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1、课程设计说明书 第 16页撰写人：_日 期：_摘要随着生活技术的不断发展，家庭及公共照明灯不断增加，使用普通手动开关的电灯会造成电力的浪费，所以本次设计采用热释电红外传感技术与声控技术相结合的照明电路，做到红外传感开关与声控开关同时控制，达到节约能源的目的。本次设计首次采用热释电红外控制和声音控制，同时利用光敏电阻与LM393电压比较器组成的光照检测电路来判断外界有无光线。本次设计相对于普通的照明，更采用了三个led灯来模拟日常生活中的日光灯管，通过单片机的延时功能使之依次点亮以达到光线逐步明亮的效果，保护人眼。在白天光线较强时，不论有没有人靠近或是发出声音，灯都不会亮；在晚上光线较暗时，若有
2、人靠近灯就会亮，或者发出一定的声音，灯也会点亮，当人离开后灯自动熄灭。本次设计对今后的照明系统有重要的意义，具有十分广阔的前景。关键词 单片机STC89C52；热释电红外传感器；声控开关；LM393N芯片目 录1 概述12 方案设计12.1 可选择方案12.2 工作原理框图33 系统硬件设计43.1 系统设计电路介绍43.2单片机最小系统及相关电路53.3热释电传感器集成模块73.4光照检测电路83.5按键控制电路83.6声音控制电路94 系统软件设计10总 结14致 谢15参考文献16附录:源程序171 概述在这个科技飞速发展的年代，人们的生活水平正在越来越好，生活伴随着科技不断进步，的确将
3、科技融入生活当中能够使我们的生活更加高效、快捷，在这个快节奏的社会当中，人们也越来越离不开高科技所带给我们的方便与快捷。这次设计的是一个基于单片机的热释电传感夜灯，通常所说的单片机并不是一个完成某个逻辑功能的芯片，而是把一台计算机的组成系统微缩到一块芯片上。当然，现在某些型号的单片机也添加了模数或者数模转换功能模块，功能非常的强大。虽然单片机集成了计算机的所有组成系统，但是价格却没有那么昂贵，从几元至几十元不等。不同型号的单片机体积也会有所不同，如有的是20脚封装的；有的是40脚封装的，这主要取决于它的功能，一般来说，引脚多的要比引脚少的功能强大8。2 方案设计2.1 可选择方案经过初步的查阅
4、资料和参考文献，现有确定两种方案分别为：（1） 方案一：利用目前流行的AT89C52单片机对由光敏电阻和热释电传感器组成的光照检测电路进行处理，在P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口设置四个延时开关控制由三极管8550和继电器组成的开关电路，当室内无人时，输出高电平三极管截止，继电器不工作；当室内有人时，输出低电平三极管导通，继电器闭合，小灯点亮。如图2.1所示。（2）方案二：采用加强型的STC89C52单片机，同样是利用热释电红外传感器和声音控制开关探测有无人靠近，但是光照检测电路采用的是光敏电阻以及LM393N双电压比较器，有光的时候光敏电阻值减小，输入电压大于基准电压，小灯不亮；无光
5、照射时，光敏电阻值增大，输入电压小于基准电压，小灯点亮5。如图2.24与图2.3所示。 2.1硬件电路图 图2.2单片机最小系统图2.3 LM393N电路综上，结合本次设计的目的与要求，我选择第二种方案，因为第一种并不能使三个小灯依次点亮而第二种方案可以做到这一点。2.2 工作原理框图图2.4 系统总体框架结构图正如图2.4所示，首先由光敏电阻的特性可以知，在有光线的时候，光敏电阻的阻值非常小，那输入LM393N芯片中的输入电压是小于基准电压的，那双电压比较器LM393N即输出高电平，单片机接收到高电平信号，经由预先在里面的编好的程序处理，此时若有人靠近热释电探头，小灯也是不亮的；在无光的时候
