声光控电子开关的设计与实现_图文

1、上海电力学院本科毕业设计(论文题目:教学楼声光控电子开关的设计与实现院系:电子与信息工程学院 专业年级:电子信息工程系 10级学生姓名:韩程 学号:20101933指导教师: 刘洪利 2014年 5月 25日教学楼声光控电子开关的设计与实现摘要本设计主要是通过 AT89C51单片机延时技术、 光检测技术、声音检测技术和热释电红外检测人体 技术控制白光 LED 灯的亮灭来实现声光控电子开关的设计。光信号检测是通过光敏电阻检测光照强度来改变自身的阻值来控制光敏电阻所分担的电压多少来 实现光控制。如果光敏电阻处在强光(白天下,光敏电阻的阻值很小,电压比较器的同相输入端有 较大的电压输入,通过电压比较

2、器比较后,输出相应的电平,将电平输送到电片机进行处理;如果光 敏电阻处在弱光(黑暗下,光敏电阻的阻值很大,电压比较器的同相输入端有很小的电压输入,通 过电压比较后,输出相应的电平,将电平输送到单片机的 P3.3口进行处理。声音检测是通过驻极体传声器把声音信号转换成电信号 (极小 , 电信号经过放大器放大, 再经过 电压比较器进行比较,得到相应的电平,将电平输送到单片机的 P3.4口。热释电红外检测人体技术是红外探头(热释电红外传感器捕捉人体产生的红外光谱,再将红外 信号转变为电信号,电信号输入到 BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过 BISS0001处理后, 将相应的电平由 Vo

3、口输送到单片机的 P3.5口。单片机将得到所有信号进行处理, 如果 P3.3口为低电平, 且 P3.4口为低电平或 P3.2口为高电平, 那么单片机使 P3.6口输出低电平,因此照明 LED 灯点亮。关键词:单片机,声控,光控,照明控制教学楼声光控电子开关的设计与实现摘要本设计主要是通过 AT89C51单片机延时技术、 光检测技术、声音检测技术和热释电红外检测人体 技术控制白光 LED 灯的亮灭来实现声光控电子开关的设计。光信号检测是通过光敏电阻检测光照强度来改变自身的阻值来控制光敏电阻所分担的电压多少来 实现光控制。如果光敏电阻处在强光(白天下,光敏电阻的阻值很小,电压比较器的同相输入端有

4、较大的电压输入,通过电压比较器比较后,输出相应的电平,将电平输送到电片机进行处理;如果光 敏电阻处在弱光(黑暗下,光敏电阻的阻值很大,电压比较器的同相输入端有很小的电压输入,通 过电压比较后,输出相应的电平,将电平输送到单片机的 P3.3口进行处理。声音检测是通过驻极体传声器把声音信号转换成电信号 (极小 , 电信号经过放大器放大, 再经过 电压比较器进行比较,得到相应的电平,将电平输送到单片机的 P3.4口。热释电红外检测人体技术是红外探头(热释电红外传感器捕捉人体产生的红外光谱,再将红外 信号转变为电信号,电信号输入到 BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过 BISS0001处理

5、后, 将相应的电平由 Vo 口输送到单片机的 P3.5口。单片机将得到所有信号进行处理, 如果 P3.3口为低电平, 且 P3.4口为低电平或 P3.2口为高电平, 那么单片机使 P3.6口输出低电平,因此照明 LED 灯点亮。关键词:单片机,声控,光控,照明控制目 录1 绪 论 . . 12 硬件电路设计 . . 2 2.1 单片机最小系统模块电路设计 . 2 2.1.1 AT89C51功能介绍 . 3 2.1.2 AT89C51管脚功能说明 . 3 2.1.3 单片机时钟电路设计 . 5 2.1.4 单片机复位电路设计 . 6 2.2 声控模块电路设计 . 6 2.3 光控模块电路设计 .

