智能家用電器設(shè)計(jì).doc
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第1章 緒論 1.1 課題來源 社會(huì)在不斷進(jìn)步，人類在不斷追求，市場(chǎng)在不斷變化，高科技應(yīng)用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢(shì)和前景，智能化技術(shù)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，家用電器也越來越偏向智能化，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中的有智能洗衣機(jī)，智能電飯鍋，智能電磁爐等，而所用的智能化家用電器都用一個(gè)共同的特點(diǎn)，都是利用單片機(jī)作為中央控制單元。結(jié)合了單片機(jī)的智能家用電器和普通家用電器相比，功能上更強(qiáng)，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更節(jié)省電能，提高了家用電器的品質(zhì)。隨著智能控制理論和人工智能研究的深入，各種更加逼真地模擬人類智能的家用電器會(huì)更多地出現(xiàn)，而單片機(jī)和智能理論的結(jié)合，將來不但更多地改進(jìn)現(xiàn)行家用電器，而且將會(huì)產(chǎn)生全新的家用電器。 家用電器因?yàn)閱纹瑱C(jī)的加入而走向智能化，并且隨著人們生活水平的提高日益走向平民化，我們的生活也隨著家用用電器的發(fā)展越來越方便、舒適。隨著家用電器的發(fā)展，作為家用電器當(dāng)中的小臺(tái)燈也要順應(yīng)科技的發(fā)展步伐走向智能化。雖然按鍵式的臺(tái)燈還是臺(tái)燈市場(chǎng)的主體。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展和人們的需求變化，傳統(tǒng)的臺(tái)燈已經(jīng)感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。與其他的智能化家用電器一樣，智能化臺(tái)燈有許多普通按鍵臺(tái)燈所無法比及的優(yōu)勢(shì)，智能化臺(tái)燈一方面可以更節(jié)省電能，有利于環(huán)保，另一方面可以糾正使用者的坐姿，預(yù)防脊椎變形和眼睛近視。同時(shí)，智能臺(tái)燈自動(dòng)關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來更方便，可以防止由粗心大意帶來不不必要的浪費(fèi)。智能型電器產(chǎn)品由于它們的巨大優(yōu)勢(shì)將漸漸進(jìn)入人們的生活中。 我國(guó)政府非常重視節(jié)能和節(jié)約。1997年11月1日我國(guó)頒布了《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》，節(jié)能已經(jīng)是法律上的規(guī)定，是我國(guó)重要國(guó)策之一。北京2008年奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)，在“科技奧運(yùn)，人文奧運(yùn)，綠色奧運(yùn)”三大理念的基礎(chǔ)上，又提出“勤儉辦奧運(yùn)”的方針，充分體現(xiàn)政府節(jié)能，節(jié)約的決心！國(guó)家發(fā)改委提出了“電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程”、“建筑節(jié)能工程”、“綠色照明工程”等十大重點(diǎn)節(jié)能工程，通過這十大工程，“十一五”期間將實(shí)現(xiàn)節(jié)約2.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。2006年1月將實(shí)行國(guó)家建設(shè)部頒布的“民用建筑節(jié)能管理規(guī)定”，2005年7月1日開始實(shí)施的“公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”GB50189—2005要求全年的總能耗（采暖，通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)和照明）減少50%。廣大電氣技術(shù)工作者只有認(rèn)認(rèn)真真研究節(jié)約電能的理論和技術(shù)，開發(fā)出優(yōu)良的節(jié)電產(chǎn)品并應(yīng)用于實(shí)際，才能從根本上貫徹國(guó)家規(guī)定的各項(xiàng)節(jié)能法規(guī)，造福于社會(huì)。照明節(jié)能意義重大，我國(guó)照明耗電大體占全國(guó)總發(fā)電量10%～12%，2003年我國(guó)總發(fā)電量為18500億度，按12%計(jì)，照明耗電達(dá)2220億度。據(jù)資料報(bào)道，目前城市照明（指景觀照明和功能照明的統(tǒng)稱），年用電量約占全國(guó)總發(fā)電量的4%～5%。照明節(jié)能主要從三個(gè)方面入手：選用高效節(jié)能的電光源和燈具；選用高品質(zhì)電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；配置適宜，先進(jìn)照明控制裝置。目前我國(guó)城市公共照明每年開支達(dá)數(shù)百億元。應(yīng)積極推廣采用國(guó)際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)：即智能光源降壓——穩(wěn)壓——調(diào)光技術(shù)。它的技術(shù)思想為：在繁忙時(shí)段，控制路燈保持較強(qiáng)的照度，午夜時(shí)分，自動(dòng)調(diào)光；后半夜車稀人少時(shí)，控制路燈保持較低的照度的照明。在美國(guó)、德國(guó)此類技術(shù)得到了政府大力扶持和推廣，節(jié)電率高于30%。