6、，光敏电阻阻值非常大，输入LM393N芯片的输入电压此时大于基准电压，那双电压比较器即输出低电平，经由单片机处理，热释电探头开始工作，此时若有人靠近或者发出声音则产生电信号输入给单片机，单片机控制相连的三个小灯泡依次点亮，若有人离开热释电探头，则小灯泡延迟30S后关灭。另外按键控制电路可以自由切换为手动模式即手动开关和热释电开关9。3 系统硬件设计热释电红外传感夜灯的设计的系统硬件部分主要包括：晶振、复位电路、光照检测电路、热释电传感器模块集成电路以及手动按键控制电路。3.1 系统设计电路介绍整个电路以STC89C52单片机为基础，光敏电阻与一阻值为10K的电阻串联，其电压信号输入双电压比较器
7、LM393N的“+”端作为输入电压，“-”由可调电阻所组成的电路输入一个固定的基准电压。通过有光和无光时的光线变化使光敏电阻的阻值发生变化，从而使得输入电压亦发生变化，而输入电压与基准电压相比较，输入电压大于基准电压时输出高电平；反之输出低电平，这样LM393N芯片的输出端会输出一个高电平或者低电平。输出高电平时，小灯不会点亮；输出低电平时，若是此时热释电探头检测到有人接近亦发出电压信号给单片机，经由单片机处理，最终会依次点亮三个小灯。热释电传感夜灯的总体系统便是由以上各模块构成2。如图3.1所示。图3.1 总电路图3.2单片机最小系统及相关电路单片机最小系统包含两个电路：晶振电路和复位电路，
8、这两个电路看似简单实则非常重要，每一块单片机都离不开这两个电路，它们保证了单片机的正常工作。1晶振电路图3.2 单片机晶振电路晶振又名晶体振荡器，其主要成分是石英晶体，如果将石英切成很薄的片状再在两边加上电压，石英晶体就会开始有规律振荡，从而产生一个固定的基准频率。人们利用此特性，将晶振与两个电容组成的电路接至单片机上的振荡电路反相输入端和输出端即XTAL1脚和XTAL2脚，这样就会形成了能够稳定工作的自激振荡器。每一个单片机都离不开晶振电路，晶振电路提供了单片机一个稳定的时钟信号，使得单片机能够正常工作。目前常见的晶振有4MHz、6MHz、12MHz等，本次设计采用的是12MHz的晶振。如图
9、3.25所示。2 复位电路复位电路是单片机另一个非常重要的电路，它可以使单片机的工作回到初始状态并从新开始执行命令。图中为手动上电复位电路，一般情况下，采用的是RC电路来实现单片机的上电复位，接通电源瞬间，复位输入端RST为高电平，随着电容不断地充电，RST两端的电压下降，最终脱离复位状态。由于RST引脚上要连续保持两个机器周期以上的高电平，单片机才能复位，所以要求电容要足够大，一般单片机在复位以后程序从0000H处开始执行1。 图3-3复位电路3.3热释电传感器集成模块 图3.4 热释电感应模块电路图3.4图是由热释电元件PIR与BISS0001芯片所组成的一个热释电人体感应模块的电路图，它
10、的功能是，当有人靠近时PIR探头检测到人体发出的红外线波，就会产生一个输出信号传给BISS0001芯片，BISS0001是一款由较高性能的传感信号处理集成芯片，它能快速处理接收到的信号，并产生一个电压信号输送给单片机。BISS0001芯片是由具有独立的高输入阻抗运算放大器、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。其管脚如3.5图所示：图3.5 BISS0001管脚下面我们来介绍一下各个管脚的功能：首先引脚1是一个选择端，可以用来选择可重复触发和不可重复触发。名称为A，当A时“1”的时候，可重复触发：当A为“2”的时候，不可重复触发。引脚2是一个控制
