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文档简介

本科毕业设计论文题目教室节能照明智能控制系统硬件设计系别光电信息系专业光电信息工程专业班级XXXXX学生XXXXX学号XXXXXX指导教师XXXXXXXXXXXXX毕业设计(论文)任务书系别专业班姓名学号1毕业设计(论文)题目教室节能照明智能控制系统硬件设计2题目背景和意义按照国标规定,教室照明的功率密度约为10W/M2,假设教室的平均面积为100M2,则照明负荷约为1KW。如果每天正常使用时间为15小时,那么,每天每间教室的用电量为1KW15H15KWH,学生年在校为270天,则每间教室年用电量约为4050KWH。针对目前高校教室照明用电严重浪费的问题,通过红外传感器检测教室是否有人,检测教室内光线照度是否合格,并依靠单片机来智能控制照明灯的亮灭,从而达到有效节约用电、降低学校的经费开支的目的。该项目具有重要的实用价值和意义。3设计论文的主要内容(理工科含技术指标)红外传感器是利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。本课题要求学生利用传感器、单片机、可见光探测器件、继电器、开关等器件设计一款教室照明节能系统的硬件电路,利用热释红外探测器来检测教室的光线亮度和是否有学生。若有学生而且室内光线照度不够,则系统自动打开灯;若教室里无学生或光线照度符合要求,则节电装置自动关闭供电电源。通过采用热释红外探测技术、可见光探测技术与单片机技术实现了教室照明的智能控制,在一定程度上节省了大量的人力物力,与传统的声音控制照明相比有很大的优势,不需要人类发出声音,正好与教室安静的环境相符合。该课题的主要任务是(1)了解并查阅红外传感器的资料并选择合适的传感器;(2)选取所需元件,搭建系统的硬件电路;(3)利用PROTEL软件制作系统的硬件电路原理图;(4)实现教室的节能照明自动控制功能、自动节电。技术指标(1)滤光晶片的波长为710M;(2)不同颜色的LED灯实现实时指示作用。4设计的基本要求及进度安排(含起始时间、设计地点)2016112620161228查阅资料,充分理解课题,开题答辩;201612282017315进行具体设计,搭建系统,撰写中期报告,中期检查;201731520347进行系统调试,分析结果,完成整个设计;2017472017420撰写毕业论文,进行论文内容、格式审查;20174202017512论文定稿、成果验收,上交论文、答辩5毕业设计(论文)的工作量要求实验(时数)或实习(天数)图纸(幅面和张数)1张PROTEL电路原理图。其他要求1篇3000字的外文翻译;15篇参考文献,其中至少1篇外文参考文献;1篇不少于15万字的毕业论文。指导教师签名年月日学生签名年月日系主任审批年月日说明1本表一式二份,一份由学生装订入册,一份教师自留。2带项可根据学科特点选填。教室节能照明智能控制系统硬件设计摘要日常生活中电能浪费现象比较严重,教室照明浪费现象尤为严重。由于使用学生不固定以及学生的节能意识的淡薄,白天教室照度很高的情况下,仍然普遍存在开灯作业;即使教室无人的情况下,也是全部开启教室照明。长明灯比比皆是,人走不熄灯的现象到处存在给社会造成了巨大的浪费。本文通过热释型红外传感技术,利用人体的红外信号和光照强度作为检测目标。当人进入其探测区域内,红外传感器将人体红外信号传递给信号处理系统,从而实施对控制电路的驱动与否,实现对控制对象的具体控制,最终由单片机对房间内是否有人和光线的综合实时控制。在有人的情况下光照强度达到设定值则灯不亮,光照强度低于设定值则灯亮。根据实际情况自动控制灯的开关,这样就会杜绝严重的浪费现象,并且具有明显的经济价值。关键词单片机;教室照明节能;热释红外传感器;光敏电阻THEHARDWAREDESIGNOFCLASSROOMENERGYEFFICIENTLIGHTINGINTELLIGENTCONTROLSYSTEMABSTRACTINDAILYLIFE,ELECTRICENERGYWASTEPHENOMENONISSERIOUSWASTEPHENOMENONISSERIOUS,THECLASSROOMLIGHTINGASENERGYSAVINGAWARENESSUSINGTHESTUDENTISNOTFIXEDANDSTUDENTSLACKOFCLASSROOMILLUMINATION,THEDAYISVERYHIGH,STILLEXISTSONTHEJOBEVENTHECLASSROOMNOCIRCUMSTANCES,AREALLOPENCLASSROOMLIGHTINGPILOTLAMPMEETTHEEYEEVERYWHERE,PEOPLEDONOTWALKOUTPHENOMENONEXISTSEVERYWHERECAUSEDGREATWASTETOSOCIETYTHEPYROELECTRICINFRAREDSENSORTECHNOLOGY,LIGHTINTENSITYASTARGETSBYTHEHUMANBODYINFRAREDSIGNALANDLIGHTWHENPEOPLEENTERTHEDETECTIONAREA,INFRAREDSENSORTRANSMITSTHEHUMANBODYINFRAREDSIGNALSTOTHESIGNALPROCESSINGSYSTEM,THUSTHEIMPLEMENTATIONOFTHEDRIVECONTROLCIRCUITORNOT,REALIZETHECONTROLOFACONTROLLEDOBJECT,INTEGRATEDREALTIMECONTROLISULTIMATELYTHEROOMIFSOMEONEANDLIGHTINTHECASEOFLIGHTINTENSITYREACHESTHESETVALUEDOESNOTLIGHT,THELIGHTINTENSITYISLOWERTHANTHESETTINGVALUEOFLIGHTAUTOMATICCONTROLSWITCHLIGHTSACCORDINGTOTHEACTUALSITUATION,THISWILLPUTANENDTOWASTEPHENOMENONISSERIOUS,ANDHASOBVIOUSECONOMICVALUEKEYWORDSSINGLECHIPMICROCOMPUTERCLASSROOMLIGHTINGENERGYSAVINGPYROELECTRICINFRAREDSENSORPHOTOSENSITIVERESISTANCE目录1绪论111本课题研究的目的和意义112国内外研究现状213本课题研究的主要内容22系统方案论证421节能照明实现方式方案论证4211系统最基本的实现方案4212教室照度可调方案5213系统设定调光电路工作的方案6214方案的比较与选择722可见光检测电路方案论证8221光敏电阻检测方案8222光敏二极管检测方案9223方案的比较与选择93系统硬件核心器件介绍1031AT89C51单片机器件简介1032人体红外检测器件简介13321热释电红外传感器13322菲涅耳透镜15323热释电传感器信号处理芯片1833可见光检测器件简介22331光敏电阻23332电压比较器244系统电路设计2641单片机系统电路设计26411复位电路设计26412时钟电路设计2642人体红外检测电路设计2743可见光检测电路设计2944按键电路设计3145LED照明电路设计3146执行模块电路设计325系统焊接调试运行及问题分析3451PCB板焊接3452单片机系统调试方法及步骤3653主要问题分析366结论38参考文献39致谢40毕业设计(论文)知识产权声明41毕业设计(论文)独创性声明42附录1系统PROTEL电路原理图43附录2系统主程序44附录3照明基础知识471绪论11本课题研究的目的和意义加强高校节电管理,特别是照明节电不仅可以有效地节约用电、降低学校的经费开支,更重要的是通过学校的示范表率作用,提高学生乃至全社会的节电意。按照国标的规定,教室照明的功率密度约为10W/M2,假设教室的平均面积为100M2,则照明负荷约为1KW。如果每天正常使用时间为15小时,那么,一天每间教室的用电量为1KW15H15KWH,学生年在校为270天,则年用电量约为4050KWH如果学校按照100M2折合教室数量为200间,则照明用电量为81万度左右。若节电率以平均30计算,则一年可节电243万度,可节约电费1520万元左右。而且目前国家提倡节约型社会,节约型校园。建设节约型的校园的当务之急该是节省不该用的能源,防止浪费。据报道,很多高校的自习室等场所用电浪费现象严重。大家都已经习惯让教室成为长明场所。专家们为此算了一笔账教室无人后如果不关闭电源开关,初步估算全国各高校每年将因此浪费20亿度电以上。20亿度电意味着什么呢如果按平均每度电07元计算就意味着会损失十几亿元。节约用电,本人们应该从身边做起。为此本人们在教室的用电上开动脑筋想办法,做试验,提建议,为节能校园的建设贡献一份力量现代化家居照明系统要适应网络时代的发展,应引入智能化的概念。在传统的家居照明系统中,一般都是综合布线,使用刀开关来控制,灯具的寿命短,较费电。但近年来,随着经济的发展和科技的进步,人们对照明灯具节能和科学管理提出了更高的要求,使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在商品房的建设热潮中,各大楼盘和房地产商也意识到了智能照明的重要性。使用智能照明控制系统,更能体现其在节能与管理方面的优势。红外智能节电开关由于触发的时候不需要人发出任何声音,而是人走过时身体向外界散发红外热量最终控制灯具的开启,当人离开后,经过一定时间的延时,自动熄灭。因为不同于声光控灯,不需要声音和开关控制,从而避免了声控噪音的侵扰,同时因为它是感应人体热量控制开关,所以避免了无效电能的损耗,达到节能效果。12国内外研究现状目前国内外同领域大多都研究到智能自动控制在照明中的应用,以热释红外为基础来检测是否有人,靠单片机来实行自动控制,但是大多数只是停留在理论阶段,并未在实际生活中像声控那样广泛应用,而高校中用电量3040都用在照明上,在这部分中浪费极为严重。因此,必须有一套节能设施,本作品正好可以解决出现的这些问题。现在的公共场所照明(比如公共走廊及楼梯间)应用最多的还是几年前出现的声光控延时灯具和开关。这种灯具和开关的出现,实现了人来灯亮,人走灯灭,目前已成为公共场所照明开关的主流产品。当然,这种产品在某种程度上说确实实现了节能的目的,但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制,这种声光控灯具和开关自动控制的实现需要(超过60分贝)声音的配合,这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。13本课题研究的主要内容作为一名即将毕业的学生,在校期间,对学校的教室以及图书馆的照明设计不太满意。本人认为有很多可以改进的地方。试举一下几种不太好的现象一是在不需要开灯的情况下,灯长亮;二是人走灯长明,以至于管理员很辛苦的一个教室挨一个教室的去关灯。因为这些情况都造成了很多不必要的浪费。