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1、分類號：分類號：TN707U D C：D10621-407-(2012)1878-0 密密 級：公級：公 開開編編 號：號：2008032035 成成 都都 信信 息息 工工 程程 學學 院院 學學 位位 論論 文文 基于單片機的智能照明控制系統(tǒng)設計基于單片機的智能照明控制系統(tǒng)設計 論文作者姓名：論文作者姓名： XXXXXX 申請學位專業(yè)：申請學位專業(yè)：光信息科學與技術光信息科學與技術 申請學位類別：申請學位類別：理學學士理學學士 指指導導教教師師姓姓名名（職職稱稱） ： XXXXXX（高級實驗師）（高級實驗師） 論文提交日期：論文提交日期： 20122012 年年 0606 月月 0101

2、日日 基于單片機的智能照明控制系統(tǒng)設計基于單片機的智能照明控制系統(tǒng)設計 摘摘 要要 隨著電子技術的飛速發(fā)展，基于單片機的控制系統(tǒng)已廣泛應用于工業(yè)、農(nóng) 業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計算機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 為基于單片機的照明控制系統(tǒng)的普及與應用奠定了堅實的基礎。 本文介紹了基于單片機 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)采用了當今比較成熟的傳感技術和計算機控制技術， 利用多參數(shù)來實現(xiàn)對學校教室室內(nèi)照明的控制。 系統(tǒng)設計包括硬件設計和軟件設計兩部分。工作時,光信號取樣電路

3、采集光 照強弱、人體信號采集電路采集室內(nèi)是否有人、是否為工作時間等信息并將信 號送到單片機,單片機根據(jù)這些信息通過控制電路對照明設備進行開關操作,從 而實現(xiàn)照明控制,以達到節(jié)能的目的。 關鍵詞關鍵詞：單片機；光信號；微型計算機；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1 2 設計部分2 2.1 設計要求 .2 2.2 系統(tǒng)設計 .2 2.3 邏輯控制 .2 2.4

9、硬件設計 .3 2.4.1 系統(tǒng)硬件總述3 2.4.2 AT89C51 單片機介紹.4 2.4.3 光照檢測電路5 2.4.4 人體信號采集電路5 2.4.5 比較電路8 2.4.6 延遲時間選擇電路9 2.4.7 輸出控制電路10 3 系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn)11 結 論13 參考文獻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)濟的發(fā)展和國家對教育的重視，校園規(guī)模也逐漸隨著人數(shù)規(guī)模的壯 大而擴大。但是普遍學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)；即使是很少的時候也是整個教室的燈 全亮著。甚至教室無人的時候燈仍然亮著。這些現(xiàn)象普遍存在于各大高校，浪 費了電力資源。 目前通常使用的節(jié)電方式有實行手工控制，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，費時費力，而且需要人工控制。 聲控型則容易存在判斷不準確，當不是人為需要的時候，其它噪聲也可能會讓 燈亮。太陽能設備投資比較大，且容易受光照強度的影響，不適合用在教室設 施場所。因此市場上迫切需要一種操作方便、價格低廉、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”是綜合計算機、信息通信等方面最先進的技術，使建筑物內(nèi) 的電力、空調(diào)、照明、防災、防盜、運輸設備等，實現(xiàn)建筑物綜合管理自動化、 遠程通信和辦公自動化的有效運作，并使這三種功能結合起來的建筑。 人工智能技術在建筑與照明中的應用趨勢不斷擴大。 正如英國的 Glasgow 市報指出：“Glasgow 正在成為一個研究和發(fā)展太空 時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)、 通訊及辦公設備將全部由電子計算機進行控制與管理?！?面對這一發(fā)展趨勢，開發(fā)了不少智能照明設計。 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算機硬件 和軟件。此外計算

12、機在照明設計和測試方面也得到廣泛應用。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)點智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)點 智能照明控制系統(tǒng)是指用計算機技術并輔助以其它手段，對電力照明實行 智能控制，提供合適照明光環(huán)境的同時降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費用。 智能照明控制系統(tǒng)于手動照明控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點，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，延長光源壽命，管理維護方 便等。 第 2 頁 共 18 頁 2 設計部分設計部分 2.1 設計要求設計要求 控制器的

