基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

《基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc（22頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、分類號(hào)：分類號(hào)：TN707U D C：D10621-407-(2012)1878-0 密密 級(jí)：公級(jí)：公 開開編編 號(hào)：號(hào)：2008032035 成成 都都 信信 息息 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文 基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 論文作者姓名：論文作者姓名： XXXXXX 申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)：光信息科學(xué)與技術(shù)光信息科學(xué)與技術(shù) 申請(qǐng)學(xué)位類別：申請(qǐng)學(xué)位類別：理學(xué)學(xué)士理學(xué)學(xué)士 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師姓姓名名（職職稱稱） ： XXXXXX（高級(jí)實(shí)驗(yàn)師）（高級(jí)實(shí)驗(yàn)師） 論文提交日期：論文提交日期： 20122012 年年 0606 月月 0101

2、日日 基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘摘 要要 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與 核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也 為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文介紹了基于單片機(jī) AT89C51 的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有 效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)， 利用多參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。工作時(shí),光信號(hào)取樣電路

3、采集光 照強(qiáng)弱、人體信號(hào)采集電路采集室內(nèi)是否有人、是否為工作時(shí)間等信息并將信 號(hào)送到單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)這些信息通過控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作,從 而實(shí)現(xiàn)照明控制,以達(dá)到節(jié)能的目的。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；光信號(hào)；微型計(jì)算機(jī)；節(jié)能 The Control System for Intelligent Lighting Based on Singlechip Microcomputer Abstract With the rapid development of electronic technology, the system of control based on Single-chip

4、Microcomputer is widely applied in industry, agriculture, electric power, electron, intelligent building and so on. Microcomputer, as the subject and core of the embedded system of control, replaces the traditional systemelectronic circuit. At the same time, the development and maturation of the int

5、elligent building have established the substantial foundation for the popularization and application of the control system for lighting based on single-chip microcomputer。 In this paper,the Indoor Lighting Control System Based on AT89C51 and its principle are introduced. Some effective and energy sa

6、ving control strategys of lighting system are brought forward. The current system uses a relatively mature sensor technology and computer control technology ，using multi-parameter to achieve the school classroom indoor lighting control. The system includes hardware and software design in two parts.

7、When work,the optical signal sampling circuit collecting lighting intensity,indoor collecting of human signal acquisition circuit if anyone,whether for work time and other information and signal to the microcontroller,MCUcontrol circuiti based on these information through the switching operation of

8、lighting equipment in order to achieve lightingcontrols to sava energy. Key words: Single-chip microcomputer; Optical signal; microcomputer; Energy conservation 目目 錄錄 論文總頁數(shù)：20 頁 1 引言1 1.1研究背景1 1.2 智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 .1 1.2.1 國內(nèi)外智能照明發(fā)展概況1 1.2.2 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1 2 設(shè)計(jì)部分2 2.1 設(shè)計(jì)要求 .2 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .2 2.3 邏輯控制 .2 2.4

9、硬件設(shè)計(jì) .3 2.4.1 系統(tǒng)硬件總述3 2.4.2 AT89C51 單片機(jī)介紹.4 2.4.3 光照檢測(cè)電路5 2.4.4 人體信號(hào)采集電路5 2.4.5 比較電路8 2.4.6 延遲時(shí)間選擇電路9 2.4.7 輸出控制電路10 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)11 結(jié) 論13 參考文獻(xiàn)13 致 謝14 聲 明15 附 錄16 1程序代碼16 2電路總圖17 3PCB 圖.18 第 1 頁 共 18 頁 1 引言引言 1.1 研究背景研究背景 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家對(duì)教育的重視，校園規(guī)模也逐漸隨著人數(shù)規(guī)模的壯 大而擴(kuò)大。但是普遍學(xué)校都是開放型的管理模式，高校的教室在白天室內(nèi)照度 很高的情況下，仍然普遍

10、存在開燈作業(yè)；即使是很少的時(shí)候也是整個(gè)教室的燈 全亮著。甚至教室無人的時(shí)候燈仍然亮著。這些現(xiàn)象普遍存在于各大高校，浪 費(fèi)了電力資源。 目前通常使用的節(jié)電方式有實(shí)行手工控制，聲控型，太陽能燈等。但是它 們都存在一定的弊端。手工控制方式操作不便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且需要人工控制。 聲控型則容易存在判斷不準(zhǔn)確，當(dāng)不是人為需要的時(shí)候，其它噪聲也可能會(huì)讓 燈亮。太陽能設(shè)備投資比較大，且容易受光照強(qiáng)度的影響，不適合用在教室設(shè) 施場(chǎng)所。因此市場(chǎng)上迫切需要一種操作方便、價(jià)格低廉、便于大面積推廣的新 型節(jié)能方案。 1.2 智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展概況智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1.2.1 國內(nèi)外智能照明發(fā)展概況國內(nèi)外智