我國(guó)已有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的這方面技術(shù)產(chǎn)品如哈工大樓宇自動(dòng)化研究所研制的“金鹵燈調(diào)壓調(diào)光系統(tǒng)”，在城市道路照明應(yīng)用中運(yùn)行效果優(yōu)良。今后尚需政府的行政支持。 臺(tái)燈本來是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的照明工具，就是一個(gè)電源加一個(gè)燈泡，但是隨著科技的進(jìn)步，人們開始對(duì)臺(tái)燈的功能要求也開始日漸提高。所以它的功能也由簡(jiǎn)單的照明開始向其他的節(jié)能和護(hù)眼等方面發(fā)展，有些臺(tái)燈還添加了鬧鐘和定時(shí)等功能。 而且近年來，我國(guó)青少年近視發(fā)病率節(jié)節(jié)上升，發(fā)病人數(shù)居全球首位，達(dá)到歷史空前水平。全國(guó)政協(xié)委員、沈陽何氏眼科醫(yī)院院長(zhǎng)何偉呼吁，關(guān)注我國(guó)青少年視力健康，切實(shí)加強(qiáng)中小學(xué)生近視眼的防治工作刻不容緩。何偉委員告訴記者，目前我國(guó)共有四億多近視眼患者，以13億人口計(jì)，約每3個(gè)人中就有1個(gè)是近視眼，特別是青少年近視的發(fā)病率居世界第二，人數(shù)居世界第一，且漸趨低齡化，中小學(xué)生近視檢出率為53.8％(城市60.7％、農(nóng)村30.7％)，高中以上學(xué)生更是高達(dá)70％。 近視正嚴(yán)重危害青少年的健康成長(zhǎng)，同時(shí)影響我國(guó)高素質(zhì)人才職業(yè)的篩選，縮小特殊職業(yè)人員的選取范圍，更是對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)二十一世紀(jì)健康目標(biāo)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。多年來近視眼病在我國(guó)、日、韓和東南亞地區(qū)特別嚴(yán)重，時(shí)時(shí)影響著青少年的學(xué)習(xí)、健康、工作和生活。近年來我國(guó)近視眼患病率已上升到世界第二位，僅次于日本，總數(shù)量居世界第一。近視眼病的防治是一種世界性的重大難題，迄今沒有治愈的有效藥物和方法。市售的藥物和器具只能起到一定的調(diào)理和緩解作用，而手術(shù)和激光治療有嚴(yán)格的年齡限制，而且還包含著嚴(yán)重的隱患和風(fēng)險(xiǎn)。除了遺傳原因，誘發(fā)學(xué)生患近視眼病的根源有多種，必須從誘發(fā)的所有根源上做起，才能真正防止。 隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)真正意義上的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)。單片機(jī)能最好地滿足嵌入式應(yīng)用的環(huán)境要求，例如，芯片級(jí)的物理空間、大規(guī)模集成電路的低價(jià)位、良好的外圍接口總線和突出控制功能的指令系統(tǒng)。單片機(jī)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核，嵌入到電子系統(tǒng)中，為電子系統(tǒng)智能化奠定了基礎(chǔ)。因此，當(dāng)前單片機(jī)在電子系統(tǒng)中的廣泛使用，使經(jīng)典電子系統(tǒng)迅速過渡到智能化的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。又單片微型計(jì)算機(jī)以其體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等獨(dú)有特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域（如工業(yè)控制、家電產(chǎn)品、汽車電子、通信、智能儀器儀表）得到廣泛應(yīng)用 1.2 任務(wù)分析 本課題結(jié)合實(shí)際，針對(duì)使用中可能用到的基本功能，研究目的在于實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要的功能。首先是對(duì)人體的檢測(cè)，若檢測(cè)到人體離開一段時(shí)間后，臺(tái)燈會(huì)自動(dòng)熄滅。然后是光照的自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)采集到的自然光照強(qiáng)度足夠時(shí)，不會(huì)開啟照明裝置；當(dāng)自然光照強(qiáng)度不夠并檢測(cè)到有人在學(xué)習(xí)區(qū)域時(shí)，采集到的光照強(qiáng)度不同，點(diǎn)亮的燈的個(gè)數(shù)也就不同，光照強(qiáng)度越弱，點(diǎn)亮燈的個(gè)數(shù)就越多。這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)可以達(dá)到一個(gè)節(jié)能的效果。最后一個(gè)功能是對(duì)用戶坐姿的矯正，當(dāng)人體超過設(shè)定的距離時(shí)，會(huì)進(jìn)行報(bào)警直至人體恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)坐姿，幫助用戶養(yǎng)成一個(gè)良好的讀書坐姿習(xí)慣，從而達(dá)到對(duì)視力的保護(hù)。 根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)電路主要由CPU（單片機(jī)STC89C52），數(shù)據(jù)采集模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，電源電路，聲光報(bào)警電路，控制電路等幾部分組成。