毕业设计（论文）-基于51单片机的智能教室灯设计.doc

毕业设计用纸中文摘要 本研究针对教室灯光的控制方法，尤其是教室灯光的智能控制方面的发展现状，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机的教室灯光智能控制 系统的设计思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件装置和相应软件。 该系统以STC89C51单片机作为控制装置的智能部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用LM393构成的电路检测环境光的强度；根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。采用模块化结构设计、条理清晰、通用性好，便于改进和扩充。该系统具有体积小，控制方便,可靠性高，专用性强，性价比合理等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词：传感器，智能化，单片机全套设计加扣 3012250582ABSTRACT Based on the method of controlling the lamplight, especially in the light of the status quo of the development of intelligent control are analyzed, the lamplight of intelligent control principle and realization method, is proposed based on single-chip classroom light intelligent control system design, and on the basis of the intelligent control system is developed and the corresponding software, hardware device.This system to control device of STC89C51single chip microcomputer as intelligent parts, using thermal infrared detection sensor measuring interpretation of human body, using light activated triode circuit testing environment of light intensity, According to the condition of lights, rational system of human existence by ambient light signals and the recognition and intelligent signal to the classroom, lighting circuit intelligent control, avoid the waste of a classroom. System also has many alarm functions, Also in soft/hardware in the watch-dog technique etc. Single-chip microcomputer software anti-interference measures adopted assembly language, modular structure design, good clear, generality, and to improve and expand. This system has the advantages of small size, high reliability and easy control, the price is reasonable, strong specificity etc, can satisfy all kinds of big, secondary colleges classroom light control requirements, to a great degree of energy-saving objective.Keywords: infrared sensors SCM pyroelectric 目 录第一章 引言51.1课题的选题背景意义51.2 研究的现状及其存在的问题51.3 本课题研究的内容和目标71.3.1 研究内容71.3.2 研究目标71.4 本课题拟解决的关键问题7第二章 智能灯简介及控制方案的分析72.1 教室灯光控制器简介82.2 系统控制方案的分析8第三章 系统控制模块的硬件设计83.1 控制模块的硬件构成83.2 控制系统的主要硬件电路93.2.1 系统主控电路93.2.2单片机最小系统113.2.3 LED提示电路123.2.4光敏模块电路133.2.5 人体感应模块电路143.2.6 继电器驱动接口电路16第四章 系统软件程序的设计174.1Keil C51软件平台174.2程序的模块化划分18第五章结论及展望195.1总结195.2展望19参考文献20附录 A21附录 B22致谢24第一章 引言1.1课题的选题背景意义当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问 题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。 目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造 成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念楣违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展。例如搂道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便，实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。 