热释电人体感应调光灯毕业设计

1、 j i a n g s u u n i v e r s i ty本 科 毕 业 论 文 智能感应调光灯设计smart induction dimming lights专 业： 班 级： 姓 名： 指导教师姓名： 指导教师职称： 2013年 5 月 3 日智能感应调光灯专业班级：电子信息工程(2)班 学生姓名：林思宇指导老师：王振宇 职称：副教授摘要 进入21世纪，人们的生活水平逐渐提高，伴随着环保事业的兴起，人们的环保意识也在逐渐的提高。节能减排成为了我们生产生活中必须要注意和重视的一个问题。对待灯具也是一样，灯具在现代已经不仅仅是室内基本照明的工具，已经是室内装潢建筑艺术的体现，各种景观型

2、、功能型灯具层出不穷，如何在不影响灯具原本设计功能的同时达到节能减排的效果是现在很多厂家关注的重点。本课题智能感应调光灯通过对人体散发微量红外线的监控可以达到人至灯亮、人走灯灭的效果，避免灯具长时间工作队能源的浪费，还能有效延长灯具的使用寿命。实现方法主要是利用红外处理芯片biss0001对红外信号进行处理，采用stc系列单片机stc12c5a60s2，实现了能根据实际光线条件通过stc芯片的p2.0口控制继电器的开关来控制开关灯的功能。本电路主要利用单片机及少数外围元件组成光控人体感应节能灯，白天，由于光线照射，该灯始终处于关闭状态，一到晚上，在黑暗中，该灯只要收到一个人体红外信号，灯就自动

3、点亮，而后人离开时，自动熄灭，可以达到节电的目的，其装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点。关键字 人体感应模块 stc单片机 光敏电阻 信号处理 smart induction dimming lightsabstract the 21st century, the peoples living standards gradually improved, along with the rise of environmental protection awareness of the environment is grad

4、ually improving. emission reduction has become our production and life must pay attention to an important issue. treat lighting as well, has not only lighting in the modern indoor lighting tools, is a manifestation of the interior architectural art, variety of landscapes, endless stream of functiona

5、l lighting, how without affecting the original lighting design features at the same time to achieve energy saving the effect of the row is now the focus of many manufacturers. the subject smart sensor dimmer lights monitors the infrared ray from human body to turn the light on or off when humans com

6、e or go, which can prevent the waste of election.implementation mainly using the the infrared processing chip biss0001 infrared signal processing, the use of stc series mcu stc12c5a60s2, accordance with available light through the stc chip the p2.0 port control relay switch control switch lights.the

7、 circuit is mainly the use of single-chip and a small number of external components light control body induction energy-saving lamps, daytime, due to the light, the light is always turned off, one night, in the dark, the lights just received a human body infrared signal light automatic lights, then

8、left, automatically turns off, you can achieve the purpose of saving, the device eliminates the need for energy consumption, heavy, easy to produce heat power transformer, has a simple structure, consumable mild, stable performance, high sensitivity, versatile features.key words human body sensing m

9、odule stc scm photoresistor signal processing目录第一章 绪论11.1本课题的研究意义11.2 国内外研究现状，发展水平及趋势11.3课题的研究内容及方法2第二章 系统框架3第三章 总体原理图及主要元件介绍43.1设计总体电路图43.2 被动式热释电红外探头43.2.1热释电效应53.2.2被动式热释电红外传感器的工作原理与特性63.2.3被动式热释电红外传感器的优缺点63.2.4热释电红外探头处理芯片原理及应用73.3 光敏电阻83.3.1 光敏电阻原理83.3.2 光敏电阻材料93.3.3 光敏电阻分类93.3.4 光敏电阻主要参数93.4 st

10、c12c5a60s2 单片机103.4.1 单片机的功能103.4.2 单片机的特点及应用103.4.3 单片机的发展趋势113.4.4 stc12c5a60s2 单片机简介113.4.5 stc12c5a60s单片机基本组成、特点及主要性能123.5红外热释电处理芯片biss0001133.5.1 biss0001处理芯片的特点133.5.2 biss0001芯片参数133.5.3 biss0001芯片结构及工作方式153.6菲涅尔透镜17第四章 模块说明194.1光控模块的设计194.2控制模块的设计194.3 人体检测模块20第五章 程序框图及原理说明24第六章 总结28致谢29参考文献

