智能台灯毕业设计

1、西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院 本科毕业设计本科毕业设计( (论文论文) ) 题目题目：智能台灯设计智能台灯设计 系系 别：别： 电子信息系 专专 业：业： 自动化 班班 级：级： 学学 生：生： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 年月 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 系（别） 电子信息系 专业 自动化 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 智能台灯设计 2.题目背景和意义： 台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的 能源浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体红外辐 射传感控制电路。当人体在台灯

2、的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠 近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人 离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）： 设计制作了一种智能台灯，主要是以 biss0001 和单片机组成的红外传感控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动 开灯，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）： 1-3 周： 查阅资料，了解课题要求并弄清课题的难点与所需要解决的问题。 3-4 周： 设计主流程图。 5-11 周: 设计系统各模块流程和编写

3、程序 12-13 周: 软件模拟调试 14-15 周：软硬件联调。 16-18 周：写论文准备答辩。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 撰写 15000 字论文 实验（时数）*或实习（天数）： 150 学时 图纸（幅面和张数）*： a4 一张 其他要求： 外文翻译数字不少于 3000 字；参考文献篇数 17 篇 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系（教研室）主任审批： 年 月 日 说明：1 本表一式二份，一份由学生装订入附件册，一份教师自留。 2 带*项可根据学科特点选填。 智能台灯设计智能台灯设计 摘摘 要要 设计制作了一种智能台灯，主要是以 biss0001 和单片机组成

4、的红外传感 控制电路。其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节 约能源；且能纠正坐姿，防止近视。 单片机控制部分采用 80c51 单片机为核心，主要由热释电红外传感器，光 敏电阻信号处理电路，提醒电路，灯光控制电路，故障报警电路等组成，软件 选用汇编语言编程。单片机可将热释电红外传感器检测到的人体辐射红外信号 及光强信号的模拟量转换成数字量。该系统灵活性强，易于操作，可靠性高， 将会有更广阔的开发前景。 关键词关键词：节能；纠正坐姿；biss0001；80c51 the design of smart table lamp abstract design a smart la

5、mp, mainly infrared sensor control circuit is composed of biss0001 and scm. its characteristics are automatically turn on the lights when people and the outside light is weak, turn off the lights when no one, save energy; and can correct the posture, preventing myopia mcu control part of the 80c51 m

6、icrocontroller as the core, mainly composed of the pyroelectric infrared sensor, photoresistor signal processing circuit, to remind the circuit, the lighting control circuit, the fault alarm circuit components, software selection of assembly language programming. single-chip analog of the pyroelectr

7、ic infrared sensor detects the infrared signal of the human radiation and light intensity signals into digital. the system is flexible, easy operation, high reliability, there will be more broad prospects of development. key words: energy conservation；to correct posture；biss0001；80c51 目目 录录 1 1 绪论绪论

8、.1 1.1 研究背景.1 1.2 研究意义.2 1.3 功能简介及特色功能.2 2 2 设计方案设计方案.4 2.1 系统组成.4 2.2 80c51 的选择.5 3 3 系统的硬件设计系统的硬件设计.6 3.1 芯片介绍.6 3.1.1 80c51 介绍.6 3.1.2 74ls138.8 3.1.3 dac0832 芯片介绍 .9 3.2 元器件介绍.11 3.2.1 热释电红外传感器.11 3.2.2 特点.12 3.2.3 热释电元件.14 3.2.4 光敏电阻.15 3.2.5 lm324.17 3.3 电路设计.18 3.3.1 信号检测及处理电路.18 3.3.2 单片机控制电

9、路.19 3.3.3 信号放大滤波电路.19 3.3.4 复位电路.20 4 软件设计软件设计.22 4.1 程序框图.22 4.2 主程序.22 5 结论结论.25 参考文献参考文献.26 致致 谢谢.27 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.28 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.29 1 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器走入人们的生活， 这一切都大大地提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展 趋势是智能化，这样会使人们使用起来更方便。智能化产品在各个领域都有出 色的应用，所以我们打