这样下来,无形中所浪费的电能是非常惊人的。据测算,这种现象的耗电占其单位所有耗电的40左右。因此,有必要在保证照明质量的前提下,实施照明节能措施。这不仅可以节约能源,而且会产生明显的经济效益。当然说经过教导,相信肯定可以减少这些浪费能源的情况发生,但从技术上完全可以解决这个问题。廉价实用的单片机就是为此而生的。单片机是在一块芯片上集成了计算机各基本功能部件的计算机系统,包括CPU、ROM、RAM、I/O口、定时器与计数器以及中断系统等等。单片机在现代生活和工业生产中得到了广泛的应用。单片机应用所受到的主要限制不是技术问题,而是创造力和技巧上的问题。针对生活中这种照明中电能浪费的现象设计一套使用单片机控制的智能照明系统。本设计的主要应用范围也是教室、图书馆和办公室等公共场所。该系统应用了两种传感器,人体红外传感器和自然光线传感器,对现场的自然照明情况和人员情况,实现实时自动检测与控制的功能,从而实现节能降耗的目的。具体功能如下第一,系统设计人体红外检测电路,有进入探测范围时输出信号。第二,系统设计自然光检测电路,对照明现场的亮度进行自动检测。虽在工作时间,但现场的亮度如果能够满足设定要求时,系统同样关闭照明设备。第三,设计按键电路,设定强制开灯和强制关灯按键。如有需要人为开灯或灭灯,可按相应键。比如在教室内,晚上要演示幻灯片,现实条件是室内有人,自然照度不满足工作要求,按照系统的自动控制程序,是不会灭灯的,但本人们确实需要灯灭,这时就可以按下强制关灯按键8。设计该系统的理念是第一,“以人为本,人使用灯”;第二,“节能环保”。2系统方案论证21节能照明实现方式方案论证在设计最初需要一个整体的思路来确定设计的框架。首先根据设计任务来确定所需的功能模块;然后按照一定的作用顺序把各个功能模块连接起来。本系统需要两个传感器来分别检测人体红外信号和自然光强信号,需要按键电路来强制灯的开关,还需要指示电路来指示系统的工作状态,等等7。如图21,为该照明系统总体框图。照明电路继电器执行电路LED指示电路人体红外检测电路AT89C51单片机按键电路自然光检测电路晶振电路复位电路图21系统总体框图该照明系统总体框图,包括系统核心AT89C51单片机,输入为两个传感器电路即人体红外检测电路和自然光检测电路,强制开关的按键电路。输出是LED指示电路以及继电器执行电路。最后由继电器电路来控制照明电路的通断,从而实现照明的自动控制。这里的流程图是方案流程图,是提出来的思路流程图。可以提出好几种方案,来进行比较,评价,最终确定一种比较合理的方案,如下是本人提出的三种方案。211系统最基本的实现方案如图22是一种系统最基本的实现方案的流程图。控制方案的流程图,流程经过初始化以后,先判断有无按键按下,如果有则执行相应按键处理程序。如果没有,继续判断红外检测电路有无探测到有人,无人时,灭灯并返回继续判断有无按键按下。如果探测到有人,就接着判断当前照度是否满足设定要求。若照度满足要求,继续返回灭灯程序;若不满足,就给继电器一个动作信号,使其动作,从而开启照明电路9。开始按键处理程序有无按键初始化开灯灭灯NNYYNY有人光照满足图22系统最基本的实现方案流程图在设计系统流程时,是先判断光照还是先检测是否有人是,本人遵循的原则是“以人为本,人使用灯”。如果没有人,开关灯就无意义,所以应先判断是否有人,而不是先判断光照情况。本方案是智能照明系统的一种最简单的流程图,表现在什么地方呢,就是它只控制灯的亮与灭,没有调光功能。后面的方案将体现方案一的这点不足。212教室照度可调方案如图23为照明系统调节照度方案的流程图。开始初始化有无按键按键处理程序灭灯开一半全开YNYYNNN有人否照度X2照度X1图23教室照度可调方案流程图如果设计的照明控制系统能够调节照度,那么照明效果和节能效果将会更好。如图23具有两个照明调节等级的方案。按键判断与有没有人的判断与方案一相同,可见光照度判断与方案一不同,其工作方式为设照度X2X10,当环境照度EX2时,不需要人工照明当X1X10,当环境照度EX2时,不需要人工照明当X1VR时允许触发VR02VDD10IB运算放大器偏置电流设置端11VDD工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132INI第二级运算放大器的反相输入端141INI第一级运算放大器的同相输入端151INI第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端参数值符号参数测试条件最小最大单位VDD工作电压范围36VVDD3V50IDD工作电流输出空载100AVOS输入失调电压50MV工作原理如图311为BISS0001红外感应信号处理器的内部框图。外界元件由使用者根据需要选择。由图可见BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器和封锁时间定时器即参考电压等构成的数模混合专用集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。图311BISS0001内部框图如下说明各种情况的工作方式。A不可重触发工作方式各点工作波形IOS输入失调电流50NAAVO开环电压增益RL15M60DBCMRR共模抑制比RL15M60DBVYH运放输出高电平425VVYL运放输出低电平RL500K接05VDD075VVRHVC端输出高电平11VVRLVC端输出低电平VRF5V09VVOHVO端输出高电平IOH05MA4VVOLVO端输出低电平IOL01MA04VVAHA端输出高电平35VVALA端输出低电平15V图312不可重触发工作方式各点工作波形首先,根椐实际需要,利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路,将信号放大。