11、30附录31江苏大学毕业论文第一章 绪论1.1本课题的研究意义进入21世纪，人们的生活水平逐渐提高，伴随着环保事业的兴起，人们的环保意识也在逐渐的提高。节能减排成为了我们生产生活中必须要注意和重视的一个问题。对待灯具也是一样，灯具在现代已经不仅仅是室内基本照明的工具，已经是室内装潢建筑艺术的体现，各种景观型、功能型灯具层出不穷，如何在不影响灯具原本设计功能的同时达到节能减排的效果是现在很多厂家关注的重点。本课题智能感应调光灯通过对人体散发微量红外线的监控可以达到人至灯亮、人走灯灭的效果，避免灯具长时间工作队能源的浪费，还能有效延长灯具的使用寿命。1.2 国内外研究现状，发展水平及趋势在当今世界

12、经济全球化和区域经济一体化的形式下，随着信息行业和计算机产业的高速发展、人们物质与精神生活水平的迅速提高，人们对工作和生活环境的灵活性、高效性和舒适性要求越来越高，传统的工作、居住环境受到了强有力地挑战，智能建筑，智能小区，智能家居等应运而生，楼宇自动化(ba)、通信自动化(ca)、办公自动化(oa)、家庭自动化(ha)等各种自动化系统不断出现，人们对照明的要求也越来越高，传统的照明技术受到了时代的强烈冲击，现代照明技术发生了深刻的变化，“智能照明”技术随之出现，并迅速地向前发展。热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热释电效应探测

13、红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代，随着激光、红外技术、半导体技术和新型材料的迅速发展，生产成本不断下降，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时会自动停机的空调机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构；开启监视器或自动门铃上的应用；结合摄影机或数码照相机自动记录动物或

14、人的活动等等。设计人员完全可以结合其它电路，充分发挥自己的思维，开发出更加优秀的新产品或自动化控制装置。在很多场合都应用了不同的依靠热释电效应而设计的节能产品。1.3课题的研究内容及方法本课题智能感应调光灯就是这样一款基于热释电效应的节能能化的节能灯产品。设计的目标功能是当有人进入开关感应范围时，红外传感器探测到人体红外光谱的变化，节能灯自动点亮。人不离开且在活动，灯保持点亮状态；人离开后，灯在延时一定时间后自动熄灭；当又有人经过时，灯又可点亮。即拥有人到灯亮，人离灯熄的功能，安全节能。为此，工作的主要内容是设计一个能利用人体红外信号控制节能灯的发光状态的系统。主要的实现方式是利用单片机内置的

15、比较器比较光敏电阻的与滑动变阻器的上的分压来区分白天与夜晚，从而实现白天及夜晚两种工作状态的想法，另外通过对人体感应模块输出的高电平监控来判断感应区域内是否有人体活动，从而实现所提出的人至灯亮，人离灯灭的功能。第二章 系统框架本电路主要利用单片机及少数外围元件组成光控人体感应节能灯。拥有两种工作状态：白天，由于光线照射，该灯始终处于关闭状态；一到晚上，在黑暗中，该灯只要收到一个人体红外信号，灯就自动点亮，而后人离开时，自动熄灭，可以达到节电的目的，利用5v电压供电（未提供电源遂暂使用usb连接线为设计供电），其装置省去了能耗大、笨重、极易产生热量的电源变压器，具有结构简单、自耗电轻微、性能稳定