6、 8 2.4 人体检测模块电路设计 . . 92.5 设计成果 . . 123 系统软件设计 . . 19 3.1 单片机最小系统软件设计 . 20 3.2 光控模块软件设计 . 21 3.3 声音控制模块软件设计 . . 223.4 人体检测模块软件设计 . . 234 结论 . . 25 谢辞 . . 26 参考文献 . . 271 绪 论随着新技术的不断开发与应用, 单片机发展迅速, 一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃 兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、视频、石油等各个行业。它所给人带 来的方便也是不可否定的并且带动了数字电路技术的进一步发展, 在这样的背

7、景下, 声光控智能灯应运 而生,它既满足了人们对单片机及数字电路技术研究的需求, 也符合了照明灯在人类生活中扮演重要角 色的条件。用数字电路技术及单片机实现灯的自动点亮、 节能节电、 延长灯的寿命变得越来越重要, 而且贴近 实际生活。声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品, 它不需要开关, 当有人经过时会自动 点亮;广泛应用于走廊、教学楼楼道等公共场所,给人们的生活带来极大的方便。因此,得到了广泛的 应用。声光控电路时声音和光控制电路工作的电子开关。该电路有电源电路、声控电路、光控电路、红 外检测电路和延时控制开关电路等组成,它不仅广泛使用于楼梯间、过道库房等场合,而且节能省电, 使用

8、方便。以前,公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关, 由于各种原因往往出现许多灯泡 点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。另外,由于频繁开 关或其他人为因素墙壁开关的损坏率很高,及增大了维修量、 浪费了资金, 又容易造成事故隐患。 声光 控智能灯在使用中的节能作用是非常明显的。以 40W 灯具使用普通开关连续点亮 6小时为例,耗电应为 0.04KW/H即 0.24度电;如果以 40W 的声光控智能灯,按照 6小时内点亮 100次,每次 20秒钟计算,耗电 量为 0.04KW/H即 0.022度电,二者的耗电量相比为 10倍之多。由于声光控智能灯的

9、巨大经济效益及其 智能化和安全性,智能控制已被人们广泛研究并加以利用。声光控智能灯的核心部分是控制系统,单片机控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛, 但从国内生产的声光控智能开关控制来讲, 总体发展水平仍然不高, 同其他先进国家相比, 仍然有着较 大的差距。随着科学技术日益迅速的发展和现代工业技术的需要,智能控制已经深入到生活各个方面, 声光控智能开关也不断的改进和提高。它具有控制效果好,经济效益高,方便使用等许多优点。 声光控 智能开关与传统的手动照明灯相比,更具有节约能源,控制准确等优势。本设计运用了光敏电阻, 驻极体话筒和单片机最小系统及电源电路及照明电路构成的声光控智能开 关电

10、路。主要有声控电路、光控电路、控制电路、电源电路及照明电路等部分组成。在白天该灯始终处 于关闭状态,一到晚上,在黑暗中,该灯只要收到一个猝发的声音(足够触发开关或红外检测器检测 到人体,灯就自动点亮,而后延时一段时间(10S 又会自动熄灭,可以达到一个节电的目的,具有结 构简单、自耗电少、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点。2 硬件电路设计本设计的硬件系统由单片机最小系统来控制声音强度检测模块、 光照强度检测模块、 热释电红外检 测人体模块来实现各个功能,如图 2-1所示。图 2-1 系统结构框图(1 声音强度检测模块:驻极体传声器检测是否有声音输入,如果有声音,声音通过驻极体传声器 转换成电

11、信号, 将电信号经过放大器放大, 输入到电压比较器的同相输入端, 电压比较器的输出端接在 单片机 P3.4端口,电压比较器将同相输入端的电压和反相输入端的电压比较, 当反相输入端的电位高于 同相输入端时, LM393则输出一低电平; 而当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时, LM393将会 输出一高电平;单片机通过检测 P3.4是否有信号输入,以达到声音控制的效果。(2 光照强度检测模块:光敏电阻检测光照强度, 如果光敏电阻处在强光下, 光敏电阻的阻值很小, 电压比较器的同相输入端有较大的电压输入, 将得到的相应的电信号输送到单片机进行处理; 如果光敏 电阻处在黑暗中, 光敏电阻的阻值很大