1.2 研究的现状及其存在的问题 世界各地发电的主要原料是煤炭、石油和天然气，面丹麦在能源利用方面的成功经验提供了很好的借鉴。从1974年以来，尽管丹麦国民收入增长了50%。丹麦总的能源消费量并没有增加。丹麦是OECD成员国中能源消耗量和国民收入比值最小的国家。他们不断地提供一些节能供热系统。例如丹麦热电周供热电厂(CHP)。两且，他们尽可能的有效利用资源。这样，他们的能源使用总效率达到了90%。丹麦政府很重视住房空同用电的节簏，并设立了对新建房屋节能的诸多要求。数据显示，居民入住有节能装置的房子时，他们要支付比没有节能方案房屋高出8%的费 用。其节能项目经验在欧盟国家中广为流传。还有，欧司朗一斯维尼亚公司不断的推出新型高输出的荧光灯，节约6%的总系统功率，并具有更高的光通量和平均光通量。飞利浦照明公司推出的陶瓷金卤灯代替过去的卤钨灯，可节能60%的电能。种种迹象表明世界各国都在采取不同方式 来节约能源，节约电能。中国经济持续多年的高速发展让能源问题日益突出。虽然我国能源总储量不低，但由于我国人口众多，所以人均储量少，单位产值的能耗 是发达国家的3-10倍。能源问题已成为制约我国国民经济发展的关键 问题。从环境和自然资源角度出发，能源问题也是我国长期可持续发展 战略中一个关键因素。此外，能源问题不仅关系经济发展和环境生态，在特定情况下还会对社会稳定有很大影响。鉴于能源问题的重要性，我 国在绿色照明工程新闻发布，绿色照明工程未来五年问将在公用设旅、 宾馆、商厦、居民住所等全国建筑物中推广1.5亿只节能灯，节电290亿度电。上海、河北等一些地方采取政府对节能灯大宗采购每只补贴3 至4元的方式进行推广。从普通白炽灯到高效节能灯，使我国的电光源 产品结构逐步向节电型转。当前，随着经济的飞速发展，能源短缺问题日益突出，成为一个国家经济发展的“瓶颈”。作为工业生产和人民生活不可或缺的电力能源更是如此。尤其现今越来越提倡低碳生活，节约能源已经成为一种全球共识，而作为培养社会精英的高校更应该起到榜样的作用。但是目前在校园内，教室灯火通明，却空无一人的现象屡见不鲜，这不仅造成了严重的资源浪费，也对高校的形象造成了很坏的影响。本文所研究的教室灯光控制系统就可以很好地实现节约能源的作用。目前，我国照明用电约占社会总用电量12%，采用高效照明产品代替传统的低效照明产品可节电60%-80%。如今，北京正在大力推行绿色照明工程，己推出上百万只绿色照明光源和部分节能电器，据估算年节约用电可达3442万千瓦时，节约电费2519.7万元。政府已经在商厦、学校、医院等更换24万只节能灯具。在奥运工程的建设上、也大量运用节能技术，北京的奥运厂馆“水立方”，通过采用大量的节能灯具，装备新技术，通过增强透光性白天可节约照明能耗50%。我们党在2000年10月11日党第十五届中央委员会第五次会议通过 的中共中央关于制定国民经济和社会发展第十个五年计划的建议中明确指出： “加强基础设施建设是今后五年至十年一项十分重要的任 务。”其中提到的基础设施建设就包括了能源建设。建议还强调了能源建设要发挥资源优势，优化能源结构，提高利用效率，加强环境保 护。面临如此紧迫的能源问题，我们应该把着眼点放在“高效”利用“清 洁”能源上。由此可见，节能照明用电，对节能具有重要的意义。目前国内各类院校中，由于同学们的自觉节能意识薄弱，在光线足够强时也开灯，课上完离开教室后灯还亮着的现象普遍存在；而且，节能规划极为欠缺，教室的灯光控制由管理人员手工代替，教室极多，管理人员忙不过来,这样就造成不必要的电能 浪费和经济损失。基于以上种种原因，提高教室用电效率就成为学校节能的重要且主要的措施之一，因此节能技术的重要手段之一就是教室灯自动控制系统的设计无疑就成为其中一项重要课题。1.3 本课题研究的内容和目标 1.3.1 研究内容 本课题的研究内容有如下几点： (1) 了解教室照明光强的标准 ; (2) 调研教室灯光照明需求以及环境光强弱与开、关灯的关系； (3) 研究人体存在探测技术，探测角度与范围； (4) 研究传感器在教室分布、安放问题，是否一灯一个传感器或多灯公用传感器等； (5) 研究确定人体传感器的有关参数； (6) 研究灯光控制器电源问题；(7) 研究控制器参数值设定的要求及方案；1.3.2 研究目标 本课题针对教室灯光的控制，分析了教室灯光智能控制的原理和实现方法，提出了基于单片机设计教室灯光智能控制系统的思路，并在此基础上开发了智能控制系统的硬件模块和相应软件部分。研究的教室灯光控制系统能用于现有教室照明系统的改造，实现对照明系统的人性化智能管理，提高用电效率；实现自动、手动灯光控制相兼容，以降低成本；通过反复试验和改进，最终达到可靠性、实用性、推广性较好的目标。 1.4 本课题拟解决的关键问题 本课题拟通过试验研究教室灯光的各种控制方案解决如下关键问题：(1) 照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题； (2) 传感器与教室灯配合安装的问题； (3) 环境光参数输入采集问题 ；(4) 人存在传感器参数输入采集问题；(5) 信号的干扰问题；(6) 感应强度问题；(7) 安全问题；(8) 方案的可行性问题；(9) 成本问题。第二章 智能灯简介及控制方案的分析2.1 教室灯光控制器简介 教室灯光控制器可实现有效的教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体存在信号和环境光信号等的外界因素，环境光的强度达到一定值时不开灯,环境光强度在一定阀值以下且有人存在时开灯，理论和实验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。 教室灯光控制器一般安装在教室内避开电灯直射的位置，且人体传感器安置时应使人体活动方向与人体传感器中两个热释电元连线方向垂直，这样可使人体存在信号采集更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感器。2.2 系统控制方案的分析 所研制的控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现自动与手动控制相兼容。