第九屆科文學院科研立項設計報告參賽題目：基于單片機的智能節(jié)能臺燈設計參賽系別：信息科學系參賽班級：09電信2學生姓名：許益斌、蔣露、丁飛目錄摘要 3Abstract 41.緒論 52.1單片機主機系統(tǒng)電路 72.1.1系統(tǒng)電路組成 72.1.2系統(tǒng)工作原理 82.1.3系統(tǒng)控制核心 82.2紅外傳感器電路 92.2.1人體位置檢測 102.2.2環(huán)境光檢測 102.2.3過零檢測部分 112.3輸出控制部分電路 112.4電源控制部分 122.5遙控器部分 133.系統(tǒng)的軟件設計 143.1系統(tǒng)程序框圖 143.2系統(tǒng)主程序設計 153.3采樣子程序設計 173.4濾波程序設計 183.5遙控器程序設計 194.結語 22參考文獻 23附錄A 24摘要這個智能臺燈的主要設計思想來源于生活。臺燈是一般家庭的生活必需品，但由于經(jīng)常忘記關燈而造成巨大的能源浪費本文給出了一種基于BISS0001和單片機89C51組成熱釋電紅外傳感器控制電路來制作一種智能臺燈的設計方法。該方法的控制可以根據(jù)臺燈旁邊是否有人以及光線的強弱來自行控制臺燈的關和開，從而使人們使用起來比較方便，而且能起到節(jié)能的效果。基于單片機控制的智能節(jié)能臺燈，社會在不斷進步，人類在不斷追求，市場在不斷變化，高科技應用含量決定著產(chǎn)品發(fā)展的新趨勢和前景，智能化技術在電子產(chǎn)品領域的應用意義深遠。隨著電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，家用電器也越來越偏向智能化，已經(jīng)應用于實際中的有智能洗衣機，智能電飯鍋，智能電磁爐等，而所用的智能化家用電器都用一個共同的特點，都是利用單片機作為中央控制單元。結合了單片機的智能家用電器和普通家用電器相比，功能上更強，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更節(jié)省電能，提高了家用電器的品質(zhì)。關鍵詞：智能；省電；方便；保護視力AbstractThesystemofthemainideaisderivedfromlife.thelampistheaveragefamilynecessitiesoflife,butoftenforgottoturnoffthelightofenergyandenormouswasteofthisarticlegivesamonolithicintegratedcircuits89c51biss0001andbasedontheinfraredsensorsinterpretationofthecontrolcircuittomakeanintelligentlampapproach.Themethodofcontrolonthedesknexttowhetheramanandthelightoftheirconsoletothedoorandopened,peopleusemoreconvenientandformsofenergyconservation.Revivificationcontrolofalampenergy,theprogress,humanbeing,themarkethaschanged,highertechnologyapplicationsintheproductdevelopmentofnewtrendsandprospects,intellectualizedtechnologyintheelectronicsfieldofapplicationoffar-reachingsignificance.withtherapiddevelopmentofelectronicproducts,acombinationofhousehold"monolithicintegratedcircuits,andhouseholdfunctionsstrongerandmoreconvenientusageandmorehigherreliabilityandsecurity,themostimportantthingismoreeconomicalelectricityandtoimprovethequalityofthehousehold.Keywords:intelligent;electricity;andpreserveyoureyesight