11、能照明發(fā)展概況 “智能建筑”是綜合計(jì)算機(jī)、信息通信等方面最先進(jìn)的技術(shù)，使建筑物內(nèi) 的電力、空調(diào)、照明、防災(zāi)、防盜、運(yùn)輸設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)建筑物綜合管理自動(dòng)化、 遠(yuǎn)程通信和辦公自動(dòng)化的有效運(yùn)作，并使這三種功能結(jié)合起來的建筑。 人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。 正如英國的 Glasgow 市報(bào)指出：“Glasgow 正在成為一個(gè)研究和發(fā)展太空 時(shí)代智能建筑的國際組織的神經(jīng)中樞。在智能建筑中的智能照明、供熱、空調(diào)、 通訊及辦公設(shè)備將全部由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制與管理?！?面對(duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)了不少智能照明設(shè)計(jì)。 正如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件 和軟件。此外計(jì)算

12、機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。澳大利亞邦奇開 發(fā)的 Dynalie 智能照明控制系統(tǒng)，美國的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室 的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。 1.2.2 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 智能照明控制系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)并輔助以其它手段，對(duì)電力照明實(shí)行 智能控制，提供合適照明光環(huán)境的同時(shí)降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費(fèi)用。 智能照明控制系統(tǒng)于手動(dòng)照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛， 改善工作環(huán)境、提高工作效率，良好的節(jié)能效果，延長(zhǎng)光源壽命，管理維護(hù)方 便等。 第 2 頁 共 18 頁 2 設(shè)計(jì)部分設(shè)計(jì)部分 2.1 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 控制器的

13、主要目的是對(duì)燈的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制。工作時(shí)根據(jù)時(shí)間和人工及 光照等因素綜合控制燈的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)光照檢測(cè)電路和熱釋電紅外線傳感器采 集光照強(qiáng)弱、室內(nèi)是否有人等信息送到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息通過控制 電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作，從而實(shí)現(xiàn)照明控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。根據(jù)我們需要實(shí)現(xiàn)的功能， 合理選擇元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了制作出想要的電路板，硬件設(shè)計(jì)主要涉及到構(gòu) 造原理圖，并對(duì)原理圖用 keil 軟件進(jìn)行仿真，這一步最為重要，它關(guān)系到實(shí)驗(yàn) 成功與否的關(guān)鍵。 然后一旦仿真測(cè)試出我們想要的結(jié)果后，就可進(jìn)行下一步原理圖的繪制， 利用 pro

14、tel99 se 軟件進(jìn)行原理圖的繪制，對(duì)個(gè)各個(gè)元器件進(jìn)行封裝后，并根據(jù) 原理圖畫 PCB 圖，并進(jìn)行步線調(diào)整等，最后一步為電路板實(shí)物的制作。 軟件設(shè)計(jì)部分，應(yīng)該結(jié)合硬件電路所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要針對(duì)光 電檢測(cè)電路和熱釋電傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)光強(qiáng)的時(shí)候，系統(tǒng)對(duì)光照進(jìn) 行檢測(cè)，產(chǎn)生信號(hào)并處理控制燈的開關(guān)狀態(tài)，科學(xué)管理燈光的亮與滅，達(dá)到節(jié) 約用電的目的。 2.3 邏輯控制邏輯控制 教室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)根據(jù)天氣、時(shí)間、等因素自動(dòng)控制教室內(nèi)燈光。當(dāng)教 室或者其它照明場(chǎng)所里面有人時(shí)，或者需要進(jìn)行作業(yè)時(shí)，如果光線較暗則開燈， 光線很亮?xí)r則關(guān)燈，沒有人時(shí)，或者不需要進(jìn)行作業(yè)時(shí)，則關(guān)燈。光線亮?xí)r則

