******畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能燈光控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)******畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能燈光控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)目錄摘要………………………1ABSTRACT……………………20緒論··························41系統(tǒng)相關(guān)背景介紹·····················61.1系統(tǒng)研究背景·····················61.2系統(tǒng)研究的意義····················71.3智能燈光控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀·············81.3.1智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀···············81.3.2國內(nèi)外智能燈光發(fā)展概況···············81.3.3智能燈光控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)···············81.3.4現(xiàn)有智能照明控制系統(tǒng)的分析·············92系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案·····················102.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求·····················102.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)·······················102.3功能描述·······················122.4系統(tǒng)硬件電路框圖···················133系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)······················133.1單片機(jī)最小系統(tǒng)····················133.1.1AT89C52芯片介紹··················143.1.2晶振電路······················183.1.3復(fù)位電路······················203.2光照強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)·················223.2.1光敏三極管功能···················223.2.2光照強(qiáng)度檢測(cè)模擬電路設(shè)計(jì)··············233.2.3光照強(qiáng)度模擬檢測(cè)電路················253.3人體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)···················263.1熱釋電紅外傳感器的原理···············263.3.2信號(hào)處理電路····················283.4燈光控制電路設(shè)計(jì)···················313.5光照強(qiáng)度顯示部分···················323.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)·····················344系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)······················354.1軟件設(shè)計(jì)的基本思想··················354.2邏輯控制·······················354.3軟件設(shè)計(jì)流程圖····················374.4仿真環(huán)境介紹·····················374.4.1Keil介紹······················374.4.2Proteus介紹····················385系統(tǒng)調(diào)試························405.1單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟···············405.2仿真調(diào)試結(jié)果·····················41總結(jié)與展望·······················44總結(jié)·························44展望·························457參考文獻(xiàn)························46附錄··························46譯文··························46原文說明·······················61摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)一些照明時(shí)間較長、照明設(shè)備較多的場(chǎng)所(如學(xué)校教室、商場(chǎng)等)其照明系統(tǒng)的使用浪費(fèi)現(xiàn)象屢見不鮮。由于缺乏科學(xué)管理和管理人員的責(zé)任心不強(qiáng)，有時(shí)在借助外界環(huán)境能正常工作和夜晚室內(nèi)空無一人時(shí)，整個(gè)房間內(nèi)也是燈火通明。這樣下來，無形中所浪費(fèi)的電能是非常驚人的。據(jù)測(cè)算，這種現(xiàn)象的耗電占其單位所有耗電的40％左右。因此，有必要在保證照明質(zhì)量的前提下，實(shí)施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)公共場(chǎng)所用電浪費(fèi)現(xiàn)象，以AT89C52為核心，提出一種用熱釋電紅外傳感囂和光照檢測(cè)相結(jié)合的智能照明控制系統(tǒng),通過對(duì)光線的強(qiáng)弱和室內(nèi)是否有人的判斷自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈，達(dá)到節(jié)能的目的。關(guān)鍵詞：智能燈光,節(jié)能,AT89C52,熱釋電紅外傳感器,光照檢測(cè)ResearchandDesignofControlSystemofIntelligentLightingABSTRACTWiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,thesystemofcontrolbasedonSingle-chipMicrocomputeriswidelyappliedinindustryagriculture,electricpower,electron,intelligentbuildingandsoon.Microcomputer,asthesubjectandcoreoftheembeddedsystemofcontrol,replacesthetraditionalsystem—electroniccircuit.Atthesametime,thedevelopmentandmaturationoftheintelligentbuildinghaveestablishedthesubstantialfoundationforthepopularizationandapplicationofthecontrolsystemforlightingbasedonsingle-chipmicrocomputer.Forsometimelonger,lightingequipmentmoreplaces(suchasschoolclassrooms,shoppingmallsandsoon)Itisoftenseenusingwasteitslightingsystem.Duetothelackofscientificmanagementandmanagementresponsibilityisnotstrong,sometimeswiththeexternalenvironmentcanworknormallyandatnightnobodyindoor,thewholeroomislit.Inthisway,thewasteofintangiblepowerisveryalarmiAccordingtoestimates,thepowerconsumptionoftheunitofthiskindophenomenonabout40%ofallelectricityconsumption.Therefore,itisnecessarytoguaranteethequalityoftheimplementationoflighting,lightingenergysavingmeasures.Thiscannotonlysaveenergy,butalscanproducesignificanteconomicbenefits.Aimingatthephenomenonofelectricitywasting,takingAT89C52asthecore,akindofintelligentlightingcontrolsystemofinfraredsensingnoiseandlightdetectioncombinedpyroelectricinfrareThelightintensityandwhetherindoorhumanjudgmentautomaticallyswitchlights,achievethepurposeofenergysaving.Keywords:intelligentlightingenergysaving,AT89C52,pyroelectricinfraredsensornoise,lightdetection智能燈光控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)許仲池0212101310緒論在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)信息技術(shù)不斷膨脹的今天，社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展很大程度上取決于資源開發(fā)利用，但是不斷增加的能源需求和有限的資源數(shù)量給人類的生存發(fā)展造成了相當(dāng)大的威脅,能源短缺問題變成了全球性問題，同時(shí)也成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展絆腳石。