然后,耦合给运算放大器OP2,再进行第二次放大,同时将直流电位抬高为VM(05VDD)后,将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器,检出有效触发信号VS。由于VH07VDD、VL03VDD,所以,当VDD5V时,可有效抑制1V的噪声干扰,提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VCVR(02VDD)时,COP3输出为低电平封住了与门U2,禁止触发信号VS向下级传递;而当VCVR,COP3输出为高电平,进入延时周期。当A端接“0”电平时,在TX时间内任何V2的变化都被忽略,直到TX时间结束,即所谓不可重复触发工作方式。当TX时间结束时,VO下跳回低电平,同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期TI。在TI时间内,任何V2的变化都不能使VO跳变为有效状态(高电平),可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。B可重触发工作方式各点工作波形图313可重触发工作方式各点工作波形在VC“0”、A“0”期间,信号VS不能触发VO为有效状态。在VC“1”、A“1”时,VS可重复触发VO为有效状态,并可促使VO在TX周期内一直保持有效状态。在TX时间内,只要VS发生上跳变,则VO将从VS上跳变时刻起继续延长一个TX周期;若VS保持为“1”状态,则VO一直保持有效状态;若VS保持为“0”状态,则在TX周期结束后VO恢复为无效状态,并且,同样在封锁时间TI时间内,任何VS的变化都不能触发VO为有效状态。热释电传感器S极输出信号送入BISS0001的14脚,经内部第一级运算放大器放大后,由C3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大,再经电压比较器构成的鉴幅器处理后,检出有效触发信号去启动延迟时间定时器,最后从12脚输出电压信号送人单片机进行照明控制。实验所得,当传感器检测室内有人时,VO4V;无人时VO04V。由于PIR信号变化缓慢、幅值小,针对该特点,专用信号处理器一般分为3步处理滤波放大、窗口比较、噪声抑制及数字信号处理。BISS0001就是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。它采用CMOS工艺、数模混合,具有独立的高输人阻抗运算放大器,内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰。它有两种工作方式供选择,通过将引脚A置1或0。可设置为可重复触发方式和不可重复触发方式。本系统选择可重复触发方式。在将传感信号进行预处理后,通过双向鉴幅器可检测出有效触发信号VS。由于选择的是可重复触发方式,VS可重复触发VO为有效状态,并可促使VO在延时周期TX内一直保持有效状态。延时周期的大小可通过R1和C1调节。在TX时间内,只要VS发生上跳变,VO就会从VS上跳变时刻起继续延长一个TX周期,若VS保持为“0”状态,则VO一直保持有效状态若保持为“0”状态,则在周期TX结束后VO恢复为无效状态,并且在封锁时间TI时间内,任何VS的变化都不能触发VO为有效状态。CBSS0001的应用BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炙灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置,特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道等敏感区域,或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统以及多种传感器和延时控制器。33可见光检测器件简介331光敏电阻如图314光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。图314光敏电阻外形图光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达110M欧,在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(04076)M的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。可见光光敏电阻器包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门户,航标灯、路灯和其他照明系统的自动亮灭,自动给水和自动停水装置,机械上的自动保护装置和“位置检测器”,极薄零件的厚度检测器,照相机自动曝光装置,光电计数器,烟雾报警器,光电跟踪系统等方面。光敏电阻的主要参数是A光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下,当有光照射时,流过的电流称为光电流,外加电压与光电流之比称为亮电阻,常用“100LX”表示。B暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下,当没有光照射的时候,流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻,常用“0LX”表示。C灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值(暗电阻)与受光照射时的电阻值(亮电阻)的相对变化值。D光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度,是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线,就可以得到光谱响应的曲线。E光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出,随着的光照强度的增加,光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度,则电阻值变化减小,然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下,该特性为非线性。F伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系,对于光敏器件来说,其光电流随外加电压的增大而增大。G温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大,部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较高,而在高温下的灵敏度则较低。H额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率,当温度升高时,其消耗的功率就降低。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻,为了增加灵敏度,两电极常做成梳状。用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体光敏电阻原理图及梳状欧姆电极,接出引线,封装在具有透光镜的密封壳体内,以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里,它的电阻值很高,当受到光照时,只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度,则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带,并在价带中产生一个带正电荷的空穴,这种由光照产生的电子空穴对了半导体材料中载流子的数目,使其电阻率变小,从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强,阻值愈低。入射光消失后,由光子激发产生的电子空穴对将复合,光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压,其中便有电流通过,受到波长的光线照射时,电流就会随光强的而变大,从而实现光电转换。光敏电阻没有极性,纯粹是一个电阻器件,使用时既可加直流电压,也加交流电压。半导体的导电能力取决于半导体导带内载流子数目的多少。332电压比较器电压比较器的功能比较两个电压的大小用输出电压的高或低电平,表示两个输入电压的大小关系当“”输入端电压高于“”输入端时,电压比较器输出为高电平;当“”输入端电压低于“”输入端时,电压比较器输出为低电平;电压比较器的作用它可用作模拟电路和数字电路的接口,还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单,灵敏度高,但是抗干扰能力差,因此本人们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有滞回比较器和窗口比较器。18运放,是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”比如放大倍数,反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈,直接比较两个输入端的量,如果同相输入大于反相,则输出高电平,否则输出低电平。电压比较器输入是线性量,而输出是开关(高低电平)量。一般应用中,有时也可以用线性运算放大器,在不加负反馈的情况下,构成电压比较器来使用。4系统电路设计41单片机系统电路设计411复位电路设计AT89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声,在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需要的信号。5复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1MS,就可以实现自动上电复位。时钟频率用12MHZ时C取22UF,R取1K。除了上电复位外,有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源VCC接通而实现的。时钟频率选用12MHZ时,C取22UF,RS取200,R0取1K。如图41为复位电路图。图41复位电路图412时钟电路设计AT89C51虽然有内部振荡电路,但要形成时钟,必须外部附加电路。