【正文】 摘 要日常生活中電能浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，就以室內(nèi)照明為例，由于使用人員不固定以及人員的節(jié)能意識(shí)的淡薄，白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內(nèi)無人或者人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟室內(nèi)照明。長(zhǎng)明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在。本文通過熱釋型紅外傳感技術(shù)，利用人體的溫度作為檢測(cè)目標(biāo)。當(dāng)人進(jìn)入其探測(cè)區(qū)域內(nèi)，紅外傳感器將人體與空間溫度的差值傳遞給信號(hào)處理系統(tǒng)，從而實(shí)施對(duì)控制電路的驅(qū)動(dòng)與否，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的具體控制，最終由單片機(jī)對(duì)房間內(nèi)人數(shù)和光線的綜合實(shí)時(shí)控制。根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)控制燈的開關(guān)，這樣就會(huì)杜絕嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象，并且具有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)，熱釋紅外傳感器，光傳感器，照明控制，節(jié)能Abstract The waste of electricity in daily life is serious, take the interior lighting as an example, because the use of personnel is not fixed, and the weak staff awareness of energy saving, during the day under the high intensity of light, people still keeping lights on work。 although small number of cases, they turn on all of the lights。 Besides, people do not turn off the lights when they leave.In this paper, pyroelectric infrared sensing technology is used, it takes the body39。s temperature as the test target. When people entering the detection region, the infrared sensor tests the temperature difference between the body and the space, and passes the signal to the processing system, to implement control circuit or not to realize the control object of the specific control, the end of the room by the microcontroller, and the number of realtime control of light. Automatic control based on the actual situation of light, this will eliminate a serious waste and has significant economic value.Keywords：single chip puter，pyroelectric infrared sensor， light sensors，illumination control，energy saving目 錄摘 要 iAbstract ii第一章 照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1第一節(jié) 系統(tǒng)總體框圖 2第二節(jié) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單流程圖 3一、方案一 3二、方案二 4三、方案三 5四、方案比較與確定 6第二章 硬件設(shè)計(jì) 7第一節(jié) 主機(jī)電路核心器件介紹 7一、AT89C51單片機(jī)性能介紹 7二、AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng) 13第二節(jié) 人體紅外檢測(cè)電路 15一、人體紅外檢測(cè)電路總體設(shè)計(jì) 15二、釋電紅外傳感器 17三、菲涅耳透鏡 19四、熱釋電傳感器信號(hào)處理芯片 22第三節(jié) 可見光檢測(cè)模塊 27一、方案一 27二、方案二 30第四節(jié) 按鍵電路 33第五節(jié) LED指示電路 34第六節(jié) 執(zhí)行模塊 34一、方案一 34二、方案二 35三、方案比較與確定 35第七節(jié) 電源電路 36第三章 軟件設(shè)計(jì) 38第一節(jié) 流程圖 38第二節(jié) 主程序 39第四章 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 42第一節(jié) 單片機(jī)干擾的來源和后果 42第二節(jié) 單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法 42第三節(jié) 本設(shè)計(jì)采用的抗干擾措施 45總 結(jié) 46附 錄 47照明基礎(chǔ)知識(shí) 47主電路原理圖 49系統(tǒng)程序 50中英文資料 52參考文獻(xiàn) 61謝 辭 6265第一章 照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)作為一名即將畢業(yè)的學(xué)生。在校期間，對(duì)學(xué)校的教室以及圖書館的照明設(shè)計(jì)不太滿意。自我認(rèn)為有很多可以改進(jìn)的地方。