怎樣有效利用能源和節(jié)約利用能源成為每個(gè)國家緊迫的問題，而符合可持續(xù)發(fā)展要求無疑是節(jié)約能源。在英國，你會(huì)很少見到大型徹夜燈光照明的現(xiàn)象，大型公司和政府部門，你是看不到虛浮華麗的所謂“照明工程”。當(dāng)你漫步在倫敦街頭，看不到大面積光華淌瀉與樓體通明的景觀，所有照明都基本以不影響人們的正常生活節(jié)奏為準(zhǔn)。許多店鋪櫥窗的燈光在打烊后會(huì)全部關(guān)閉，有些店鋪還采用定時(shí)關(guān)燈裝置。在政府住宅樓和公寓樓內(nèi)，樓道里的公用燈也大多采用自動(dòng)斷電裝置。作為提高能源使用效率最重要的途徑之一，德國政府努力推動(dòng)能源公司實(shí)施“供熱供電結(jié)合”，鼓勵(lì)能源公司將發(fā)電的余熱盡可能用于供暖。2002年，德國頒布了促進(jìn)“供熱供電結(jié)合”的法規(guī)，根據(jù)這一法規(guī)，政府向?qū)嵤┰摯胧┑哪茉垂荆绕涫切⌒湍茉垂咎峁┭a(bǔ)助，幫助他們置辦相應(yīng)設(shè)備。中國城市每年用于公共照明的能源支出高達(dá)280多億，節(jié)能空間巨大。其中路燈照明能耗占30%以上。發(fā)展城市道路照明的同時(shí)，路燈以供街道照明以外，還大力興建了不少景觀照明工程，美化城市的夜景，但同時(shí)也帶來了能耗的極大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2005年，我國全社會(huì)的總用電量約為24000億kW·h，照明用電量約為3000億kW·h，且每年以13%～14%的速度遞增，預(yù)計(jì)到2010年，照明用電量將超過5000億kW·h，新增照明用電2000億kW·h[1]。對(duì)高等院校，據(jù)測(cè)算，其照明耗電占本單位所有耗電的40%左右，可見在保證照明質(zhì)量的前提下，對(duì)教室燈光進(jìn)行自動(dòng)控制，其節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益都是相當(dāng)可觀的[10]。目前對(duì)燈光的智能控制，國內(nèi)外已經(jīng)開始采用，但針對(duì)教室燈光的控制智能系統(tǒng)還不是很完善，依然是人工管理占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)在伴隨各類大、中專院校的擴(kuò)招，教學(xué)樓不斷擴(kuò)建，教室用電負(fù)荷不斷加大，教室用電系統(tǒng)管理不善，造成學(xué)校資源的浪費(fèi)與經(jīng)濟(jì)損失，這種做法顯然與當(dāng)今節(jié)約能源的理念相違背。當(dāng)今許多教室采用比較傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)：在主電源經(jīng)過一個(gè)配電箱分出多個(gè)支路，這些支路再分別向燈具供電，然后再通過串接在照明中的單雙極開關(guān)來通斷供電線路[9]，所以該控制系統(tǒng)只能通過開關(guān)來控制燈具，無法實(shí)現(xiàn)比較人性化、多功能化的系統(tǒng)管理。如在國內(nèi)外有些燈光控制系統(tǒng)采用聲控形式但是其沒有經(jīng)過單片機(jī)等芯片的處理使用仍是將采集信號(hào)處理后傳遞給邏輯電路來進(jìn)行燈光控制，假使外界條件惡劣如有噪聲等仍會(huì)造成電能的浪費(fèi)，而且邏輯電路只能實(shí)現(xiàn)較少功能，綜合而言，整個(gè)系統(tǒng)雖然簡單但是功能不全，而且無法人性化控制?，F(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷普及應(yīng)用，教室燈光系統(tǒng)也應(yīng)朝著更人性化智能化得方向發(fā)展。本系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器和光敏三極管來感知人體信息和外部光照環(huán)境改變，并通過單片機(jī)及軟件編程的技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈光系統(tǒng)的控制，達(dá)到了部分智能化的控制。1系統(tǒng)相關(guān)背景介紹1.1系統(tǒng)研究背景改革開放30年來，我國經(jīng)濟(jì)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人民生活水平質(zhì)量也得到了巨大的提高，人們對(duì)照明的需求也越來越高。從最初只提供亮度的基本功能到現(xiàn)在產(chǎn)了多方面的需求：除了提供適宜的環(huán)境亮度以外，還要營造優(yōu)雅舒適的氛圍；用戶方要求控制方式靈活方便，能實(shí)現(xiàn)按需配置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低運(yùn)行費(fèi)用；施工方要求安裝簡單、維護(hù)方便；設(shè)計(jì)方要求系統(tǒng)能提供滿足用戶多樣性要求的各種技術(shù)手段。需求的變化導(dǎo)致控制方式的改進(jìn)：從傳統(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)演變?yōu)殡娮蛹夹g(shù)的智能照明系統(tǒng)。能源短缺是21世紀(jì)國際面臨的新課題。在尋找新的能源之外，節(jié)約能源，提高效益也就成為了我們研究的課題。所以如何來節(jié)省電力能源也成為了一個(gè)迫切需要解決的問題。從節(jié)約資源、對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)、節(jié)省部門經(jīng)費(fèi)支出等多方面考慮，辦公室、高校教室等公共場(chǎng)所照明的節(jié)電問題不得不提到重要的議事日程上來。目前常用的節(jié)電方式為手工控制，聲控型，太陽能燈等。手工方式操作起來不靈活，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。聲控型往往判斷不準(zhǔn)確，不需要的時(shí)候也也會(huì)經(jīng)常亮。太陽能設(shè)備投資比較大，且容易受光照強(qiáng)度的影響。因此市場(chǎng)上迫切需要一種操作方便、價(jià)格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案。1.2系統(tǒng)研究的意義社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得人們的生活水平也不斷提高，導(dǎo)致用電負(fù)荷的加劇，又由于世界性的能源危機(jī)，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴(yán)峻問題。而此問題對(duì)我國來說尤為嚴(yán)重。隨著各類建筑空間的擴(kuò)大，照明的需求也越來越多，而室內(nèi)照明的管理不到位，往往造成電能的巨大浪費(fèi)，這樣，提高室內(nèi)用電效率就成為首要考慮的問題。目前對(duì)燈光的智能控制，國內(nèi)外已經(jīng)開始采用，但對(duì)室內(nèi)燈光的控制，尤其是我國室內(nèi)燈光的智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大型建筑不斷擴(kuò)建，室內(nèi)的用電負(fù)荷不斷加大，室內(nèi)用電管理不善，造成電能浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失，這種的浪費(fèi)與當(dāng)今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動(dòng)化程度不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，燈光的管理也在朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。例如摟道燈光的自動(dòng)控制等等。所有這些使得室內(nèi)燈光控制應(yīng)該朝著智能的方向發(fā)展。所以，開發(fā)簡便、實(shí)用的室內(nèi)燈光自動(dòng)控制系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3智能燈光控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀1.3.1智能控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀智能控制技術(shù)發(fā)展方向主要有基于人工智能技術(shù)的智能控制方向、智能控制的模糊控制方向和智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向，在智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方向上，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機(jī)結(jié)合的神經(jīng)模糊技術(shù)，已成為近年來的一個(gè)熱門課題。1.3.2國內(nèi)外智能燈光發(fā)展概況“智能建筑”是綜合計(jì)算機(jī)、信息通信等方面最先進(jìn)的技術(shù)，使建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災(zāi)、防盜、運(yùn)輸設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)建筑物綜合管理自動(dòng)化、遠(yuǎn)程通信和辦公自動(dòng)化的有效運(yùn)作，并使這三種功能結(jié)合起來的建筑。人工智能技術(shù)在建筑與燈光中的應(yīng)用趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。正如英國的Glasgow市報(bào)指出：“Glasgow正在成為一個(gè)研究和發(fā)展太空時(shí)代智能建筑的國際組織的神經(jīng)中樞。在智能建筑中的智能燈光、供熱、空調(diào)、通訊及辦公設(shè)備將全部由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制與管理?！