10、算研究是智能化台灯。虽然按键式的台灯还是台灯市场 的主体。但是，现代电子技术的发展和人们的需求变化，已使传统的台灯感受 到产品更新换代的威胁。智能型的电器产品渐渐进入人们的生活中。 台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。它一般分为两种，一种是立 柱式的，一种是有夹子的。它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域内， 集中光线，便于工作和学习。一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡。 有的 台灯还有应急功能，用于停电时无电照明已用来应急。它是千家万户的必需生 活用品。 目前，灯具市场上出售的台灯种类繁多，一般的台灯均采用 220v 交流电 源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开关

11、来控制。但 这类台灯，存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因 素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三 是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化， 人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在 灯具市场上，很少见到采用+6v 的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有 既不会出现触电，使用寿命长，无辐射，又无污染等优点。 智能台灯可分成自动和手动两种模式。在自动模式下，台灯能根据环境光 的亮暗与人是否被台灯所检测到（人是否在）来自动开启台灯。当人被微机检 测到，环境光又达到某个程度的时候（可以设定

12、与调节） ，台灯就会开启。如果 环境光没有达到这个程度，台灯不会开启。当人没有被微机检测到，无论多暗， 台灯也不会开。手动模式是为了不习惯使用自动模式的人或是台灯中的微机出 故障等紧急情况时用的。在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的。 智能台灯最大的优点就是省电和方便。方便不用多说了，来之则亮，去之 则暗，不用动手。省电是比较重要的，现在全世界都缺少电能，2003 年，美国 和加拿大大面积停电。我国也是，每到夏天就有很多省市拉闸限电。如果用上 我们的智能台灯，那么假设一天我们可以节省 10min 的开灯时间，灯上装的是 10w 的节能灯泡（一个 10w 的节能灯泡相当于 40w 的白炽

13、灯泡） 。节省的电能 为 10w600s = 6000j ，一个月（30 天）就能节省 180000j，一年就能节省 2190000j 的电能，相当于 0.6 千瓦时。不要小看这个 0.6 千瓦时的电能。如果 全国人都能每年节省 0.6 千瓦时的电能，那么每年全国会省下 7.8 亿千瓦时的电 能，这 7.8 亿千瓦时的电能相当节省接近 4 亿人民币，4 亿人民币可以建造多少 所希望小学，可以救助多少无家可归的孤儿，可以圆多少贫穷的孩子无法圆的 上学梦啊！更重要作用的是环境保护。大家都知道我国有 70%的电能来自火力 发电厂，而火力发电厂少发一度电（就是 1 千瓦时）会减少 1 千克的 co2

14、排放。 那么节省 3.9 亿度的电能就等于少向大气排放 39 万吨的 co2 ，而 co2 是温室 效应的最归祸首。就是因为全球向大气排入过多的 co2，导致了温室效应的加 剧，海平面上升，大片的土地被淹没，气候变暖，降水和土壤湿度进一步减少， 气候逐渐干旱，土地沙漠化和草原退化将变的更加严重。 1.2 研究意义研究意义 台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨大的能源 浪费。当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。在这里设计了以人体 红外辐射（波长为 9.5um）传感控制电路。当人体在台灯的范围内且环境光强 较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正

15、坐姿， 若在一定时间内未离开桌面则自动熄灭。当人离开时则自动关灯，达到节约能 源的目的。 1.3 功能简介及特色功能功能简介及特色功能 智能台灯作为一款新型的台灯，智能化是它的主要特色，在普通台灯的基 础上，采用高亮 led 光源，实现了节能，其具体功能如下： a. 实现人来灯亮，人走灯灭：作为智能化和节能化的台灯，人来灯亮，人 走灯灭是这种台灯功能上面的特色。当人体靠近台灯的时候，由热释电红外传 感器发出信号，使得单片机处理输出驱动灯管发光的 pwm 波形，灯就亮；当 人体离开台灯的时候，由于没有持续触发，台灯将在三分钟之后熄灭。这种设 计能够有效地节约能源，并且能够有效地控制灯亮的时间。