16、、灵敏度高、通用性强的特点。根据设计要求，提出总体方案并画出总体流程图如图2-1所示电源灯电路外界信号人体感应电路控制电路光控电路光照强度图2-1 系统总体流程图结合上面的框图，提出一下基本设计思路：设计一个光控电路，主要用于检测外界光照信号；设计一个人体感应电路，主要用与检测人体红外信号；另外设计一个主控电路，用于接受各模块检测的光信号、人体红外信号、并对两者进行处理；最后设计灯电路，用于照明。另外的思路是利用红外处理芯片biss0001对红外信号进行处理，并根据节能灯内部电子镇流器工作原理，应用此红外信号实现对灯的工作状态的控制。工作内容主要包括对红外信号接收和处理系统，低压供电和转化控制

17、系统，电子镇流器系统的设计及构建。但是由于从未接触过电子镇流器，对其原理以及电路设计知之甚少，故放弃。第三章 总体原理图及主要元件介绍3.1设计总体电路图设计的总体电路图如图3-1图3-1 设计总体电路图该设计的原理基本思想：在黑天由于光照强度较弱光敏电阻阻值较大，在与电阻串联的支路上分的电压较大且该支路接在比较器的负端；与另一端串有滑动变阻器分得的电压相比较大；经过单片机采样进行数据比较，来判断继电器的通与断；当有人体信号时，红外人体感应集成块输出高电平；两端信号同时送到单片机的p2.4口和p1.0，通过程序，当两端口检测到的信号同时满足所设条件时；单片机的p2.0端口输出低电平，从而控制继

18、电器的通断来到达设计所要求的效果。3.2 被动式热释电红外探头热释电红外传感器是一种非常有应用潜力的传感器。它能检测人或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出。早在1938年，有人就提出利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重视。直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用开发。近年来，伴随着集成电路技术的飞速发展，以及对该传感器的特性的深入研究，相关的专用集成电路处理技术也迅速增长。43.2.1热释电效应当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚

19、电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，图3-2表示了热释电效应形成的原理。图3-2 热释电效应原理能产生热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶(litao3 等)、压电陶瓷（pzt等）及高分子薄膜（pvfz等）。热释电传感器利用的正是热释电效应，是一种温度敏感传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，元件两个表面做成电极，当传感器监测范围内温度有t的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷q，即在两电极之间产生

20、一微弱电压v。由于它的输出阻抗极高，所以传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷q会跟空气中的离子所结合而消失，当环境温度稳定不变时，t=0，传感器无输出。当人体进入检测区时，因人体温度与环境温度有差别，产生t，则有信号输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出，所以这种传感器能检测人体或者动物的活动。热释电红外传感器的结构及内部电路见图3-3所示。传感器主要有外壳、滤光片、热释电元件pzt、场效应管fet等组成。其中，滤光片设置在窗口处，组成红外线通过的窗口。滤光片为6mm多层膜干涉滤光片，对太阳光和荧光灯光的短波长（约5mm以下）可很好滤除。热释电元件

21、pzt将波长在8mm12mm之间的红外信号的微弱变化转变为电信号，为了只对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅耳滤光片，使环境的干扰受到明显的抑制作用。图3-3 热释电传感器的内部电路及结构如果我们在热电元件接上适当的电阻，当元件受热时，电阻上就有电流流过，就可以在两端得到电压信号。 3.2.2被动式热释电红外传感器的工作原理与特性在自然界，任何高于绝对温度（-273k）的物体都将产生红外光谱，不同温度的物体释放的红外能量的波长是不一样的，因此红外波长与温度的高低是相关的，而且辐射能量的大小与物体表面温度有关。人体都有恒定的体温，一般在37c左右，会发出10mm左右特定波长的

22、红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。红外线通过菲涅耳滤光片增强后聚集到热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后经检测处理后就能产生报警信号。被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件，而且制成的两个电极化方向正好相反（如图2-2侧视图c），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。3.2.3 被动式热释电红外传感器的优缺点 被动红外传感器本身不发任何类型的辐射，隐蔽性好，器件功耗很小，价格低廉。 但是，被动式热释电传感器也有缺点，如： 信号幅度小，容易受各种热源、

