可调试声控灯控制器.doc

沧州职业技术学院毕业设计绪论时代在进步科技在发展喜爱电子技术的人也越来越多，但初次接触门槛较高，对于一个喜爱电子制作的初学者而言，制作并完成一个电子产品是非常必要的。当前在各大高校，提出经典的实训任务比较困难，而且实训材料成本高，对学校来说也是一种负担；程序复杂，对刚入门的学生比较困难，传统实习内容死板单一，与现实脱节，因此爱好者不能深入理解与掌握的单片机的功能和原理，而且市场很难提供针对电子爱好的初学者进行简单入门的电子制作范例。本文针喜爱电子制作的人设计，但刚入门的爱好者学习比较困难，所学的理论知识不足并且不能很好的运用，而国内很多高职院校的实践教学环境，使得初学者在学习中进展缓慢，学习效果很难保证，本作品基于AT89C51微处理器的可调声控LED灯，实现初学者的学习制作，扩展思路以便在以后的学习中提出与现实联系紧密的实训任务。基于AT89C51单片机的可调式声控开关，通过声音采集传感器采集声音信号实现了对LED灯的自动控制。该项制作采用ATC单片机核心板为主控逻辑单元作为大学生电子爱好者及专业入门的电子小制作典型电路之一，采用AT89C51单片机为主控单元与可调式声控传感器连接扩展，使初学者初步了解单片机外设的扩展与应用。通过AT89C51单片机驱动继电器控制LED灯工作状态，使初学者了解单片机如何驱动外部设备，练习编制外设驱动程序。可调声控灯的制作，让初学者了解简单的程序编制过程、方法及软件设计思路。本作品做简单的更改后可以作为一个简单防盗装置应用于实际生活中，将其安装在门窗隐秘处，当夜晚或外出时开启装置，一旦有人通过不正当方式闯入，通过声音采集器对声音采集，发出尖锐的警报，从而达到警告外人和警醒主人的目的。进一步加强了学生在电工电子课程中对常见的元器件的选择、检测、焊接等基本操作技能，同时加强了学生对于单片机接口电路的进一步了解，将传感器与单片机控制技术有机结合起来。第1章照明灯及LED发展史1.1照明灯的发展史自从人类学会钻木取火以来,照明经历了从火、油到电的发展历程。照明工具经历过无数的变革,出现过火把、动物油灯、植物油灯、蜡烛、煤油灯到白炽灯、日光灯,发展到现在琳琅满目的装饰灯、节能灯等,可以说一部照明的历史正是人类发展历史的见证。 人类使用油灯照明的历史特别长。在这期间,油灯经过了多次改进。油灯用油从动物油改为植物油,最后又被煤油取代。灯芯也经历了草、棉线、多股棉线的变化过程。为了防止风把火吹灭,人们给油灯加上了罩。早期的罩是用纸糊的,很不安全,后来改用玻璃罩。这样的油灯不怕风吹,在户外也照样使用,而且燃烧充分,不冒黑烟。 可是人类并没有满足,在使用油灯照明的同时,仍然在寻找其他的照明方法。公元前3世纪左右,有人用蜂蜡作成了蜡烛。到了18世纪,出现了用石蜡制作的蜡烛 ,并且开始用机器大量生产。 100多年前英国人发明了煤气灯,使人类的照明方法向前迈进了一大步。最初,这种灯很不安全,在室内用容易发生危险,因此只当做路灯用。后来经过改进,它才走进千家万户。 火把、蜡烛、油灯、煤油灯、煤气灯这些照明工具,都没有离开火,都是靠物质燃烧发出的光来照明的。那么有没有不用火也能照明的方法呢?有人曾经捉来大批的萤火虫,利用萤火虫发出的萤光来照明。这种方法虽然不实用,不过在人类的照明史上也算是最奇特的一种方法了。 19世纪末,爱迪生发明了电灯.1879年10月22日，爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯。从此改写了人类照明的历史,人类走向了用电照明的时代。 电灯泡(白炽灯)：电线里的电流进入到很细很细的金属丝里,金属丝会产生高热,热到一定程度会发光,这是最早的电灯,现在仍然在广泛使用。 日光灯：它不含红外线,所以它的光是很温和的,不伤眼睛;因为不含有热线,用起来比较省电;它也会发出许多美丽有色的光。这就是由荧光粉里所含的化学药品的性质来定了,例如涂上钨酸镁的,发蓝白色光,涂上硼酸镉的发淡红色光。 蒸汽灯：是由密封在玻璃管里的各种蒸汽通以电流而发光的。它们的构造,有点像日光灯,也能省电。蒸汽灯有水银蒸汽灯、钠蒸汽灯。 下一代的新型照明光源,是LED灯,即用高亮度发光二极管做。1.2单色光LED的种类及其发展历史最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（p=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（p=555nm），黄光（p=590nm）和橙光（p=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（p=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（p=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。1.3单色光LED的应用最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯，由于LED响应速度快（纳秒级），可以及早让尾随车辆的司机知道行驶状况，减少汽车追尾事故的发生。