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1、基于单片机的楼道照明自动控制系统设计1. 设计内容本次设计的内容为楼道照明自动控制系统的设计。它利用光敏电阻和热式电红外传感器，单片机等器件对楼道照明灯具进行自动控制。使电灯白天不亮，夜间有人走动时自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的。2. 设计方案和主要元器件的选择2.1 设计方案本次设计的三个要求：第一电灯白天不亮，第二晚上有人走动时自动点亮， 第三人走后延时一段时间自动熄灭。针对，电灯白天不亮，我们采用光控，采用光敏电阻，利用它的导电特性予以解决；针对行人走动电灯自动点亮，我们采用热式电红外传感器，利用它将热转化为电压的特性予以解决；针对延时，我们采用单片机的延时程序
2、予以解决。2.2 主要元器件的选择（一）光敏电阻的结构和工作原理1 结构光敏电阻的结构和电路图形符号如图 1 所示。光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。如图2所示光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时即可加直流电压，也可加交流电压。无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。当光敏电阻收到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大，一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。2 工作原理用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物，硒化物等半导体。通常采用涂敷
3、，喷涂，烧结等方法在绝缘底上制作很薄的光敏电阻体及梳妆欧姆电极，然后接出引线，封存在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。在黑暗环境里，它的电阻值很高。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则阶带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在阶带中产生一个带正电荷的空穴，这种有光照产生的电子-空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子-空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。（二）热释电红外传感器任何发热体都会产生红外线,辐射的红外线波长跟物体温度有关。表面温度越高,辐射能
4、量越强。人体的正常体温为3637.5，其辐射的最强的红外线的波长为9.679.64um，中心波长为9.65um。故考虑采用热释电人体红外传感器(PIP)。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成， 其极化产生正、负电荷,随温度的变化而变化。端接电源正极，端接电源负极，端为信号输出 。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用,因而需要用电阻将其转换为电压形式,该电阻阻抗高达104，故引入的沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。 滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通
5、过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。传感器只对移动或运动的人体、体温近似人体的物体起作用。（1） 人体经过探头先后被 A 源或被 B 源感应，SaSb 产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（3C）。（2） 人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb 不产生差值，双源很难产生信号输出。径向移动反应最不敏感, 而对于横切方向 (即与半径垂直的方向)移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的 SD02、PH5324 和德国海曼 LHi954、L
6、Hi958。菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。菲涅尔透镜的作用有两个：一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足 2 米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到 10 米。第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在 PIR 上产生变化的热释红外信号。当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片
7、被聚集在远距离A区或中距离B 区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距， 红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。（三）处理芯片处理芯片采用STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口(RXD/P3.O，TXD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即一可完成一片。而且具有看门狗功能。因此采用ST
8、C89C52RC芯片。（四）所应用元器件汇总STC89C52RC、热释电红外传感器、TORCH_LDR 光敏电阻、11.059MHz 的晶振、30pF 瓷片电容、1uF 电解电容、5.1电阻、300电阻、820电阻、510电阻、G5C-14-DC5 继电器、按钮开关、+5V 电源、+10V 电源、+6.5V 电源3. 电路设计楼道照明自动控制电路设计总电路图如下图 3.它有 4 部分组成，复位电路， 时钟电路，光敏电阻控制电路，热释电红外传感器控制电路做成。 ： 复 位 电 路 （ 采 用 按 键 电 平 复 位 ）按键电平复位原理：将复位端通过按键与 VCC 相连。当 RST 引脚上出现连续