光照強(qiáng)度通過傳感器采集，傳感器得到的數(shù)據(jù)再經(jīng)過放大電路，進(jìn)入A/D通道，將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后來控制八個(gè)燈管發(fā)亮的個(gè)數(shù)，外界光強(qiáng)很弱時(shí)，燈管發(fā)亮的個(gè)數(shù)越多，外界光越強(qiáng)則相反，燈管發(fā)亮的個(gè)數(shù)與外界光強(qiáng)成反比。同時(shí)用熱釋電傳感器對(duì)人體進(jìn)行檢測(cè)，若在規(guī)定范圍內(nèi)沒有檢測(cè)到人體信號(hào)，則經(jīng)過5s的延時(shí)過后臺(tái)燈將自動(dòng)熄滅。若檢測(cè)到有人在使用臺(tái)燈，則用另一熱釋電紅外對(duì)人體坐姿進(jìn)行檢測(cè)，找到頭肩肘三個(gè)部位，設(shè)定好距離范圍，若檢測(cè)到超出設(shè)定范圍，則進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括軟件設(shè)計(jì)部分和硬件設(shè)計(jì)部分，軟件仿真主要在proteus里進(jìn)行，熱釋電紅外傳感器和超聲波暫時(shí)用開關(guān)代替。在protel里繪制出原理圖，按照原理圖進(jìn)行硬件器件的連接，用keil對(duì)其進(jìn)行編程，將程序?qū)胗布?，調(diào)試以達(dá)到系統(tǒng)任務(wù)要求。 1.3 課題分析 本課題是對(duì)多功能綠色安全臺(tái)燈控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)通過光強(qiáng)感應(yīng)器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集光照強(qiáng)度信息，用熱釋電紅外傳感器檢測(cè)人體內(nèi)信號(hào)，同時(shí)用另一熱釋電紅外傳感器檢測(cè)人體不同身體部位。此系統(tǒng)以單片機(jī)為核心控制芯片，通過傳感器采集到的光照強(qiáng)度和人體各項(xiàng)信號(hào)，傳感器的選擇要滿足本課題要求的測(cè)量范圍，并將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。將傳感器采集到的微弱信號(hào)通過放大電路，使該信號(hào)進(jìn)入轉(zhuǎn)換裝置，其中可以將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。最后，把最終得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)由單片機(jī)處理，與預(yù)設(shè)檢測(cè)范圍和光照強(qiáng)度進(jìn)行比較，若測(cè)得的距離超過設(shè)定的范圍則進(jìn)行報(bào)警，光照強(qiáng)度來決定燈管點(diǎn)亮的個(gè)數(shù)。 臺(tái)燈已經(jīng)是千家萬戶的必須生活品，經(jīng)常由于忘記關(guān)燈一起巨大的浪費(fèi)。在這里設(shè)計(jì)了人體輻射（波長(zhǎng)為9.5um）傳感控制電路。當(dāng)人體在臺(tái)燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí)，點(diǎn)亮臺(tái)燈，但點(diǎn)亮燈管的個(gè)數(shù)則與實(shí)際的光強(qiáng)成反比。當(dāng)人體太靠近桌面或左右傾斜時(shí)，臺(tái)燈自動(dòng)感應(yīng)，警告矯正坐姿。當(dāng)人離開時(shí)，在規(guī)定的延時(shí)過后則自動(dòng)熄滅，達(dá)到節(jié)能的目的。 第2章 系統(tǒng)方案分析 本章對(duì)控制系統(tǒng)的任務(wù)進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行總體的概述，以及各部分電路的器件的選擇。 2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 本課題是為實(shí)現(xiàn)多功能綠色安全臺(tái)燈控制系統(tǒng)的要求而設(shè)計(jì)的，課題的主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于單片機(jī)的多功能臺(tái)燈的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，人離開后自動(dòng)關(guān)燈及矯正坐姿等功能。分模塊分析和設(shè)計(jì)，主要分為光強(qiáng)采集、數(shù)模轉(zhuǎn)換、人體檢測(cè)報(bào)警等部分。分模塊不僅在最初的設(shè)計(jì)中非常方便，也很有利于后期的檢查與調(diào)試。 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)：根據(jù)系統(tǒng)功能要求并考慮產(chǎn)品的性價(jià)比，采用熱釋電紅外傳感器檢測(cè)人體信號(hào)和光強(qiáng)感應(yīng)器來采集光照強(qiáng)度，并采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和后期研究。首先用熱釋電紅外傳感器來檢測(cè)人是否在學(xué)習(xí)區(qū)，當(dāng)檢測(cè)到人體在學(xué)習(xí)區(qū)域時(shí)，單片機(jī)對(duì)采集到的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而控制燈點(diǎn)亮的個(gè)數(shù)，達(dá)到理想光照強(qiáng)度，檢測(cè)到外界光照強(qiáng)度越強(qiáng)，點(diǎn)亮燈的個(gè)數(shù)越少，檢測(cè)到外界光照強(qiáng)度越弱時(shí)，點(diǎn)來那個(gè)燈的個(gè)數(shù)越多。若檢測(cè)到人體離開了設(shè)定的范圍，則單片機(jī)設(shè)定5s的延時(shí)，5s后人沒回來臺(tái)燈自動(dòng)熄滅。