16、b. 实现自动调光的功能：通过光敏电阻和一部分传感电路的分析，将环境 光强转化成数字信号输入单片机，由程序解决和处理并输出相应的亮度值。 c. 实现坐姿提醒的功能：坐姿的提醒，是通过距离传感装置进行的，当使 用者头部距离台灯太近的时候，将产生报警信号，提醒纠正坐姿。 d. 温度传感：在开机的时候显示当前的室温情况并设有专门的按键显示当 前的室温。 f. 电池电压检测的功能：和温度的传感一样，当按下键的时候显示当前的 电池电压并及时提醒用户更换电池。 g. 遥控模块：使用万能遥控器进行系统的总体控制。 h. 液晶显示时间，温度，并设有闹钟。 主要控制采用 80c51 单片机实现，外围器件主要是各

17、种传感器。其中“人 来灯亮，人走灯灭”功能采用热释电红外传感器实现；人体检测采用热释电红 外传感器实现；“坐姿提醒”主要使用红外发射二极管和接收管实现，电池电 压采用串行 8 位 ad 转换器实现；“自适应调光”以一块光敏电阻和电压比较 器实现。 i. 智能化系统是由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、 智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用的智能集合,随着信息技术 的不断发展，其技术含量及复杂程度也越来越高，智能化的感念开始逐渐渗 透到各行各业以及我们生活中的方方面面，相继出现了智能住宅小区，智能 医院等都以智能化建筑为基点生发开来，因此我们通常提到的智能化系统， 都说智能化建

18、筑系统。 随着现代通信技术，计算机网络技术以及现场总线控制技术的飞速发展， 数字化、网络化和信息化正日益融入人们的生活之中。人们在生活水平、居 住条件得到不断提升与改善的基础上，对生活的质量提出了更高的要求，智 能住宅小区就是在这一背景下产生的，而且其需求日益增长，智能化的内容 也不断有新的概念融入。根据一项调查表明： 41.7%的普通市民， 74.2%网 上一族认为在 5 年之内，我国智能化住宅将成为住宅市场的主流。 住 宅小区智能化系统，从其内容上来看可分为小区物业综合管理系统和家居智 能管理系统两大部分，前者包括：社区安防、信息服务、计量收费三部分， 后者包括家居安防、家居信息服务，家居

19、智能化控制等。 2 2 设计方案设计方案 2.1 系统组成系统组成 本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中 一些比较常见的问题。以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础， 以 biss0001 信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的5。 系统结构框图如 2.1 图所示。 图 2.1 系统结构图 本系统组成如图 2.1 所示，主要由三部分组成： a. 传感器及信号处理部分：检测人体辐射红外信号及光强信号经过处理后 变成数字信号。 b. 以 80c51 组成的中央处理单元：处理信号并发出控制命令 c. 提醒电路及灯光控制电路 ：给出提醒信号并根据 8

20、0c51 给出的命令控 制灯光 整个系统是以 80c51 控制下工作的。其工作过程为：当环境光比较强时， 光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感 器工作，省去了 80c51 处理过程。当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信 号处理电路接收到高电平，从而启动热释电红外传感器工作。热释电红外传感 器 1 探测比较远的距离，当人体进入到传感器 1 的控测范围内且光强较弱时， 热释电红外传感器 1 热释电红外传感器 2 光敏电阻 信 号 处 理 电 路 80c51 提醒电路 灯光电路 信号检测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，80c51 启动灯光控制电路， 使灯慢慢变

21、亮。当环境光比校弱时，且人体过于靠近桌面，热释电红外传感器 2 检测到信号，同时了在热释电红外传感器 1 的控测范围内，信号处理电路同 时向 80c51 发送信号，80c51 处理信号根据优先级顺序，屏蔽掉热释电红外传 感器 1 的信号，启动延时电路，发出警报使人离开，若在设定的时间内未离开 桌面，则启动灯光控制电路，使灯慢慢熄灭。当人体离开热释电红外传感器 2 的控测范围且在热释电红外传感器 1 的控测范围内时，灯光又慢慢变亮。 2.2 80c51 的选择的选择 80c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能 cmos8 位微处理器，俗称单片机。它是 51 系列单