在自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯;在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开 后再延时一定时间后关灯。 本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能。第三章 系统控制模块的硬件设计 考虑到本系统所安装的环境影响因素比较多，且教室控制设备中的人体存在传感器等经常会园环境情形变化而不稳定，所以在设计过程中，电子元器件 的选用、线路布置和设备的安放要充分考虑到抗干扰问题。3.1 控制模块的硬件构成系统控制单元是以单片机主控模块为核心，其它外围电路主要包括：系统供电模块、硬件时钟模块、看门狗模块、环境光模块、人体存在传感器模块、遥控器模块、遥控器接收模块及超时报警模块，设计的系统总框图如图2-1所示。继电器模块电源供电晶振电路单片机LED指示模块复位电路光敏模块人体感应模块图3-1系统总体框图3.2 控制系统的主要硬件电路3.2.1 系统主控电路从控制系统的大小和复杂度出发，必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往需要考虑芯片的速度，ROM容量，I/O引脚数量和工作电压(1.8V/3V/5V)等，后者则包括是否拥有看门狗，双指针，双串口，实时时钟，CAN接口，SPI接口，USB接口等附加模块。本设计中受控对象只有超声波、声光报警，复杂度低，采用低端的通用的单片机芯片就能够满足要求。从容易学习掌握的角度出发，要求所选单片机支持简单易学的编程语言，并且拥有软件支持的良好编程环境。同时还应当有丰富的资料支持，包括详尽的芯片说明书，应用指南，设计方案，范例程序等。从工作可靠性的角度出发，要求所选芯片有较宽工作温度范围，较低的功耗和一定的抗干扰能力。按适用的工作温度分，常用单片机芯片可分为商用级、工业级、军品级，这里选择一般的商用机即可。在功耗和抗干扰方面，本控制系统的要求都不高，一般的单片机芯片都能满足要求。综上所述，本系统选择STC89C51单片机作为主控芯片。足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。单片微型计算机是随着微型计算机的发展而产生和发展的。自从1975 年美国德克萨斯仪器公司的第一台单片微型计算机（ 简称单片机）TMS-1000 问世以来，迄今为止，单片机技术已成为计算机技术的一个独特分支，单片机的应用领域也越来越广泛，特别是在工业控制中经常遇到对某些物理量进行定时采样与控制的问题，在仪器仪表智能化中也扮演着极其重要的角色。如果将8位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可以分为以下几个阶段：第一阶段（19761978）：单片机的探索阶段。以Intel公司的MCS-48为代表。MCS-48的推出是在工控领域的探索，参与这一探索的公司还有Motorola、Zilog等。都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单片机”一词即由此而来。第二阶段（19781982）：单片机的完善阶段。Intel公司在MCS-48基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS-51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。（1）完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。（3）体现工控特性的地址空间及位操作方式。（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段（19821990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS-96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面、深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。中央处理器(CPU)。它是单片机的核心，包括运算器和控制器两个主要组成部分，用于实现运算和控制功能。运算器主要包括算术逻辑运算部件(ALU)、位处理器、累加器A、寄存器B、缓存器TMP1和TMP2、程序状态字寄存器PSW以及十进制调整电路等。其主要功能是实现数据的算术运算、逻辑运算、位操作及数据传送等。控制器主要由时钟和时序电路以及一些控制寄存器组成。其主要功能是协调整个单片机的工作，产生时序脉冲和提供控制信号等。数据存储器。MCS-52系列单片机芯片数据存储器共有128个存储单元，用于存放可读写的数据。为了与外部扩展的数据存储器相区别，通常称芯片内部的数据存储器为内部数据存储器，简称内部RAM。程序存储器。89c52芯片内部有4KB掩膜ROM用来存放程序和原始数据。通常称之为内部程序存储器或内部ROM。定时器/计数器。MCS-52共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时和计数功能。图3-2 单片机引脚图3.2.2单片机最小系统单片机芯片内还有一项主要内容就是并行I/O口。STC89C51共有4个8位的并行I/O口，分别记作P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱动器和输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。在访问片外扩展存储器时，低8位地址和数据由P0口分时传送，高8位地址由P2口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这4个口的每一位均可作为双向的I/O端口使用。单片机的4个I/O口都是8位双向口，这些口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点。STC89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。当在STC89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。