缺點是占資源較多,執行效率沒有匯編高。 C 語言 是一種編譯型程序設計語言,它兼顧

38、了許多種高級語言的特點,其具備匯編語言的功能。 C 語言有功能 豐富的庫函數、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性,而且可以直接實現對系統硬件的控制。 C 語言是一種結構化程序設計語言,它支持當前程序設計中廣泛用的有頂向下結構化程序設計技術。此 外, C 語言程序具有完善的模塊程序結構,從而為軟件開發中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保 障。因此使用 C 語言進行程序的設計已經為軟件開發的一個主流。綜上所述,用 C 語言進行單片機程序 設計是單片機開發和應用的必然趨勢。本設計就采用 C 語言進行編程,明顯的增加了軟件的可讀性。 整個系統的功能是由硬件電路配合軟件來實現的, 因此軟件部分的

39、設計非常重要。 本系統程序主要 是單片機對檢測的信號進行分析,然后輸出相應的觸發信號。系統接通電源,開始正常工作后,初始化單片機,使單片機的所有端口恢復初始值。首先,光采集 器件(光敏電阻開始采集光信號,若光敏電阻處在強光下,光敏電阻的阻值很小,致光敏電阻分擔的 電壓很小,使電壓比較器的同相輸入端的電壓約為 5V ,此時電壓比較器的同相輸入端的電壓大于反相 輸入端的電壓,電壓比較器輸出一高電平送到單片機的 P3.3口;與之相反,若光敏電阻處在黑暗中,電 壓比較器輸出一低電平送到單片機的 P3.3口。 單片機對 P3.3口的信號進行處理, 如果檢測到的是高電平, 系統返回到光采集階段繼續采集光信

40、號; 如果檢測到的是低電平, 系統繼續檢測聲音信號和檢測人體是 否存在。然后,聲音采集器件(駐極體傳聲器采集聲音信號,若有聲音,駐極體話筒產生一個很小的 交流電信號,交流電通過電容 C5變成直流電信號,經過三極管后,輸入到電壓比較器的同相輸入端, 經過電壓比較后,輸出端輸出一個低電平到單片機的 P3.4口;與之相反,若沒有聲音,電壓比較器的輸 出端輸出一高電平到單片機的 P3.4口。單片機對 P3.4口的信號進行分析,如果檢測到的是高電平,系統 返回到聲音采集階段繼續采集聲音;若檢測到的是低電平,系統開啟照明 LED 燈。同時,人體檢測器件 (熱釋電紅外探頭 也在采集紅外信號, 若檢測到人體發

41、出的紅外信號,探頭輸出一個脈沖信號, 脈沖 信號經過 BISS0001的內部處理,輸出一個高電平到單片機的 P3.5口;與之相反,若無人體存在,輸出以 低電平到單片機的 P3.5口。單片機對 P3.5口的信號進行處理,如果是高電平,系統點亮照明 LED 燈;如 果是低電平,系統返回到人體檢測階段繼續采集紅外信號。 最后, 單片機對接收到的所有信號進行處理, 如果單片的 P3.3口接收到的是低電平,并且 P3.4口的是低電平或者 P3.5口的是高電平,那么系統就點亮 照明 LED 燈,開燈以后,單片機開始進行倒計時 10s ,如果 10s 時間到,系統自動關閉照明燈。系統繼續 返回到光檢測階段繼

42、續檢測,開始無限循環檢測。根據系統的功能要求,在分析整個軟件實現的基礎上,并經過比較論證的系統程序流程圖如圖 3-1所示。 圖 3-1 系統流程圖3.1 單片機最小系統軟件設計在本設計硬件調試時,檢測單片機最小系統的可使用性,增加了使 LED 燈不停閃爍的一個環節。 最小系統接通電源后,初始化所有端口,將二極管電路接在單片機的 P1.0口,通過編程,使單片機的 P1.0口置“ 0” ,此時發光二極管點亮,如果單片機的 P1.0口置“ 0” ,發光二極管熄滅。流程圖如圖 3-2所示。圖 3-2 單片機最小系統調試流程圖3.2 光控模塊軟件設計設電壓比較器的同相輸入端的電壓為 V3,反相輸入端的電