1.緒論智能化產(chǎn)品在各個領域都有出色的應用，所以我們打算研究是智能化臺燈。雖然按鍵式隨著科技的高速發(fā)展，各種各樣的科技產(chǎn)品、家用電器走入人們的生活，這一切都大大地提高了人們的工作效率、改善了人們的生活，現(xiàn)在電器的發(fā)展趨勢是智能化，這樣會使人們使用起來更方便的臺燈還是臺燈市場的主體。但是，現(xiàn)代電子技術的發(fā)展和人們的需求變化，已使傳統(tǒng)的臺燈感受到產(chǎn)品更新?lián)Q代的威脅。智能型的電器產(chǎn)品漸漸進入人們的生活中。臺燈是人們生活中用來照明的一種家用電器。它一般分為兩種，一種是立柱式的，一種是有夾子的。它的工作原理主要是把燈光集中在一小塊區(qū)域內(nèi)，集中光線，便于工作和學習。一般臺燈用的燈泡是白熾燈或者節(jié)能燈泡。有的臺燈還有應急功能，用于停電時無電照明已用來應急。它是千家萬戶的必需生活用品。目前，燈具市場上出售的臺燈種類繁多，一般的臺燈均采用220V交流電源供電，日光燈管、白熾燈泡為光源，手動開關或觸摸感應式開關來控制。但這類臺燈，存在很多弊端，一是電壓是不安全電壓，給人們使用帶來不安全因素；二是日光燈還具有頻閃效應，經(jīng)常使用會給人的眼睛帶來一定的傷害；三是耗電量大、臺燈通常都是以日光燈為主，在幾瓦到幾十瓦之間；四是人工化，人們由于手工操作，往往會忘記關燈，這也造成電能的浪費，到目前為止，在燈具市場上，很少見到采用+6V的直流電源供電的一種人體智能臺燈，它具有既不會出現(xiàn)觸電，使用壽命長，無輻射，又無污染等優(yōu)點。智能臺燈可分成自動和手動兩種模式。在自動模式下，臺燈能根據(jù)環(huán)境光的亮暗與人是否被臺燈所檢測到（人是否在）來自動開啟臺燈。當人被微機檢測到，環(huán)境光又達到某個程度的時候（可以設定與調(diào)節(jié)），臺燈就會開啟。如果環(huán)境光沒有達到這個程度，臺燈不會開啟。當人沒有被微機檢測到，無論多暗，臺燈也不會開[1]。手動模式是為了不習慣使用自動模式的人或是臺燈中的微機出故障等緊急情況時用的。在手動模式下，智能臺燈和普通臺燈是一樣使用的智能臺燈最大的優(yōu)點就是省電和方便。方便不用多說了，來之則亮，去之則暗，不用動手。省電是比較重要的，現(xiàn)在全世界都缺少電能，2003年，美國和加拿大大面積停電。我國也是，每到夏天就有很多省市拉閘限電。如果用上我們的智能臺燈，那么假設一天我們可以節(jié)省10min的開燈時間，燈上裝的是10W的節(jié)能燈泡（一個10W的節(jié)能燈泡相當于40W的白熾燈泡）。節(jié)省的電能為10Wｘ600s=6000J，一個月（30天）就能節(jié)省180000J，一年就能節(jié)省2190000J的電能，相當于0.6千瓦時。不要小看這個0.6千瓦時的電能。如果全國人都能每年節(jié)省0.6千瓦時的電能，那么每年全國會省下7.8億千瓦時的電能，這7.8億千瓦時的電能相當節(jié)省接近4億人民幣，4億人民幣可以建造多少所希望小學，可以救助多少無家可歸的孤兒，可以圓多少貧窮的孩子無法圓的上學夢??！更重要作用的是環(huán)境保護。大家都知道我國有70%的電能來自火力發(fā)電廠，而火力發(fā)電廠少發(fā)一度電（就是1千瓦時）會減少1千克的CO2排放。那么節(jié)省3.9億度的電能就等于少向大氣排放39萬噸的CO2，而CO2是溫室效應的最歸禍首。就是因為全球向大氣排入過多的CO2，導致了溫室效應的加劇，海平面上升，大片的土地被淹沒，氣候變暖，降水和土壤濕度進一步減少，氣候逐漸干旱，土地沙漠化和草原退化將變的更加嚴重。

2.系統(tǒng)主要硬件電路設計2.1單片機主機系統(tǒng)電路2.1.1系統(tǒng)電路組成ATAT89C51單片機熱釋電紅外傳感器2信號處理電路電源控制電路遙控器熱釋電紅外傳感器1輸出提醒電路圖2.1單片機控制系統(tǒng)原理框圖本系統(tǒng)組成如圖一所示，主要由三部分組成：（1）傳感器及信號處理部分：檢測人體輻射紅外信號及光強信號經(jīng)過處理后變成可處理的數(shù)字信號。（2）以89C51組成的中央處理單元：處理信號并發(fā)出控制命令。（3）輸出提醒電路及電源控制控制電路：給出提醒信號并根據(jù)89C51給出的命令控制燈光[2]。

2.1.2系統(tǒng)工作原理整個系統(tǒng)是以89C51控制下工作的。其工作過程為：當環(huán)境光比較強時，光敏電阻阻值比較小，信號處理電路檢測到低電平信號，禁止熱釋電紅外傳感器工作，省去了89C51處理過程。當環(huán)境光比較弱時，光敏電阻阻值變大，信號處理電路接收到高電平，從而啟動熱釋電紅外傳感器工作。熱釋電紅外傳感器1探測比較遠的距離，當人體進入到傳感器1的控測范圍內(nèi)且光強較弱時，信號檢測電路處理信號，并向單片機發(fā)送一個中斷，89C51啟動燈光控制電路，使燈慢慢變亮。