22、片机的一个成员，是一种带 2k 字节闪烁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 100 次。该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造， 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 80c51 是一种高效微控制器。因此， at89c2051 构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微 控制系统，省去了外部的 ram、rom 和接口器件，减少了硬件开销，节省了 成本，提高了系统的性价比，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。 3 系统的

23、硬件设计系统的硬件设计 3.1 芯片芯片介绍介绍 3.1.1 80c51 介绍介绍 80c51 单片机属于 mcs-51 系列单片机，由 intel 公司开发，其结构是 8048 的延伸，改进了 8048 的缺点，增加了如乘（mul） 、除（div） 、减（subb） 、 比较（push） 、16 位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和 5 个中断源。采用 40 引脚双列直插式 dip（dual in line package） ，内有 128 个 ram 单元及 4k 的 rom。80c51 有两个 16 位定时计数器，两个外中断，两个 定时计数中断，及一个串行中断，并有 4 个

24、 8 位并行输入口。80c51 内部有时 钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用 12mhz 的晶振频率。 由于 80c51 的系统性能满足系统数据采集及时间精度的要求，而且产品产量丰 富来源广，应用也很成熟，故采用来作为控制核心。 mcs-51 以其典型的结构、完善的总线、sfr 的集中管理模式、位操作系 统和面向控制功能的丰富的指令系统，为单片机的发展奠定了良好的基础。 mcs-51 系列的典型芯片是 80c51（chmos 型的 8051）。为此，众多的厂商 都介入了以 80c51 为代表的 8 位单片机的发展，如 philips、siemens（infineon）、dall

25、as、atmel 等公司，我们把这些公司生产 的与 80c51 兼容的单片机统称为 80c51 系列。特别是在近年来，80c51 系列又 有了许多发展，推出了一些新产品，主要是改善单片机的控制功能，如内部集 成了高速 i/o 口、adc、pwm、wdt 等，以及低电压、微功耗、电磁兼容、 串行扩展总线和控制网络总线性能等。 （a）管脚图 (b) 逻辑图 图 3.1 80c51 管脚图 单片机的 40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制和 i/o 引脚。 电源电源: a. vcc - 芯片电源，接+5v； b. vss - 接地端； 时钟时钟: xtal1、xtal2 - 晶体振荡电路反

26、相输入端和输出端。 控制线控制线: 控制线共有 4 根， a.ale/prog:地址锁存允许/片内 eprom 编程脉冲 (1) ale 功能：用来锁存 p0 口送出的低 8 位地址 (2) prog 功能：片内有 eprom 的芯片，在 eprom 编程期间，此引脚输 入编程脉冲。 b. psen:外 rom 读选通信号。 c. rst/vpd:复位/备用电源。 (1) rst（reset）功能：复位信号输入端。 (2) vpd 功能：在 vcc 掉电情况下，接备用电源。 d. ea/vpp:内外 rom 选择/片内 eprom 编程电源。 (1) ea 功能：内外 rom 选择端。 (2)

27、 vpp 功能：片内有 eprom 的芯片，在 eprom 编程期间，施加编程电 源 vpp。 i/o 线线: 80c51 共有 4 个 8 位并行 i/o 端口：p0、p1、p2、p3 口，共 32 个引脚。 p3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。 3.1.2 74ls138 74ls138 为 3 线8 线译码器 74ls138 有三个附加的控制端和当时输出为高电平（s1） ，译码器处于工 作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表 3.3.5 所示。 这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩 展译码器的功能。

28、 带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。在图 3.2 电路中如果 把作为“数据”输入端（在同一个时间） ，而将作为“地址”输入端，那么从送来的 数据只能通过所指定的一根输出线送出去。这就不难理解为什么把叫做地址输 入了。例如当101 时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平， 因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。 图 3.2 74ls138 管脚图 当一个选通端（e1）为高电平，另两个选通端（(/e2)和/(e3)）为低电平时， 可将地址端（a0、a1、a2）的二进制编码在 y0 至 y7 对应的输出端以低电平 译出。比如：a2a1a0=110 时，