9、两个机器周期的高电平时，单片机就能完成一次复位。：时钟电路采用内部时钟方式。MCS-51 单片机片内有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，其输入端为芯片引脚XTAL1（19）脚，输出端为引脚XTAL2（18 脚）。只需在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接石英晶体和两个微调电容，就可以构成稳定的自激振荡器并产生震荡时钟脉冲，这种方式称为内部时钟方式。振荡器的工作频率选择 11.0592MHZ，微调电容取 30pF。该图为光敏电阻与单片机的连线图。该图为热电式红外线传感器与单片机的连线。因为 proteus 中无法仿真热电式红外线传感器故用滑动变阻器代替演示。4. 程序流程图开始任务调度机制
10、第第第第第第012345路路路路路路亮亮亮亮亮亮度度度度度度与与与与与与人人人人人人体体体体体体检检检检检检第第67路路亮亮度度与与人人体体检检N应N应N应亮亮亮？N应 N应N应亮亮亮？N应N应亮亮？YYY亮亮亮灯灯灯YYYYY亮亮亮亮亮灯灯灯灯灯人人人人人人走走走走走走后后后后后后十十十十十十秒秒秒秒秒秒左左左左左左右右右右右右灭灭灭灭灭灭灯灯灯灯灯灯人人走走后后十十秒秒左左右右灭灭灯灯5. 程序代码程 序 如 下 ： #include #include sbit P0_0=P00;sbit P0_1=P01; sbit P0_2=P02; sbit P0_3=P03; sbit P0_4=
11、P04; sbit P0_5=P05; sbit P0_6=P06; sbit P0_7=P07; sbit P1_0=P10; sbit P1_1=P11; sbit P1_2=P12; sbit P1_3=P13; sbit P1_4=P14; sbit P1_5=P15; sbit P1_6=P16; sbit P1_7=P17; sbit P3_0=P30; sbit P3_1=P31; sbit P3_2=P32; sbit P3_3=P33; sbit P3_4=P34; sbit P3_5=P35; sbit P3_6=P36; sbit P3_7=P37; job0 () _t
12、ask_ 0unsigned long i; P3=0;os_create_task(1); os_create_task(2); os_create_task(3); os_create_task(4); os_create_task(5); os_create_task(6); os_create_task(7); while(1)if(P1_0=0) P3_0=0;if(P0_0=1)P3_0=0; if(P0_0=0)if(P1_0=1) P3_0=1; for(i=0;i10000;i+);job1 () _task_ 1unsigned long i; while(1)if(P1_
13、1=0) P3_1=0; if(P0_1=1)P3_1=0; if(P0_1=0)if(P1_1=1) P3_1=1; for(i=0;i10000;i+);job2 () _task_ 2unsigned long i; while(1)if(P1_2=0) P3_2=0; if(P0_2=1)P3_2=0; if(P0_2=0)if(P1_2=1) P3_2=1; for(i=0;i10000;i+);job3 () _task_ 3unsigned long i; while(1)if(P1_3=0) P3_3=0; if(P0_3=1)P3_3=0; if(P0_3=0)if(P1_3
14、=1) P3_3=1; for(i=0;i10000;i+);job4 () _task_ 4unsigned long i; while(1)if(P1_4=0) P3_4=0; if(P0_4=1)P3_4=0; if(P0_4=0)if(P1_4=1) P3_4=1; for(i=0;i10000;i+);job5 () _task_ 5unsigned long i; while(1)if(P1_5=0) P3_5=0; if(P0_5=1)P3_5=0; if(P0_5=0)if(P1_5=1) P3_5=1;for(i=0;i10000;i+);job6 () _task_ 6un
15、signed long i; while(1)if(P1_6=0) P3_6=0; if(P0_6=1)P3_6=0; if(P0_6=0)if(P1_6=1) P3_6=1; for(i=0;i10000;i+);job7 () _task_ 7unsigned long i; while(1)if(P1_7=0) P3_7=0; if(P0_7=1)P3_7=0; if(P0_7=0)if(P1_7=1) P3_7=1; for(i=0;i10000;i+);6. 参考文献1 童诗白，华成英. 数字电子技术基础(第四版) 高等教育出版社 2006.12 张道德. 单片机接口技术（C51 版
16、） 中国水利水电出版社 2007.13 张岩、胡秀芳、张济国. 传感器应用技术M 福建科学技术出版社 2006.14 陈有卿. 使用灯光控制电路M 中国电力出版社 2005.27. 设计心得与小结通过这次对楼道照明自动控制电路的设计，我加深了对数字电路和模拟电路的了解，同时对自动控制电路及所用元器件的选择和参数有进一步的认识，又增强了对电路分析及解决问题的能力，为以后的工作时间积累了许多经验。对于这次课程设计，一开始我不知所措，无从下手，一片茫然，但是经过和同学一次次的帮助和讨论，我的思路开始清晰了，有头绪了。为了把课程设计做的好，我大量收集资料，与小组同学讨论。另外，在这次课程设计中用的知识非常的广泛，这对我们三年所学的知识进行很好的回顾，全面概括专业知识，尤其是在传感器及应用技术和数字电子技术方面。在设计过程中对知识有了更进一步的学习，锻炼了自己如何去思考问题，发现问题，解决问题，对以前有的知识有了进一步的了解，对没有见过的知识也有了认识，使自己不断吸收新的知识，把理论运用到时间中去。也使我懂得，做事情要认真、有耐心去对待，为自己即将踏上社会做好准备，迎接新的挑战！