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6MHZ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端经过电阻与电源Vcc接通而实现的。系统图如图3-2所示 图3-3 单片机最小系统原理图3.2.3 LED提示电路 LED英文单词的缩写，主要含义：LED = Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光；它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、辐射低与功耗低。作为目前全球最受瞩目的新一代光源，LED因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过近40年的发展，产品广泛应用于景观照明和普通照明领域，我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。曾经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。智能灯利用led的亮和灭指示是否感应到人体和继电器是否有输出。图3-4 LED提示电路3.2.4光敏模块电路光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。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。光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（0.40.76）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。设计光控电路时，都用白炽灯泡（小电珠）光线或自然光线作控制光源，使设计大为简化。本设计利用光敏阻值的变化与电阻进行分压，得到的电压值给LM393进行电压比较，通过10k可调电阻可以实现光线限值的调节。感应光线是否过弱，将信号给单片机处理。图3-5 光敏模块电路图3.2.5 人体感应模块电路自然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。根据工作原理，红外传感器分为热型 和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。与量子 型相比，响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。量子型与热型 的特点相反，而且要求冷却条件。本系统采用的是热释电红外传感器，人体存在传感 器主要采用了红外传感器的原理，它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水 龙头、自动电梯、自动照明等场合，及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。 其原因为：被测对象自身发射红外线，可不必另设光源；大气对2-2.61LM、3-51LM、8-1411M三个被称为“大气窗口”的特定光通量的红外线吸收甚少，可非 常容易被检测；中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。 人体存在传感器的热释电红外探头的工作原理及特性如下： 人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10M左右的红外线，被动式红外探头就靠探测人体发射的10M左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10M叫左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源采用 热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生由人体存在的信号。全自动感应：人进入其感应范围则输出低电平，人离开感应范围则自动延时关闭低电平，输出待机时的高电平。两种触发方式：a.不可重复触发方式：即感应输出低电平后，延时时间段一结束，输出将自动从低电平变为高电平；b.可重复触发方式：即感应输出低电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持低电平，直到人离开后至延时结束，低电平跳变为高电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点).具有感应封锁时间：感应模块在每一次感应输出后，待延时时间一结束，可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。(此时间可设置在零点几秒几十秒钟)。1) 这种探头是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10M左右的 红外辐射非常敏感。2) 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面覆盖有特殊的菲泥尔滤光 片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。3) 人体存在的探测，其传感器包含两个互相串联的热释电元，而且制成的两个电 极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释 电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。4) 一旦有人进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦。并被人体存在传 感器的热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵 消，经信号处理而输出有人体存在的信号。