29、则 y6 输出端输出低电平信号。 利用 e1、e2 和 e3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个 反相器还 可级联扩展成 32 线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时， 74ls138 还可作数据分配器。 可用在 8086 的译码电路中，扩展内存。 3.1.3 dac0832 芯片介绍芯片介绍 dac0832 是 8 分辨率的 d/a 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 da 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统 中得到广泛的应用。d/a 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 dac 寄存器、8 位 d/a 转换电路及转换控制电路构成。 dac083

30、2 是一个 8 位 d/a 转换器。单电源供电，从 +5v +15v 均 可正常工作。基准电压的范围为 10v ；电流建立时间为 1 s ； cmos 工艺， 低功耗 20mw 。 dac0832 转换器芯片为 20 引脚，双列直插式封装，其引 脚排列如 3.3 图所示 图 3.3 dac0832 的管脚图 dac0832 转换器芯片为 20 引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图 3.1.3a 所示。dac0832 内部结构框图如 3.4 图所示。 图 3.4 dac0832 内部结构图 该转换器由输入寄存器和 dac 寄存器构成两级数据输入锁存。使用时数 据输入可以采用两级锁存（双锁存）形式

31、，或单级锁存（一级锁存，一级直通） 形式，或直接输入（两级直通）形式。此外，由三个与门电路组成寄存器输出 控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当=0 时，输入数据被 锁存；当=1 时，锁存器的输出跟随输入的数据。 d/a 转换电路是一个 r-2r t 型电阻网络，实现 8 位数据的转换。对各引脚 信号说明如下： a. di7di0：转换数据输入 b. 片选信号（输入） ，低电平有效 c. ile：数据锁存允许信号（输入） ，高电平有效 d. 第 1 写信号（输入） ，低电平有效 上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当 ile=1 和=0 时，为输入寄存器直通

32、方式；当 ile=1 和=1 时，为输入寄存器锁 存方式。 e. 第 2 写信号（输入） ，低电平有效 99 f. 数据传送控制信号（输入），低电平有效 上述两个信号控制 dac 寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当=0 和=0 时，为 dac 寄存器直通方式；当 =1 和=0 时，为 dac 寄存器锁存方式。 g. iout1：电流输出 1 h. iout2：电流输出 2 dac 转换器的特性之一是：iout1+iout2=常数。 i. rfb反馈电阻端 3.2 元器件介绍元器件介绍 3.2.1 热释电红外传感器热释电红外传感器 biss0001 是红外传感信号处理器专用集成电路，是一款

33、具有较高性能的传 感信号处理集成电路,它配以热释电红外传感器和少量外元器件可以构成被动式 红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、 烘干机和自动洗手池等装置。是一种高技术产品。已经广泛用于企业，宾馆、 商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照 明和报警系统。 图 2 为 bis0001 红外传感器信号处理器的原理框图。外界元件由使用 者根据需要选择。由图可见 biss0001 是由运算放大器、电压比较器和状态控 制器、延迟时间定时器、封锁时间定时器及参考电压源等构成的数模混合专用 集成电路。可广泛应用于多种传感器和延时控制器。 各引脚的

34、定义和功能如下： vdd工作电源正端。范围为 35v。 vss工作电源负端。一般接 0v。 ib运算放大器偏置电流设置端。经 rb 接 vss 端，rb 取值为 1m 左右。 1in-第一级运放放大器的反相输入端。 1in+第一级运放放大器的同相输入端。 1out第一级运算放大器的输出端。 2in-第二级运算放大器的反相输出端。 2out第二级运算放大器的输出端。 vc触发禁止端。当 vcvr 时禁止触发；当 vcvr 时允许触发。 vr0.2vdd。 vrf参考电压及复位输入端。一般接 vdd。接“0”时可使定时器复位。 a可重复触发和不可重复触发控制端。当 a=“1”时，允许重复触发，当