15、關(guān)燈，晴天時(shí)關(guān)燈，休息時(shí)間關(guān)燈。根據(jù)上述要求，可以畫出控制系統(tǒng)邏輯功 能表，如表 1-1 所示。 關(guān)系如果假設(shè)：室內(nèi)光線強(qiáng)度為 A：光線強(qiáng)時(shí) A=1，光線弱時(shí) A=0；人體 信號(hào)為 B：有人時(shí) B=1，無人時(shí) B=0；作息時(shí)間為 C：上課時(shí) C=1，休息時(shí) C=0；電燈開關(guān)狀態(tài)為 D：合時(shí) D=1，斷開時(shí) D=0。則表 1-1 可以轉(zhuǎn)化為表 1- 2。 由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達(dá)式為：D=ABC 如下表所示 第 3 頁 共 18 頁 表 1-1 系統(tǒng)邏輯 表 1-2 邏輯系統(tǒng)真值表 信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào) 參數(shù)自然光信號(hào)人體作息時(shí)間 電燈的開光狀況 符號(hào) ABCD 1000 101

16、0 1100 1110 0000 0010 0100 邏 輯 狀 態(tài) 0111 2.4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì) 2.4.1 系統(tǒng)硬件總述系統(tǒng)硬件總述 系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī) AT89C51 為核心外加多種接口電路組成，共有四 個(gè)主要部分：光照檢測(cè)電路、延時(shí)電路、熱釋電紅外線傳感及處理電路、輸 出控制電路。 如圖 2-1 所示 信號(hào)室內(nèi)光信號(hào)人體信號(hào)時(shí)鐘信號(hào) 參數(shù)自然光照度人體作息時(shí)間 電燈的開關(guān)狀態(tài) 強(qiáng)無休息斷 強(qiáng)無上課斷 強(qiáng)有休息斷 強(qiáng)有上課斷 弱無休息斷 弱無上課斷 弱有休息斷 邏 輯 狀 態(tài) 弱有上課合 第 4 頁 共 18 頁 圖 2-1 系統(tǒng)硬件原理及總述結(jié)構(gòu)框圖 外圍接光照檢測(cè)電路、熱釋電

17、紅外線傳感及處理電路、輸出控制電路。兩 個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)人工控制。 2.4.2 AT89C51 單片機(jī)介紹單片機(jī)介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機(jī)。AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦 除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000 次。 該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器 組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051

18、是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提 供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。外形及引腳排列如圖所示 。 A 1 V O 2 RR1 3 RC1 4 RC2 5 RR2 6 V SS 7 V RF 8 V C 9 IB 10 V DD 11 2O UT 12 2IN 13 1IN + 14 1IN - 15 1O UT 16 JP? BISS0001 1 2 3 J? CON 3 C? CAP C? 103 C? CAP C? CAP C? CAP C? 47U F C?103 R? 47K R? 1M V CC R? RES4 R? RES2 R? 10K R? 1M R

19、? 2M R? 47K R? RES2 R? RES2 R? RES2 Q ? N PN 02 1 3 4 Q ? JD Q RST 9 P30 10 P31 11 P32 12 P33 13 P34 14 P35 15 P36 16 P37 17 X 1 18 X 2 19 G ND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 A LE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P02 37 P01 38 P00 39 V CC 40 P10 1 P11 2

20、 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 Q ? V CC V CC Y ? C? C? S? S? R? C? V CC D S? LAM P RES RES 220V D ? D IO DE V CC AT89C51 光信號(hào)采集電路 晶振 延時(shí)電路 人體信號(hào)采集電路 輸出控制電路 第 5 頁 共 18 頁 2.4.3 光照檢測(cè)電路光照檢測(cè)電路 光信號(hào)取樣電路如圖 2-2 所示，圖中主要由光信號(hào)采集電路和 A/D 模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路組成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換是電路的核心。信號(hào) 經(jīng)過采集送入 A/D 轉(zhuǎn)換電 路，通過單片機(jī)處理后，最終作為系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行開關(guān)燈判斷的依據(jù)。

21、A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)根據(jù)信號(hào)的測(cè)量范圍和精度來選擇，使其有足夠的數(shù) 據(jù)長(zhǎng)度，保證最大量化誤差在設(shè)計(jì)要求的精度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)中，信號(hào)的測(cè)量 范圍的電壓：0.009.99V，精度 0.01V。 在本次設(shè)計(jì)中選用了帶串行控制的 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC1549，它是由 德州儀器（Texas Instruments 簡(jiǎn)寫為 TI）公司生產(chǎn)的，它采用 CMOS 工藝， 具有自動(dòng)采樣和保持，采用差分基準(zhǔn)電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比 例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，總不可調(diào)整誤差達(dá)到 ()1LSB Max，芯片體積小等特點(diǎn)。 同時(shí)它采用了 Micro wire 串行接口方式，故引腳少，接口方便靈活。與傳統(tǒng)

