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1、课课程程设计报设计报告告项项 目目 名名 称：称： 智能照明系智能照明系统设计统设计 所所 属属 课课 程：程： 传传感器与感器与检测检测技技术术 设设 计计 日日 期：期： 2013.7.5 班班 级级 学学 号号 22 号号 姓姓 名名 指指导导教教师师 成成 绩绩 电气与控制工程学院2一、一、课课程程设计设计概述概述1、 、课课程程设计设计目的目的本设计的智能照明系统可以根据传感器一定范围内是否有人存在控制附近楼内照明灯的亮灭。系统以 AT89S51 单片机作为控制装置的智能部件，采用热释电红外人体传感器检测人体的存在，对楼内进行合理开灯，系统通过对人体的存在信号识别和智能判断，完成对楼
2、内照明回路的智能控制，实现楼宇照明灯的节能管理。2、 、课课程程设计设计要求要求1、红外传感器检测 15 米左右距离内是否有人存在，据此控制灯的开关；2、传感器水平视角100 度，垂直视角80 度； 3、供电电源 AC220V3、 、课课程程设计设计原理原理本设计分为传感器及信号处理部分，以 AT89S51 组成的中央处理单元部分，灯光控制电路三部分。整个系统是在 AT89S51 单片机控制下完成工作的，其工作过程为：每个单片机系统同时与 8 路传感器相连，并控制相应 8 路灯的亮灭。当人体进入到热释电红外传感器的测控范围内时，信号检测电路处理信号，并向 AT89S51 单片机发送一个中断信号
3、，单片机启动灯光控制电路，就对应有一路灯点亮。当人体离开热释电红外传感器的测控范围时, 系统停止工作时间隔10 秒灯光熄灭。LED 显示灯亮的盏数及正在点亮灯的点亮时间；同时单片机有按键输入，可人为控制在白天或休息时灯全灭，检修时灯全亮。二、二、课课程程设计设计内容内容3一、一、系统设计方案1.1 单片机的选择：采用 AT89S511.11. AT89S51 单片机的结构AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司
4、的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，AT89S51 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。1.12 管脚4V VC CC C：电源电压输入端。 G GN ND D：电源地。 P P0 0 口口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0
5、 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P P1 1 口口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 P P2 2 口口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由
6、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。 P P3 3 口口：P3 口管脚是 8 个带 内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口除了作为普通 I/O 口，
7、还有第二功能： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断 0） P3.3 /INT1（外部中断 1） P3.4 T0（T0 定时器的外部计数输入） P3.5 T1（T1 定时器的外部计数输入） P3.6 /WR（外部数据存储器的写 选通） P3.7 /RD（外部数据存储器的读 选通） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 5I/O 口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据
8、读入到内部总线。 89C51 的 P0、P1、P2、P3 口作为输入时都是准双向口。除了 P1 口外 P0、P2、P3 口都还有其他的功能。 R RS ST T：复位输入端，高电平有效。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 A AL LE E/ /P PR RO OG G：地址锁存允许/编程脉冲信号端。 ALE 是英文“Address Latch Enable“的缩写，表示地址锁存器启用信号。AT89S51 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器（如 74LS373） ，将端口 0 的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为 AT89S51 是以多工的方式送出地址及数
9、据。平时在程序执行时ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录 8751 程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。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位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令
10、是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 P PS SE EN N：外部程序存储器的选通信号，低电平有效。 “PSEN”为“Program Store Enable“的缩写，其意为程序储存启用，当 8051 被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0） ，会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚。AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分别启用存在外部的 RAM 与 EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用 64K 的定址范围在由外部程序存储器 取指期间，每个机器周期两次 /
11、PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 E EA A/ /V VP PP P：外部程序存储器访问允许。 “EA“为英文“External Access“的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部 EPROM 中）来执行程序。因此在8031 及 8032 中，EA 引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录 至 8751 内部 EPROM 时，可以利用此引脚来输入 21V 的烧录高压（VPP） 。当6/E
12、A 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端 保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 X XT TA AL L1 1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 X XT TA AL L2 2：片内振荡器反相放大器的输出端。1.13 单片机最小系统AT89S51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用 AT89S51 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电
13、路和复位电路即可, AT89S51 单片机最小系统所示。由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点：有可供用户使用的大量 I/O 口线。内部存储器容量有限。应用系统开发具有特殊性。时钟电路AT89S51 虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。AT89S51 单片机的时钟产生方法有两种。内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡电路，在 XTAL1、XTAL2 引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡。本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。振荡晶体可在 1.2MHZ到 12MHZ 之间选择
14、。电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2 可在 20pF 到 100pF 之间取值，但在 60pF 到 70pF 时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，振荡晶体选择 6MHZ,电容选择 65pF。在设计印刷电路板时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用 NPO 电容。复位电路AT89S51 的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚 RST 通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的 S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能
15、得到内部复位操作所需要的信号。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7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 端经电阻与电源 Vcc 接通而实现的。按键手动复位电路,时钟频率选用 6MHZ 时，C取 22uF,Rs 取 200，RK取 1K。1.2、红外传感器的选择:采用热释电红外传感器热释电红外
16、传感器是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2*1mm 的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大 70 分贝以上，这样就可以测出 1020米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区” ，以提高它的探测接收灵敏度。当有