5) 菲泥尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 人体传感器透镜的信号采集敏感区示意图如图3-6，图 3-6 信号采集敏感区有人进入时，移动人体发出的红外线被红外传感器接收，则人体存在被感应，并输出 高电平。若人体进入最不敏感移动方向时，则人体传感器所体现的信号就会不理想，有时还会产生误动作，所以要特别注意人体传感器的安装方向。人体传感器HP-208是深圳市浩博特电子有限公司研发和生产的基于红外线技术的智能产品，它的主要特性如下：(1) 感应为全自动方式，人进入感应范围时输出高电平(高3.3V），人离开感 应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平(低0.3V)，其高低电平利于采集； (2) 采用可重复触发方式。即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有 人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时8秒 -15秒后将高电平变为低电平； (3) 人体传感器工作电压宽为DC3V-DC24V；(4) 人体传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于140度锥角，感应距离 为7米以内； (5) 其静态电流小于50微安，功耗低； (6) 工作温度介于-15和+700之间，适应性强；(7) 灵敏度高，可靠性强。 人体传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为地信号端，2号引脚为采集信号输出端。在电路设计中，为了使人体传感器的工作更加可靠，增加一个三极管驱动人体存在传感器输出信号的可靠性。其电路原理图如图3-7图3-7 人体传感器电路图3.2.6 继电器驱动接口电路电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。继电器一般有两股电路，为低压控制电路和高压工作电路。继电器驱动接口电路如图3-8所示，这里继电器由相应的PNP型号的三极管来驱动，开机时，单片机初始化后的P3. 5为高电平，三极管截止，所以开机后继电器始终处于释放状态，如果P3. 5为低电平，三极管的基极就会被拉低而产生足够的基极电流，使三极管导通，继电器就会得电吸合，从而驱动负载，点亮相应电灯。图3-8 继电器驱动电路图第四章 系统软件程序的设计对于单片机系统，程序设计的主要任务是通过对单片机系统内部有限硬件资源的合理分配，利用最直接有效的程序设计语言，实现对单片机外围设备的控制，使这些外围设备能够进行所期望的操作。软件设计通常对系统的可靠和高效率运行有着相当大的影响，也是系统设计工作量中较大的任务。 4.1Keil C51软件平台Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51工具包的整体结构主要包括uVision与Ishell，它们分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。Keil可以编译C源码，汇编源程序，连接和重定位你的目标文件和库文件，创建HEX文件，调试目标程序。与其他软件相比，具有以下特点：(1)Windows应用程序uVision2是一个集成开发环境，它把项目管理，源代码编辑，程序调试等集成到一个功能强大的环境中。(2)C51美国标准优化C交叉编译器从你的C源代码产生可重定位的目标文件。(3)A51宏汇编器从你的8051汇编源代码产生可重定位的目标文件。(4)BL51连接/重定位器组合你的由C51和A51产生的可重定位的目标文件，生成绝对目标文件。(5)LIB51库管理器组合你的目标文件，生成可以被连接器使用的库文件。(6)OH51目标文件到HEX格式的转换器从绝对目标文件创建Intel HEX 格式的文件。(7)RTX-51实时操作系统简化了复杂和对时间要求敏感的软件项目。uVision2 集成开发环境集成了一个项目管理器，一个功能丰富、有错误提示的编辑器，以及设置选项，生成工具，在线帮助。利用uVision2创建的源代码并把它们组织到一个能确定你的目标应用的项目中去。uVision2自动编译，汇编，连接嵌入式应用，并为开发提供一个单一的焦点。4.2程序的模块化划分模块化程序设计是一种常用的程序设计技术，它将一个功能完整的较长的程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块，各个程序模块分别进行设计、编制和调试。利用程序的模块化设计方法，有利于程序代码优化，提高程序的可读性，便于功能扩充和版本升级；单个模块结构的程序功能单一，易于编写、调试、维护和系统功能扩展；对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块的调用。本章的软件设计根据所要实现的功能，以系统的硬件设计为基础，采用模块化的程序设计思想，确保完成系统功能的同时，实现系统的可靠运行。软件设计的目的就是让单片机加载程序并运行，对距离、时间、光照强度进行测量，根据测量结果控制继电器的输出。系统的软件总流程图如图4-1所示。开始系统初始化光线是否过弱N继电器断开YY是否检测到人体继电器吸合N延时5sNY是否检测到人体图4-1系统软件总流程图第五章结论及展望5.1总结该教室灯光系统的控制是以STC89C51单片机芯片为核心，通过相关电路的驱动，完成对系统设备(电灯)的控制，实现了对教室灯光的自动开灯、关灯控制。简化了电路设计，同时节省了单片机I/O口资源，为系统进一步扩展留下了空间。系统的硬件及软件设计，经实验初步证实了系统具有很好的稳定性，提高了电能的利用率。在保证稳定、可靠工作的前提下，硬件设计上尽量采用性价比高的元器件，以降低成本。软件设计上采用多任务形式对信号的采集、处理，达到最终控制灯光的目的。本控制系统与已有的教室灯光配套使用时，不需要对原有设备电路进行大的改动，以降低实现教室灯光智能控制的成本。5.2展望由于教室大小面积各不相同、教室灯光数量不一，教室内部安装智能控制装备的数量也会有所不同，特别是人体传感器使用的数量受面积的影响更大，一套教室灯光控制系统的应用也只是在有限的范围内。若教室面积很大，超过人体传感器辐射范围，这样采集的信号可能会不够准确，进而影响控制设备的运行。为防止这种现象发生，使系统更加可靠，