22、的并行方式接口 A/D 轉(zhuǎn)換器（例 ADC0809/0808）相比，其單片機(jī)的接口電 路簡(jiǎn)單，占用 I/O 接口資源少。 a 1 b 2 d 4 c 3 e 5 f 6 g 7 GND 8 LT 9 RBO 10 RBI 11 D 12 C 13 B 14 A 15 VCC 16 a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 d

23、p dp LED a bf c g d e DPY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp LED C1 30pF C2 30PF SW-PB SW-PBSW-PB SW-PB SW-PBSW-PB SW-PBSW-PB SW-PBSW-PBSW-PB SW-PB SW-PBSW-PBSW-PBSW-PB XTAL1 MR 1 VCC 2 WDI 3 GND 4 RESET 5 WDO 6MAX831L+5 SW-PB Y0 5 Y1 4 Y2 3 Y3 2 VCC 1 G2B 6 G2A 7 C 8 B 9 A 10 74LS138 Q1Q2Q3Q4 R1 4K

24、7 R2 4K7 R3 4K7 R4 4K7 +5 +5 R5 0.1K R6 1K R7 0.1K R8 0.1K R9 0.1K R10 0.1K R11 0.1K +5 R13 10K 1M 10uF SW-PB +5 2 14 3 TLP4 DS1 LAMP DS2 LAMP D DIODE R 1K PNP +12 220V R13 圖 2-2 光信號(hào)取樣電路 2.4.4 人體信號(hào)采集電路人體信號(hào)采集電路 1) 熱釋電效應(yīng)原理簡(jiǎn)述 熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測(cè)目標(biāo)，其工作原理是利用 熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色 膜，若有紅外線間歇

25、地照射，其表面溫度上升T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn) 生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓U。常用的熱釋電紅 外線光敏元件的材料有陶瓷氧化物和壓電晶體，如鈦酸鋇、鉭酸鋰、硫酸三甘 肽及鈦鉛酸鉛等。 第 6 頁 共 18 頁 實(shí)質(zhì)上熱釋電傳感器是對(duì)溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體 元件組成，在元件兩個(gè)表面做成電極。在環(huán)境溫度有 T 的變化時(shí)，由于有熱 釋電效應(yīng)，在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷Q，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓 V。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱 釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷Q 會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn) 定不變時(shí)，T=0，則傳

26、感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境 溫度有差別，產(chǎn)生 T，則有T 輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒有 變化，傳感器也沒有輸出了。所以這種傳感器也稱為人體運(yùn)動(dòng)傳感器。由實(shí)驗(yàn) 證明，傳感器不加光學(xué)透鏡(也稱菲涅爾透鏡)，其檢測(cè)距離小于 2m，而加上光 學(xué)透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到 10m 左右。 2) 人體紅外探頭介紹 熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)?電壓信號(hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈 敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí),在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡,這 樣可大大提高接收靈敏度,增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證

27、明,熱釋電紅外傳感器 若不加菲涅爾透鏡,則其檢測(cè)距離僅為 2m 左右;而配上菲涅爾透鏡后,其檢測(cè)距 離可增加到 10 m 以上。 3) 熱釋電紅外傳感器介紹 熱釋電紅外傳感器 主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、 鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 2*1mm 的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝 入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身 溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱 的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的 探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該 透鏡用透明塑料制成，將透鏡的

28、上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具 有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大70 分貝以上， 這樣就可以測(cè)出 1020m 范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)器前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化 的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)” ，以提高它的探測(cè)接收靈敏度。當(dāng)有人從透鏡前 走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)” ，這 樣就使接收到的紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長(zhǎng)為 910 um，而探測(cè)元件的波長(zhǎng)靈敏度在 0.220 um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的 窗口，這個(gè)濾光片可通過光

29、的波長(zhǎng)范圍為710 um，正好適合于人體紅外 第 7 頁 共 18 頁 輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種 專門用作探測(cè)人體輻射的 紅外線傳感器 。 4) 菲涅爾透鏡介紹 菲涅爾透鏡多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表 面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及 擾射和根據(jù)相對(duì)靈敏度和接收角度要求設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高。菲涅爾透鏡 在很多時(shí)候相當(dāng)于紅外線及可見光的凸透鏡，效果好。多用于精度要求不是很 高的場(chǎng)合。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學(xué)原理，在探測(cè)前方產(chǎn)生一個(gè)交替變化的 “盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)” ，以提高它的探測(cè)接收

