基于单片机的楼道照明自动控制系统设计

基于单片机的楼道照明自动控制系统设计基于单片机的楼道照明自动控制系统设计 1 设计内容设计内容 本次设计的内容为楼道照明自动控制系统的设计 它利用光敏电阻和热式电 红外传感器 单片机等器件对楼道照明灯具进行自动控制 使电灯白天不亮 夜间有人走动时自动点亮 人走后延时一段时间自动熄灭 从而达到节能的目 的 2 设计方案和主要元器件的选择设计方案和主要元器件的选择 2 12 1 设计方案设计方案 本次设计的三个要求 第一电灯白天不亮 第二晚上有人走动时自动点亮 第三人走后延时一段时间自动熄灭 针对 电灯白天不亮 我们采用光控 采 用光敏电阻 利用它的导电特性予以解决 针对行人走动电灯自动点亮 我们 采用热式电红外传感器 利用它将热转化为电压的特性予以解决 针对延时 我们采用单片机的延时程序予以解决 2 22 2 主要元器件的选择主要元器件的选择 一 光敏电阻的结构和工作原理 一 光敏电阻的结构和工作原理 1 1 结构结构 光敏电阻的结构和电路图形符号如图 1 所示 光敏电阻又称光导管 它几乎都是用半导体材料制成的光电器件 如图2所 示光敏电阻没有极性 纯粹是一个电阻器件 使用时即可加直流电压 也可加 交流电压 无光照时候 光敏电阻值 暗电阻 很大 电路中电流很小 当光 敏电阻收到一定波长范围的光照时 它的阻值 亮电阻 急剧减少 电路中电 流迅速增大 一般希望暗电阻越大越好 亮电阻越小越好 此时光敏电阻的灵 敏度高 实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级 亮电阻在几千欧以下 2 2 工作原理工作原理 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物 硒化物等半导体 通常采用 涂敷 喷涂 烧结等方法在绝缘底上制作很薄的光敏电阻体及梳妆欧姆电极 然后接出引线 封存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 则阶带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带 并在阶带 中产生一个带正电荷的空穴 这种有光照产生的电子 空穴对增加了半导体材 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 空穴对将逐渐复合 光敏 电阻的阻值也就逐渐恢复原值 二 热释电红外传感器 二 热释电红外传感器 任何发热体都会产生红外线 辐射的红外线波长跟物体温度有关 表面温度 越高 辐射能量越强 人体的正常体温为36 37 5 其辐射的最强的红外线的 波长为9 67 9 64um 中心波长为9 65um 故考虑采用热释电人体红外传感器 PIP 热释电红外传感器由传感探测元 干涉滤光片和场效应管匹配器三部分 组成 其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂 硫酸三甘 铁等配合滤光镜片窗口组成 其极化产生正 负电荷 随温度的变化而变化 端接电源 正极 端接电 源负极 端 为信号输出 由于热电元输出 的是电荷信号 并不能直接使用 因 而需要用电阻将 其转换为电压形 式 该电阻阻抗高达104 故引入的 沟道结型场效应管应接成共漏形式即 源极跟随器来完成阻抗变换 滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过 而 最大限度地阻止阳光 灯光等可见光中的红外线的通过 以免引起干扰 传感器只对移动或运动的人体 体温近似人体的物体起作用 1 人体经过探头先后被 A 源或被 B 源感应 SaSb 产生差值 双源 失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出 见图 3C 2 人对着探头呈垂直状态运动 Sa Sb 不产生差值 双源很难产生信号输出 径向移动反应最不敏感 而对于横切方向 即与半径垂直的方向 移动则最为敏 感 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报 求得最佳检测灵敏度极 为重要的一环 目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的 SD02 PH5324 和 德国海曼 LHi954 LHi958 菲涅尔镜片是红外线探头的 眼镜 它就象人的眼镜一样 配用得当与否直 接影响到使用的功效 配用不当产生误动作和漏动作 致使用户或者开发者对 其失去信心 配用得当充分发挥人体感应的作用 使其应用领域不断扩大 菲涅尔透镜的作 用有两个 一是聚焦作用 即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上 不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足 2 米 只有配合菲涅尔 透镜使用才能发挥最大作用 配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到 10 米 第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区 使进入探测区域的移动物 体能以温度变化的形式在 PIR 上产生变化的热释红外信号 当人进入感应范围 