當環(huán)境光比校弱時，且人體過于靠近桌面，熱釋電紅外傳感器2檢測到信號，同時了在熱釋電紅外傳感器1的控測范圍內(nèi)，信號處理電路同時向89C51發(fā)送信號，89C51處理信號根據(jù)優(yōu)先級順序，屏蔽掉熱釋電紅外傳感器1的信號，啟動延時電路，發(fā)出警報使人離開，若在設定的時間內(nèi)未離開桌面，則啟動燈光控制電路，使燈慢慢熄滅[3]。當人體離開熱釋電紅外傳感器2的控測范圍且在熱釋電紅外傳感器1的控測范圍內(nèi)時，燈光又慢慢變亮。2.1.3系統(tǒng)控制核心AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。它是51系列單片機的一個成員，是8051單片機的簡化版，是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。因此，AT89C2051構成的單片機系統(tǒng)是具有結構最簡單、造價最低廉、效率最高的微控制系統(tǒng)，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，減少了硬件開銷，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的性價比，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如附錄A所示是由單片機組成的報警及燈光控制電路。當外部無任何中斷時，89C51控制74LS138的使能控制端，使后面電路不工作。當有中斷一產(chǎn)生時，89C51啟動74LS138，向P0腳低4位發(fā)送信號，控制燈慢慢亮。當中斷1和中斷0同時產(chǎn)生時，89C51屏蔽掉中斷1，啟動74LS138向P0腳低四位發(fā)送數(shù)據(jù)，使燈光慢慢變暗。這里采用74LS138控制DC832可以節(jié)省89C51的管腳，有利于擴展，以便于控制多盞燈。由于采有DC0832可以有效地使燈實現(xiàn)階梯形的變化。

2.2紅外傳感器電路圖2.2傳感器組成的信號檢測及處理部分圖2.2是由紅熱釋電紅外傳感器、光敏電阻、BISS0001組成的信號檢測及處理電路。紅熱釋電紅外傳感器只對波長為10μm（人體輻射紅外線波長）左右的紅外輻射敏感，所以除人體以外的其他物體不會引發(fā)探頭動作。探頭內(nèi)包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，于是輸出檢測信號。

BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰．斖饨绻鈴娸^強時，光敏電阻阻值很小，BISS0001檢測到低電平，從而封鎖14腳，禁止傳感器infare1的信號。當外界光強較弱時，光敏電阻阻值很大，BISS0001檢測到低電平，開啟14腳；infare1檢測到人體信號時，產(chǎn)生微弱的信號輸出，經(jīng)R5、R1005、R4、C1、C6、C7組成的信號放大濾波電路[4]。R1000、R1001、C1000和C1001組成的延時電路。信號經(jīng)處理后從2腳輸出。2.2.1人體位置檢測圖2.3紅外檢測電路圖如圖2.3所示人體位置檢測是靠一個紅外發(fā)射管（二極管）向前方發(fā)射紅外線，如果人坐在燈前面，那么發(fā)射的紅外線就會反射回來，被紅外接收頭檢測到后，就會向計算機傳輸一個指令，表示人已經(jīng)到了。2.2.2環(huán)境光檢測圖2.4環(huán)境光檢測電路如圖2.4所示環(huán)境光檢測是比較重要的一個部分，其中關鍵的元件有兩個，一個是光敏二極管，一個是50K的可變電阻（電位器）。光敏二極管的檢測能力的強弱（靈敏度）是根據(jù)那個可變電阻來控制的，有的人認為天色還挺亮的，燈就開了，那你就把電阻變大些，光敏二極管的靈敏度就下降了，這樣就可以達到等天再暗些再開燈。同樣的，如果你覺的天色已經(jīng)很暗了，燈還不亮，那你把電阻調(diào)小些就可以了[5]。這樣多調(diào)幾次，你就能把智能臺燈調(diào)到一個最理想的最適合你的狀態(tài)了。2.2.3過零檢測部分圖2.5過零檢測電路如圖2.5所示過零檢測電路用于檢測電源電壓波形的過零點，產(chǎn)生過零脈沖。整流部分部分產(chǎn)生的全脈動直流電壓送到過零檢測電路，形成與電壓過零點同步的負脈沖同步信號，送到單片機的中斷輸入端INT0，用于觸發(fā)可控硅進行同步移項。2.3輸出控制部分電路如圖2.6所示輸出控制部分分為兩塊：圖2.6繼電器控制電路（實框部分）、可控硅控制電路（虛框部分）(1)繼電器控制電路（實框部分）繼電器想必大家在初中接觸電學時已經(jīng)學過了。它是通過磁力來控制電路通斷，電磁鐵通電時，小鐵片被吸，于是電路導通。電磁鐵不通電時，鐵片具有的彈性勢能使鐵片碰到另一點，電路不通。