43、壓為 V2,輸出端的電壓為 V1。 系統接通電源, 正常工作后,光敏電阻開始采集光信號。 如果光敏電阻處在黑暗環境中 (光很弱 , 這時光敏電阻的阻值(暗阻很大(1兆歐10兆歐 ,它所分擔的電壓也很大,電壓比較器的 V3 0V ,電壓比較器比較 V3、 V2兩電壓,通過比較后, V2>V3,所以電壓比較器的輸出端 V1輸出為低 電平,將這得到的電信號送到單片機進行處理;如果光敏電阻處在強光中,光敏電阻的阻值 (明阻 很 小(1歐1千歐 ,它所分擔的電壓也很小,電壓比較器的 V3 5V ,電壓比較器比較 V3、 V2兩電 壓,通過比較后, V3>V2,所以電壓比較器的輸出端 V1輸出

44、為高電平,將這得到的電信號送到單片 機進行處理。最后,系統返回到光檢測階段繼續檢測光信號。光檢測的流程圖,如圖 3-3所示。 圖 3-3 光檢測流程圖3.3 聲音控制模塊軟件設計設電壓比較器的同相輸入端的電壓為 V5,反相輸入端的電壓為 V6,輸出端的電壓為 V7。 系統接通電源,正常工作后,駐極體傳聲器開始采集聲音信號。如果有聲音,駐極體傳聲器將聲 音信號轉變成微弱的交流電信號, 通過電容 C3, 交流信號變成直流信號, 直流電信號流入三極管的基 極,使三極管導通,此時電壓比較器的同相輸入端的電壓 V5 0V ,經過電壓比較器比較 V5、 V6兩 電壓, V6>V5,電壓比較器的輸出端

45、 V7為低電平;如果沒有聲音,駐極體傳聲器無法產生電信號。 系統返回到聲音檢測階段繼續檢測聲音信號。聲音檢測流程圖,如圖 3-4所示。 圖 3-4 聲音檢測流程圖3.4 人體檢測模塊軟件設計系統接通電源,正常工作后,被動式熱釋電紅外探頭開始檢測人體發出的紅外信號。如果探頭檢 測到人體發出的紅外信號,探頭會產生一個很微弱的脈沖信號,脈沖信號輸入到 BISS0001的第一級 運算放大器的同相輸入端,經過 BISS0001對脈沖信號進行分析處理,輸出端 Vo 輸出一個高電平,系 統繼續檢測紅外信號;如果探頭未檢測到人體發出的紅外信號,返回到系統檢測紅外信號階段繼續檢 測紅外信號。人體檢測流程圖,如圖

46、 3-5所示。 圖 3-5 人體檢測流程圖4 結論總結本次設計的聲光控電子開關,有以下幾個優點:(1使用單片機作為主控器件,系統靈活,并且整體成本低廉。(2通過編程實現了聲音控制、光控制的功能,使照明燈更具有人性化。(3通過調節變阻器的阻值,適應不同環境下對聲音和光照強度檢測的靈敏度,提升了聲光控智能 燈的可用性。(4通過熱釋電紅外檢測人體的存在,實現在黑暗中,不用發出很大的聲音,也能開啟照明燈,既 避免了產生噪音也使該系統更加智能化,方便人們使用。與此同時該設計也有一些缺點:(1該系統的人體檢測模塊不能調節靈敏度。(2該系統的復位電路沒有手動復位,如果系統出現故障或者程序運行錯誤時,只能用電

47、源開關來 復位。(3開啟照明燈后,系統還能檢測到聲音信號或人體存在,系統重新開始倒計時,可能會導致照明 燈常亮; 如果通過調節聲音檢測的靈敏度解決這一問題, 那么開啟照明等需要很大的聲音, 既不人性化, 也產生了噪音。(4該系統少了顯示模塊,應該加一個 LED 數碼管,顯示照明燈關閉的倒計時時間。在本次設計的過程中,遇到了不少的問題和困難:在制作原理圖時,由于粗心,沒有按復位開關; 在制作 PCB 圖的時候由于對軟件的不熟悉導致自動布線無法完成;在調試程序時,使用偉福仿真器, 由 于對仿真器的不熟練,花費了大量的時間去安裝軟件和下載驅動。通過上網、去圖書館查資料、 與同一小組的同學的討論以及與老師的及時交流, 解決了 PCB 圖的上 的問題;通過老師的指導和同學的幫助,成功使用了仿真器進行仿真調試。在此次的設計中受益匪淺, 知道了分析的重要性, 比如電路的選擇, 器件的選擇,可行性的分析等, 這些都關系到設計的總體方向以及設計的產品的成本、 簡易度和完成概率。 在完成設計期間也有許多錯 誤是因為粗心造成的,因此在今后一定要養成細心的好習慣。這次設計將學到的應用到了實際中, 深化了對數字電路設計和模擬電子設計的認識, 在設計的實踐 中獲得新知,在參考文獻時,學到