泵鎸?duì)這一發(fā)展趨勢(shì)，開發(fā)了不少智能燈光設(shè)計(jì)，如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalie智能照明控制系統(tǒng)，美國的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能燈光技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。1.3.3智能燈光控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)智能燈光控制系統(tǒng)是指用計(jì)算機(jī)技術(shù)并輔助以其它手段，對(duì)電力照明實(shí)行自動(dòng)控制，提供合適照明光環(huán)境的同時(shí)降低照明系統(tǒng)電能消耗和其它使用費(fèi)用。智能燈光控制系統(tǒng)于手動(dòng)燈光控制系統(tǒng)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，包括創(chuàng)造環(huán)境氣氛，改善工作環(huán)境、提高工作效率，良好的節(jié)能效果，延長光源壽命，管理維護(hù)方便等。1.3.4現(xiàn)有智能照明控制系統(tǒng)的分析澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalite分布式智能燈光控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是模塊化結(jié)構(gòu)和分布式控制，各功能模塊之間通過網(wǎng)絡(luò)總線直接相互通信，當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其它模塊，可靠性高。美國LC&D智能燈光控制系統(tǒng)是一套由計(jì)算機(jī)微處理器控制的低壓繼電器配電盤組成，按照客戶對(duì)室內(nèi)外照明的具體要求，設(shè)定照明控制的時(shí)間、區(qū)域、方法來控制每一個(gè)獨(dú)立的回路，也有手動(dòng)開關(guān)直接控制。國內(nèi)生產(chǎn)的真善美智能燈光系統(tǒng)具有集中控制、多點(diǎn)操作、集中顯示、停電自鎖、免打擾、遙控功能等智能功能，使家居生活更加方便和舒適。但是，國內(nèi)外智能燈光系統(tǒng)的研究存在著如下問題：現(xiàn)有國外智能燈光系統(tǒng)主要控制照度這個(gè)數(shù)量指標(biāo)，國外的研究主要集中于辦公室照明，以節(jié)能為主要目的，但據(jù)照明科技最新研究成果表明，非定量指標(biāo)（如舒適性和藝術(shù)性等）對(duì)室內(nèi)照明光環(huán)境質(zhì)量影響更大。國內(nèi)一些智能燈光控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制和集中顯示，具有一定的智能性，但其只能控制房間中的一個(gè)燈或一組燈的開、關(guān)，不能實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制，也不能對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能產(chǎn)生多種照明效果。針對(duì)住宅照明光環(huán)境研制的智能燈光控制系統(tǒng)產(chǎn)品很少，還有很大的開發(fā)前景。2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在一個(gè)非常大的環(huán)境中，當(dāng)白天光照強(qiáng)度足夠充足時(shí)，照明設(shè)備不啟動(dòng)；當(dāng)光照強(qiáng)度不充足時(shí)，會(huì)根據(jù)人體傳感器檢測(cè)是否有人，開啟相應(yīng)的照明設(shè)備，如果人在教室內(nèi)走動(dòng)，則會(huì)依次點(diǎn)亮其行走路徑上的照明設(shè)備；當(dāng)人離開時(shí)，蜂鳴器報(bào)警然后照明設(shè)備關(guān)閉。本系統(tǒng)的主要功能是對(duì)燈光的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行智能控制。單片機(jī)是用來處理光照檢測(cè)模塊和熱釋電紅外線傳感器模塊采集到光照強(qiáng)度、室內(nèi)是否有人等的信息，再根據(jù)接收到的信息通過控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制，從而實(shí)現(xiàn)照明控制，以達(dá)到節(jié)能的目的。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)大致可分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大部分。根據(jù)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的整體功能，選擇合適的元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要涉及到構(gòu)造原理圖，并對(duì)原理圖用protues軟件進(jìn)行仿真，這一步可以說是最重要的，它關(guān)系到實(shí)驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。然后一旦仿真測(cè)試出我們想要的結(jié)果后，就可進(jìn)行下一步原理圖的繪制。軟件設(shè)計(jì)部分，應(yīng)該結(jié)合硬件電路所要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要針對(duì)光電檢測(cè)電路和熱釋電傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)光強(qiáng)的時(shí)候，系統(tǒng)對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)生信號(hào)并處理控制燈的開關(guān)狀態(tài)，科學(xué)管理燈光的亮與滅，達(dá)到節(jié)約用電的目的。本系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)作為控制裝置的智能控制“頭腦”，采用紅外人體傳感器來檢測(cè)人體的存在，采用光敏三極管構(gòu)成的電路檢測(cè)光照強(qiáng)度；根據(jù)教室現(xiàn)有開燈的條件，系統(tǒng)通過對(duì)人體的存在信號(hào)和光照強(qiáng)度信號(hào)來綜合管理和智能判斷，完成對(duì)教室燈光的智能控制。設(shè)計(jì)思路流程圖如圖設(shè)計(jì)思路流程圖如圖2.1所示。圖2.1設(shè)計(jì)思路流程圖2.3功能描述本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能燈光控制系統(tǒng)的功能大致如下：1.首先通過紅外傳感器探測(cè)室內(nèi)是否有人，當(dāng)人在移動(dòng)時(shí)，熱釋電傳感器輸出為高電平，沒人的時(shí)候輸出為低電平，電平值發(fā)送到單片機(jī)端口進(jìn)行整體判斷。2.當(dāng)有人在教室內(nèi)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，啟動(dòng)后通過光敏電阻自動(dòng)檢測(cè)教室內(nèi)的光照強(qiáng)度，然后根據(jù)光敏傳感器來發(fā)送光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，當(dāng)室內(nèi)光強(qiáng)大時(shí)，燈不會(huì)打開，當(dāng)光強(qiáng)不夠時(shí)就打開燈光。如果白天的亮度達(dá)到一定程度，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。因?yàn)椴捎霉庹諒?qiáng)度檢測(cè)，所以不用考慮白天黑夜時(shí)間段的問題，只要室內(nèi)光照強(qiáng)度不夠，且有人時(shí)就會(huì)打開燈。即使是陰雨天都會(huì)根據(jù)實(shí)際光照強(qiáng)度來決定是否開燈。3.數(shù)碼管顯示光照強(qiáng)度的具體情況。4.當(dāng)人出去后蜂鳴器報(bào)警然后燈關(guān)閉。2.4系統(tǒng)硬件電路框圖本系統(tǒng)具有對(duì)教室內(nèi)的人體進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)光照強(qiáng)度情況進(jìn)行檢測(cè)的功能，并對(duì)燈光進(jìn)行智能控制，達(dá)到方便和節(jié)能的目的。測(cè)的功能，并對(duì)燈光進(jìn)行智能控制，達(dá)到方便和節(jié)能的目的。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度充足時(shí)且教室光照強(qiáng)度大于設(shè)定值時(shí)，不管有沒有人，燈都不亮。若教室光照強(qiáng)度小于設(shè)定值，控制會(huì)根據(jù)有沒有人來確定燈的開關(guān)，達(dá)到了智能控制和節(jié)能的作用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)框圖AT89C52光照強(qiáng)度顯示電路控制電路信號(hào)處理電路熱釋傳感器光照檢測(cè)電路報(bào)警電路3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)本系統(tǒng)采用AT89C52單片機(jī)處理芯片，其特點(diǎn)是外圍電路簡單，價(jià)格低廉，價(jià)格低廉，雖然此款單片機(jī)的工作頻率相對(duì)較低，但本設(shè)計(jì)對(duì)頻率要求不高，能夠滿足本設(shè)計(jì)的要求。另外此款單片機(jī)有32個(gè)I/O端口，方便了設(shè)計(jì)的需要。圖3.1為單片機(jī)最小系統(tǒng)。因?yàn)?1單片機(jī)的P0口驅(qū)動(dòng)電流小，因此需要外加上拉電阻。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1AT89C52芯片介紹從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能需求及成本考慮，這個(gè)系統(tǒng)用51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。AT89C52是擁有2個(gè)外部中斷、2個(gè)16位定時(shí)器、2個(gè)可編程串行UART的單片機(jī)。中心控制模塊采用AT89C52單片機(jī)已完全滿足設(shè)計(jì)需要，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)控制。