13、主要目的是對燈的開關狀態(tài)進行控制。工作時根據(jù)時間和人工及 光照等因素綜合控制燈的開關狀態(tài)。當光照檢測電路和熱釋電紅外線傳感器采 集光照強弱、室內(nèi)是否有人等信息送到單片機，單片機根據(jù)這些信息通過控制 電路對照明設備進行開關操作，從而實現(xiàn)照明控制，以達到節(jié)能的目的。 2.2 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計 系統(tǒng)設計可分為硬件設計和軟件設計兩部分。根據(jù)我們需要實現(xiàn)的功能， 合理選擇元器件進行設計。為了制作出想要的電路板，硬件設計主要涉及到構 造原理圖，并對原理圖用 keil 軟件進行仿真，這一步最為重要，它關系到實驗 成功與否的關鍵。 然后一旦仿真測試出我們想要的結果后，就可進行下一步原理圖的繪制， 利用 pro

14、tel99 se 軟件進行原理圖的繪制，對個各個元器件進行封裝后，并根據(jù) 原理圖畫 PCB 圖，并進行步線調(diào)整等，最后一步為電路板實物的制作。 軟件設計部分，應該結合硬件電路所要實現(xiàn)的功能進行設計。主要針對光 電檢測電路和熱釋電傳感器輸出信號進行處理。當光強的時候，系統(tǒng)對光照進 行檢測，產(chǎn)生信號并處理控制燈的開關狀態(tài)，科學管理燈光的亮與滅，達到節(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、時間、等因素自動控制教室內(nèi)燈光。當教 室或者其它照明場所里面有人時，或者需要進行作業(yè)時，如果光線較暗則開燈， 光線很亮時則關燈，沒有人時，或者不需要進行作業(yè)時，則關燈。光線亮時則

15、關燈，晴天時關燈，休息時間關燈。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。 關系如果假設：室內(nèi)光線強度為 A：光線強時 A=1，光線弱時 A=0；人體 信號為 B：有人時 B=1，無人時 B=0；作息時間為 C：上課時 C=1，休息時 C=0；電燈開關狀態(tài)為 D：合時 D=1，斷開時 D=0。則表 1-1 可以轉化為表 1- 2。 由真值表可得出系統(tǒng)邏輯函數(shù)表達式為：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 信號室內(nèi)光信號人體信號時鐘信號 參數(shù)自然光信號人體作息時間 電燈的開光狀況 符號 ABCD 1000 101

16、0 1100 1110 0000 0010 0100 邏 輯 狀 態(tài) 0111 2.4 硬件設計硬件設計 2.4.1 系統(tǒng)硬件總述系統(tǒng)硬件總述 系統(tǒng)以單片微型計算機 AT89C51 為核心外加多種接口電路組成，共有四 個主要部分：光照檢測電路、延時電路、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 信號室內(nèi)光信號人體信號時鐘信號 參數(shù)自然光照度人體作息時間 電燈的開關狀態(tài) 強無休息斷 強無上課斷 強有休息斷 強有上課斷 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)硬件原理及總述結構框圖 外圍接光照檢測電路、熱釋電

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

18、是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提 供了一種靈活性高且價廉的方案。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 光信號采集電路 晶振 延時電路 人體信號采集電路 輸出控制電路 第 5 頁 共 18 頁 2.4.3 光照檢測電路光照檢測電路 光信號取樣電路如圖 2-2 所示，圖中主要由光信號采集電路和 A/D 模數(shù) 轉換電路組成，其中模數(shù)轉換是電路的核心。信號 經(jīng)過采集送入 A/D 轉換電 路，通過單片機處理后，最終作為系統(tǒng)應用程序進行開關燈判斷的依據(jù)。