12、, 电压比较器的同相输入端有很小电压输入, 电压比较器经过比 较输出相应的电信号到单片机的 P3.3口;单片机通过检测 P3.3口的信号输入,以达到光控制的效果。 (3 人体检测模块:人体红外感应模块电路主要有人体红外传感器、 菲涅尔透镜、 专用芯片 BISS0001组成。当有人出现在探头的探测区,传感器便能探测到红外信号转换成电信号,并把信号输送到BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过 BISS0001的内部处理,由 Vo 输出相应的电平,单片机再 根据相应的电平是否该开启器件设备。 热释电红外探头通过检测人体是否存在、 移动,以达到人体检测 的效果。2.1 单片机最小系统模块电路

13、设计本系统的主体是由 AT89C51单片机、时钟电路与复位电路组成的单片机最小系统。 通过最小系统与 各个模块相连接, 从而达到控制各个模块完成相应功能的目的, AT89C51单片机相当于人的大脑, 充当 了非常重要的作用。2 硬件电路设计本设计的硬件系统由单片机最小系统来控制声音强度检测模块、 光照强度检测模块、 热释电红外检 测人体模块来实现各个功能,如图 2-1所示。图 2-1 系统结构框图(1 声音强度检测模块:驻极体传声器检测是否有声音输入,如果有声音,声音通过驻极体传声器 转换成电信号, 将电信号经过放大器放大, 输入到电压比较器的同相输入端, 电压比较器的输出端接在 单片机 P3

14、.4端口,电压比较器将同相输入端的电压和反相输入端的电压比较, 当反相输入端的电位高于 同相输入端时, LM393则输出一低电平; 而当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时, LM393将会 输出一高电平;单片机通过检测 P3.4是否有信号输入,以达到声音控制的效果。(2 光照强度检测模块:光敏电阻检测光照强度, 如果光敏电阻处在强光下, 光敏电阻的阻值很小, 电压比较器的同相输入端有较大的电压输入, 将得到的相应的电信号输送到单片机进行处理; 如果光敏 电阻处在黑暗中, 光敏电阻的阻值很大, 电压比较器的同相输入端有很小电压输入, 电压比较器经过比 较输出相应的电信号到单片机的 P3.3口

15、;单片机通过检测 P3.3口的信号输入,以达到光控制的效果。 (3 人体检测模块:人体红外感应模块电路主要有人体红外传感器、 菲涅尔透镜、 专用芯片 BISS0001组成。当有人出现在探头的探测区,传感器便能探测到红外信号转换成电信号,并把信号输送到BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过 BISS0001的内部处理,由 Vo 输出相应的电平,单片机再 根据相应的电平是否该开启器件设备。 热释电红外探头通过检测人体是否存在、 移动,以达到人体检测 的效果。2.1 单片机最小系统模块电路设计本系统的主体是由 AT89C51单片机、时钟电路与复位电路组成的单片机最小系统。 通过最小系统与

16、各个模块相连接, 从而达到控制各个模块完成相应功能的目的, AT89C51单片机相当于人的大脑, 充当 了非常重要的作用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低 8位和数据总线复用,在访 问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时, P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校 验时,要求外接上拉电阻。(3 P1口 :P1口是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出 电流 4个 TTL 逻辑门电路。 P1口管脚写入“ 1”后,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作 输入口。 作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,

17、P1口被外部下拉为低电平时, 将输出电流。在 FLASH 编程和校验时, P1口作为低 8位地址接收。(4 P2口:P2口为一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出 电流 4个 TTL 逻辑门电路,当 P2口被写“ 1”时,其管脚被内部上拉电阻拉到高电平,且作为输入。并 因此作为输入口使用时, 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