单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式,利用芯片内部的振荡电路,在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件,内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式,即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在12MHZ到12MHZ之间选择。电容值无严格要求,但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响,C1、C2可在20PF到100PF之间取值,但在60PF到70PF时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中,振荡晶体选择12MHZ,电容选择65PF。15在设计印刷电路板时,晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装,以减少寄生电容,更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性,应采用NPO电容。NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。16如图42为时钟电路图。图42时钟电路图42人体红外检测电路设计人体红外信号检测电路用来监控照明控制单元里是否有人进入。通过检测是否有人体红外信号来实现这一功能。人体辐射的红外线中心波长为910M测元件的波长灵敏度在0220M范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口,这个滤光片可通过光的波长范围为710M,正好适合于人体红外辐射的探测,而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收,这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。20图43人体红外检测电路框图如图43所示,该模块由三部分组成,包括菲涅尔透镜,热释电红外传感器以及相应的传感器信号处理电路。人体热释红外信号通过菲涅尔透镜聚焦,传给热释电红外传感器PIR,然后PIR将物理信号转换为微弱电信号,接着PIR信号处理电路将微弱电信号进行处理,生产单片机可识别的数字信号。最终有人时,PIR输出为高电平;无人时PIR输出为低电平。这就是该电路模块要实现的功能。图44人体红外检测电路图硬件电路如图44所示。热释电红外传感器(PIR)RE200B对人体信号进行检测,红外传感信号专用处理芯片BISS0001对所采集信号进行初步处理。RE200B的D、G、S端分别为电源端、地端和目标输出电压端。输出信号VO接单片机,供其读取。采用热释电传感器的优势是成本低,不需要用红外线或电磁波等发射源,隐蔽性好,可流动安装,,敏度高、控制范围大。热释电红外传感器利用热释电效应,能以非接触形式检测出人体辐射的红外线,并将其转变为电压信号同时,它还能鉴别出运动的生物与其他非生物。43可见光检测电路设计如图45为可见光检测电路图。图45可见光检测电路图使用一个光敏电阻,电压比较器U3为电压比较器集成芯片LM339的一个单元,电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。可调电阻用来设定与所要设定照度值对应的比较电位。可调电阻用来设定与所要设定照度值对应的比较电位。本设计使用了一个比较器集成电路模块LM339,它类似于增益不可调的运算放大器。LM339是集成了四个比较器的芯片,尽管本次设计中只是用了其中的一个比较器,由于该芯片的价钱不高,而且留出多余的单元可以供今后系统功能扩展与增强使用,这也是硬件设计的基本原则。图46LM339引脚图图46为LM339引脚图,每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端,用“”表示,另一个称为反相输入端,用“”表示。用作比较两个电压时,任意一个输入端加一个固定电压做参考电压(也称为门限电平,它可选择LM339输入共模范围的任何一点),另一端加一个待比较的信号电压。A当“”端电压高于“”端时,输出管截止,相当于输出端开路。B当“”端电压高于“”端时,输出管饱和,相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10MV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态,因此,把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管,在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻(称为上拉电阻,选315K)。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时,它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外,各比较器的输出端允许连接在一起使用。LM339最简单的应用是单限比较器。图47A给出了一个基本单限比较器。输入信号UIN,即待比较电压,它加到同相输入端,在反相输入端接一个参考电压(门限电平)UR。A当输入电压UINUR时,输出为高电

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