當(dāng)有人在臺(tái)燈正常點(diǎn)亮?xí)r，用另一熱釋電紅外傳感器對(duì)人體離臺(tái)燈距離進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)用戶坐姿不正確超出規(guī)定范圍 ，則進(jìn)行報(bào)警提醒。主要的工作器件有單片機(jī)STC89C52控制系統(tǒng)，將光照強(qiáng)度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804，模擬光照強(qiáng)度的光敏電阻等等。系統(tǒng)原理圖如圖2.1所示。 光照傳感器 熱釋電紅外傳感器1 熱釋電紅外傳感器2 STC89C52 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 AD0804 電源 蜂鳴器 LED指示電路 圖2.1 系統(tǒng)原理圖 2.2 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分器件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。 主要特性有：是增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6時(shí)鐘/機(jī)器周期和12時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容8051。工作電壓在5.5V~3.3V(5V單片機(jī))。工作頻率范圍在0~40MHz，相當(dāng)于普通8051的0~80 MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48 MHz。用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)。片上集成512字節(jié)RAM。在系統(tǒng)/應(yīng)用可編程，無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串行口直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。具有EEPROM功能。共三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路。PDIP封裝等。STC89C52引腳圖如圖2.2所示。 圖2.2 STC89C52引腳圖 P0端口（P0.0～P0.7，32～39引腳）：P0口是一個(gè)漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。此時(shí)，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。在Flash ROM編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。 此外，P1.0和P1.1還可以作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。具體功能參見表1： 表1 P1.0和P1.1引腳復(fù)用功能 引腳號(hào) 功能特性 P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2捕獲/重裝觸發(fā)和方向控制） P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX @DPTR”指令）時(shí)，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“MOVX @R1”指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P2也接受高位地址和一些控制信號(hào)。 P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫入1時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P3做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流。在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。P3口除做一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能。具體功能如表2所示。 表2 P3復(fù)用功能 引腳號(hào) 復(fù)用功能 P3.0 RXD 串行輸入口 P3.1 TXD 串行輸出口 P3.2 INT0 外部中斷0 P3.3 INT1 外部中斷1 P3.4 T0 定時(shí)器0的外部輸入 P3.5 T1 定時(shí)器1的外部輸入 P3.6 WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3.7 RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀選通 RST(9)引腳：復(fù)位輸入，當(dāng)連續(xù)輸入兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。 ALE/PROG(30引腳)：地址鎖存控制信號(hào)(ALE)是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。 PSEN(29引腳)：當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。 EA/VPP(31引腳)：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，令EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)接VCC。 XTAL1(19引腳)：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。 