18、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。(5 P3口:P3口管脚是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P3口输出缓冲级可驱动(吸收 或输出电流 4个 TTL 逻辑门电路。当 P3口写入“ 1”后,它们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。 作为输入端时,由于外部下拉为低电平, P3口将输出电流(I LL 这是由于上拉的缘故。 P3口同时为闪 烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P3口除了作为一般的 I/O口线外,更重要的用途是它的第二功 能,如表 2-1所示:表 2-1 P3口功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD (串行输入口P3.1 TXD (

19、串行输出口P3.2 INT0(外部中断 0P3.4 T0(计时器 0外部输入 P3.5 T1(计时器 1外部输入P3.6 WR (外部数据存储器写选通P3.7 RD (外部数据存储器读选通(6 RST:复位输入。当振荡器工作时, RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。(7 ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低 8位字节。在在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低 8位和数据总线复用,在访 问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时, P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校 验时,要求外接上拉电阻。(3

20、 P1口 :P1口是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出 电流 4个 TTL 逻辑门电路。 P1口管脚写入“ 1”后,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作 输入口。 作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻, P1口被外部下拉为低电平时, 将输出电流。在 FLASH 编程和校验时, P1口作为低 8位地址接收。(4 P2口:P2口为一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出 电流 4个 TTL 逻辑门电路,当 P2口被写“ 1”时,其管脚被内部上拉电阻拉到高电平,且作为输入。并 因此作为输入口使用时, P2

21、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。(5 P3口:P3口管脚是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P3口输出缓冲级可驱动(吸收 或输出电流 4个 TTL 逻辑门电路。当 P3口写入“ 1”后,它们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。 作为输入端时,由于外部下拉为低电平, P3口将输出电流(

22、I LL 这是由于上拉的缘故。 P3口同时为闪 烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P3口除了作为一般的 I/O口线外,更重要的用途是它的第二功 能,如表 2-1所示:表 2-1 P3口功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD (串行输入口P3.1 TXD (串行输出口P3.2 INT0(外部中断 0P3.4 T0(计时器 0外部输入 P3.5 T1(计时器 1外部输入P3.6 WR (外部数据存储器写选通P3.7 RD (外部数据存储器读选通(6 RST:复位输入。当振荡器工作时, RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。(7 ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的

23、输出电平用于锁存地址的低 8位字节。在在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低 8位和数据总线复用,在访 问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时, P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校 验时,要求外接上拉电阻。(3 P1口 :P1口是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出 电流 4个 TTL 逻辑门电路。 P1口管脚写入“ 1”后,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作 输入口。 作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻, P1口被外部下拉为低电平时, 将输出电流。在 FLASH 编程和校验时, P1口作为

24、低 8位地址接收。(4 P2口:P2口为一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出 电流 4个 TTL 逻辑门电路,当 P2口被写“ 1”时,其管脚被内部上拉电阻拉到高电平,且作为输入。并 因此作为输入口使用时, 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。(5

25、 P3口:P3口管脚是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口, P3口输出缓冲级可驱动(吸收 或输出电流 4个 TTL 逻辑门电路。当 P3口写入“ 1”后,它们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。 作为输入端时,由于外部下拉为低电平, P3口将输出电流(I LL 这是由于上拉的缘故。 P3口同时为闪 烁编程和编程校验接收一些控制信号。 P3口除了作为一般的 I/O口线外,更重要的用途是它的第二功 能,如表 2-1所示:表 2-1 P3口功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD (串行输入口P3.1 TXD (串行输出口P3.2 INT0(外部中断 0P3.4 T0(计时器 0外部输入 P3.