23、光源干扰； 被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；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；被动红外探测器的主要检测的运动方向为横向运动方向，对径向方向运动的物体检测能力比较差。 3.2.4热释电红外探头处理芯片原理及应用 虽然被动式热释电红外探头有些缺点，但是利用特殊信号处理方法后，仍然使它在某些领域具有广阔的应用前景。因此，有很多生产商根据pir传感器的特性设计了专用的信号处理器，比如pti pt8a26xxp、weltrend wt8072,biss0001。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

24、分为三步处理，如图3-4，具体处理步骤如下：滤波放大 普通pir传感器输出信号幅值一般都很小，大约几百微伏到几毫伏，为了后续电路能作有效的处理，考虑到传感器的信噪比，通常取增益72.5db，通带0.3hz7hz。同时，由于是处理模拟小信号，所以为了保证放大器的工作稳定可靠，电路中需要一个稳压器用于给传感器、放大器和比较器供电。窗口比较器 经过放大后的信号通过窗口比较器后检出满足幅值要求的信号后，再转换成一系列数字脉冲信号。噪声抑制数字信号处理 根据对人体运动特点以及传感器的特性的长期研究，用固定时间内计脉冲个数和测脉冲宽度的方法来甄别有效的人体信号，这里由系统振荡器提供时钟源（16khz）。具

25、体判别方法如下： 判别操作限制在2s内； 脉冲宽度低于24ms的都算作噪声，不予处理；单个有效脉冲：宽度必须大于340 ms；双脉冲，其中宽的必须大于160ms ，窄的大于 24ms ；三个脉冲有效，每个都必须大于 24ms 。 图3-4 热释电信号处理过程经过上述三步处理后就能准确、可靠地判断人体信号。根据具体应用场合实现既定控制，例如报警器自动报警，自动开启某个设备。 3.3 光敏电阻光敏电阻器（photovaristor）又叫光感电阻，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。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换

26、（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子空穴对，参与导电，使电 图3-5 光敏电阻结构及外观3.3.1 光敏电阻原理光敏电阻是一种特殊的电阻，其阻值随着光线强度的变化而变化。其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如图所示。为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。构成光敏电阻的材料有金属的硫化物、硒化物、碲化物等半导体。 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。当光敏电阻受到光照时，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，成为自由电子

27、，同时产生空穴，电子空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，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，也可以加交流电压。3.3.2 光敏电阻材料光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。用于制造

28、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及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。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。3

29、.3.3 光敏电阻分类根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器：紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。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

30、器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。3.3.4 光敏电阻主要参数光敏电阻的主要参数有亮电阻，暗电阻，光电特性 光谱特性，频率特性，温度特性。在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。没有极性，纯粹是个电阻期间，使用时可加直流也可以加交流。3.4 stc12c5a60s2 单片机现在的单片机功能越来越强大，集成度越来越高，有很多曾经的外围器件都已经在内部集成。3.4.1 单片机的功能单片机的功能很多：比较器；模数/数模转换器；pwm；多种多样的接口；lcd驱动；存储器等等。同时它也是计算机单片微型计算机。部分单

31、片机的计算能力已经比早期pc的cpu强大，速度也越来越快。甚至也有类似双核cpu的设计出现。因为能够运行程序，所以可以做很多的事情。几乎您上网用的计算机能做的事情，它都同样能做。只是能力没那么强大。比如：可以读写硬盘、可以接受按键输入、可以显示输出、可以驱动打印、您甚至可以给它接个鼠标。当然这可能涉及一些接口的问题，但是cpu也不是直接做这些事情的。它的输入输出，如前面所说，也是多种多样的。可以是模拟量，也可以是数字量，标准的usb接口也已经集成在了单片机内部。3.4.2 单片机的特点及应用单片机的体积小、价格低、可靠性高、适用面宽、有着其本身的指令系统等诸多优势，在各行各业都得到广泛应用。单

32、片机的应用领域可归纳为几个方面：（1）智能化家用电器：各种家用电器普遍采用单片机智能化控制代替传统的电子线路控制，升级换代，提高档次。如洗衣机、空调、电视机、录像机、微波炉、电冰箱、电饭煲以及各种视听设备等。（2）办公自动化设备：现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。（3）商业营销设备：在商业营销系统中已广泛使用的电子秤、收款机、条形码阅读器、ic卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。（4）工业自动化控制：工业自动化控制是最早采