2.3 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 本試驗(yàn)采用的A/D芯片為ADC0804，它是CMOS 8位單通道逐次漸近型的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其規(guī)格及引腳圖如圖2.3所示，我們可以得到各個(gè)引腳的大致功能如下： /CS：芯片片選信號(hào)，低電平有效，即/CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個(gè)ADC0804芯片時(shí)，該信號(hào)可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號(hào)使能不同的ADC0804芯片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)ADC通道的分時(shí)復(fù)用。 /WR:啟動(dòng)ADC0804進(jìn)行ADC采樣，該信號(hào)低電平有效，即/WR信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換。 /RD:低電平有效，即/RD=0時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0～DB7讀出本次的采樣結(jié)果。 UIN（+）和UIN（-）：模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。雙邊輸入時(shí)UIN（+）、UIN（-）分別接模擬電壓信號(hào)的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號(hào)存在“零點(diǎn)漂移電壓”時(shí)，可在UIN（-）接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時(shí)將自動(dòng)從UIN（+）中減去這一電壓。 VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則Vref與Vcc共用電源電壓，此時(shí)ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。 CLKR和CLKIN：外接RC電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘頻率CLK = 1/1.1RC，一般要求頻率范圍100KHz～1.28MHz。 AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。 /INT:中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次A/D轉(zhuǎn)換完成后，將引起/INT=0，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機(jī)的INT0,INT1腳），當(dāng)產(chǎn)生/INT信號(hào)有效時(shí)，還需等待/RD=0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若ADC0804單獨(dú)使用，則可以將/INT引腳懸空。 DB0~DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制結(jié)果。 圖2.3 ADC0804引腳圖 2.4傳感器的選擇 本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)傳感器的選擇主要考慮兩個(gè)部分，一個(gè)是光強(qiáng)感應(yīng)器，對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。另一部分是用于對(duì)人體信號(hào)的檢測(cè)。 2.4.1光照強(qiáng)度傳感器 傳統(tǒng)的光照傳感器主要采用光敏電阻，光敏電阻的光電流與光照度之間的關(guān)系稱為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線性，因此不適宜作檢測(cè)元件，在自動(dòng)控制中它常被用作丌關(guān)式光電傳感器。光敏電阻需要用A／D轉(zhuǎn)換器將其信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，電路復(fù)雜，費(fèi)用高。而且，光敏電阻進(jìn)行光強(qiáng)度采集不夠理想。針對(duì)光敏電阻的諸多缺點(diǎn)，提出了一種利用16位高精度數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI進(jìn)行光強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案，利用I2C總線接口數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器，可以避免A／D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)帶來的誤差，可在NOKIA5110液晶顯示器上進(jìn)行測(cè)量數(shù)值的顯示。該系統(tǒng)具有光強(qiáng)度采集精度較高、實(shí)時(shí)性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且電路設(shè)汁較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)與集成。 不區(qū)分光源數(shù)字型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI是日本RHOM株式會(huì)社近些年推出的一種兩線式串行總線接口的集成電路，可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，其具有1～65 535 lx的高分辨率，可支持較大范圍的光照強(qiáng)度變化。本文利用16位數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI和普通的51單片機(jī)設(shè)計(jì)了數(shù)字光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與顯示。