26、5 T1(计时器 1外部输入P3.6 WR (外部数据存储器写选通P3.7 RD (外部数据存储器读选通(6 RST:复位输入。当振荡器工作时, RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。(7 ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低 8位字节。在图 2-5 驻极体传声器机构图及实物图根据极体传声器 MK1的原理及由三极管、电容、电阻及电压比较器等组成的声控电路,如图 2-6所示。其中 LM393为电压比较器,当反相输入端的电位高于同相输入端时, LM393则输出一低电平; 而当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时, LM393将会输出一高电平

27、。在此电路中可以通过改 变变阻器的阻值来改变反相输入端的电压, 从而改变对声音强度检测的灵敏度, 以满足不同场所或人群 的需要。为用驻极体话筒将得到与声音信号对应的电压值。 若有声音时则会输出一电压值, 由于传声器 转换的电压值非常小, 所以必须将该电压经过三极管放大电路进行放大, 放大后的电压经过电压比较器 LM393输入到单片机的 P3.4口, R6为可变电阻,通过调节其阻值使电压比较器的输出电压发生变化, 起到了调节声音灵敏度的作用。图 2-6 声控电路2.3 光控模块电路设计光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻岁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

28、增大。本实验选用 MG45型光敏电阻,如图 2-7所示。在黑暗条件下,光敏电 阻可达 1兆欧至 10兆欧,在强光条件下(100LX 下,阻值仅有几百至数千欧。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 ¦Ìm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。图 2-7 光敏电阻的实物图光控电路在光照强时电路不工作,所以单片机首先对光照进行检测,此处使用到光敏电阻 MG45、 电压比较器 LM393、变阻器 R1等元件进行检测,如图 2-8所示。 Q1为光敏电阻,光敏电阻器实现的 功能是 ; 当有光照时,光敏电阻的阻值下降,这时的阻值仅有几百至

29、数千欧姆, LM393同相输入端有一 个较大的电压输入,经过 LM393比较后,输出相应的电平。当光线不足或没有光线时,其阻值可以达 到兆欧级以上,此时相当于电路处于短路状态, LM393同乡输入端基本上没有电压(很小输入,经 过 LM393比较后,输出一个低电平。图 2-8 光控电路2.3 光控模块电路设计光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻岁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。本实验选用 MG45型光敏电阻,如图 2-7所示。在黑暗条件下,光敏电 阻可达 1兆欧至 10兆欧,在强光条件下(100LX 下,阻值仅有几百至数千欧。光敏电阻器对光的敏

30、感性(即光谱特性与人眼对可见光(0.40.76 ¦Ìm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。图 2-7 光敏电阻的实物图光控电路在光照强时电路不工作,所以单片机首先对光照进行检测,此处使用到光敏电阻 MG45、 电压比较器 LM393、变阻器 R1等元件进行检测,如图 2-8所示。 Q1为光敏电阻,光敏电阻器实现的 功能是 ; 当有光照时,光敏电阻的阻值下降,这时的阻值仅有几百至数千欧姆, LM393同相输入端有一 个较大的电压输入,经过 LM393比较后,输出相应的电平。当光线不足或没有光线时,其阻值可以达 到兆欧级以上,此时相当于电路处于短路状态,

31、LM393同乡输入端基本上没有电压(很小输入,经 过 LM393比较后,输出一个低电平。图 2-8 光控电路BISS0001的工作原理:BISS0001的内部框图,如图 2-10所示。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。由于热释电红外传感器输出的探测信号电压十分微弱 (通常仅有 1mV 左右 , 而且是一个变化的信 号,同时菲涅尔透镜的作用又使输出信号电压呈脉冲形式(脉冲电压为 0.110Hz 左右 ,所以

32、应对热 释红外传感器输出的电压信号通过运算放大器 OP1和 OP2进行二级放大。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。 输出信号 Vo 接单片机 以便检测,当有人时便输出 5V 高电平,当人离开之后延时一段时间后便复位为 0V 以便主控制电路的 控制。电路设计让芯片处于可重复触发状态以便适合教室的实际情况。 重复触发其工作过程:可重复触 发工作方式下在 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,则将

