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(lái)源 社會(huì)在不斷進(jìn)步，人類(lèi)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(lái)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(lèi)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(lái)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(lái)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(wú)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(lái)更方便，可以防止由粗心大意帶來(lái)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guān)照明和功能照明的統(tǒng)稱(chēng)），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(kāi)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(chē)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(lèi)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(lái)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(kāi)始對(duì)臺(tái)燈的功能要求也開(kāi)始日漸提高。所以它的功能也由簡(jiǎn)單的照明開(kāi)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(lái)，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(yáng)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(lái)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(lái)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(méi)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(mǎn)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(xiàn)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(guò)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?xún)r(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(chē)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(kāi)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(kāi)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(hù)坐姿的矯正，當(dāng)人體超過(guò)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(hù)養(yǎng)成一個(gè)良好的讀書(shū)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(guò)傳感器采集，傳感器得到的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)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(lái)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(méi)有檢測(cè)到人體信號(hào)，則經(jīng)過(guò)5s的延時(shí)過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(mǎn)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(guò)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(guò)設(shè)定的范圍則進(jìn)行報(bào)警，光照強(qiáng)度來(lái)決定燈管點(diǎn)亮的個(gè)數(shù)。 臺(tái)燈已經(jīng)是千家萬(wàn)戶(hù)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(kāi)時(shí)，在規(guī)定的延時(shí)過(guò)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(kāi)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?xún)r(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(lái)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(lái)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(lái)那個(gè)燈的個(gè)數(shù)越多。若檢測(cè)到人體離開(kāi)了設(shè)定的范圍，則單片機(jī)設(shè)定5s的延時(shí)，5s后人沒(méi)回來(lái)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(hù)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(xiàn)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(xiàn)，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(hù)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(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串行口直接下載用戶(hù)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(kāi)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(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪(fǎng)問(wèn)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(xiàn)。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(xiě)入1時(shí)，通過(guò)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(jiàn)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(xiě)入1時(shí)，通過(guò)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(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)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(zhuān)用寄存器（SFR）區(qū)中的P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪(fǎng)問(wèn)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(xiě)入1時(shí)，通過(guò)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(xiě)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(lái)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(fǎng)問(wèn)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(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。 EA/VPP(31引腳)：訪(fǎng)問(wèn)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(guò)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(guò)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(chēng)為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線(xiàn)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(xiàn)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(lái)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(xiàn)式串行總線(xiàn)接口的集成電路，可以根據(jù)收集的光線(xiàn)強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)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(xiàn)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(guò)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(lái)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?lái)的信號(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(xiàn)感應(yīng)很靈敏，而對(duì)其他的小動(dòng)物發(fā)出的紅外線(xiàn)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(xiàn)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(kāi)發(fā)。近年來(lái)，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(zhuān)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(zhuān)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(lái)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(lái)。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(wú)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(méi)有變化，傳感器也沒(méi)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(xiàn)，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線(xiàn)而進(jìn)行工作的。紅外線(xiàn)通過(guò)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(wú)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(lèi)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(xiàn)，它可以把較遠(yuǎn)距離的人體發(fā)出的微弱的紅外線(xiàn)信號(hào)光聚集起來(lái)，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(guò)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線(xiàn)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(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)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(guò)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(mǎn)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(guò)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(kāi)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(xiāo)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(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過(guò)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(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過(guò)基準(zhǔn)頻率來(lái)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(chēng)為壓電效應(yīng)。一般情況下，無(wú)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(chēng)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(chēng)諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線(xiàn)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(guò)流、過(guò)熱和過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(guò)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(mǎn)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(guò)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(lái)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(chēng)為亮電阻，一般為0.5-20千歐；沒(méi)有光照時(shí)的電阻稱(chēng)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(shuō)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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