11、信号的输出端即Vo，当VS为上跳变沿时触发，有效触发的条件是Vo从低电平变到高电平。另外要使Vo保持低电平状态，必须在延迟时间Tx之外和无VS的上跳变。引脚3是调节端RR1，用来调节输出延迟时间Tx。引脚4（RC1）跟引脚3一样，也是一个调节端，用来调节延迟时间Tx。用来触发封锁时间Ti的是引脚5(RC2),与之具有相同功能的引脚6（RR2）也是触发封锁时间Ti的。引脚7也就是最常用到的电源负端VSS，要想芯片工作必须接电源。引脚8有两个功能，一个是接VDD时作为参考电压，还有一个是作为复位输入端，值得一提的是作为复位输入端使定位器复位时要接“0”。引脚9（VC）可以禁止触发或允许触发，其条件
12、是：当VcVR时允许触发7。这里的VR0.2VDD。引脚10是一个设置段，其用来设置运算放大器偏执电流。引脚11（VDD）同引脚7相对应，是电源正端。BISS0001芯片内共有两个运算放大器分别为第一级和第二级运算放大器。它们有两个输出端，分别是引脚12、引脚16，引脚12(2OUT)第二级运算放大器的输出端，引脚16（1OUT）是第一级运算放大器的输出端。第一级运算放大器有两个输入端，分别是引脚14和引脚15。引脚14是同相输入端1IN+，引脚15是反相输入端1IN-。第二级运算放大器只有一个反相输入端，是引脚13（2IN-）。3.4光照检测电路图3.6 光线检测电路如图3.6所示中，LM3
13、93N芯片为双电压比较器，其“-”端接一可调电阻，可调电阻两端分别接电源和地，这样就形成了一个固定的电压值，另一端“+”与光敏电阻相连，利用光敏电阻值随着光照强度变化的特性，那么“+”端的电压值也在不断变化，通过输入的电压值与固定电压比较，就能输出一个低电平或者是高电平，这样根据输出端的高低电平就能判别外界条件是否有光。3.5按键控制电路 图3.7 按键控制电路在热释电传感夜灯正常工作的情况下，即无光、有人靠近时，小灯自动点亮；人离开时小灯延迟关灭；有光、有人靠近时，小灯不点亮。可在实际生活中可能需要有光条件下点亮小灯，或者无光条件下，有人靠近小灯也不亮。为此我们安装了可以人为干预的手动按键，
14、该按键电路由两个按键组成，分别于单片机的P2.6、P2.7口连接。如图3.7所示。具体功能如下： 1)K1键：与P2.7口连接的按键，是一个手动开关，可以立即关灭，点亮小灯，无需热释电模块。 2)K2键：与P2.6口连接的按键，是热释电模式开关按键。每按一次模式就切换一次，按下热释电模块就不工作，再按一下就重新开始工作。3.6声音控制电路图3.8 声音控制电路在3.8图中，由于声音信号转换为电信号后比较微弱，所以通过9014三极管放大，使接受到的微弱电信号通过放大能够明显作用于电路。电压比较器的IN+端和三极管的集电极相连，麦克风与基极相连。当有声音时，三极管基极处的电压会减小，继而集电极处的
15、电压也会减小，那么IN+端的电压小于IN-端的固定电压值，然后电压比较器的输出端OUT 就会输出低电平，以此类推，当无声音时，就会输出高电平。另外，通过改变接在IN-端的滑动变阻器的阻值可以调节其灵敏度。麦克风的功能是将空气中的变动压力波转化成变动电信号。它可以将能量从一种形式转换成另一种形式, 因此也被称为换能器。驻极体话筒属于最常用的电容式话筒，因为其输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。4 系统软件设计某种意义上来说，软件设计比硬件设计更为关键，也更为困难。本次系统的软件设计主要针对光照检测电路和热释电传感器集成电路的输出信号的处理。图4.1 系统流程图系统首先对周围光线情况进行检测，光线较强时不需要执行后面的操作，系统继续检测周围光线情况，只有当光线变弱