33、从 Vs 上跳变时刻起继续延长个 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。图 2-10 BISS0001的内部框图被动式热释电红外探头的工作原理:人体都有恒定的体温,一般在 37度, 所以会发出特定波长 10UM 左右的红外线,被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10UM 左右的红外线而进行工作的。人体发射 的 10UM 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。红外感应源通常采用热释电元 件

34、,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 测处理后就能产生报警信号。热释电红外检测人体电路如图 2-11所示。 图 2-11 人体检测电路2.5 设计成果(1系统整体电路原理图 (2系统电路 PCB 图 (3系统实物图图 2-14 系统实物图 (4系统在不同环境下的效果图 系统正常工作后,在强光环境,无声音,红外探头未检测到人体情况下,系统的状态是光检测 指示灯、声音检测指示灯、人体检测指示灯均未点亮,照明 LED 灯也未亮。如图 2-15所示。图 2-15 效果图 1 系统正常工作后,在强光环境,红外探头未检测到人体,但有声音情况下,系统的

35、状态是光检测指示灯和人体检测指示灯都未点亮, 但声音检测指示灯点亮了, 照明 LED 灯仍未点亮。如图 2-16所示。图 2-16 效果图 2 系统正常工作后,在强光环境,无声音,但红外探头检测到人体存在情况下,系统的状态是光 检测指示灯和声音检测指示灯都未点亮,但人体检测指示灯点亮了,照明 LED 灯仍未点亮。如图 2-17所 示。 系统正常工作后,在强光环境,有声音,探头检测到人体存在情况下,系统的状态是光检测指 示灯未亮,声音检测指示灯和人体检测指示灯都点亮,照明 LED 灯仍未点亮。如图 2-18所示。图 2-18 效果图 4 系统正常工作后,在黑暗环境,无声音,未检测到人体存在情况下

36、,系统的状态是声音检测指 示灯和人体检测指示灯都未亮,但光检测指示灯点亮了,照明 LED 灯未点亮。如图 2-19所示。 系统正常工作后,在黑暗环境,红外探头未检测到人体,但系统检测到有声音情况下,系统的 状态为人体检测指示灯未亮,但光检测指示灯和声音检测指示灯都点亮了,并且照明 LED 灯也点亮了。 如图 2-20所示。图 2-20 效果图 6 系统正常工作后,在黑暗环境,无声音,但检测到人体存在的情况下,系统的状态是声音检测 指示灯未亮,光检测指示灯和人体检测指示灯都点亮了,照明 LED 灯也点亮了。如图 2-21所示。图 2-21 效果图 7 系统正常工作后,在黑暗环境,有声音,红外探头

37、检测到人体存在情况下,系统的状态是光检 测指示灯、声音检测指示灯和人体检测指示灯都点亮,并且照明 LED 灯也点亮。如图 2-22所示。图 2-22 效果图 83 系统软件设计单片机语言的编程一般使用两种语言:C 语言和汇编语言。汇编语言是一种用文字助记符来表示机 器指令的符号语言, 是最接近机器语言的一种语言。其主要的优点是占用资源少, 程序执行效率高。 但 是不同的 CPU ,其汇编语言可能有所差异 , 所以不易移植。 C 语言是一种结构化的高级语言。其优点是可 读性好,移植容易,是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占资源较多,执行效率没有汇编高。 C 语言 是一种编译型程序设计语言,它兼顾

38、了许多种高级语言的特点,其具备汇编语言的功能。 C 语言有功能 丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性,而且可以直接实现对系统硬件的控制。 C 语言是一种结构化程序设计语言,它支持当前程序设计中广泛用的有顶向下结构化程序设计技术。此 外, C 语言程序具有完善的模块程序结构,从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保 障。因此使用 C 语言进行程序的设计已经为软件开发的一个主流。综上所述,用 C 语言进行单片机程序 设计是单片机开发和应用的必然趋势。本设计就采用 C 语言进行编程,明显的增加了软件的可读性。 整个系统的功能是由硬件电路配合软件来实现的, 因此软件部分的