21、A/D 轉換器的位數(shù)應根據(jù)信號的測量范圍和精度來選擇，使其有足夠的數(shù) 據(jù)長度，保證最大量化誤差在設計要求的精度范圍內(nèi)。本系統(tǒng)中，信號的測量 范圍的電壓：0.009.99V，精度 0.01V。 在本次設計中選用了帶串行控制的 10 位模數(shù)轉換器 TLC1549，它是由 德州儀器（Texas Instruments 簡寫為 TI）公司生產(chǎn)的，它采用 CMOS 工藝， 具有自動采樣和保持，采用差分基準電壓高阻抗輸入，抗干擾性能好，可按比 例量程校準轉換范圍，總不可調(diào)整誤差達到 ()1LSB Max，芯片體積小等特點。 同時它采用了 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 轉換器（例 ADC0809/0808）相比，其單片機的接口電 路簡單，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 光信號取樣電路 2.4.4 人體信號采集電路人體信號采集電路 1) 熱釋電效應原理簡述 熱釋電紅外傳感器通過目標與背景的溫差來探測目標，其工作原理是利用 熱釋電效應，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設置電極，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 實質(zhì)上熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器。它由陶瓷氧化物或壓電晶體 元件組成，在元件兩個表面做成電極。在環(huán)境溫度有 T 的變化時，由于有熱 釋電效應，在兩個電極上會產(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，在傳感器中有一個場效應管進行阻抗變換。熱 釋電效應所產(chǎn)生的電荷Q 會被空氣中的離子所結合而消失，即當環(huán)境溫度穩(wěn) 定不變時，T=0，則傳

26、感器無輸出。當人體進入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境 溫度有差別，產(chǎn)生 T，則有T 輸出；若人體進入檢測區(qū)后不動，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動傳感器。由實驗 證明，傳感器不加光學透鏡(也稱菲涅爾透鏡)，其檢測距離小于 2m，而加上光 學透鏡后，其檢測距離可增加到 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出人體輻射的紅外線,并將其轉變?yōu)?電壓信號。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、可流動安裝等特點。實際使用時,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,增加檢測距離及范圍。實驗證

27、明,熱釋電紅外傳感器 若不加菲涅爾透鏡,則其檢測距離僅為 2m 左右;而配上菲涅爾透鏡后,其檢測距 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 的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝 入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身 溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉變成微弱 的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應管放大后向外輸出。為了提高探測器的 探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設一個菲涅爾透鏡，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 有特殊光學系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70 分貝以上， 這樣就可以測出 1020m 范圍內(nèi)人的行動。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測器前方產(chǎn)生一個交替變化 的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)” ，以提高它的探測接收靈敏度。當有人從透鏡前 走過時，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)” ，這 樣就使接收到的紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強其能量幅度。 人體輻射的紅外線中心波長為 910 um，而探測元件的波長靈敏度在 0.220 um 范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設了一個裝有濾光鏡片的 窗口，這個濾光片可通過光

29、的波長范圍為710 um，正好適合于人體紅外 第 7 頁 共 18 頁 輻射的探測，而對其它波長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)相對靈敏度和接收角度要求設計的，透鏡的要求很高。菲涅爾透鏡 在很多時候相當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 高的場合。 菲涅爾透鏡利用透鏡的特殊光學原理，在探測前方產(chǎn)生一個交替變化的 “盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)” ，以提高它的探測接收

30、靈敏度。當有人從鏡前走過時， 人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從“盲區(qū)”進入“高靈敏區(qū)” ，這樣就使接收到 紅外信號以忽強忽弱的脈沖形式輸入，從而強化能量幅度。 菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚集作用，即將熱釋紅外信號折射（反射） 在 PIR 上，第二個作用是將探測區(qū)域內(nèi)分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū) 域的移動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。 由于熱釋電傳感器輸出的信號變化緩慢、幅值小(小于 1 mV) ,不能直接作 為照明系統(tǒng)的控制信號,因此傳感器的輸出信號必須經(jīng)過一個專門的信號處理電 路,使得傳感器輸出信號的不規(guī)則波形轉變成適合于單片機處理的數(shù)字信號。根 據(jù)以上要求,