AT89C52引腳圖如3.2所示。圖3.2AT89C52引腳圖管腳說明VCC：電源GND：接地P0口：P0口是一個(gè)8位漏級(jí)開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0口端口寫“1”時(shí)，引腳作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接受指令字節(jié)：在程序效驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序效驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位是雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻的原因，將輸出電流ILL。此外，與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸出（P1.1/T2EX），具體如下表所示。表3.1P1.0和P1.1的第二功能引腳號(hào)功能特性P1.0T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出P1.1T2EX定時(shí)/計(jì)數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)吸收或輸出電流4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2口寫“1”時(shí)，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流I。LL在訪問外部好曾許存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口送出高8位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口接收低8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入端口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流I。P3口除了作為一般、的I/O口線外，更重要的是它的第二功LL能，如下表所示。表3.2P3口引腳第二功能引腳號(hào)第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）在Flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以高電平將使用單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：地址鎖存器控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也使用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序儲(chǔ)存器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H—FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA端必須保持低電平（接地）。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接受12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2晶振電路晶體振蕩器，簡稱晶振。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。選擇。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，LCLC諧振器等晶振電路如下圖3.3所示：圖3.3晶振電路3.1.3復(fù)位電路復(fù)位電路的作用:在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)：這段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU發(fā)出錯(cuò)誤的指令、執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無論用戶使用哪種類型的單片機(jī),總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。89系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果RST引腳上有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩周期)以上，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。11、手動(dòng)按鈕復(fù)位手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（圖1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。22、上電復(fù)位AT89C51的上電復(fù)位電路如圖2所示，只要在RST復(fù)位輸入引腳上接一電容至Vcc端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于CMOS型單片機(jī)，由于在RST端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至1μF。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給RST端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著Vcc對(duì)電容的充電過程而逐漸回落，即RST端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST端的高電平信號(hào)必須維持足夠長的時(shí)間。上電時(shí)，Vcc的上升時(shí)間約為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為10MHz，起振時(shí)間為1ms；晶振頻率為1MHz，起振時(shí)間則為10ms。在圖2的復(fù)位電路中，當(dāng)Vcc掉電時(shí)，必然會(huì)使RST端電壓迅速下降到0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“l(fā)”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器PC將得不到一個(gè)合適的初值，因此，CPU可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開始執(zhí)行程序。復(fù)位電路圖如下圖3.4所示：圖3.4復(fù)位電路3.2光照強(qiáng)度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.2.1光敏三極管功能光照強(qiáng)度檢測(cè)采用的是光敏三極管。光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個(gè)，也有三個(gè)的。光敏三極管的結(jié)構(gòu)為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在帶有玻璃透鏡金屬管殼內(nèi)，當(dāng)光照射時(shí)，光線通過透鏡集中照射在芯片上。光敏三極管的集電極接正電位，其發(fā)射極接負(fù)電位。當(dāng)無光照射時(shí)，流過光敏三極管的電流，就是正常情況下光敏三極管集電極與發(fā)射極之間的穿透電流Iceo它也是光敏三極管的暗電流，其大小為Iceo=(1+hFE)I式中:Icbo集電極與基極間的飽和電流;hFE共發(fā)射極直流放大系數(shù)。當(dāng)有光照射在基區(qū)時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生的電子--空穴對(duì)增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。該電流注入發(fā)射結(jié)進(jìn)行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流它就是光敏三極管的光電流?？梢钥闯觯饷羧龢O管利用普通半導(dǎo)體三極管的放大作用，將光敏二極管的光電流放大了(I+hFE)倍。所以，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。光敏三極管產(chǎn)品特點(diǎn)：(1)靈敏度高，響應(yīng)速度快，易與晶體管、集成電路相匹配；帶有基極引出線的光敏管，可以在基極上施加相應(yīng)偏置電壓，進(jìn)行信號(hào)調(diào)制；體積小，重量輕，壽命長，可靠性高；金屬玻璃封裝的器件，具有玻璃表面耐磨性好、光潔度高、耐焊接、耐高低溫性能好等。3.2.2光照強(qiáng)度檢測(cè)模擬電路設(shè)計(jì)ADC0804的介紹圖3.5ADC0804管腳圖管腳說明/CS：芯片片選信號(hào)，低電平有效，即/CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個(gè)ADC0804芯片時(shí)，該信號(hào)可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號(hào)使能不同的ADC0804芯片，從而可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)ADC通道的分時(shí)復(fù)用。/WR:啟動(dòng)ADC0804進(jìn)行ADC采樣，該信號(hào)低電平有效，即/WR信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，觸發(fā)一次ADC轉(zhuǎn)換。/RD:低電平有效，即/RD=0時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0～DB7讀出本次的采樣結(jié)果。UIN（+）和UIN（-）：模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接UIN（+）端，UIN（-）端接地。雙邊輸入時(shí)UIN（+）、UIN（-）分別接模擬電壓信號(hào)的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號(hào)存在“零點(diǎn)漂移電壓”時(shí)，可在UIN（-）接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時(shí)將自動(dòng)從UIN（+）中減去這一電壓。VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則Vref與Vcc共用電源電壓，此時(shí)ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。CLKR和CLKIN：外接RC電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘頻率CLK=1/1.1RC，一般要求頻率范圍100KHz～1.28MHz。AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。/INT:中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次A/D轉(zhuǎn)換完成后，將引起/INT=0，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機(jī)的INT0,INT1腳），當(dāng)產(chǎn)生/INT信號(hào)有效時(shí)，還需等待/RD=0才能正確讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若ADC0804單獨(dú)使用，則可以將/INT引腳懸空。DB0~DB7：輸出A/D轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制結(jié)果。3.2.3光照強(qiáng)度模擬檢測(cè)電路光敏三極管本身就是一個(gè)放大器，但是由于外界環(huán)境（如溫度等）對(duì)其干擾較大，我們需要另外一個(gè)集成運(yùn)放電路對(duì)它的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的放大，使其檢測(cè)轉(zhuǎn)化的范圍大一點(diǎn)。另外再放大的電流信號(hào)后面接上一個(gè)電阻（范圍在1K-3K之間），將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)。該電壓信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換后變成相對(duì)穩(wěn)定的值后通過軟件設(shè)置定值并與其進(jìn)行比較，從而達(dá)到對(duì)光信號(hào)的檢測(cè)目的。此部分由一個(gè)滑動(dòng)變阻器、AD轉(zhuǎn)換芯片(ADC0804)構(gòu)成，由滑動(dòng)變阻器來模擬光線的強(qiáng)弱控制，通過AD轉(zhuǎn)換后將模擬量轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)字量并且信號(hào)通過P1口來傳遞給AT89C52單片機(jī)進(jìn)行處理。行處理。本系統(tǒng)設(shè)定***來代替光照強(qiáng)度不足，***來代替光照強(qiáng)度充足。光照檢測(cè)模擬仿真模塊如圖3.6所示：圖3.6感光信號(hào)采集模擬電路3.3人體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.3.1熱釋電紅外傳感器的原理熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測(cè)距離僅為2m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到10m以上。由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)變化緩慢、幅值小(小于1mV)，不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號(hào)，因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過一個(gè)專門的信號(hào)處理電路，使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)[。根據(jù)以上要求，人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如圖3.7所示：圖3.7人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖檢測(cè)對(duì)象菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器信號(hào)處理電路0V熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達(dá)104M歐姆，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式(即源極跟隨器)來完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。圖3.8雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器圖3.8是一個(gè)雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。使用時(shí)D端接電源正極，G端接電源負(fù)極，S端為信號(hào)輸出。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓信號(hào)。3.3.2信號(hào)處理電路本設(shè)計(jì)采用BISS0001來完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)、報(bào)警用人體熱釋電傳感器等。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫房及家庭的過道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。定時(shí)器等構(gòu)成。圖3.9BIS0001引腳圖BISS0001芯片的引腳圖如圖3.9所示，各引腳的定義和功能如下：VDD——工作電源正端。范圍為~5V3。VSS——工作電源負(fù)端。一般接0V。IB——運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng)RB接VSS端，RB取值為1M左右。1IN-——第一級(jí)運(yùn)放放大器的反相輸入端。1IN+——第一級(jí)運(yùn)放放大器的同相輸入端。1OUT——第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。2IN-——第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸出端。2OUT——第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。VC——觸發(fā)禁止端。當(dāng)VC<VR時(shí)禁止觸發(fā)；當(dāng)VCV>R時(shí)允許觸發(fā)。VR≈0.2VDD。VRF——參考電壓及復(fù)位輸入端。一般接VDD。接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位。A——可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)控制端。當(dāng)A=“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng)A=“0”時(shí)，不可重復(fù)觸發(fā)。Vo——控制信號(hào)輸出端。由Vs上跳邊沿觸發(fā)使Vo從低電平跳變到高電平時(shí)為有效觸發(fā)。在輸出延時(shí)間T之外和無Vs上跳變時(shí)VoX為低電平狀態(tài)。BISS0001芯片的特點(diǎn)是：CMOS數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐?。具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配，進(jìn)行信號(hào)與處理。雙向鑒幅器，可有效抑制干擾。內(nèi)設(shè)延遲時(shí)間定時(shí)器和封鎖時(shí)間定時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎，穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)范圍寬。內(nèi)置參考電壓。由由BISS0001構(gòu)成的信號(hào)處理電路如圖3.10所示。圖3.10BIS0001內(nèi)部原理圖工作時(shí)，熱釋電傳感器S極輸出信號(hào)送入BISO00l的14腳，經(jīng)內(nèi)部第一級(jí)運(yùn)算放大器放大后，由C3耦合從12腳輸入至內(nèi)部第二級(jí)運(yùn)算放大器放大，再經(jīng)電壓比較器構(gòu)成的鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，最后從12腳輸出信號(hào)V。送入單片機(jī)進(jìn)行照明控制。在這里本設(shè)計(jì)用一個(gè)開關(guān)模擬有人或無人，當(dāng)開關(guān)閉合是代表有人。開關(guān)斷開是代表沒有人。如下圖3.11所示：圖3.11人體檢測(cè)模擬電路3.4燈光控制電路設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)光照檢測(cè)電路和傳感器處理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，輸出控制信號(hào)由單片機(jī)的輸出控制信號(hào)由單片機(jī)的P3．0端輸出。當(dāng)教室內(nèi)環(huán)境光強(qiáng)較強(qiáng)或光強(qiáng)較弱但傳感器檢測(cè)到教室無人時(shí)，P3．0端為高電平，三極管Q1截止，繼電器D1不工作，燈不亮。在室內(nèi)光強(qiáng)較弱且傳感器檢測(cè)室內(nèi)有人時(shí)，則P3．0端為低電平，此時(shí)三極管Q1導(dǎo)通，繼電器D1工作，燈正常點(diǎn)亮。燈光控制如下圖3.12所示：圖3.12燈光控制電路3.5光照強(qiáng)度顯示部分當(dāng)滑動(dòng)變阻器在之間變動(dòng)時(shí)，數(shù)碼顯示屏將顯示此時(shí)的電壓0-5V（模擬光照強(qiáng)度)，當(dāng)數(shù)碼顯示屏顯示0-2.5V時(shí)，不管室內(nèi)有沒有人，LED燈始終不亮的；當(dāng)數(shù)碼顯示屏顯示2.5V-5V時(shí)，當(dāng)室內(nèi)有人則LED亮，無人則LED不亮。