39、设计非常重要。 本系统程序主要 是单片机对检测的信号进行分析,然后输出相应的触发信号。系统接通电源,开始正常工作后,初始化单片机,使单片机的所有端口恢复初始值。首先,光采集 器件(光敏电阻开始采集光信号,若光敏电阻处在强光下,光敏电阻的阻值很小,致光敏电阻分担的 电压很小,使电压比较器的同相输入端的电压约为 5V ,此时电压比较器的同相输入端的电压大于反相 输入端的电压,电压比较器输出一高电平送到单片机的 P3.3口;与之相反,若光敏电阻处在黑暗中,电 压比较器输出一低电平送到单片机的 P3.3口。 单片机对 P3.3口的信号进行处理, 如果检测到的是高电平, 系统返回到光采集阶段继续采集光信

40、号; 如果检测到的是低电平, 系统继续检测声音信号和检测人体是 否存在。然后,声音采集器件(驻极体传声器采集声音信号,若有声音,驻极体话筒产生一个很小的 交流电信号,交流电通过电容 C5变成直流电信号,经过三极管后,输入到电压比较器的同相输入端, 经过电压比较后,输出端输出一个低电平到单片机的 P3.4口;与之相反,若没有声音,电压比较器的输 出端输出一高电平到单片机的 P3.4口。单片机对 P3.4口的信号进行分析,如果检测到的是高电平,系统 返回到声音采集阶段继续采集声音;若检测到的是低电平,系统开启照明 LED 灯。同时,人体检测器件 (热释电红外探头 也在采集红外信号, 若检测到人体发

41、出的红外信号,探头输出一个脉冲信号, 脉冲 信号经过 BISS0001的内部处理,输出一个高电平到单片机的 P3.5口;与之相反,若无人体存在,输出以 低电平到单片机的 P3.5口。单片机对 P3.5口的信号进行处理,如果是高电平,系统点亮照明 LED 灯;如 果是低电平,系统返回到人体检测阶段继续采集红外信号。 最后, 单片机对接收到的所有信号进行处理, 如果单片的 P3.3口接收到的是低电平,并且 P3.4口的是低电平或者 P3.5口的是高电平,那么系统就点亮 照明 LED 灯,开灯以后,单片机开始进行倒计时 10s ,如果 10s 时间到,系统自动关闭照明灯。系统继续 返回到光检测阶段继

42、续检测,开始无限循环检测。根据系统的功能要求,在分析整个软件实现的基础上,并经过比较论证的系统程序流程图如图 3-1所示。 图 3-1 系统流程图3.1 单片机最小系统软件设计在本设计硬件调试时,检测单片机最小系统的可使用性,增加了使 LED 灯不停闪烁的一个环节。 最小系统接通电源后,初始化所有端口,将二极管电路接在单片机的 P1.0口,通过编程,使单片机的 P1.0口置“ 0” ,此时发光二极管点亮,如果单片机的 P1.0口置“ 0” ,发光二极管熄灭。流程图如图 3-2所示。图 3-2 单片机最小系统调试流程图3.2 光控模块软件设计设电压比较器的同相输入端的电压为 V3,反相输入端的电

43、压为 V2,输出端的电压为 V1。 系统接通电源, 正常工作后,光敏电阻开始采集光信号。 如果光敏电阻处在黑暗环境中 (光很弱 , 这时光敏电阻的阻值(暗阻很大(1兆欧10兆欧 ,它所分担的电压也很大,电压比较器的 V3 0V ,电压比较器比较 V3、 V2两电压,通过比较后, V2>V3,所以电压比较器的输出端 V1输出为低 电平,将这得到的电信号送到单片机进行处理;如果光敏电阻处在强光中,光敏电阻的阻值 (明阻 很 小(1欧1千欧 ,它所分担的电压也很小,电压比较器的 V3 5V ,电压比较器比较 V3、 V2两电 压,通过比较后, V3>V2,所以电压比较器的输出端 V1输出