人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离 B区或近距离C区的某个段的同心环上 同心环与红外线探头有一个适当的焦距 红外光正好被探头接收 探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作 整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器 三 处理芯片 三 处理芯片 处理芯片采用STC89C52RC单片机 STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一 代高速 低功耗 超强抗干扰的单片机 指令代码完全兼容传统8051单片机 ISP 在系统可编程 IAP 在应用可编程 无需专用编程器 无需专用仿真器 可通过串口 RXD P3 O TXD P3 1 直接下载用户程序 数秒即一可完成一片 而且具有看门狗功能 因此采用STC89C52RC芯片 四 所应用元器件汇总 四 所应用元器件汇总 STC89C52RC 热释电红外传感器 TORCH LDR 光敏电阻 11 059MHz 的晶振 30pF 瓷片电容 1uF 电解电容 5 1 电阻 300 电阻 820 电阻 510 电阻 G5C 14 DC5 继电器 按钮开关 5V 电源 10V 电源 6 5V 电源 3 3 电路设计电路设计 楼道照明自动控制电路设计总电路图如下图 3 它有 4 部分组成 复位电路 时钟电路 光敏电阻控制电路 热释电红外传感器控制电路做成 复位电路 采用按键电平复位 按键电平复位原理 将复位端通过按键与 VCC 相连 当 RST 引脚上出现连续两 个机器周期的高电平时 单片机就能完成一次复位 时钟电路 采用内部时钟方式 MCS 51 单片机片内有一个高增益反向放大器 用于构成振 荡器 其输入端为芯片引脚 XTAL1 19 脚 输出端为引脚 XTAL2 18 脚 只需在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接石英晶体和两个微调电容 就可以构成稳定的 自激振荡器并产生震荡时钟脉冲 这种方式称为内部时钟方式 振荡器的工作频率选择 11 0592MHZ 微调电容取 30pF 该图为光敏电阻与单片机的连线图 该图为热电式红外线传感器与单片机的连线 因为 proteus 中无法仿真热电式 红外线传感器故用滑动变阻器代替演示 4 程序流程图 程序流程图 5 程序代码 程序代码 开始 任务调度机制 第 0 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N Y Y 第 1 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 第 2 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 第 3 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 第 4 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 第 5 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 第 6 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 第 7 路 亮 度 与 人 体 检 测 应 亮 亮 灯 人 走 后 十 秒 左 右 灭 灯 N N Y Y 程序如下 include include sbit P0 0 P0 0 sbit P0 1 P0 1 sbit P0 2 P0 2 sbit P0 3 P0 3 sbit P0 4 P0 4 sbit P0 5 P0 5 sbit P0 6 P0 6 sbit P0 7 P0 7 sbit P1 0 P1 0 sbit P1 1 P1 1 sbit P1 2 P1 2 sbit P1 3 P1 3 sbit P1 4 P1 4 sbit P1 5 P1 5 sbit P1 6 P1 6 sbit P1 7 P1 7 sbit P3 0 P3 0 sbit P3 1 P3 1 sbit P3 2 P3 2 sbit P3 3 P3 3 sbit P3 4 P3 4 sbit P3 5 P3 5 sbit P3 6 P3 6 sbit P3 7 P3 7 job0 task 0 unsigned long i P3 0 os create task 1 os create task 2 os create task 3 os create task 4 os create task 5 os create task 6 os create task 7 while 1 if P1 0 0 P3 0 0 if P0 0 1 P3 0 0 if P0 0 0 if P1 0 1 P3 0 1 for i 0 i 10000 i job1 task 1 unsigned long i while 1 if P1 1 0 P3 1 0 if P0 1 1 P3 1 0 if P0 1 0 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对于这次课程设计 一开始我不知所措 无从下手 一片茫然 但是经过 和同学一