33、用单片机控制的领域之一。如各种测控系统、过程控制、机电一体化、plc等。在化工、建筑、冶金等各种工业领域都要用到单片机控制。（5）智能化仪表：采用单片机的智能化仪表大大提升了仪表的档次，强化了功能。如数据处理和存储、故障诊断、联网集控等。（6）智能化通信产品：最突出的是手机，当然手机内的芯片属专用型单片机。（7）汽车电子产品：现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。（8）航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域：单片机的应用更是不言而喻。3.4.3 单片机的发展趋势随着微电子技术和集成电路技术的迅速发展，目前各个公司研制出了能够适用

34、于各种领域的单片机。高性能单片机芯片市场也异常活跃，采用新技术，使单片机的种类、性能不断提高，应用领域迅速扩大4。单片机的改进和发展归纳起来有以下几个方面：（1）cpu的改进：现在cpu开始采用双cpu结构，提高了芯片的处理能力。（2）存储器的发展：增大了片内存储器容量；片内采用eeprom和flash可在线编程，读/写更方便；采用了编程加密技术。（3）内部资源增多：片内资源越丰富，产品的体积就越小，可靠性就越高。（4）i/o接口形式增多，性能提高。（5）引脚的多功能化：单片机现在普遍采用管脚复用的设计方案。（6）低电压和低功耗：单片机制造时普遍采用cmos工艺。3.4.4 stc12c5a6

35、0s2 单片机简介stc12c5a60s2 单片机是以51内核为主的系列单片机，stc单片机是宏晶生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快812倍，内部集成max810专用复位电咱。4路pwm8路高速10位a、d转换，针对电机控制，强干扰场合。stc12c5a60s2 单片机引脚如图2-6：图3-6 stc12c5a60s2 单片机引脚图3.4.5 stc12c5a60s单片机基本组成、特点及主要性能高速：1个时钟/ 机器周期，增强型8051 内核，速度比普通8051 快812 倍宽电压：5.53.8v，2.43.

36、8v低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）工作频率：035mhz，相当于普通8051：0420mhz- 实际可到48mhz，相当于8051： 0576mhz时钟：外部晶体或内部rc 振荡器可选，在isp 下载编程用户程序时设置16k 字节片内flash 程序存储器，擦写次数10 万次以上512 字节片内ram 数据存储器芯片内eeprom 功能isp / iap，在系统可编程/ 在应用可编程,无需编程器/ 仿真器10 位adc，8 通道, stc12c5a60s2 系列为8 位adc。4 路pwm 还可当4 路d/a 使用2 个硬件16 位定时器，兼容普通8051 的定时器。4 路

37、pca 还可再实现4 个定时器硬件看门狗（wdt）高速spi 通信端口全双工异步串行口(uart),兼容普通8051 的串口先进的指令集结构，兼容普通8051指令集4 组8 个8 位通用工作寄存器（共32 个通用寄存器）有硬件乘法/ 除法指令通用i/o 口（27/23/15 个），复位后为： 准双向口/ 弱上拉（普通8051 传统i/o 口）可设置成四种模式：准双向口/ 弱上拉，推挽/ 强上拉，仅为输入/ 高阻，开漏每个i/o 口驱动能力均可达到20ma，但整个芯片最大不得超过55ma。3.5红外热释电处理芯片biss0001biss0001是一款高性能的传感信号处理集成电路。静态电流极小，配

38、以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式的热释电红外传感器，就能用于本系统中。3.5.1 biss0001处理芯片的特点cmos工艺数模混合具有独立的高输入阻抗运算放大器内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰内设延迟时间定时器和封锁时间定时器采用16脚dip封装3.5.2 biss0001芯片参数biss0001芯片的管脚如图3-7所示图3-7 biss0001芯片管脚图管脚说明如表格3-1表格3-1 biss0001芯片管脚说明引脚名称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

