基于51单片机的声光控延时灯.doc

基于51单片机的声光控延时闪烁灯以及人 体红释感应灯 目录一、实验任务要求3二、方案设计与比较42.1电源模块4 2.2显示方式52.3光控模块6 2.4声控模块72.5人体红外感应模块8 2.6逻辑模块102.7延时模块11 2.8LED模块12三实验心得与体会124 参考文献13附录A 汇编源程序13 附录B 制作过程图片展示31摘要： 本次设计了一款基于AT89S52的可由声光控及人体红外感应的LED智能照明系统，并讨论了各模块的电路组成、工作原理及相关元器件的参数，通过对这些问题的分析，探讨了电路设计所需的注意事项及电路调试方法。对传感器电路进行更改，也可实现烟雾报警，有毒气体报警，湿度报警等扩展功能。【关键词】MCS-51单片机；智能控制；声音传感器；光敏电阻；热释电一、实验任务要求1. 基本要求(1)当有光照亮时，光线检测输出有信号，当有声音时，声音检测输出有信号。(2)逻辑控制器在光线检测有信号时，逻辑控制器没有输出；在没有光线信号时，且没有声音信号时，没有输出；在没有光线信号且有声音信号时，逻辑控制器有输出。(3)延时电路使得LED亮5秒后熄灭。(4)自制电源，电源电压根据设计自行选取。要求电源具备总开关和LED指示灯。2. 发挥部分(1)增加功能切换开关。开关闭合时，LED持续亮；开关打开时，LED又声光系统控制亮灭。(2)增加LED闪烁功能，使得LED发出肉眼可见的闪烁。(3)延时时间110秒可调，步进为1秒。(4)其他创新发挥。二、方案设计与比较总体设计方案：2.1电源模块方案一：采用稳压芯片LM7805稳压电路，将输入的12V降压并稳定在5V，较为稳定。缺点是线性稳压电路,所有有其特有的内部功率损耗大,全部压降均转换为热量损失了,效率较低。方案二：采用开关电压调节器LM2596，将输入的9V降压并稳定在5V。它是降压型电源管理单片集成电路能够输出3A的驱动电流，转换效率高，带载能力大，但输出电压波纹大，不适合作单片机电源，并且会造成人体红外感应（热释电）模块的误触发。比较上述两种方案，考虑到传感器模块和51单片机的工作电流都不大，效率较低也不会造成太大的损耗，因此为了系统的稳定，选择方案一2.2显示模块方案一：使用1602液晶显示，可以显示英文和数字字符，比较省电，可以保持显示的内容，但显示数据传输比数码管较复杂。方案二：使用数码管动态显示，数据传输较为简单，但只能够显示数字，在动态显示下不能够在单片机不调用显示程序的情况下保持显示。比较上述两种方案，考虑能够显示英文提示字符更为人性化，并且在不调用显示程序的时候能够保持显示可以让单片机有更好的发挥，在编程考虑上更为随意，简化了工作，因此选择方案一。2.3光控模块方案一：使用光敏电阻与可调电阻分压，给CD4011输入信号，并进行相应的后续程序操作。方案二：使用光敏电阻和三极管联合驱动的方式，给CD4011输入信号。由于CD4011具有很高的输入电阻，且输出结果只需要两个状态，因此无需对光线检测信号再进行放大就可达到所需的效果，选择方案一。工作原理：在光线较暗时，光敏电阻呈高阻态；在光线较亮时，光敏电阻呈低阻态，当有足够的光通量照射在光敏电阻上时，其电阻值突然降得很低，光敏电阻两边的电压降就很小，即不能形成高电平光敏电阻的检测方法：检测光敏电阻时，将万用表置于R1k挡，两表笔分别任意各接光敏电阻的一个引脚，然后分别进行暗阻、亮阻和灵敏性测试。检测暗阻：用一黑纸片将光敏电阻的透光窗口遮住，此时万用表的指针基本保持不动，阻值接近。此值越大说明光敏电阻性能越好。若此值很小或接近为零，说明光敏电阻已烧穿损坏。检测亮阻：将一光源对准光敏电阻的透光窗口，此时万用表的指针应有较大幅度的摆动，阻值明显减小。此值越小说明光敏电阻性能越好。若此值很大甚至为，表明光敏电阻内部开路损坏。检测灵敏性：将光敏电阻透光窗口对准入射光线，用小黑纸片在光敏电阻的透光窗上部晃动，使其间断受光，此时万用表指针应随黑纸片的晃动而左右摆动。如果万用表指针始终停在某一位置不随纸片晃动而摆动，说明光敏电阻的光敏材料已损坏。2.4 声控模块其中用到了驻极体话筒，其内部电气原理如图：工作原理：话筒将声音信号转化为负极性的电信号，接收到的微弱信号经电容耦合，通过由三极管把微弱的信号进行放大，其集电极输出正极性的电信号送到CD4011的1、2脚，并通过CD4011两次反相得到输出信号。驻极体话筒的检测包括电阻测量和灵敏度测量：电阻测量时，将万用表置于R100或R1k挡，红表笔接驻极体话筒的芯线或信号输出点，黑表笔接引线的金属外皮或话筒的金属外壳。一般所测阻值应在5003k范围内。若所测阻值为，则说明话筒开路，若测得阻值接近0，则表明话筒有短路性故障。如果阻值比正常值小得多或大得多，都说明被测话筒性能变差或已经损坏。灵敏度检测方法是：将万用表置于R100挡，将红表笔接话筒的负极（一般为话筒引出线的芯线），黑表笔接话筒的正极（一般为话筒引出线的屏蔽层），此时，万用表应指示出某一阻值（例如1k），接着正对着话筒吹一口气，并仔细观察指针，应有较大幅度的摆动。万用表指针摆动的幅度越大，话筒的灵敏度越高，若指针摆动幅度很小，说明话筒灵敏度很低，使用效果不佳。若吹气时发现指针不动，可交换表笔位置再次吹气试验，若指针仍然不摆动，则说明话筒已经损坏。另外，如果在未吹气时，指针指示的阻值便出现漂移不定的现象，则说明话筒稳定性很差，这样的话筒是不宜使用的。2.5人体红外感应模块 采用被动红外接收，本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉，但容易受各种热源、阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。 在被动红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PIR)，它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在PIR上，第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。其中用到了芯片BISS0001其引脚定义如下：引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳前沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。3RR1-输出延迟时间Tx的调节端4RC1-输出延迟时间Tx的调节端5RC2-触发封锁时间Ti的调节端6RR2-触发封锁时间Ti的调节端7VSS-工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-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132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I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由引脚定义可以看出，RR1RC1是输出延迟时间Tx的调节端，Tx49152R1C1，RR2RC2是触发封销时间Ti的调节端，Ti24R2C2由于BISS0001本身具有一定的输出延迟时间，因此在延时控制模块设定延时时长小于BISS0001输出延迟时间时，就会产生重复延时造成误差，虽然这一点可以通过在AT89S52上将查询方式改为下降沿外部中断来解决，但是会造成一些不便，因此我选择通过可调电阻调节BISS0001输出延迟时间来解决这一问题。