試舉一下幾種不太好的現(xiàn)象：一是在不需要開燈的情況下，燈長(zhǎng)明；二是人走燈長(zhǎng)明，以至于管理員很辛苦的一個(gè)教室挨一個(gè)教室的去關(guān)燈。因?yàn)檫@些情況都造成了很多不必要的浪費(fèi)。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。當(dāng)然說經(jīng)過教導(dǎo)，相信肯定可以減少這些浪費(fèi)能源的情況發(fā)生，但從技術(shù)上完全可以解決這個(gè)問題。廉價(jià)實(shí)用的單片機(jī)就是為此而生的。單片機(jī)是在一塊芯片上集成了計(jì)算機(jī)各基本功能部件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括CPU、ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器與計(jì)數(shù)器以及中斷系統(tǒng)等等。單片機(jī)在現(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用所受到的主要限制不是技術(shù)問題，而是創(chuàng)造力和技巧上的問題。針對(duì)生活中這種照明中電能浪費(fèi)的現(xiàn)象設(shè)計(jì)一套使用單片機(jī)控制的智能照明系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的主要應(yīng)用范圍也是教室、圖書館和辦公室等公共場(chǎng)所。該系統(tǒng)應(yīng)用了兩種傳感器，人體紅外傳感器和自然光線傳感器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自然照明情況和人員情況，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)與控制的功能，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。具體功能如下：第一，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人體紅外檢測(cè)電路，有進(jìn)入探測(cè)范圍時(shí)輸出信號(hào)。第二，系統(tǒng)設(shè)計(jì)自然光檢測(cè)電路，對(duì)照明現(xiàn)場(chǎng)的亮度進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。雖在工作時(shí)間，但現(xiàn)場(chǎng)的亮度如果能夠滿足設(shè)定要求時(shí)，系統(tǒng)同樣關(guān)閉照明設(shè)備。第三，設(shè)計(jì)按鍵電路，設(shè)定強(qiáng)制開燈和強(qiáng)制關(guān)燈按鍵。如有需要人為開燈或滅燈，可按相應(yīng)鍵。比如在教室內(nèi)，晚上要演示幻燈片，現(xiàn)實(shí)條件是室內(nèi)有人，自然照度不滿足工作要求，按照系統(tǒng)的自動(dòng)控制程序，是不會(huì)滅燈的，但我們確實(shí)需要燈滅，這時(shí)就可以按下強(qiáng)制關(guān)燈按鍵。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的理念是：第一，“以人為本，人使用燈”。第二，“節(jié)能環(huán)?！?。第一節(jié) 系統(tǒng)總體框圖在設(shè)計(jì)最初需要一個(gè)整體的思路來確定設(shè)計(jì)的框架。首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)來確定所需的功能模塊；然后按照一定的作用順序把各個(gè)功能模塊連接起來。本系統(tǒng)需要兩個(gè)傳感器來分別檢測(cè)人體紅外信號(hào)和自然光強(qiáng)信號(hào)，需要按鍵電路來強(qiáng)制燈的開關(guān)，還需要指示電路來指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，等等。照明電路繼電器執(zhí)行電路LED指示電路人體紅外檢測(cè)電路AT89C51單片機(jī)按 鍵 電 路自然光檢測(cè)電路晶振電路復(fù)位電路圖11 照明系統(tǒng)總體框圖如圖11，為該照明系統(tǒng)總體框圖，包括：系統(tǒng)核心AT89C51單片機(jī)，輸入為兩個(gè)傳感器電路即人體紅外檢測(cè)電路和自然光檢測(cè)電路，強(qiáng)制開關(guān)的按鍵電路。輸出是LED指示電路以及繼電器執(zhí)行電路。最后由繼電器電路來控制照明電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)控制。晶振電路和復(fù)位電路是單片機(jī)系統(tǒng)工作必不可少的。晶振電路結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)單片機(jī)各單元值的初始化。除此之外還需要電源電路把220V交流變成單片機(jī)及各功能電路的元件所需的電壓。照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用有很多優(yōu)點(diǎn)：不需要常規(guī)的翹板開關(guān)；不需要人親自動(dòng)手去按，可以減少通過皮膚接觸導(dǎo)致的細(xì)菌傳染；不需定期更換開關(guān)；即使從美學(xué)的角度講也是有價(jià)值的。這種產(chǎn)品對(duì)于公共場(chǎng)所是非常理想的。第二節(jié) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單流程圖 有了上節(jié)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖，我們就可以進(jìn)行系統(tǒng)流程圖的設(shè)計(jì)，這里的流程圖是方案流程圖，是提出來的思路流程圖。我們可以提出好幾種方案，來進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)，最終確定一種比較合理的方案，如下是我提出的三種方案。一、方案一如圖12是第一種控制方案的流程圖，該方案是一種滿足設(shè)計(jì)任務(wù)的最基本和最簡(jiǎn)單的方案。