44、为高电平,将这得到的电信号送到单片 机进行处理。最后,系统返回到光检测阶段继续检测光信号。光检测的流程图,如图 3-3所示。 图 3-3 光检测流程图3.3 声音控制模块软件设计设电压比较器的同相输入端的电压为 V5,反相输入端的电压为 V6,输出端的电压为 V7。 系统接通电源,正常工作后,驻极体传声器开始采集声音信号。如果有声音,驻极体传声器将声 音信号转变成微弱的交流电信号, 通过电容 C3, 交流信号变成直流信号, 直流电信号流入三极管的基 极,使三极管导通,此时电压比较器的同相输入端的电压 V5 0V ,经过电压比较器比较 V5、 V6两 电压, V6>V5,电压比较器的输出端

45、 V7为低电平;如果没有声音,驻极体传声器无法产生电信号。 系统返回到声音检测阶段继续检测声音信号。声音检测流程图,如图 3-4所示。 图 3-4 声音检测流程图3.4 人体检测模块软件设计系统接通电源,正常工作后,被动式热释电红外探头开始检测人体发出的红外信号。如果探头检 测到人体发出的红外信号,探头会产生一个很微弱的脉冲信号,脉冲信号输入到 BISS0001的第一级 运算放大器的同相输入端,经过 BISS0001对脉冲信号进行分析处理,输出端 Vo 输出一个高电平,系 统继续检测红外信号;如果探头未检测到人体发出的红外信号,返回到系统检测红外信号阶段继续检 测红外信号。人体检测流程图,如图

46、 3-5所示。 图 3-5 人体检测流程图4 结论总结本次设计的声光控电子开关,有以下几个优点:(1使用单片机作为主控器件,系统灵活,并且整体成本低廉。(2通过编程实现了声音控制、光控制的功能,使照明灯更具有人性化。(3通过调节变阻器的阻值,适应不同环境下对声音和光照强度检测的灵敏度,提升了声光控智能 灯的可用性。(4通过热释电红外检测人体的存在,实现在黑暗中,不用发出很大的声音,也能开启照明灯,既 避免了产生噪音也使该系统更加智能化,方便人们使用。与此同时该设计也有一些缺点:(1该系统的人体检测模块不能调节灵敏度。(2该系统的复位电路没有手动复位,如果系统出现故障或者程序运行错误时,只能用电

47、源开关来 复位。(3开启照明灯后,系统还能检测到声音信号或人体存在,系统重新开始倒计时,可能会导致照明 灯常亮; 如果通过调节声音检测的灵敏度解决这一问题, 那么开启照明等需要很大的声音, 既不人性化, 也产生了噪音。(4该系统少了显示模块,应该加一个 LED 数码管,显示照明灯关闭的倒计时时间。在本次设计的过程中,遇到了不少的问题和困难:在制作原理图时,由于粗心,没有按复位开关; 在制作 PCB 图的时候由于对软件的不熟悉导致自动布线无法完成;在调试程序时,使用伟福仿真器, 由 于对仿真器的不熟练,花费了大量的时间去安装软件和下载驱动。通过上网、去图书馆查资料、 与同一小组的同学的讨论以及与老师的及时交流, 解决了 PCB 图的上 的问题;通过老师的指导和同学的帮助,成功使用了仿真器进行仿真调试。在此次的设计中受益匪浅, 知道了分析的重要性, 比如电路的选择, 器件的选择,可行性的分析等, 这些都关系到设计的总体方向以及设计的产品的成本、 简易度和完成概率。 在完成设计期间也有许多错 误是因为粗心造成的,因此在今后一定要养成细心的好习惯。这次设计将学到的应用到了实际中, 深化了对数字电路设计和模拟电子设计的认识, 在设计的实践 中获得新知,在参考文献时,学到