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

32、Vo 送入單片機進行照明控制。實驗所得,當傳感器檢測室 內(nèi)有人時,Vo 為 4 V ;無人時 Vo 為 0.4 V。 BIS0001 的 1 腳接高電平,使芯片處于可重復觸發(fā)工作方式。輸出 Vo 的延 遲時間 Tx 由外部 R8 和 C7 的大小調(diào)整;觸發(fā)封鎖時間 Ti 由外部 R9 和 C6 的 檢測對象熱釋電紅外傳感器菲涅爾透鏡信號處理電路 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，由兩個運算放大器組成，輸入信號來自于紅外 人體探頭輸出。比較電路中的基準電壓分別由兩個獨立的分壓電路得到，供電 路比較所用。即運算放大器 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 人體信號比較電路 第 9 頁 共 18 頁 通過比較電路將相應的電壓比較結果以數(shù)字信號輸出。當被動紅外探頭在 有效范圍內(nèi)感應到人體信號后，運算放大器的 “2 腳”或“5 腳”的電壓降為 3.0V；當被動紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應人體紅外信號時，“2 腳”或 “5 腳”的電壓降為 1.0V。探頭故障斷路時，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。 探頭將會根據(jù)有無人體信號在 “2 腳”產(chǎn)生 1.0V 或 3.0V 兩種電壓信號。 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。 探頭將只會產(chǎn)生一種電壓信號 0V。 具體的比較結果如下表 1-3 所示。 表 1-3 探頭采集信號輸出狀態(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)時被動紅外探頭的對外界人體紅 外信號的采集，而且也實現(xiàn)了僅通過被動紅外探頭的兩根電源線同時也傳輸了 所采集的周圍環(huán)境的紅外信號，一舉兩得。 2.4.6 延遲時間選擇電路延遲時間選擇電路 系統(tǒng)在 AT89C51 的 P1 中設置了延時時間選擇電路 ,其目的是在環(huán)境光 照較弱時,照明設備延時一段時間后自動熄滅。電路通過 P1.0 P1.3 設置 4 個延時時間,當 P1.0 P3.0 無開關閉合時,系統(tǒng)按初始值進行延時；當 P1. 0P1.3 有開關閉合時,程序從 P1.3P1.0 進行檢測,若檢測到某一端口為低 電平時,則系統(tǒng)按當前端口設置的值進行延時。設置時間

37、關系值如表 1-4 所示。 第 10 頁 共 18 頁 表 1-4 端口時間設置表 端口P1.0P1.1P1.2P1.3 時間/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、時間、 轉速、壓力）等信號的變化帶動觸點動作，來接通或者斷開所控制的電路或者 電器，以實現(xiàn)自動控制和保護電路或者電器設備的電器。 繼電器一般由感測機構、中間機構和執(zhí)行機構三個基本部分組成。可分為 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，由其機械部件的相 對運動而產(chǎn)生預定響應動作的一種電器。

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)并具有觸點簧片和銜鐵磁路雙重 作用的舌簧的動作來開、閉或轉換線路的繼電器。 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。 這種繼電線圈的導線細、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 單片機輸出控制信號電路如圖 2-8 所示，由 P2.0、P2.3 和 P2.7 口輸出的 控制信號來實現(xiàn)室內(nèi)燈光的控制功能。 用 P2.0 和 P2.3 兩個輸出來實現(xiàn)手動開關控制，用 P2.7 口來實現(xiàn)智能控 第 11 頁 共 18 頁 制，輸出的是“0”電平時，則由 Q1 三極管組成的信