2.6逻辑控制模块方案一：采用与非门芯片CD4011和或门CD4071进行逻辑判断，这样的结构非常直观，可以电路上理解逻辑，独立进行测试，模块化结构明显，但是电路比较庞大，消耗元件较多。 CD4071内部逻辑结构图 CD4011内部逻辑结构图方案二：与延时控制模块共用AT89S52，可以通过简单的编程同样实现功能，不增加多余的元件，但结构不明显，逻辑不直观为了直观的体现原理框图所示的电路原理选择方案一2.7延时控制模块方案一：采用AT89S52单片机进行延时控制，精度高，延时时间的调节范围非常大，便于扩展其他功能，很容易实现延时步进1秒的要求，但电路较复杂，成本略高方案二：利用RC充放电进行延时，电路简单，成本低，但仅可以实现延时功能，难以实现按秒步进,延时时间短，延时精度不高比较两种方案，为了实现按一秒步进，并实现闪烁功能，选择方案一。2.8 LED模块方案一：编程令单片机I/O口输出不同的PWM占空比实现对LED的电流进行控制，从而实现对亮度的手动调节，可以通过按键调节，但是因为还要实现闪烁功能，对PWM调光的编程增加了一些难度。方案二：采用可调电阻对LED的电流进行控制，以实现对亮度的手动调节，硬件实现比较简单，但是必须通过旋动可调电阻来调节，且不能够自动调节。考虑到LED亮度的调节一般在调试阶段，在使用过程中一般不会使用太亮或太暗的亮度，常常使用固定的亮度而无需常常进行调节，因此选用了方案二。三实验总结与心得体会 本实验的难点主要在声控光控模块的临界点以及传感器外围电路的确定问题上，在刚焊接完成模块上电测试时，声音检测和人体红外感应模块均出现过信号指示灯长亮或不亮的情况，对此我一般以以下几个步骤进行处理：1.对照原理图仔细检查焊接是否有错误遗漏，加固可能出现虚焊的焊点2.从芯片的输入端或输出端接入已知信号，观察信号指示灯是否按分析结果亮灭，以确定出现问题的部分3.若按照以上测试确定芯片正常工作，则调整传感器外围电路，确定一个在当前环境下的临界点，再给一个微量的偏移，以获得较高的灵敏度，但也要检验长期工作的稳定性。4.若芯片输出不正常，则再次检查芯片外围电路，确定没有问题后更换芯片。 在拿到题目后进行准备的这一周多的时间里，我们的个人动手能力得到了提升，加强了我们独立思考解决问题的能力。然而还有很多不足有待继续改进，例如进一步将电路集成化，提升灵敏度，特别是在程序方面还可以有很多改善，使得更加人性化，符合人的操作习惯四参考文献1邓兴成主编.单片机原理与实践指导.机械工业出版社.2009年6月2杨栓科 赵进全主编.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2010年4月附录A 汇编源程序 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH AJMP TIMER0 ORG 0030H MAIN: MOV TMOD,#2 MOV TL0,#6 MOV TH0,#6 SETB EA MOV P2,#0FFH MOV DPTR,#TABLE MOV R2,#5 ;Tx延时时间寄存器 MOV R3,#0 MOV R4,#0 MOV R6,#0 MOV R7,#0 CLR 2AH.1 MOV A,#01H ;清显示 ACALL I_SEND MOV A,#38H ;功能设置 ACALL I_SEND MOV A,#6 ;输入方式设置 ACALL I_SEND MOV A,#0CH ;显示开关控制 ACALL I_SEND MOV 30H,#35H ;Tx个位5字符码送30H单元暂存 MOV 31H,#20H ;Tx十位 字符码送31H单元暂存 ACALL DISP1 ACALL DISP4LOOP: JNB P1.7,LOOP2 ;手动控制照明JNB P1.6,SET1 ;设置TxJNB P1.4,RUN1;检测到控制信号照明AJMPLOOPLOOP2: AJMP LOOP2aSET1: AJMP SET1aRUN1: ;控制信号照明 MOV A,R2 MOV R3,A SETB ET0 SETB TR0RUN1a: MOV P1,#0FEH ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN2a AJMP RUNSTOP RUN2a: MOV P1,#0FDH ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN3a AJMP RUNSTOP RUN3a: MOV P1,#0FBH ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN4a AJMP RUNSTOP RUN4a: MOV P1,#0F7H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN5a AJMP RUNSTOP RUN5a: MOV P1,#0F6H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN6a AJMP RUNSTOP RUN6a: MOV P1,#0F5H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN7a AJMP RUNSTOP RUN7a: MOV P1,#0F3H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN8a AJMP RUNSTOP RUN8a: MOV P1,#0F2H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN9a AJMP RUNSTOP RUN9a: MOV P1,#0F1H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN10a AJMP RUNSTOP RUN10a: MOV P1,#0F0H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN11a AJMP RUNSTOP RUN11a: MOV P1,#0F8H ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN12a AJMP RUNSTOP RUN12a: MOV P1,#0FCH ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN13a AJMP RUNSTOP RUN13a: MOV P1,#0FEH ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN14a AJMP RUNSTOP RUN14a: MOV P1,#0FFH ACALL DELAY0 CJNE R3,#0,RUN1aa AJMP RUNSTOP RUN1aa:AJMP RUN1aRUNSTOP: CLR ET0 CLR TR0 MOV P1,#0FFH AJMP LOOPSET1a: ;设置Tx JNB P1.6,SET1aINC R2CJNE R2,#11, SET1bMOV R2,#1 SET1b: MOV A,R2 MOV B,#0AH DIV AB XCH A,B MOVC A,A+DPTR ;秒个位查表 MOV 30H,A ;字符码送30H单元暂存 MOV A,B MOVC A,A+DPTR ;秒十位查表 CJNE A,#30H,SET1c MOV A,#20HSET1c: MOV 31H,A ;字符码送31H单元暂存 ACALL DISP4 AJMPLOOPLOOP2a: ;用户照明 ACALL DISP3 LOOP2b: MOV P1,#0FEH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0FCH ACALL DELAY0JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0F8H ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0F0H ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0FEH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0FDH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0FBH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0F7H ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2c MOV P1,#0FFH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0F0H ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2c ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0F8H ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0FCH ACALL DELAY0JB P1.7,LOOP2cMOV P1,#0FEH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2c MOV P1,#0FFH ACALL DELAY0 JB P1.7,LOOP2c AJMP LOOP2b LOOP2c: MOV P1,#0FFHACALL DISP4 AJMPLOOPDISP1: ;系统启动欢迎语句 MOV A,#01H ;清显示 ACALL I_SEND DDL11: MOV A,#00H ;第一行 DDRAM 起始地址 ACALL I_SEND MOV A,#57H ;57H是W的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#65H ;65H是e的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#6CH ;6CH是l的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#63H ;63H是c的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#6FH ;6FH是o的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#6DH ;6DH是m的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#65H ;65H是e的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#20H ;6CH是 的字符代码 ACALL D_SEND ACALL 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MOV A,#01H ;清显示 ACALL I_SEND DDL13: MOV A,#00H ;第一行 DDRAM 起始地址 ACALL I_SEND MOV A,#59H ;59H是Y的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#6FH ;6FH是o的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#75H ;75H是u的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#20H ;6CH是 的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#63H ;63H是c的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#61H ;61H是a的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#6EH ;6EH是n的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#20H ;6CH是 的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#73H ;73H是s的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#65H ;65H是e的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#74H ;74H是t的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#20H ;6CH是 的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#54H ;54H是T的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#78H ;78H是U的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 DDL14: MOV A,#0C0H ;第二行 DDRAM 起始地址 ACALL I_SEND MOV A,#69H ;69H是i的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#6EH ;6EH是n的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#20H ;6CH是 的字符代码 ACALL D_SEND ACALL DELAY0 MOV A,#74H ;74H是t的字符代码 ACALL D_SEND ACALL 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