39、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

40、相输入端161outo第一级运算放大器的输出端直流特性参数如表格3-2中表格所示表格3-2 biss0001芯片直流特性参数符号参数测试条件参数值单位最大最小vdd工作电压范围33vidd工作电流输出vdd =3 v50a空载vdd =5 v100vos输入失调电压vdd=5v50maios输入失调电流vdd=5v50maavo开环电压增益vdd=5v60dbcmrr共模抑制比vdd=5v60dbvyh运放输出高电平vdd=5v4.25vvyl运放输出低电平0.75vvrhvc端输入高电平vdd=5v1.1vvrlvc端输入低电平0.9vvohvo端输出高电平vdd=5v4vvolvo端输出低

41、电平vdd=5v0.4vvaha 端输入高电平vdd=5v3.5vvala 端输入高电平vdd=5v1.5v3.5.3 biss0001芯片结构及工作方式biss0001芯片内部结构图如图3-8所示图3-8 biss0001芯片内部结构图如图3-8所示，biss0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路。它拥有两种工作方式：图3-9不可重复触发工作方式波形图以图3-9不可重复触发工作方式波形图，来说明其工作过程。首先，根据实际需要，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，再进行第二级放

42、大，同时将直流电位抬高为vm(0.5vdd)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vh0.7vdd、vl0.3vdd，所以，当vdd=5v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时，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，直至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

43、产生的各种干扰。图3-10可重复触发工作方式波形图以图3-10可重复触发工作方式波形图，来说明其工作过程。可重复触发工作方式下的波形在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。3.6菲涅尔透镜菲涅尔透镜 (fres

44、nel lens) 多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。多用于对精度要求不是很高的场合，如幻灯机、薄膜放大镜、红外探测器等。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在pir上，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

45、测区域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。图2-11 菲涅尔透镜菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹.通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用.传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是pir（被动红外线探测器）。pir广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看，你会发现在每个pir上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右（人体红外线辐射的峰值）。成本相当的低。 菲涅耳透镜可以把透过窄带干涉滤光镜的光聚焦在硅光电二级

46、探测器的光敏面上，菲涅尔透镜由有机玻璃制成,不能用任何有机溶液(如酒精等)擦拭，除尘时可先用蒸馏水或普通净水冲洗,再用脱脂棉擦拭。第四章 模块说明4.1光控模块的设计 本模块设计主要采用关敏电阻串联一个滑动变阻器进行分压。图4-1光控模块电路图如图4-1，该模块的基本原理：白天，光照较强；光敏电阻阻值较小与电阻比较分压较小，单片机p1.0口电压采样。通过单片机内部自带的ad转换功能，进行数模转换，比较每次采样的数值不同来判断灯的开与关。4.2控制模块的设计该模块主要使用单片机输出信号控制；其电路图如图4-2所示图4-2控制模块电路图如图4-2，该模块的工作原理：当同时满足有人体红外信号与满足光

47、信号时，即单片机的p2.4口检测到低电平，同时p1.0口采样得到的数值同时满足通过程序是单片的另一端口p2.0输出低电平作为驱动，控制继电器的通断来控制灯的开关。当红外人体检测模块、光控模块同时满足所设置条件时继电器工作控制外围灯亮，之后如不满足声光条件，继电器断开，灯不亮。如满足继电器控制灯继续点亮。4.3 人体检测模块该模块主要依赖于红外处理芯片biss0001和被动式热释电探头，其电路图如图4-3所示图4-3 人体检测模块电路图4-3图中，运算放大器op1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由c3耦合给运算放大器op2进行第二级放大，再经由电压比较器cop1和cop2构成的双向

48、鉴幅器处理后，检出有效触发信号vs去启动延迟时间定时器，输出信号vo经晶体管t1放大驱动继电器去接通负载。4-3图中，r3为光敏电阻，用来检测环境照度。当作为照明控制时，若环境较明亮，r3的电阻值会降低，使9脚的输入保持为低电平，从而封锁触发信号vs。sw1是工作方式选择开关，当sw1与1端连通时，芯片处于可重复触发工作方式；当sw1与2端连通时，芯片则处于不可重复触发工作方式。输出延迟时间tx由外部的r9和c7的大小调整，值为tx24576xr9c7；触发封锁时间ti由外部的r10和c6的大小调整，值为ti24xr10c6。 图中r6可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选10k，实际使用时可以