流程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測(cè)電路有無探測(cè)到有人，無人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無按鍵按下。如果探測(cè)到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器一個(gè)動(dòng)作信號(hào)，使其動(dòng)作，從而開啟照明電路。開始按鍵處理程序有無按鍵？初始化開燈滅燈NNYYNY有人？光照滿足？圖12 流程圖一在設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程時(shí)，是先判斷光照還是先檢測(cè)是否有人是，我遵循的原則是“以人為本，人使用燈”。如果沒有人，開關(guān)燈就無意義，所以應(yīng)先判斷是否有人，而不是先判斷光照情況。本方案是智能照明系統(tǒng)的一種最簡(jiǎn)單的流程圖，表現(xiàn)在什么地方呢，就是它只控制燈的亮與滅，沒有調(diào)光功能。后面的方案將體現(xiàn)方案一的這點(diǎn)不足。二、方案二開始初始化有無按鍵?按鍵處理程序?滅燈開一半全開YNYYNNN有人否？照度X2?照度X1?圖13 流程圖二如果設(shè)計(jì)的照明控制系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)照度，那么照明效果和節(jié)能效果將會(huì)更好。如圖13具有兩個(gè)照明調(diào)節(jié)等級(jí)的方案。按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度X2X10,當(dāng)環(huán)境照度EX2時(shí)，不需要人工照明：當(dāng)X1EX2時(shí)，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng)EX1時(shí)，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時(shí)候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。后面的方案更加明顯的體現(xiàn)了調(diào)光這一功能。三、方案三開始初始化，設(shè)定照度值E0有無按鍵?按鍵處理?有人否？滅燈YNYYNN檢測(cè)當(dāng)前照度值E1,與E0比較啟動(dòng)調(diào)光電路E1≥E0？圖14 流程圖三方案三流程圖如圖14所示。方案三的特別之處也在于它的可見光檢測(cè)電路和調(diào)光電路。它能夠監(jiān)測(cè)當(dāng)前照度值E1，與設(shè)定值E0作比較，當(dāng)E1E0時(shí)，啟動(dòng)調(diào)光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值E0。方案三的可見光檢測(cè)電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。這種方案對(duì)于教室，圖書館等場(chǎng)所，這種需要一個(gè)恒定照度的場(chǎng)合是非常合適的，如果希望熒光燈能實(shí)現(xiàn)照度調(diào)節(jié)，需要配合數(shù)字整流器。就目前來看，由于大功率LED燈的蓬勃發(fā)展，未來使用單片機(jī)，PWM，和LED組成的智能照明系統(tǒng)必將成為主流。LED燈是指燈具產(chǎn)品采用LED(Lightemitting Diode，發(fā)光二極管)做為主要的發(fā)光源。LED燈的結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，所以LED燈的抗震性能好。LED燈具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在燈具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已成為主要趨勢(shì)。從而引起照明領(lǐng)域的又一次革命，而照明質(zhì)量將會(huì)有質(zhì)的飛躍。以最低的能耗提供最優(yōu)質(zhì)的照明。四、方案比較與確定對(duì)于方案一流程經(jīng)過初始化以后，先判斷有無按鍵按下，如果有則執(zhí)行相應(yīng)按鍵處理程序。如果沒有，繼續(xù)判斷紅外檢測(cè)電路有無探測(cè)到有人，無人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無按鍵按下。如果探測(cè)到有人，就接著判斷當(dāng)前照度是否滿足設(shè)定要求。若照度滿足要求，繼續(xù)返回滅燈程序；若不滿足，就給繼電器一個(gè)動(dòng)作信號(hào)，使其動(dòng)作，從而開啟照明電路。方案二按鍵判斷與有沒有人的判斷與方案一相同，可見光照度判斷與方案一不同，其工作方式為：設(shè)照度X2X10,當(dāng)環(huán)境照度EX2時(shí)，不需要人工照明：當(dāng)X1EX2時(shí)，開一半的燈，即可滿足照明需求；當(dāng)EX1時(shí)，燈全部打開。這樣在傍晚，陰天的時(shí)候，就可以比方案一節(jié)約不少電能。第三種方案它夠監(jiān)測(cè)當(dāng)前照度值E1，與設(shè)定值E0作比較，當(dāng)E1E0時(shí)，啟動(dòng)調(diào)光電路進(jìn)行照明補(bǔ)償，維持照度不低于設(shè)定值E0。方案三的可見光檢測(cè)電路精度要高于前兩種方案，因?yàn)樗恼{(diào)光需要一個(gè)精確的反饋值來設(shè)定調(diào)光電路的工作。盡管方案一是最簡(jiǎn)單，最基本的方案，卻也體現(xiàn)了智能照明的基本思路。方案二實(shí)現(xiàn)兩種等級(jí)的控制，方案三實(shí)現(xiàn)一種連續(xù)的控制是比較難的。這次設(shè)計(jì)我就以第一種方案來設(shè)計(jì)該照明系統(tǒng)。第二章 硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 主機(jī)電路核心器件介紹一、AT89C51單片機(jī)性能介紹AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）和128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。功能強(qiáng)大AT89C51單片機(jī)可提供許多高