30、靈敏度。當(dāng)有人從鏡前走過時(shí)， 人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進(jìn)入“高靈敏區(qū)” ，這樣就使接收到 紅外信號(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而強(qiáng)化能量幅度。 菲涅爾透鏡有兩個(gè)作用：一是聚集作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射） 在 PIR 上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū) 域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在 PIR 上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。 由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)變化緩慢、幅值小(小于 1 mV) ,不能直接作 為照明系統(tǒng)的控制信號(hào),因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過一個(gè)專門的信號(hào)處理電 路,使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。根 據(jù)以上要求,

31、人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如圖 2-3 所示。 2-3 熱釋電檢測(cè)電路組成框圖 1) 熱釋電傳感器處理電路 本設(shè)計(jì)采用 BIS0001 來完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。BIS0001 是 一款具有較高性能的熱釋電傳感器信號(hào)處理集成電路,它主要由運(yùn)算放大器、電 壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。 圖 2-4 中,熱釋電傳感器 S 極輸出信號(hào)送入 BIS0001 的 14 腳,經(jīng)內(nèi)部第一 級(jí)運(yùn)算放大器放大后,由 C3 耦合從 12 腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)算放大器放大, 再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后,檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器,最 后從 12 腳輸出信號(hào)

32、Vo 送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。實(shí)驗(yàn)所得,當(dāng)傳感器檢測(cè)室 內(nèi)有人時(shí),Vo 為 4 V ;無人時(shí) Vo 為 0.4 V。 BIS0001 的 1 腳接高電平,使芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出 Vo 的延 遲時(shí)間 Tx 由外部 R8 和 C7 的大小調(diào)整;觸發(fā)封鎖時(shí)間 Ti 由外部 R9 和 C6 的 檢測(cè)對(duì)象熱釋電紅外傳感器菲涅爾透鏡信號(hào)處理電路 0 V 第 8 頁 共 18 頁 大小調(diào)整。 BIS0001 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7 8 2MR4 0.01uFC2 10KR5 R6 C4 10uF C3 D S G PIR 1M R2 47K R7 47

33、uF C5 1K R3 47K R1 0.01uF C1 1MR8 200KR9 1KR10 0.47nF C6 47nF C7 Vo +5V 圖 2-4 熱釋電傳感器信號(hào)處理電路圖 2.4.5 比較電路比較電路 比較電路如圖 2-5 所示，由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號(hào)來自于紅外 人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個(gè)獨(dú)立的分壓電路得到，供電 路比較所用。即運(yùn)算放大器 D1 的 6 腳和 D2 的 1 腳電壓分別為 0.45V 和 2.0V。 - 6 + 5 7 - 2 + 1 3 C 5 30KR 263KR 9 1 2 JP4 Header 2 V+12 300 R 34 VC C

34、 P2.5 P2.6 R 20 R 23 VC C 圖 2-5 人體信號(hào)比較電路 第 9 頁 共 18 頁 通過比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號(hào)輸出。當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在 有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號(hào)后，運(yùn)算放大器的 “2 腳”或“5 腳”的電壓降為 3.0V；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)人體紅外信號(hào)時(shí)，“2 腳”或 “5 腳”的電壓降為 1.0V。探頭故障斷路時(shí)，則“2 腳”或“5 腳”的電壓降 為 0V。 1) 紅外探頭工作正常 “1 腳”的電壓恒定為 2.0V， “2 腳”的電壓有 1V 或是 3.0V 兩種狀態(tài)， “6 腳”的電壓恒定為 0.45V， “5 腳”的電壓與“2 腳”的

35、電壓保持一致。 探頭將會(huì)根據(jù)有無人體信號(hào)在 “2 腳”產(chǎn)生 1.0V 或 3.0V 兩種電壓信號(hào)。 2) 紅外探頭不正常工作 “1 腳”的電壓恒定為 2.0V， “2 腳”的電壓為 0V， “6 腳”的電壓恒定為 0.45V， “5 腳”的電壓為 0V。 探頭將只會(huì)產(chǎn)生一種電壓信號(hào) 0V。 具體的比較結(jié)果如下表 1-3 所示。 表 1-3 探頭采集信號(hào)輸出狀態(tài)表 探頭工作狀態(tài) “1 腳” 電壓 “2 腳”或 “5 腳”電壓 “6 腳” 電壓 P2.6P2.5 無人狀態(tài) 2.0V1.0V0.45V11 正常 工作有人狀態(tài) 2.0V3.0V0.45V01 斷路或故障 2.0V0V0.45V10 通