49、用3k，可以提高电路增益改善电路性能。r9/r10可以用470欧姆，c6/c7可以选0.1u。本设计中所用人体感应模块为深圳市福强电子科技有限公司所开发的hc-sr501型人体感应模块，该产品拥有诸多优点：1、全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。2、光敏控制（可选择，出厂时未设）可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。3、温度补偿(可选择，出厂时未设)：在夏天当环境温度升高至3032，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。4、两种触发方式：（可跳线选择）a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成

50、低电平；b、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将高电平变为低电平（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)。5、具有感应封锁时间(默认设置:2.5s 封锁时间)：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），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)。6、

51、工作电压范围宽：默认工作电压dc4.5v-20v。7、微功耗:静态电流50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。8、输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。产品实物图如图4-4图4-4 hc-sr501型人体感应模块实物图hc-sr501型人体感应模块电气参数如表格4-1中所示表格4-1 hc-sr501型人体感应模块电气参数产品型号 hc-sr501人体感应模块工作电压范围直流电压4.5-20v静态电流 50ua电平输出 高 3.3 v /低 0v 触发方式 l 不可重复触发/h 重复触发延时时间 5-200s(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟封锁时间 2.5s(默认)可制作范围零点

52、几秒-几十秒 电路板外形尺寸 32mm*24mm感应角度100度锐角工作温度 -1570摄氏度感应透镜尺寸直径：23mm（默认）hc-sr501型人体感应模块使用说明：1. 感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3 次，一分钟后进入待机状态。2. 应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。3. 感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（a 元b 元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探

53、头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作；所以安装感应器时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强，安装时仍须尽量按以上要求。hc-sr501型人体感应模块感应范围如图4-5图4-5 hc-sr501型人体感应模块感应范围hc-sr501型人体感应模块调节图4-6模块实体图图4-6为模块实体图，红色标注部分是模式选择焊盘，l（上两个）焊盘为不可重复触发模式。h（下两个）焊盘可重复触发

54、模式。工作时，默认为可重复触发模式，如需要改为不可重复触发模式，则应割断下两个焊盘间的铜皮，然后短路上两个焊盘即可。产品拥有距离调节电位器以及延时调节电位器，调节距离电位器顺时针旋转，感应距离增大（约7 米），反之，感应距离减小（约3 米）；调节延时电位器顺时针旋转，感应延时加长（约300s），反之，感应延时减短（约0.5s）。第五章 程序框图及原理说明根据设计要求，要求程序可以对进行光敏电阻电压采样，并进行a/d转换，并比较，如果光敏电阻两端电压较低，则程序中断执行，如果光敏电阻两端电压较大，则继续判断p2.4即人体感应模块所连接的端口是否有来自人体感应模块传入的高电平，如果p2.4没有高电

55、平输入，则中断程序执行p1.0无低电平输出，如果p2.4有高电平输入，则使引脚p1.0输出一个低电平，用以带动继电器开关闭合，让照明电路接通，光源亮起。程序原理框图如图5-1开始p2.0无电平输出光敏电阻电压比较p2.4有无高电平输入p2.0输出低电平复位采样光敏电阻电压较低光敏电阻电压较高无高电平输入有高电平输入延时图5-1 程序原理框图如图5-1，系统在开始的时候对光敏电阻两边电压经行采样比较，如果光敏电阻两边的电压较小，则单片机内置的比较器输出一个高电平，则不满足条件，p2.0无低电平输出如果光敏电阻两边电压较大，则单片机内置的比较器输出一个低电平，此时，如果p2.4没有一个来自人体感应模块的高电平输入，则不满足条件,p2.0同样没有电平输出；当p2.4同时有一个高电平输入时，则p2.0输出一个低电平，并延时。延时结束之后，单片机将复位，重新第一步的电