35、a=“0” 时，不可重复触发。vo控制信号输出端。由 vs 上跳边沿触发使 vo 从低电平 跳变到高电平时为有效触发。在输出延时间 tx 之外和无 vs 上跳变时 vo 为低 电平状态。 rr1rc1输出延迟时间 tx 的调节端。tx49152r1c1。 rr2rc2触发封销时间 ti 的调节端。tx24r2c2。 biss0001 是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红 外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启 各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置， 特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或

36、用于 安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 图 3.5 biss0001 器件图 3.2.2 特点特点 a. cmos 工艺 b. 数模混合 c. 具有独立的高输入阻抗运算放大器 d. 内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰 e. 内设延迟时间定时器和封锁时间定时器 f. 采用 16 脚 dip 封装 (1)biss0001 管脚如图 3.6 所示 图 3.6 biss0001 管脚图 (2)biss0001 管脚说明如表 3.1 所示 表3.1 管脚说明 引引 脚脚 名名 称称 i/o功能说明功能说明 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 2

37、voo 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。 3 rr1 输出延迟时间 tx 的调节端 4 rc1 输出延迟时间 tx 的调节端 5 rc2 触发封锁时间 ti 的调节端 6 rr2 触发封锁时间 ti 的调节端 7 vss 工作电源负端 8 vrf i 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 9 v c i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 11 vdd 工作电源正端 122o

38、ut 0 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 161out 0 第一级运算放大器的输出端 （3）biss0001 热释电红外开关应用电路如图 3.7 所示 图 3.7 biss0001 的热释电红外开关应用电路图 图 3.7 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

39、出信号 vo 经晶体管 t1 放大驱动继电器去接通负载。 图 3.7 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。图中 r6 可以调节放大器增益的大小，原厂图纸选 10k，实际使用时可以用 3k，可 以提高电路增益改善电路性能。输出延迟时间 tx 由外部的 r9 和 c7 的大小调 整，触发封锁时间 ti 由外部的 r10 和 c6 的大小

40、调整，r9/r10 可以用 470 欧姆， c6/c7 可以选 0.1u。 3.2.3 热释电元件热释电元件 图 3.8 传感器 灵敏元面积 2.01.0mm2 基片材料 硅 基片厚度 0.5mm 工作波长 7-14m 平均透过率 75% 输出信号 2.5v (420k 黑体 1hz 调制频率 0.3-3.0hz 带宽 72.5db 增益) 噪声 200mv (mvp-p) (25) 平衡度 20% 工作电压 2.2-15v 工作电流 8.5-24a (vd=10v,rs=47k,25) 源极电压 0.4-1.1v (vd=10v,rs=47k,25) 工作温度 -20- +70 保存温度 -

41、35- +80 视场 139126 说明 该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射采用双 灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。 a. 上述特性指标是在源极电阻 r2=47k 条件下测定的，用户使用传感器 时，可根据自己的需要调整 r2 的大小。 b. 注意灵敏元的位置及视场大小，以便得到最佳光学设计。 c. 所有电压信号的测量都是采用峰一峰值定标。平衡度 b 中的 ea 和 eb 分别表示两个灵敏元的电压输出信号的峰一峰值。 d. 使用传感时，管脚的弯曲或焊接部位应离开管脚基部 4mm 以上。 e. 使用传感器前，应先参考说明书，尤其要防止接错管脚 3

42、.2.4 光敏电阻光敏电阻 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。 光敏电阻的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，为了增加灵敏度，两 电极常做成梳状。用于制造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

43、电阻体及梳状欧姆电极，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。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 对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电 压，其中便有电流通过，受到波长的光线照射时，电流就会随光强的而变大， 从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个

44、电阻器件，使用时既可加 直流电压，也加交流电压。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。 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

45、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， 光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的主要参数是： a. 光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流 过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100lx”表示。 b. 暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候， 流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0lx”表示。 c. 灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光 照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。 d. 光谱响应。光谱响应又称光

46、谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色 光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应 的曲线。 e. 光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。 从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻 值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向 平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。 f. 伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的 关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 g. 温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温 下的光电灵敏较高，而在高温下的灵