36、過比較電路，不僅解決了不同工作狀態(tài)時(shí)被動(dòng)紅外探頭的對(duì)外界人體紅 外信號(hào)的采集，而且也實(shí)現(xiàn)了僅通過被動(dòng)紅外探頭的兩根電源線同時(shí)也傳輸了 所采集的周圍環(huán)境的紅外信號(hào)，一舉兩得。 2.4.6 延遲時(shí)間選擇電路延遲時(shí)間選擇電路 系統(tǒng)在 AT89C51 的 P1 中設(shè)置了延時(shí)時(shí)間選擇電路 ,其目的是在環(huán)境光 照較弱時(shí),照明設(shè)備延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)熄滅。電路通過 P1.0 P1.3 設(shè)置 4 個(gè)延時(shí)時(shí)間,當(dāng) P1.0 P3.0 無開關(guān)閉合時(shí),系統(tǒng)按初始值進(jìn)行延時(shí)；當(dāng) P1. 0P1.3 有開關(guān)閉合時(shí),程序從 P1.3P1.0 進(jìn)行檢測(cè),若檢測(cè)到某一端口為低 電平時(shí),則系統(tǒng)按當(dāng)前端口設(shè)置的值進(jìn)行延時(shí)。設(shè)置時(shí)間

37、關(guān)系值如表 1-4 所示。 第 10 頁 共 18 頁 表 1-4 端口時(shí)間設(shè)置表 端口P1.0P1.1P1.2P1.3 時(shí)間/min15202530 2.4.7 輸出控制電路輸出控制電路 1) 繼電器 繼電器是一種根據(jù)電量（電壓、電流等）或者根據(jù)非電量（溫度、時(shí)間、 轉(zhuǎn)速、壓力）等信號(hào)的變化帶動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，來接通或者斷開所控制的電路或者 電器，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電路或者電器設(shè)備的電器。 繼電器一般由感測(cè)機(jī)構(gòu)、中間機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三個(gè)基本部分組成?？煞譃?電磁式繼電器和非電磁式繼電器兩大類。 電磁式繼電器是在輸入至電磁線圈中的電流的作用下，由其機(jī)械部件的相 對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)動(dòng)作的一種電器。

38、主要有：交流電磁繼電器、直流電磁繼電器、磁保持繼電器、舌簧繼電器 等。 (1) 交流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器。 (2) 直流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。 (3) 磁保持繼電器：利用永久磁鐵或具有很高剩磁特性的鐵芯，使電磁繼 電器的鐵芯，使電磁繼電器的銜鐵在其線圈斷電后仍能保持在線圈通電的 位置上的繼電器。磁保持繼電器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 (4) 舌簧繼電器：利用密封在管形外殼內(nèi)并具有觸點(diǎn)簧片和銜鐵磁路雙重 作用的舌簧的動(dòng)作來開、閉或轉(zhuǎn)換線路的繼電器。 工作原理： (1) 電磁式電壓繼電器 電磁式電壓繼電器是根據(jù)兩端電壓大小而接通或斷開控制電路的繼

39、電器。 這種繼電線圈的導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)多、阻抗大，并聯(lián)在電路中。 (2) 電磁式電流繼電器 電磁式電流繼電器串接在電路中以反映電路中的變化。為了不影響電路的 正常工作。電流繼電器線圈匝數(shù)少、導(dǎo)線粗、線圈阻抗小。除了有用于一般控 制的電流繼電器外，還有作為保護(hù)用的過電流繼電器和欠電流繼電器。 2) 輸出控制電路 單片機(jī)輸出控制信號(hào)電路如圖 2-8 所示，由 P2.0、P2.3 和 P2.7 口輸出的 控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光的控制功能。 用 P2.0 和 P2.3 兩個(gè)輸出來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開關(guān)控制，用 P2.7 口來實(shí)現(xiàn)智能控 第 11 頁 共 18 頁 制，輸出的是“0”電平時(shí)，則由 Q1 三極管組成的信

40、號(hào)放大電路就被截止， 則繼電器回路中無電流，所以，繼電器線圈無法工作，使得繼電器開關(guān)觸點(diǎn)斷 開，電燈回路不通，電燈不亮，反之，當(dāng) P2.7 口輸出的是“0”信號(hào)時(shí)，則 由 Q1 三極管組成的信號(hào)放大電路就導(dǎo)通了，則繼電器線圈工作 ，使得繼電器 觸點(diǎn)閉合，電燈回路導(dǎo)通，電燈亮 。 A 1 VO 2 RR1 3 RC1 4 RC2 5 RR2 6 VSS 7 VRF 8 VC 9 IB 10 VDD 11 2OUT 12 2IN 13 1IN+ 14 1IN- 15 1OUT 16 JP? BISS0001 CAP C? 103 C? CAP C? CAP C? CAP C? 47UF C?103