40、號放大電路就被截止， 則繼電器回路中無電流，所以，繼電器線圈無法工作，使得繼電器開關觸點斷 開，電燈回路不通，電燈不亮，反之，當 P2.7 口輸出的是“0”信號時，則 由 Q1 三極管組成的信號放大電路就導通了，則繼電器線圈工作 ，使得繼電器 觸點閉合，電燈回路導通，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)軟件設計及實現(xiàn)系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn) 電路板要實現(xiàn)它的功能，還要必不可以的軟件程序?qū)λM行控制。 軟件 設計分主程序設計、子程序設計、中斷程序設計三大塊。軟件是計算機系統(tǒng)的 靈魂，沒有軟件計算機不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在計算機中的地位，而 在計算機控制系統(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?、照明亮度控制程序、 照明定時控制程序等。本著軟件設計的基本方法，照明控制程序的軟件設計方 法是利用傳統(tǒng)的結構化分析與設計方法來完成的。結構化程序設計方法雖然是 早期的程序設計方法，但該方法還一直被廣泛地使用。結構化系統(tǒng)分析與設計 貫穿整個軟件設計過程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。本照明控 制系統(tǒng)軟件程序總體結構如圖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)軟件程序總體結構圖 當電源接通后，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。當有人時，如果 光線很強，系統(tǒng)認為是白天，或者不需要開燈。當光線弱時，系統(tǒng)判斷是晚上， 則控制燈亮。當沒有人時，系統(tǒng)判斷室內(nèi)無人，則使輸出電路控制燈不會亮。 第 13 頁 共 18 頁 結結 論論 根據(jù)本次設計要求，我首先了解了國內(nèi)外的智能照明控制系統(tǒng)的背景，便 于后面設計。系統(tǒng)閱讀了相關大量書籍、資料，學習了 51 系列單片機的工作原 理及使用方法，并仔細分析了課題設計要求，在實際設計

45、過程中，條件艱苦， 由于能力有限及考慮到實際情況，部分功能未能實現(xiàn)，就省略掉了。本設計過 程中去掉了時間顯示電路，只是能延時一段時間然后燈滅。 本文使用 AT89C51 單片機實現(xiàn)主控制，完成相關電路的設計，最終實現(xiàn)了 幾個簡單功能。能夠?qū)敵鲭娐返目刂?，實驗小燈泡能夠?qū)夂腿说臋z測并能 做出相應反應，開或者關。基本上達到了智能照明的控制。 通過本次畢業(yè)設計，我受益匪淺，學到了很多知識，大大增強了自己的動 手能力。還使我們對一個項目的整體設計有了初步認識，并學會了使用 keil 軟 件進行仿真調(diào)試，使用 Protel se99 軟件畫原理圖，畫 PCB 板等。實驗中使我們 認識到理論知識與實踐

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

47、 2004(6): 6-12 第 14 頁 共 18 頁 致致 謝謝 本設計是在 XXX 和 XXX 老師指導下完成的。在課程設計中，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 抽出他們寶貴的時間為我的設計細心指導。由于經(jīng)驗匱乏、知識面窄，在設計 過程中遇到了很多疑慮。感謝老師給我提供相關的信息，理清思路，交提供解 決問題的方法。這為我的設計中解決了很多問題，并少花了很多時間，最終讓 我的疑慮都一一解開，最終完成了設計。在此，向在課程畢業(yè)設計當中給我提 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，是你們教會了我們許多專業(yè)知 識，有了這些專業(yè)理論知識，才能順利完成畢業(yè)設計。 同時還要感謝身邊的同學們。這些時間，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計。 另外還要感謝 XXXXXX，學校為我們提供了良好的學習環(huán)境、實驗設備等。 最后再一次所有幫助過我的人，謝謝大家！ 作者簡介 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 學院完成的。 文中除了

49、特別加以標注地方外，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 或其他教學機構的學位或證書而使用過的材料。 關于學位論文使用權和研究成果知識產(chǎn)權的說明： 本人完全了解成都 XXXXXX 有關保管使用學位論文的規(guī)定，其中包括： （1）學校有權保管并向有關部門遞交學位論文的原件與復印件。 （2）學校可以采用影印、縮印或其他復制方式保存學位論文。 （3）學校可以學術交流為目的復制、贈送和交換學位論文。 （4）學校可允許學位論文被查閱或借閱。 （5）學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學位論文在解密后遵 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;/手動開燈 sbit hy=P17;/紅外信號輸入 sbit guan=P24;/手動關燈 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，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 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