47、敏度则较低。 h. 额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率， 当温度升高时，其消耗的功率就降低。 3.2.5 lm324 lm324 系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可 工作在单电源下，电压范围是 3.0v-32v 或+16v. lm324 的特点： a. 短跑保护输出 b. 真差动输入级 c. 可单电源工作：3v-32v d. 低偏置电流：最大 100na（lm324a） e. 每封装含四个运算放大器 f. 具有内部补偿的功能 g. 共模范围扩展到负电源 h. 行业标准的引脚排列 i. 输入端具有静电保护功能 1.lm324 电压参考电路如图 3

48、.9 所示 图 3.9 参考电压电路 a. lm324 引脚图资料与电路应用 lm324 资料： lm324 为四运放集成电路，采用 14 脚双列直插塑料封装。 ，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324 工作电压 范围宽，可用正电源 330v，或正负双电源15v15v 工作。它的输入电 压可低到地电位，而输出电压范围为 0vcc。它的内部包含四组形式完全相同 的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如 图所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“+”、 “-”为两个信号输入端， “v+”、 “v-”为正、负电源端， “vo”为输出端。两个信号

49、输入端中，vi-（-）为反相输入 端，表示运放输出端 vo 的信号与该输入端的相位相反；vi+（+）为同相输入 端，表示运放输出端 vo 的信号与该输入端的相位相同。 lm324 引脚排列见图 1。2。 lm124、lm224 和 lm324 引脚功能及内部电路完全一致。lm124 是军品； lm224 为工业品；而 lm324 为民品。由于 lm324 四运放电路具有电源电压范围 宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用 在各种电路中。 3.3 电路设计电路设计 3.3.1 信号检测及处理电路信号检测及处理电路 在电路设计部分中，单片机在本次智能节能台灯设计中的主

50、要控制单元， 主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。传感器在设计者起着 重要的作用，传感器组成的信号检测及处理部分电路原理如图 3.10 所示。 图 3.10 传感器组成的信号检测及处理部分 图 3.10 是由热释电红外传感器、光敏电阻、biss0001 组成的信号检测及 处理电路。红热释电红外传感器只对波长为 10m（人体辐射红外线波长）左右 的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作。探头内包含 两个互相串联或并联的热释电元，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。一旦人侵

51、入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面 聚焦，并被热释电元接收，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，于是输出检测信号。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。当外界光强较强时，光敏电阻阻值很小，biss0001 检测到低电平，从而 封锁 14 脚，禁止传感器 infare1 的信号。当外界光强较弱时，光敏电阻阻值很 大，biss0001 检测到低电平，开启 14 脚；infare1 检测到人体信号时，产生微 弱的信号输出，经 r5、r1005、r4、c1、c6、c7 组成的信号放大滤波电

52、路。 r1000、r1001、c1000 和 c1001 组成的延时电路。信号经处理后从 2 脚输出。 3.3.2 单片机控制电路单片机控制电路 由 80c51、74ls138 和 dac0832 组成的控制电路如图 3.11 所示 图 3.11 单片机控制电路 图 3.11 是由单片机组成的报警及灯光控制电路。当外部无任何中断时， 80c51 控制 74ls138 的使能控制端，使后面电路不工作。当有中断一产生时， 80c51 启动 74ls138，向 p0 脚低 4 位发送信号，控制灯慢慢亮。当中断 1 和中 断 0 同时产生时，80c51 屏蔽掉中断 1，启动 74ls138 向 p0

53、脚低四位发送数据， 使灯光慢慢变暗。这里采用 74ls138 控制 dac832 可以节省 80c51 的管脚，有 利于扩展，以便于控制多盏灯。由于采有 dac0832 可以有效地使灯实现阶梯 形的变化。 3.3.3 信号放大滤波电路信号放大滤波电路 使用放大器的滤波电路又称为有源滤波电路。其实有源无源就是看它用到 的元器件的性质。用到有源器件（如：三极管，集成放大器等）就构成有源滤 波器，若只用到无源器件（电阻，电容，电感等）就是无源滤波器。信号放大 滤波电路如图 3.12 所示。 图 3.12 信号放大滤波电路 有源滤波自身就是谐波源。其依靠电力电子装置，在检测到系统谐波的同 时产生一组和