41、 R? 47K R? 1M VCC R? RES4 R? RES2 R? 10K R? 1M R? 2M R? 47K R? RES2 R? RES2 R RES2 Q? NPN 02 1 3 4 Q JDQ RST 9 P30 10 P31 11 P32 12 P33 13 P34 14 P35 15 P36 16 P37 17 X1 18 X2 19 GND 20 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P07 32 P06 33 P05 34 P04 35 P03 36 P0

42、2 37 P01 38 P00 39 VCC 40 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 Q? VCC VCC Y? C? C? S S R? C? VCC DS? LAMP RES RES 220V D DIODE VCC 圖 2-8 輸出控制電路 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 電路板要實(shí)現(xiàn)它的功能，還要必不可以的軟件程序?qū)λM(jìn)行控制。 軟件 設(shè)計(jì)分主程序設(shè)計(jì)、子程序設(shè)計(jì)、中斷程序設(shè)計(jì)三大塊。軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的 靈魂，沒有軟件計(jì)算機(jī)不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計(jì)算機(jī)中的地位，而 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，軟件也是非常重要的。在

43、照明控制系統(tǒng)中，硬件設(shè)備的 功能是由軟件來定義的，如系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，通過編程完成 對(duì)輸 出電路的控制等等，由此可見，軟件是控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。 該照明控制系統(tǒng)的軟件程序包括：照明啟?？刂瞥绦颉⒄彰髁炼瓤刂瞥绦?、 照明定時(shí)控制程序等。本著軟件設(shè)計(jì)的基本方法，照明控制程序的軟件設(shè)計(jì)方 法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)方法來完成的。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法雖然是 早期的程序設(shè)計(jì)方法，但該方法還一直被廣泛地使用。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 貫穿整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。本照明控 制系統(tǒng)軟件程序總體結(jié)構(gòu)如圖31所示。 第 12 頁 共 18 頁 取鍵值 初始化 調(diào)用鍵

44、盤掃描程序 有鍵按下嗎 返回 開始 Y N 圖 31 照明控制系統(tǒng)軟件程序總體結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)電源接通后，開始初始化，程序調(diào)用鍵盤，掃描程序。判斷有無熱鍵按下， 如果有，則為人手工控制：如果沒有，則根據(jù)外界條件控制。當(dāng)有人時(shí)，如果 光線很強(qiáng)，系統(tǒng)認(rèn)為是白天，或者不需要開燈。當(dāng)光線弱時(shí)，系統(tǒng)判斷是晚上， 則控制燈亮。當(dāng)沒有人時(shí)，系統(tǒng)判斷室內(nèi)無人，則使輸出電路控制燈不會(huì)亮。 第 13 頁 共 18 頁 結(jié)結(jié) 論論 根據(jù)本次設(shè)計(jì)要求，我首先了解了國內(nèi)外的智能照明控制系統(tǒng)的背景，便 于后面設(shè)計(jì)。系統(tǒng)閱讀了相關(guān)大量書籍、資料，學(xué)習(xí)了 51 系列單片機(jī)的工作原 理及使用方法，并仔細(xì)分析了課題設(shè)計(jì)要求，在實(shí)際設(shè)計(jì)

45、過程中，條件艱苦， 由于能力有限及考慮到實(shí)際情況，部分功能未能實(shí)現(xiàn)，就省略掉了。本設(shè)計(jì)過 程中去掉了時(shí)間顯示電路，只是能延時(shí)一段時(shí)間然后燈滅。 本文使用 AT89C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)主控制，完成相關(guān)電路的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)了 幾個(gè)簡(jiǎn)單功能。能夠?qū)敵鲭娐返目刂?，?shí)驗(yàn)小燈泡能夠?qū)夂腿说臋z測(cè)并能 做出相應(yīng)反應(yīng)，開或者關(guān)。基本上達(dá)到了智能照明的控制。 通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，學(xué)到了很多知識(shí)，大大增強(qiáng)了自己的動(dòng) 手能力。還使我們對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)有了初步認(rèn)識(shí)，并學(xué)會(huì)了使用 keil 軟 件進(jìn)行仿真調(diào)試，使用 Protel se99 軟件畫原理圖，畫 PCB 板等。實(shí)驗(yàn)中使我們 認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)與實(shí)踐