所以使用繼電器控制電路會發(fā)出輕微的啪嗒的聲音，也被人們稱為觸點式技術。用它來控制臺燈，臺燈就只有通斷兩種可能，要么燈亮，要么燈暗，并不能調(diào)光。(2)可控硅控制電路（虛框部分）比起繼電器，可控硅就復雜的多。它是一種三態(tài)固件器件（SCR），其陽極相當于晶體管的集電極，陰極相當于發(fā)射極，門控極相當于基極。SCR只工作在導通和截至的狀態(tài)，故可作為開關元件?？煽毓韬屠^電器只須其中的一個工作，智能臺燈就可以正常工作。但是可控硅比繼電器優(yōu)越的地方在于可控硅使用的是無觸點式技術，雖然它也只有通斷兩種狀態(tài)，但是因為它是利用交流電正弦波的一部分，所以它不但開合動作時沒有聲音，而且可以對燈泡進行調(diào)光，因其調(diào)光時是處于“軟”狀態(tài)，所以比機械調(diào)光具有更好的優(yōu)越性[6]。2.4電源控制部分圖2.7電源控制電路如圖2.7所示，電源部分是將220V的交流電通過變壓器轉換成9V交流電，再通過整流橋轉換成5V直流電（因為計算機工作需要5V直流電）。此時5V直流電很不穩(wěn)定，不符合計算機工作的需求。因此還須將電流通過電解電容和集成穩(wěn)壓塊7805，逐步達到穩(wěn)壓、濾波的作用[7]。穩(wěn)壓示意圖通過整流橋的電流如圖2.8所示。圖2.8通過整流的電流示意圖

通過E0后如圖2.9所示。圖2.9通過E0電流示意圖最后通過集成穩(wěn)壓塊7805如圖2.10所示。圖2.10通過集成穩(wěn)壓塊電流示意圖這樣的電流在通過2個電容后就適合計算機工作了，在電路原理圖右上角以+5V輸出[8]。2.5遙控器部分圖2.11遙控器系統(tǒng)電路如圖2.11所示，遙控器系統(tǒng)分為發(fā)射與接受兩個部分，發(fā)射部分就是遙控器。接受部分能接收到遙控器發(fā)射的紅外線。（與人體位置檢測的紅外線發(fā)射管共用紅外接收頭）。

3.系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)軟件程序設計主要包括:系統(tǒng)程序框圖,主程序設計，采樣子程序設計，數(shù)據(jù)處理程序等。各芯片地址編碼為：81551/0口:7FF8H-7FFDH，ADC0809:OBFF8H-OBFFFH[9]。3.1系統(tǒng)程序框圖圖3.1系統(tǒng)程序框圖程序框圖如圖3.1所示，程序開始后，對程序進行初始化。向P0腳寫入低電平，開啟所有中斷，啟動計數(shù)器。當中斷1來時，進入中斷1，設置R0為0，調(diào)用延時程序TIME0（延時10ms），判斷R0是否等于7，若不是，則加1，繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)進入循環(huán)，直至R=7，即實現(xiàn)的是燈慢慢變亮的一個過程。當中斷0和中斷1同時產(chǎn)生時，根據(jù)優(yōu)先級，屏蔽掉中斷1，開啟中斷0。調(diào)用延時程序TIME0（延時1分鐘），查詢中斷0控制位;防止人體不小心到達熱釋電探測器的探測范圍內(nèi)，采用延時程序來排除干擾，防止誤判。若為0，則返回主程序；若為1，則向P0高四位發(fā)送數(shù)據(jù)，使燈保持原來最亮狀態(tài)，調(diào)用延時程序TIME1，判斷R0是否等于0，若是則中斷返回，若不是，則R0減1，繼續(xù)循環(huán)，直至R0等到于0，此程序的目的是實現(xiàn)燈慢慢變暗[10]。3.2系統(tǒng)主程序設計源程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP DET1 ;遠探測器 ORG 0013H AJMP DET0 ;近探測器ORG 0050HMAIN: MOV P0, #00000001B ;置初始值DET0，DET1可重復觸發(fā)，燈滅 MOV TMOD, #00000010B ;方式2，8位自動重裝計數(shù)器 MOV TCON, #00010000B ;開啟計數(shù)器T0 MOV IE, #10000111B ;開啟所有中斷 SJMP $;燈慢慢變亮DET1: MOV P0, #00000001B CALL TIME0 ;燈亮度延時10ms MOV P0, #00000011B CALL TIME0 MOV P0, #00000101B CALL TIME0 MOV P0, #00000111B CALL TIME0 MOV P0, #00001001B CALL TIME0 MOV P0, #00001011B CALL TIME0 MOV P0, #00001101B CALL TIME0 MOV P0, #00001111B CALL