由于光強(qiáng)度傳感器精度高，I2C總線接口簡(jiǎn)單易用，NOKIA5110液晶顯示器使用方便、體積較小等特性，較為價(jià)廉地實(shí)現(xiàn)了高精度數(shù)字光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)采集。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明其反應(yīng)速度非常靈敏，測(cè)量精度高，適合于對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合。 2.4.2熱釋電紅外傳感器 本次設(shè)計(jì)智能節(jié)能利用的傳感器是熱釋電紅外傳感器。傳感器在電路中起著很大的作用，要利用它采集回來的信號(hào)去對(duì)燈光進(jìn)行控制。熱釋電紅外傳感器本身采集到的信號(hào)是很微弱的，感應(yīng)的范圍也很小，但是在它正面加上一個(gè)菲涅爾透鏡以后，它的信號(hào)采集范圍可以增大到20米左右。本次設(shè)計(jì)對(duì)熱釋電紅外傳感器的性能要求比較高，因?yàn)樗杉貋淼男盘?hào)將直接影響燈光控制電路的控制行為。首先，這種傳感器要對(duì)人體發(fā)出的紅外線感應(yīng)很靈敏，而對(duì)其他的小動(dòng)物發(fā)出的紅外線不起作用。其次是能夠感應(yīng)較遠(yuǎn)距離的紅外信號(hào)，這就需要借助于菲涅爾透鏡的聚焦作用。 熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感器。它能檢測(cè)人或某些動(dòng)物發(fā)射的紅外線并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。早在1938年，有人就提出利用熱釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視。直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用開發(fā)。近年來，伴隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對(duì)該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)也迅速增長(zhǎng)。本文先介紹熱釋電傳感器的原理，然后再描述相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)。 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。熱釋電效應(yīng)是指當(dāng)一些晶體受熱時(shí)，在晶體兩端產(chǎn)生數(shù)量相等而符號(hào)相反的電荷，由于熱變化產(chǎn)生的電極化現(xiàn)象。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度變化時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電荷重心相對(duì)移位，自發(fā)極化發(fā)生變化，晶體表面就會(huì)產(chǎn)生電荷耗盡，電荷耗盡的狀況正比于極化程度。 其工作原理如下:熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，元件兩個(gè)表面做成電極，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有ΔT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上會(huì)產(chǎn)生電荷ΔQ，即在兩電極之間產(chǎn)生一微弱電壓ΔV。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(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ΔQ會(huì)跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無輸出。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生ΔT，則有信號(hào)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，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。人體都有恒定的體溫，一般在37C左右，會(huì)發(fā)出10mm左右特定波長(zhǎng)的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外線通過菲涅耳濾光片增強(qiáng)后聚集到熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生電壓信號(hào)。被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出[21]。 不同于主動(dòng)式紅外傳感器，被動(dòng)紅外傳感器本身不發(fā)任何類型的輻射，隱蔽性好，器件功耗很小，價(jià)格低廉。但是，被動(dòng)式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn)，如：信號(hào)幅度小，容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測(cè)和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈；被動(dòng)紅外探測(cè)器的主要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)徑向方向運(yùn)動(dòng)的物體檢測(cè)能力比較差。 