第2章 技术性能2.1原理框图图2-1原理框图声控传感器利用声音的相对比较，返回是否有声单的相对信号给机器人主机。使用调节器调节给定声控传感器的初始值，声控传感器不断地把外界声音的强度与给定强度比较，超过给定的强度时，向主机发送“有声音”信号，否则发送“没有声音”的信号。 通过声音采集器采集声音，将其转换为电信号传输给AT89C51单片机，经单片机处理以后将信号输出给LED灯，从而实现自动控制。在设计制作中加入了可调电路，实现对采集声音范围的可调如图2-1所示。2.2 AT89C51主控电路图2.2.1 AT89C51核心板功能简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图2-2所示。图 2-2 AT89C51主控电路图2.2.2 AT89C51管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。2.2.3 主控电路与驱动电路整合说明该项目运用单片机的P0.0口和P1.0口通过声音采集器把采集的声音信号经过LM358放大，经P1.0输入给AT89C51单片机，经过AT89C51单片机对输入信号的处理，经过逻辑判断，之后再通过P0.0输出给ULN2003驱动继电器，使继电器线圈通电吸合，实现了对LED灯的自动控制。如图2-3整合实物图所示。123图2-3 整合实物图2.3 声音采集器原理声音采集器是动圈式的声音传感器，薄膜后面有线圈，线圈中间有磁铁。外部声音震动薄膜声波到达后电阻发生变化，线圈在磁场中随声音运动（震动），产生电流。使里面的电磁铁打开或关上，来控制灯的开关（如图2-3注2）。2.4 LM358运算放大器原理图及功能简LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器（如图2-4），适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。图2-4 LM358内部电路图第3章 制作与应用方法3.1制作步骤（1）设计、焊接电路调试拾音器电路板。焊接好电路通电，并连接继电器线圈，继电器常开连接一个LED,采集外部声音使继电器吸合，实现LED的闪烁，通过调节电路板中的滑动电阻阻值，改变声音的接收范围进行调试电路。（2）设计、焊接继电气装置，并进行调试，使其能够控制等的亮灭。焊接好电路在不通电时，测试继电器的常开、常闭是否断闭合与闭合，在通电测试其继电器的常开、常闭是否断闭合与断开进行调试。（3）设计、焊接、调试AT89C51单片机最小系统。在通电不加单片机情况下测试一下VCC与VSS是否短路；测试各口电压值是否正常，稳压器是否正常，是否成功下载程序，编写各P口测试程序，是否按程序运行。（4）编写系统控制程序，并进行系统程序的仿真调试；（5）系统软硬件组合调试，以及产品外观的设计与制作；系统软硬件组合后，对外部声音的采集，调节滑动电阻阻值进行调试。3.2应用生活中，好多地方都使用声控灯照明，一来节约了电资源，二来使用起来异常方便，不必在黑暗中摸索开关。当然，也有弊端，由于开关的频率比较高，灯泡的寿命大大降低，同时，也造成了一定的噪音污染。 这里，要探讨一个非常有意思的现象：在遇到声控灯时，人们往往是用不同的办法，让它发光照明。但有一点是相同的：不管采用何种方法，一定要发出声音才可以。方法有以下几种：（1）跺脚，女士如果穿高跟鞋，只需正常走路，灯一般就会亮；男士，考虑到现在灯的灵敏度问题，一般需要重重跺脚。（2）口哨，一般限于男士，也不排除女士。（3）拍手，两只手，轻轻一拍，男女均可。（4）咳嗽，年长者使用较多，吐痰时顺便亮了灯。 （5）拍墙，采用的人比较少，主要考虑到手的痛感。参考文献1楼然苗.51 系列单片机设计实例.北京:北京航空航天出版社，2003 2周立功.单片机实验与实践.北京:北京航空航天出版社,20043胡汉才.单片机原理及接口技术.北京:清华大学出版社,19964王海春.微机原理与接口技术.北京:化学工业出版社,20025高海生.杨文焕,单片机应用大全.成都:西南交通大学出版社,19966王晓明.郭伟玲,高国,沈光池.LED新一代照明光源.现代显示,20057潘兴明.王燕芳等,微控制器原理与开发技术.北京:清华大学出版社,19978刘瑞新.单片机原理及应用教程.北京:机械工业出版社，2003 9张毅刚.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨:哈工大出版社，2004致谢弹指一挥间，大学三年已经接近了尾声。三年的艰苦跋涉，半个多月的精心准备，毕业设计终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负，但创作过程中常常出现的辗转反侧和力不从心之感却挥之不去。虽然毕业设计的题目已经给出但是创作的过程并不轻松：各种压力的时时袭扰，知识积累的尚欠火候，致使我一次次埋头于图书馆及网络中，一次次在深夜奋力敲打键盘。在这里需要的感谢的人很多，是他们让我这大学三年从知识到人格上有了一个全新的改变。感谢我的指导老师，够顺利完成毕业设计，离不开他的悉心指导，他对我的设计从确定题目、修