46、中的巨大差別，懂得理論知識(shí)，并不代表能夠很順利地 做出實(shí)際想要的效果的電路板。 總之，在這次課題設(shè)計(jì)過程中，豐富了理論知識(shí)，增強(qiáng)了自己的實(shí)際動(dòng)手 能力，增強(qiáng)了自己解決問題的能力。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 李全利. 單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京M. 高等教育出版社,2008,8(6): 8-13 2 王麗敏. 電路仿真與實(shí)驗(yàn)M. 哈爾濱工程大學(xué)出版社, 2000(5): 3-15 3 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)M. 清華大學(xué)出版社, 1996(3): 11-14 4 劉志名. 電路分析. 西安電子科技大學(xué)出版社M. 2004(8): 4-9 5 萬文略. 單片機(jī)原理與應(yīng)用. 重慶大學(xué)出版社M.

47、 2004(6): 6-12 第 14 頁 共 18 頁 致致 謝謝 本設(shè)計(jì)是在 XXX 和 XXX 老師指導(dǎo)下完成的。在課程設(shè)計(jì)中，我深深感受 到了兩位老師那種誨人不倦、教書育人的崇高精神。非常感謝在工作之余能夠 抽出他們寶貴的時(shí)間為我的設(shè)計(jì)細(xì)心指導(dǎo)。由于經(jīng)驗(yàn)匱乏、知識(shí)面窄，在設(shè)計(jì) 過程中遇到了很多疑慮。感謝老師給我提供相關(guān)的信息，理清思路，交提供解 決問題的方法。這為我的設(shè)計(jì)中解決了很多問題，并少花了很多時(shí)間，最終讓 我的疑慮都一一解開，最終完成了設(shè)計(jì)。在此，向在課程畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中給我提 供幫助的 XXX 和 XXX 老師說一聲“老師您們辛苦了！” 。并真誠地祝福老師 在今后的工作及生活中。

48、 還要感謝這四年來給我們授過課的老師們，是你們教會(huì)了我們?cè)S多專業(yè)知 識(shí)，有了這些專業(yè)理論知識(shí)，才能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 同時(shí)還要感謝身邊的同學(xué)們。這些時(shí)間，在遇到不懂的問題上，大家一起 探討，努力奮斗，共同解決問題。這樣才使我順利完成設(shè)計(jì)。 另外還要感謝 XXXXXX，學(xué)校為我們提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。 最后再一次所有幫助過我的人，謝謝大家！ 作者簡(jiǎn)介 姓 名：XXXX 性別：男 出生年月：XXXX 民族：漢 E-mail:XXXX 第 15 頁 共 18 頁 聲聲 明明 本論文的工作是 2012 年 2 月至 2012 年 6月在 XXXXXXXXXXXXXX 學(xué)院完成的。 文中除了

49、特別加以標(biāo)注地方外，不包含他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也 不包含為獲 XXXXXX 或其他教學(xué)機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)和研究成果知識(shí)產(chǎn)權(quán)的說明： 本人完全了解成都 XXXXXX 有關(guān)保管使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括： （1）學(xué)校有權(quán)保管并向有關(guān)部門遞交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件。 （2）學(xué)校可以采用影印、縮印或其他復(fù)制方式保存學(xué)位論文。 （3）學(xué)校可以學(xué)術(shù)交流為目的復(fù)制、贈(zèng)送和交換學(xué)位論文。 （4）學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱。 （5）學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵 守此規(guī)定） 。 除非另有科研合同和其他法律文書的制約，本論文的科研成

50、果屬于 XXXXXX。 特此聲明！ 作者簽名： 年 月 日 第 16 頁 共 18 頁 附附 錄錄 1 1程序代碼程序代碼 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit kai=P20;/手動(dòng)開燈 sbit hy=P17;/紅外信號(hào)輸入 sbit guan=P24;/手動(dòng)關(guān)燈 sbit sc=P26;/繼電器輸出 uint num; void delay(uint ms) uint x,y; for(x=ms;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void main() delay(10000

51、);/上電延時(shí)，讓紅外芯片初始化完成 TMOD=0 x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;/50ms EA=1; ET0=1; while(1) if(hy=1) sc=0; TR0=1; if(kai=0) delay(10); if(kai=0) sc=0; while(!kai); if(guan=0) 第 17 頁 共 18 頁 delay(10); if(guan=0) sc=1; while(!guan); void T0_time() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256;/50ms num+; if(num=400)/20s 定時(shí) num=0; TR0=0; sc=1; 2 2電路總圖電路總圖 第 18 頁 共 18 頁 3 3PCB 圖圖