2.4.3涅菲爾透鏡 菲涅爾透鏡在本次設(shè)計(jì)中的作用是輔助熱釋電紅外傳感器采集人體發(fā)出的紅外線，它可以把較遠(yuǎn)距離的人體發(fā)出的微弱的紅外線信號(hào)光聚集起來，熱釋電傳感器在它的作用下可以探測(cè)到較遠(yuǎn)距離人的活動(dòng)。菲涅爾透鏡在傳感器信號(hào)處理電路中起著重要的作用，在它的輔助之下才能采集到較好的輸入信號(hào)。 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，從而增強(qiáng)其能量幅度。 菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，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)。 第3章 硬件電路的設(shè)計(jì) 本章是對(duì)多功能綠色安全臺(tái)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要包括單片機(jī)復(fù)位電路、晶振電路、電源電路、數(shù)據(jù)采集電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備、燈光顯示電路和報(bào)警電路，下面分別對(duì)各個(gè)模塊詳細(xì)闡述。 3.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì) STC89C52的上電復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至VCC端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減到1μF。上電復(fù)位的過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著VCC對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠的復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)，VCC的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如果晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間約為1ms，如晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間為10ms。在上電復(fù)位電路中，當(dāng)VCC掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)。復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為“1”狀態(tài)。 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則VCC的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 復(fù)位電路的主要功能是使單片機(jī)進(jìn)行初始化，在初始化的過程中需要在復(fù)位引腳上加大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。在復(fù)位電路中提供復(fù)位信號(hào)，等到系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，再撤銷復(fù)位信號(hào)。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖3.1所示的 RC 復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能。復(fù)位電路圖如圖3.1所示。 圖3.1 復(fù)位電路 3.2 晶振電路設(shè)計(jì) 電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來控制電路中的頻率的準(zhǔn)確性。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。XTAL1接外部晶體的一個(gè)引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下，無論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場(chǎng)的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，以便使MCS-51片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時(shí)鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz，典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振，典型值為30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào)fOSC的目的。時(shí)鐘電路如圖3.2所示。 圖3.2 晶振電路 3.3 電源電路設(shè)計(jì) 燈光驅(qū)動(dòng)電路是整個(gè)系統(tǒng)中硬件電路的關(guān)鍵，他決定著整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。單片機(jī)正常工作電壓為5V，因此設(shè)計(jì)的電源電路主要是提供單片機(jī)工作電壓。在這個(gè)電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器W7812和W7805，可以輸出5V的直流電壓以供給單片機(jī)。圖3.3是為單片機(jī)提供電壓的電源電路。 圖3.3 電源電路 W7812和W7805系列為三端正穩(wěn)壓電路，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá)1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 工作原理：電源部分是將220V的交流電源通過變壓器轉(zhuǎn)換為12V交流電，經(jīng)橋式整流后由電解電容C1進(jìn)行濾波，濾波后并聯(lián)一個(gè)電容C2，再接入7812穩(wěn)壓器的輸入端。