3.5.1數(shù)碼顯示管的介紹圖3.137段數(shù)碼管引腳圖7段LED數(shù)碼管是利用7個(gè)LED外加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的LED組合而成的顯示設(shè)備，可以顯示0~9等10個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)，使用非常廣泛。本次使用的是四位共陽數(shù)碼管，內(nèi)部的4個(gè)數(shù)碼管共用a-dp這8根數(shù)據(jù)線，為人們的使用提供了方便，因?yàn)槔锩嬗?個(gè)數(shù)碼管，所以它有4個(gè)公共端，即片選信號(hào)線，共有12個(gè)引腳。具體原理圖如圖3.14所示：圖3.14四位共陽數(shù)碼管內(nèi)部原理圖數(shù)碼管使用條件：a、段及小數(shù)點(diǎn)上加限流電阻b、使用電壓：段：根據(jù)發(fā)光顏色決定；小數(shù)點(diǎn)：根據(jù)發(fā)光顏色決定c、使用電流：靜態(tài)：總電流80mA（每段10mA）；動(dòng)態(tài)：平均電流4-5mA峰值電流100mA。上面這個(gè)只是七段數(shù)碼管引腳圖，其中共陽極數(shù)碼管引腳圖和共陰極的是一樣的，4位數(shù)碼管引腳圖數(shù)碼管使用注意事項(xiàng)說明：數(shù)碼管表面不要用手觸摸，不要用手去弄引角；焊接溫度：260度；焊接時(shí)間：5S（３）表面有保護(hù)膜的產(chǎn)品,可以在使用前撕下來。這類數(shù)碼管可以分為共陽極與共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陰極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)）；共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)com，而每個(gè)LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)），如下圖所示。圖中的8個(gè)LED分別與上面那個(gè)圖中的A~DP各段相對(duì)應(yīng)，通過控制各個(gè)LED的亮滅來顯示數(shù)字。3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警模塊的功能是發(fā)出響亮的報(bào)警聲。蜂鳴器觸發(fā)有高電平觸發(fā)和電平觸發(fā)兩種，本系統(tǒng)使用高電平觸發(fā)方式，通過程序設(shè)定的功能，使蜂鳴器在一定的環(huán)境下發(fā)出聲音，引起人員注意。報(bào)警電路連接單片機(jī)的P3.0，通過單片機(jī)來控制P3.0引腳電平從而來控制蜂鳴器報(bào)警，Q2是PNP管起放大作用。當(dāng)教室無人是報(bào)警電路響應(yīng)，蜂鳴器響起來。蜂鳴器控制電路如下圖電路響應(yīng)，蜂鳴器響起來。蜂鳴器控制電路如下圖3.15所示。圖3.15報(bào)警電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)的基本思想單片機(jī)硬件電路是為了導(dǎo)入相應(yīng)的程序來控制單片機(jī)，才能讓實(shí)現(xiàn)它相應(yīng)的功能，而軟件設(shè)計(jì)則是完成對(duì)人體檢測(cè)和光照強(qiáng)度的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，再檢測(cè)室內(nèi)是否有人，當(dāng)室內(nèi)有人或者無人時(shí)，系統(tǒng)控制燈光始終不亮并在數(shù)碼顯示管顯示此時(shí)環(huán)境的光照強(qiáng)度。當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度較弱時(shí)，再檢測(cè)室內(nèi)是否有人，當(dāng)室內(nèi)有人（高電平）系統(tǒng)控制燈光點(diǎn)亮，在延時(shí)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到室內(nèi)無人時(shí)，蜂鳴器報(bào)警并延遲一段時(shí)間然后熄滅。無人時(shí)（低電平）系統(tǒng)控制燈光不亮，數(shù)碼管同樣顯示此時(shí)的環(huán)境光照強(qiáng)度。4.2邏輯控制本系統(tǒng)寫邏輯控制是為了更好的編寫程序，當(dāng)環(huán)境光照強(qiáng)度在比較強(qiáng)（在設(shè)定是強(qiáng)光的范圍內(nèi)）用邏輯1表示，反之則用邏輯0表示，有人用邏輯1表示，反則用邏輯0表示，燈光打開用邏輯0表示，反之則用邏輯1表示。根據(jù)上述要求，可以畫出系統(tǒng)邏輯功能表如表4.1所示，轉(zhuǎn)化成真值表如表4.2所示。表4.1邏輯控制表光強(qiáng)是否有人燈光狀態(tài)邏輯狀態(tài)強(qiáng)強(qiáng)弱弱有無有無關(guān)關(guān)開關(guān)表4.2邏輯真值表光強(qiáng)是否有人燈光狀態(tài)邏輯狀態(tài)1101011100014.3軟件設(shè)計(jì)流程圖圖4.3程序流程圖4.4仿真環(huán)境介紹4.4.1Keil介紹KeilC51（圖4.4）是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編語言相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。圖4.2keil軟件4.4.2Proteus介紹Porteus是一款集單片機(jī)仿真與SPICE分析于一身的EDA仿真軟件，于1989年由英國LabcenterEletroniceLtd研發(fā)成功，經(jīng)過多年的發(fā)屏，現(xiàn)已成為當(dāng)前EDA性價(jià)比最高、性能最強(qiáng)的一款軟件。Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動(dòng)或人工布線及電路仿真的功能外，其最大的特點(diǎn)是ProteusVSM(VirtualSystemModelling)實(shí)現(xiàn)了混合模式的現(xiàn)了混合模式的SPICE電路仿真，它將虛擬儀器、高級(jí)圖表仿真、微處理器軟仿真器、第三方的編譯器和調(diào)試器等有機(jī)結(jié)合起來，在世界范圍內(nèi)第一次實(shí)現(xiàn)了在硬件物理模型搭建成功之前，即可在計(jì)算機(jī)上完成原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、處理器代碼調(diào)試及實(shí)時(shí)仿真、系統(tǒng)測(cè)試，以及功能驗(yàn)證。Proteus主要有兩大部分組成：ISIS——原理圖設(shè)計(jì)、仿真系統(tǒng)。它用于電路原理圖的設(shè)計(jì)以及交互式仿真。ARES——印制電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)。它主要用于印制電路板的設(shè)計(jì)，產(chǎn)生最終的PCB文件。Protues軟件如圖4.5所示。圖4.3protues軟件5系統(tǒng)調(diào)試5.1單片機(jī)系統(tǒng)調(diào)試方法及步驟單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調(diào)試發(fā)現(xiàn)硬件及軟件中存在的問題，查看其運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際調(diào)試時(shí)，首先應(yīng)對(duì)硬件進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行初步調(diào)試，此后再對(duì)軟件和硬件進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，最后才能使系統(tǒng)進(jìn)入正常工作.(1)靜態(tài)調(diào)試：靜態(tài)調(diào)試主要是排除明顯的硬件故障。在將芯片、傳感器等元件連接到電路板上時(shí)，要保證各處電源極性、電壓正確，以防止因電源極性接反或電壓過高損壞芯片或傳感器。此外，插入芯片必須在斷電的情況下進(jìn)行，特別注意芯片的方向不要插反。(2)軟件調(diào)試：在軟件調(diào)試時(shí)采用在計(jì)算機(jī)上利用模擬軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的硬件模擬、指令模擬及運(yùn)行狀態(tài)模擬，從而完成應(yīng)用軟件開發(fā)的全過程。調(diào)試過程中的運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來，通過這些顯示結(jié)果隨時(shí)跟蹤程序運(yùn)行狀態(tài)，以確定程序運(yùn)行無錯(cuò)誤。(3)動(dòng)態(tài)調(diào)試：控制系統(tǒng)的軟件和硬件是密切相關(guān)的，由于軟件模擬開發(fā)系統(tǒng)不能對(duì)硬件部分進(jìn)行診斷，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)在線仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進(jìn)行聯(lián)調(diào)，同時(shí)對(duì)軟件和硬件進(jìn)行檢查和診斷。整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)，需借助仿真開發(fā)工具來對(duì)用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。來對(duì)用戶軟件及硬件電路進(jìn)行診斷、調(diào)試。在應(yīng)用系統(tǒng)各模塊電路調(diào)試成功后，將程序加載到在線仿真器上，這時(shí)就能單步或連續(xù)地執(zhí)行目標(biāo)程序，同時(shí)也可以根據(jù)需要分段設(shè)置斷點(diǎn)執(zhí)行程序。而對(duì)于一些與硬件相關(guān)的用戶程序，如接口驅(qū)動(dòng)程序等，則需要配合硬件，進(jìn)行在線調(diào)試，如果有邏輯錯(cuò)誤，也要及時(shí)糾正修改。程序調(diào)試完畢后，利用編程器將程序固化到單片機(jī)中，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行起來。