54、系统幅值相等，相位相反的谐波向量，这样可以抵消掉系统谐波， 使其成为正弦波形。有源滤波除了滤除谐波外，同时还可以动态补偿无功功率。 其优点是反映动作迅速，滤除谐波可达到 95以上，补偿无功细致。缺点为价 格高，容量小。由于目前国际上大容量硅阀技术还不成熟，所以当前常见的有 源滤波容量不超过 600kvar。其运行可靠性也不及无源。一般无源滤波指通过电 感和电容的匹配对某次谐波并联低阻（调谐滤波）状态,给某次谐波电流构成一 个低阻态通路。这样谐波电流就不会流入系统。无源滤波的优点为成本低，运 行稳定，技术相对成熟，容量大。缺点为谐波滤除率一般只有 80，对基波的 无功补偿也是一定的。 目前在容量

55、大且要求补偿细致的地方一般使用有源加无源混合型，即无源 进行大容量的滤波补偿，有源进行微调。 3.3.4 复位电路复位电路 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分， 复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为 5v5%，即 4.755.25v。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时 钟信号，因此在电源上电时，只有当vcc 超过 4.75v 低于 5.25v 以及晶体 振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。复位电路 原理如图 3.13 所示。 图 3.13 复位电路 复位电路不适当的复位可以导致许多问题，因为不同的复位利用单片机

56、 的启动和断电的不同条件，因此必须根据系统的需要选择一种最恰当的复位 方式。 4 软件设计软件设计 4.1 程序框图程序框图 程序框图如图 4.1 所示 图 4.1 程序框图 4.2 主程序主程序 org0000h ajmp main org0003h ajmpdet1 ;远探测器 org0013h ajmpdet0;近探测器 org0050h main: mov p0, #00000001b;置初始值 det0，det1 可重复触发，灯灭 r=7？ 中断入口 r=0 发送数据 r+1 r 中断返回 调用延时程序 time0 中断入口 调用延时程序 time1 r=7 发送数据 调用延时程序

57、time0 r=0？ 中断返回 movtmod, #00000010b;方式 2，8 位自动重装计数器 mov tcon, #00010000b;开启计数器 t0 movie, #10000111b;开启所有中断 sjmp$;灯慢慢变亮 det1: movp0, #00000001b calltime0;灯亮度延时 10ms movp0, #00000011b calltime0 movp0, #00000101b calltime0 movp0, #00000111b calltime0 movp0, #00001001b calltime0 movp0, #00001011b callti

58、me0 movp0, #00001101b calltime0 movp0, #00001111b calltime1 reti;灯慢慢熄灭 det0: calltime1;延时 1 分钟 movtcon, a anla, #1 jz loop movp0, #00001111b calltime0 movp0, #00001101b calltime0 movp0, #00001011b calltime0 movp0, #00001001b calltime0 movp0, #00000111b calltime0 movp0, #00000101b calltime0 movp0, #0

59、0000011b calltime0 movp0, #00000001b reti loop: ret;延时 10ms time0: setbtr0 movr0, #20 d_1:movr1, #250 djnzr1, $ djnzr0, d_1 clrtr0 ret;延时 1 分钟 time1: setbtr0 movr0, #250 movr1, #200 movr2, #60 d_2 :djnzr0, d_2 movr1, #200 djnzr1, d_2 movr2, #60 djnzr2, d_2 clrtr0 ret end 5 结论结论 本系统的主要设计思想来源于生活。台灯是一般

60、家庭的生活必需品，但由 于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。全球这么多台灯，估算一下，消耗能 源可观。另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中 开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿。本系统在实验室进行了实物实验。热释电红 外探测器 1 的距离是 4m 左右（距离可调） ，主要是因为般来说是门离书桌的距 离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的 实际情况进行距离调节。热释电红外探测器 2 的距离是 10cm 左右（距离可调） ， 主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视， 此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间内未离开，则强