7812的輸出端分兩路輸出，一路為主電路提供12V的電源；另一路并接電容C3，接入7805穩(wěn)壓器的輸入端，7805的輸出端也并接電容C4，為主電路提供5V電源。 電源模塊電路中變壓器T1選用型號(hào)為EI41X20功率6W的220V轉(zhuǎn)12V單組變壓器，220V交流電經(jīng)變壓器變壓后轉(zhuǎn)換為12V電壓。四只整流管選用IN4001-IN4007之間均可。經(jīng)橋式整流后濾波電容C1兩端電壓為,該電壓是具有一定的紋波的直流電。經(jīng)過濾波電容C1濾波除去紋波電壓后輸出電壓為,即輸入7812輸入端的電壓為14.4V。7805的輸入電壓是從7812的輸出端并接電阻引入的，所以7805的輸入電壓為12V,這個(gè)輸入電壓有些偏大。不過考慮到7812的輸出電流小于500mA（變壓器功率為6W，7812輸出端電流約為500mA），7805的發(fā)熱量也并不算太大，所以這個(gè)12V的輸入電壓仍屬于可以接受的。 在實(shí)際應(yīng)用中7812和7805常常組合在一起使用。大多數(shù)在電流不是很大的場(chǎng)合兩者可以直接串并接。在7812前并接了電容C2，這個(gè)小容量電容是旁路電容，其主要作用是抑制電路中的可能產(chǎn)生的自激振蕩。同時(shí)這個(gè)電容也具有濾波的作用，7812的內(nèi)部也是非線性器件，一定也會(huì)有諧波的出現(xiàn)，所以在輸出端還是要再經(jīng)過濾波才可以的。旁路電容不一定要用貼片電容，什么電容都是可以的。7805前后并接的C3 C4和C2功能是一樣的，都是為了防止電路自激合并起濾波作用的。穩(wěn)壓器前后并接電容的大小選擇方面只要滿足輸入端的電容容值大于輸出端即可。 3.4 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) 采集光照強(qiáng)度的任務(wù)在仿真電路中主要通過光敏電阻實(shí)現(xiàn)。光敏電阻的重要特性是它的阻值大小隨著環(huán)境光的改變而改變，當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，它的阻值減小，相反當(dāng)環(huán)境光較弱時(shí)，它的阻值就會(huì)增大，這是跟它本身的制作材料有關(guān)的。本文的智能節(jié)能臺(tái)燈設(shè)計(jì)也是利用了光敏電阻的這一特性，用它來感應(yīng)環(huán)境光的強(qiáng)度。若是環(huán)境光較強(qiáng)的時(shí)候，比如白天時(shí)，光敏電阻的阻值就很小，傳感器信號(hào)處理電路會(huì)根據(jù)它的阻值進(jìn)行相應(yīng)的處理；相反當(dāng)環(huán)境光較弱的時(shí)候，比如晚上或者陰天時(shí)，它的電阻值就會(huì)變大。所以光敏電阻對(duì)環(huán)境光的檢測(cè)在電路中也很重要。對(duì)光敏電阻要求很高，要對(duì)環(huán)境光比較敏感，及時(shí)把信號(hào)傳送到信號(hào)處理檢測(cè)電路。 光敏電阻器又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對(duì)，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。光敏電阻器受光照時(shí)的電阻值稱為亮電阻，一般為0.5-20千歐；沒有光照時(shí)的電阻稱為暗電阻，阻值一般為1-100兆歐。響應(yīng)時(shí)間表示光敏電阻器對(duì)光照反應(yīng)速度的大小，有上升反應(yīng)時(shí)間和下降反映時(shí)間，時(shí)間常數(shù)越小，說明光敏電阻器反映迅速及動(dòng)態(tài)特性越好。光強(qiáng)采集電路如圖3.4所示。 圖3.4 光強(qiáng)采集電路 3.5 模數(shù)電路設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換的作用是進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。在選擇A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，先要確定A/D轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度以及轉(zhuǎn)換位數(shù)等，A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)確定與整個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)所需測(cè)量控制的范圍和精度有關(guān)，在多功能臺(tái)燈控制系統(tǒng)中采用了8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804。與單片機(jī)的連接方式如圖3.5所示。 圖3.5 ADC0804與單片機(jī)的連接 ADC0804的工作原理：VIN(+)和VIN(-)是差動(dòng)模擬信號(hào)的輸入端。輸入電壓VIN=VIN(+)-VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。A/D轉(zhuǎn)換器片內(nèi)有D/A轉(zhuǎn)換和電壓比較器。首先向片內(nèi)D/A輸入1000 0000，若電壓比較器VIN>VN(VN為片內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換的輸出，VIN為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓)。8位寄存器的首位置1（若VIN下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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