本系統(tǒng)只是初步做了仿真調(diào)試。5.2仿真調(diào)試結(jié)果1、滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)在***（自己想），室內(nèi)有人（開關(guān)閉合），數(shù)碼管顯示和LED燈暗圖5.1所示圖5.1數(shù)碼管和LED燈工作狀態(tài)2、當(dāng)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)***（光照不足），室內(nèi)無人（開關(guān)斷開)，數(shù)碼管顯示和LED燈暗如下圖。圖5.2數(shù)碼管和LED燈工作狀態(tài)3、滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)****V（光照很強(qiáng)），室內(nèi)無人（開關(guān)斷開），數(shù)碼管顯示和LED燈暗如圖5.3所示。圖5.3數(shù)碼管和LED燈工作狀態(tài)4、滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)****V（光照很強(qiáng)），室內(nèi)有人（開關(guān)閉合），數(shù)碼管顯示和LED燈暗如圖5.4所示。圖5.4數(shù)碼管和LED燈工作狀態(tài)5.3系統(tǒng)仿真總原理圖圖5.5仿真總原理圖6總結(jié)與展望6.1總結(jié)本系統(tǒng)通過對(duì)目前教室燈光控制的發(fā)展趨勢(shì)和控制管理需求的分析,介紹了基于AT89C52單片機(jī)的燈光智能控制系統(tǒng)的軟硬件組成，對(duì)傳統(tǒng)的燈光控制系統(tǒng)進(jìn)行了智能優(yōu)化改進(jìn)。其主要特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠且成本相對(duì)比低。并且在功能上也達(dá)到了較為滿意的效果，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出顯示，基本實(shí)現(xiàn)了教室燈光系統(tǒng)的智能控制。但由于各方面的原因，此裝置只是通過了仿真部分，離實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)還有一段距離。因此在今后的學(xué)習(xí)生活中我還會(huì)加強(qiáng)學(xué)習(xí)和研究，針對(duì)具體的燈光系統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析以及調(diào)整。本設(shè)計(jì)也便于功能擴(kuò)展，因單片機(jī)尚有不少資源能被利用。如對(duì)于公司門禁可以加入身份驗(yàn)證功能，企業(yè)單位中的劃卡計(jì)時(shí)服務(wù)功能；對(duì)于一些公共場(chǎng)合，如會(huì)議室、辦公室、樓道等場(chǎng)所，只要在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)，也可以很好地滿足其需要，因此本系統(tǒng)的可移植性好，具有比較大的市場(chǎng)潛力和廣泛的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)只是基于簡單的教室燈光系統(tǒng)進(jìn)行控制，還有一些沒有考慮到得狀況如：本設(shè)計(jì)沒有考慮當(dāng)光照強(qiáng)度不足的時(shí)候，教室人數(shù)有多少人時(shí)才亮。本設(shè)計(jì)未考慮當(dāng)人離開多久后燈才不亮的問題。（3）該系統(tǒng)還可以增加數(shù)字時(shí)鐘使其具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，從而達(dá)到更方便的目的。6.2展望由于教室大小面積各不相同、教室燈光數(shù)量不一，教室內(nèi)部安裝智能控制裝備的數(shù)量也會(huì)有所不同，特別是人體傳感器使用的數(shù)量受面積的影響更大，一套教室燈光控制系統(tǒng)的應(yīng)用也只是在有限的范圍內(nèi)。若教室面積很大，超過人體傳感器輻射范圍，這樣采集的信號(hào)可能會(huì)不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而影響控制設(shè)備的運(yùn)行。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，使系統(tǒng)更加可靠，最好采用多個(gè)人體傳感器。人體傳感器一般采集的是有活動(dòng)的人體，若人體靜止時(shí)，如坐著看書沒有活動(dòng)，這時(shí)人體傳感器是不會(huì)有信號(hào)輸出的，故而最好將人體傳感器裝置設(shè)計(jì)成在系統(tǒng)運(yùn)行過程中能夠擺動(dòng)。本系統(tǒng)中，人體傳感器采集的信號(hào)與環(huán)境光采集的信號(hào)相互間有著密切聯(lián)系。最好能將人體傳感器與環(huán)境光采集電路集成到一起，簡化電路，從而簡化軟件程序。初步試驗(yàn)證明，本系統(tǒng)適用性較好，可以應(yīng)用于教室、樓道和辦公室中。公室中。參考文獻(xiàn)[1]胡耀斌，蔣彥，朱慧玲．室內(nèi)大面積照明的節(jié)能控制研究[J]．電測(cè)與儀表2007(11)：32—35．[2]吳永橋，金康進(jìn)，施光林．基于AT89C52的日光燈照明節(jié)電控制系統(tǒng)[J]．微型機(jī)與應(yīng)用，2004(8)：36—38．[3]王海倫，葉冬芬．單片機(jī)控制的照明智能控制系統(tǒng)[J]．電氣時(shí)代，2005(1)：121—122．[4]萬光毅，嚴(yán)義，刑春香．單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001．[5]黃振杰，盧小冰．基于AT89s52單片機(jī)的多功能音樂播放器[J]．電子設(shè)計(jì)工程，2009，18(2)：17一18，21．[6]李建．熱釋電傳感器原理與應(yīng)用[J]．傳感器世界，2005(7)：34—36．[7]裘有斌，張國忠，陳豐偉，等．基于IsD4004的家庭語音報(bào)警服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．電子制作，2008(2)：40一43．[8]宋保業(yè)．基于BIsSo001的熱釋電紅外開關(guān)[J]．電子元器件應(yīng)用，2007(7)：l一3．[9]李朝青．單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大出版社，2003．[10]周毛學(xué)．新編C語言程序設(shè)計(jì)教程[M]．西安：西安電子科大學(xué)出版社．2000．[11]李瀚蓀．電路分析基礎(chǔ)．（第三版）[M]．北京：高等教育出社．1999．[12]梁宗善．電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1995．[13]彭介華．電子技術(shù)課程設(shè)指導(dǎo)[M]．北京：高等教育出版社，1997．[14]馬建明、周長城．?dāng)?shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，2009．2．[15]H.M.Deitel等著邱仲潘等譯．C++大學(xué)教程[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009．2.[16]靳達(dá)．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航[M]．北京：人民郵電出版社，2003．93—97．[17]孟立凡、藍(lán)金輝．傳感器原理及應(yīng)用[M]．電子工業(yè)出版社,2007年[18]華成英、童詩白．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．高等教育出版社2001年．[19]TanHaoqiang.Cprogramdesign[M].Beijing:TsinghuaUniversitypress,1999.12[20]PanXinmin,WangYanfang.Computercontroltechnology[M].Beijing:PublishingHouseofelectronicsindustry,2002附錄C語言程序：#include<reg52.h>#defineucharunsignedcharucharbw,sw,gw,aa,i,temp;ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};sbitd1=P3^0;sbitwr=P3^6;sbitrd=P3^7;sbitd2=P2^4;voiddelay(ucharz){uchari,j;for(i=z;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);}voiddisplay(uchartemp){aa=temp/5;P2=0x01;P0=table[aa/100];delay(5);P2=0x02;P0=table[aa%100/10];delay(5);P2=0x02;P0=0x7f;delay(5);P2=0x04;P0=table[aa%10];delay(5);P2=0x08;P0=table[0];delay(5);if(aa<25){if(d2==0){d1=0; }elsed1=1;}elsed1=0;}voidstart()//開始AD轉(zhuǎn)換{wr=1;wr=0;delay(1);wr=1;}voidmain(){while(1){start();delay(1);rd=0;//讀出采樣結(jié)果delay(1);display(P1);rd=1;}}譯文基于無線通信芯片NRF401的分布式智能城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)摘要傳統(tǒng)路燈照明系統(tǒng)控制方式的缺點(diǎn)是效率低、成本高、難以監(jiān)控等，所以，它已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市的要求。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式的長距離城市路燈狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，我們提出了一種基于單片機(jī)技術(shù)、電力載波通信、無線通信等技術(shù)的無線遠(yuǎn)程智能城市路燈監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由上位機(jī)，主控制器和終端控制器構(gòu)成。