TIME1 RETI;燈慢慢熄滅DET0: CALL TIME1 ;延時1分鐘 MOV TCON, A ANL A, #1 JZ LOOP MOV P0, #00001111B CALL TIME0 MOV P0, #00001101B CALL TIME0 MOV P0, #00001011B CALL TIME0 MOV P0, #00001001B CALL TIME0 MOV P0, #00000111B CALL TIME0 MOV P0, #00000101B CALL TIME0 MOV P0, #00000011B CALL TIME0 MOV P0, #00000001B RETILOOP: RET;延時10msTIME0:SETB TR0MOV R0, #20D_1:MOV R1, #250DJNZ R1, $ DJNZ R0, D_1 CLR TR0 RET;延時1分鐘TIME1: SETB TR0 MOV R0, #250 MOV R1, #200 MOV R2, #60D_2: DJNZ R0, D_2 MOV R1, #200 DJNZ R1, D_2 MOV R2, #60 DJNZ R2, D_2 CLR TR0 RETEND3.3采樣子程序設計根據(jù)電路圖2-5，因EOC未接入單片機，故只能采用延時等待的方法來讀取A/D轉換結果，ADC0809的INO和INl兩個地址分別是OBFF8H,OBFF9H,INO通道采集到的11個數(shù)據(jù)放入以ADTURNO(片內(nèi)21H)為首址的一片數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，IN1通道采集到的11個數(shù)據(jù)放入以ADTURN1(片內(nèi)2CH)為首址的另一片數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)。程序清單:AD:MOVR0,#ADTURNOMOVR6,#OBHADLOOP:MOVDPTR,#OBFF8H;啟動INO通道A/D轉換GOON:MOVX@DPTR,AMOVR7,#OAOH;延時等待轉換結束DLAY:NOPNOPNOPNOPNOPDJNZR7,DLAYMOVXA,@DPTRMOV@R0,A;將轉換后的數(shù)據(jù)送入以ADTURNO為首址的一片RAM內(nèi)INCRODJNZR6,ADLOOPSJMPADRET3.4濾波程序設計相關部分程序代碼：:MAOPAO:MOVRl,#ADTURNOMOVR5,#OAHCLROOHFILTER:MOV3CH,@R1INCRlMOVA,@R1CLRCSUBBA,3CHJNCNEXTMOVA,@RlMOV@R1,3CHDECR1MOV@Rl,AINCRlSETBOOHNEXT:DJNZR5,FILTERJBOOH,MAOPAOMOVLINEADRO,26HRET3.5遙控器程序設計控制臺燈部分程序代碼：LL:LCALLRING30MOVR7，#1H;***MOVR1，#38HCLR7EHWAIT0:JBC7EH，DDLJMPWAIT0DD:MOVR1，#38HMOVA，@R1RRARRARRARRAMOVR4，ARLAADDA，R4MOVDPTR，#TABJMP@A+DPTRTAB:LJMPZEROLJMPEIGHTLJMPFOURLJMPSTOPLJMPTWOLJMPZEROLJMPSIXLJMPLLLJMPONELJMPLLLJMPFIVELJMPLLLJMPTHREELJMPLLLJMPSEVENLJMPLLORG0250HZERO:LJMPLLONE:LCALLRING40OO1:MOVR7，#01HCLR7EHWAIT1:JBC7EH，WW1LJMPWAIT1WW1:MOVR1，#38HMOVA，@R1CJNEA，#50H，BB1LJMPZZ1BB1:CJNEA，#80H，QUIT1SETBP1.3CLRP1.2CLRP1.1CLRP1.0LJMPQUIT1ZZ1:CLRP1.3;CLRP1.2CLRP1.1CLRP1.0LCALLRING50;QUIT1:LJMPLL

4.結語首先，通過本次智能臺燈系統(tǒng)的設計，在各方面能力上都有著很大程度上提高，單片機方面的專業(yè)知識也有很深的了解，也深刻了解寫一篇設計報告的步驟和格式，有過這樣的一次訓練，相信在以后的畢業(yè)設計報告中會起到很大的幫助，而且學會良好的格式會為將來的工作提供較好的基礎。本系統(tǒng)的主要設計思想來源于生活。臺燈是一般家庭的生活必需品，但由于經(jīng)常忘記關燈而造成巨大的能源浪費。全球這么多臺燈，估算一下，消耗能源可觀。另一個是作為一個必需品，當然要使生活變得更方便，省去了黑暗中開燈的麻煩，并且可以糾正坐姿。本系統(tǒng)在實