上位機(jī)控制的主控制器SCMMSP430F19發(fā)送控制現(xiàn)場(chǎng)控制器的指令，通過發(fā)送指令到現(xiàn)場(chǎng)控制器改變無線發(fā)送器NRF401，MSP430F149就可以控制相應(yīng)的照明燈開關(guān)的狀態(tài)。上位機(jī)可以有效地完成無線長距離照明設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。通過實(shí)驗(yàn)，傳輸最遠(yuǎn)距離可以達(dá)到1000米。此外，我們?cè)O(shè)計(jì)的照明監(jiān)控設(shè)備，可以保證當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)燈自動(dòng)關(guān)閉。關(guān)鍵詞：路燈的監(jiān)控和控制，MSP430F149，nRF401，無線通信，AT89C51，電力載波通信引言路燈照明是城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，這在交通安全起著非常重要的地位，社會(huì)保障，人們的生活，城市的外觀風(fēng)格和特征，以及一個(gè)城市的實(shí)力和成熟度。傳統(tǒng)街燈的控制采用時(shí)間控制器或變壓器（配電箱）來實(shí)現(xiàn)分散控制，具有糟糕的集中管理和高故障率的缺點(diǎn)。由于沒有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和通信功能，真正的路燈管理時(shí)間并沒有實(shí)現(xiàn)，所以，燈的工作和操作結(jié)果等不能集中監(jiān)控記錄，這通常不能得到及時(shí)的維護(hù)。在分析了傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，本文介紹了一種基于單片機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)并且通過研究控制系統(tǒng)工作原理、實(shí)現(xiàn)和特征的控制系統(tǒng)，通過分析傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了照明根據(jù)需要和監(jiān)控警，完成遠(yuǎn)程路燈監(jiān)測(cè)和控制具有較強(qiáng)的可行性。系統(tǒng)的組成及原理該系統(tǒng)是由一個(gè)單燈監(jiān)控終端控制設(shè)備、路燈監(jiān)控中心站和上位機(jī)組成的，每個(gè)街道燈光控制中央狀態(tài)與工作中心站采用無線通信連接，與上部中央火車站通過RS232／485或USB線鏈接PC機(jī)。根據(jù)不同的地理分布狀態(tài)，每個(gè)工作中心站通過無線通信鏈路獲取照明設(shè)備開關(guān)狀態(tài)與終端設(shè)備通信連接一個(gè)或多個(gè)工作站。工作中心站可以通過RS232／485或溝通USB總線接口與PC機(jī)取得聯(lián)系。上位機(jī)顯示的照明領(lǐng)域在實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)下。每一個(gè)單燈監(jiān)控終端控制器可以實(shí)現(xiàn)通過上位機(jī)來控制燈光啟動(dòng)或關(guān)閉，因?yàn)槌鞘新窡艟嚯x較長，可以使路燈監(jiān)控中心站通過電力載波線作為通信介質(zhì)來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，那就是說，中心站連接后，再與上位機(jī)通過接口，這可適用于大規(guī)模需要領(lǐng)域的城市，實(shí)現(xiàn)長距離的數(shù)據(jù)傳輸。分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理如圖1，圖1分布式路燈監(jiān)控和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。每個(gè)監(jiān)控終端下位機(jī)可以通過上位機(jī)自己設(shè)置路燈工作信息或下載控制模式，如時(shí)鐘日歷，打開/關(guān)閉時(shí)間等，上位機(jī)可以對(duì)每個(gè)路燈的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，中心站節(jié)點(diǎn)可通過無線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的指令讀取通信各節(jié)點(diǎn)間的每個(gè)路燈節(jié)點(diǎn)控制工作信息、實(shí)現(xiàn)故障、報(bào)警通過電力載波線；如果一些燈節(jié)點(diǎn)失效，超出此節(jié)點(diǎn)和通信，以及作為反饋信息控制中心上的電腦MSP430F149單片機(jī)作為中央控制器監(jiān)視站；上位機(jī)與工作中心站通過RS232／485或USB總線實(shí)現(xiàn)信息交換，實(shí)行對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。監(jiān)控中央控制器接收上位PC的各種操作控制命令和設(shè)置參數(shù),根據(jù)控制模式,每個(gè)領(lǐng)域的路燈控制器采集開關(guān)類比實(shí)現(xiàn)長距離照明燈具控制。上位機(jī)與工作中心站連接的RS485和USB總線接口；獲取和存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過站上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此外，每一個(gè)路燈控制器有光強(qiáng)檢測(cè)模塊能力，可以根據(jù)晝夜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)。硬件電路設(shè)計(jì)路燈監(jiān)控中心站控制系統(tǒng)采用美國TI的MSP430F149單片機(jī)。它是一種低功耗的混合信號(hào)控制器，其中有16位RSIC結(jié)構(gòu)的CPU，16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器。在運(yùn)行的CPU，如果出了差錯(cuò)，DCO會(huì)自動(dòng)開始，保證系統(tǒng)的正常工作。如果程序錯(cuò)誤，我們可以設(shè)置看門狗來解決它。在程序轉(zhuǎn)瞬即逝，看門狗會(huì)出現(xiàn)溢出情況，看門狗會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)重新啟動(dòng)，可保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。A.單燈監(jiān)控設(shè)備單燈監(jiān)控終端的主要功能是控制燈的開關(guān)，收集燈工作的實(shí)時(shí)信息，并與中央站控制器通信，其硬件模塊框架圖如圖2所示。圖2是單燈監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。isl29000工作照明強(qiáng)度范圍在1lux和10000lux，并將其轉(zhuǎn)化為電流；輸出電流是接收照明比例強(qiáng)度的光電二極管。輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓，計(jì)算的外部環(huán)境的光強(qiáng)，通過A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)判斷或離開街道。通過照明強(qiáng)度監(jiān)測(cè)模塊，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制路燈開關(guān)避免通信故障。下位機(jī)通過設(shè)置數(shù)字端口可以得到每個(gè)路燈地址終端編碼，和實(shí)現(xiàn)繼電器驅(qū)動(dòng)開關(guān)狀態(tài)，以及使用的貨幣變壓器獲取燈的工作狀態(tài)信息。單燈監(jiān)控終采用單片機(jī)AT89C51，通過與MSP430F149實(shí)現(xiàn)通信電力載波通信。電力通信模塊是由電力載波通信專業(yè)的芯片SSCP300和SSCP111。B.無線收發(fā)電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用北歐的挪威的無線收發(fā)芯片nRF401作為無線通信的核心模塊[3]。藍(lán)牙核心技術(shù)由于工作頻率穩(wěn)定、可靠和外圍元件少。所以它是適應(yīng)設(shè)計(jì)便攜式產(chǎn)品。由于其較低的傳輸頻率，接收靈敏度高和載波頻率該值是ISM頻段433MHz。nRF401滿足無線主管的要求和允許許可證是不必要的。nRF401將待機(jī)狀態(tài)常見的一種，或發(fā)送狀態(tài)以接收一個(gè)。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，控制端口，CS，TXENnRF401連接到單片機(jī)通過下拉電阻。所以，當(dāng)相應(yīng)的端口MSP430F149單片機(jī)的輸入狀態(tài)，由于拉下來電阻，電流消耗幾乎為零。由于單片機(jī)MSP430F149系列自動(dòng)串行通信端口，可以連接到的nRF401射頻收發(fā)電路。工作頻段的無線電射頻模塊是通過串行接口CSnRF401外圍設(shè)備。此外，通過調(diào)整港口偏置電阻，輻射功率可以調(diào)整。最大發(fā)射功率可+10dBm。同時(shí)，芯片的VCO電路需要外部壓控振蕩器的電感的值是22nh，連接電感是非常重要的。問：433MHz，2%的精確度。無線收發(fā)器的原理如圖3所示。圖3無線通信模塊。檢查裝置的結(jié)構(gòu)是檢測(cè)裝置的無線收發(fā)單元。無線界面設(shè)計(jì)是線圈天線體積小、低成本，它可以直接腐蝕PCB板。它是非常適合便攜式、低功耗的產(chǎn)品。C.系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)為了防止電磁干擾，由于電磁干擾的抗干擾措施頻率段為0.1Hz~50MHz，所以，系統(tǒng)通信采用頻率433MHz，可避免主要的電磁干在現(xiàn)場(chǎng)的情況下，天線選擇可以提高系統(tǒng)的抗干擾功能，所以，巡檢站用高增益全向天線。為了避免更多的終端站號(hào)，天線調(diào)諧，選擇低價(jià)格單鞭天線并固定在合適的位置，可以獲得最佳效果。nRF401直流接近VDD