【正文】 外線信號光聚集起來，熱釋電傳感器在它的作用下可以探測到較遠(yuǎn)距離人的活動(dòng)。 熱釋電紅外傳感器的抗干擾性能 （ 1）防止 小動(dòng)物干擾：探測器安裝在推薦地使用高度，對探測范圍內(nèi)地面上地小動(dòng)物，一般不產(chǎn)生報(bào)警 。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷 ΔQ 會跟空氣中的離子所結(jié)合而消失，當(dāng)環(huán)境溫度穩(wěn)定不變時(shí)，ΔT=0，傳感器無輸出。本文先介紹熱釋電傳感器的原理，然后再描述相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù) [20]。首先，這種傳感器要對人體發(fā)出的紅外線感應(yīng)很靈敏，而對其他的小動(dòng)物發(fā)出的紅外線不起作用。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。 提高靈敏度，可得到較高的測量精度。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階 躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。 厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是 Al2O3 制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。 開關(guān)傳感器 —— 當(dāng)一個(gè)被測量的信號達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。 OCR2 為 0 時(shí)信號有最高頻率 OIFf clkOC /2 ?? 。 工作于快速 PWM 模式時(shí)，比較單元可以在 OC2 引腳上輸出 PWM 波形。高頻可以減小外部元器件 (電感，電容 )的物理尺寸，從而降低系統(tǒng)成本 [9]。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。通 過高分辨率 計(jì)數(shù)器 的使天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 用， 方波 的 占空比 被 調(diào)制 用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。 UCSRA：控制狀態(tài)寄存器 A，用于顯示發(fā)送、接收結(jié)束，幀錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)溢出等串口站工作過程中出現(xiàn)的狀態(tài)。 圖 22 ATmega16 管腳圖 單片機(jī)的串口功能 單片機(jī)作為控制核心其首要職能是接收上位機(jī)送來的數(shù)據(jù)并作相應(yīng)處理。故 AVR 單片機(jī)在軟 /硬件開銷、速度、性能和成本諸多方面取得了優(yōu)化平衡，是高性價(jià)比的單片機(jī)。 本文第一章為緒論，闡述了結(jié)合了單片機(jī)的智能化技術(shù)在家用電器領(lǐng)域中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹了智能節(jié)能臺燈研究的意義及未來臺燈的發(fā)展趨勢。 這是一款 實(shí)用新型的臺燈，由于以發(fā)光二極管為光源，再配以專門設(shè)計(jì)的外形結(jié)構(gòu)，可極大限度地利用光的效率，給人以溫馨或者恬靜的感覺，特別適用于家庭、賓館以及辦公室等環(huán)境的工作、學(xué)習(xí)、休息等照明與裝飾的需要，由于基本消除了頻閃，使得燈光對視力保健更有效果，同時(shí)，還具有節(jié)省電能的效能。頻閃效應(yīng)是所有熒光燈管的一個(gè)測試指標(biāo)：頻閃越少，照明效果越好 。單片機(jī)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核，嵌入到電子系統(tǒng)中，為電子系統(tǒng)智能化奠定了基礎(chǔ)。 單片機(jī)就是其中的典型代表。在對其熟悉的基礎(chǔ)上對它進(jìn)行合理的利用。除了遺傳原因，誘發(fā)學(xué)生患近視眼病的根源有多種，必須從誘發(fā)的所有根源上做起，才能真正防止。 對使用者的眼睛保護(hù)及坐姿的調(diào)整 近年來，我國青少年近視發(fā)病率節(jié)節(jié)上升，發(fā)病人數(shù)居全球首位，達(dá)到歷史空前水平。如果用上我們的智能臺燈，那么假設(shè)一天我們可以節(jié)省 10min 的開燈時(shí)間，燈上裝的是 10W 的節(jié)能燈泡（一個(gè)10W 的節(jié)能燈泡相當(dāng)于 40W 的白熾燈泡）。在美國、德國此類技術(shù)得到了政府大力扶持和推廣，節(jié)電率高于 30%。 2020 年 1 月將實(shí)行國家建設(shè)部頒 布的“民用建筑節(jié)能管理規(guī)定”， 2020 年 7月 1日開始實(shí)施的“公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)” GB50189— 2020 要求全年的總能耗（采暖，通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)和照明）減少 50%。由于這些臺燈不但具有現(xiàn)代工藝性，而且式樣多變，工藝精湛，造型也別具匠心。 雖然按鍵式的臺燈還是臺燈市場的主體。PIR。其原理是：以 人體紅外輻射（波長為 ）為傳感信號，當(dāng)人體在臺燈的范圍內(nèi)且環(huán)境光強(qiáng)較弱時(shí)，自動(dòng)感應(yīng)開燈，省去黑夜摸燈的麻煩；當(dāng)人離開臺燈傳感器檢測范圍，自動(dòng)感應(yīng)關(guān)燈。 本文首先介紹結(jié)合了單片機(jī)的智能化電器的普遍推廣推動(dòng)了家用小電器臺燈的智能化。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(yīng)用于實(shí)際中的有智能洗衣機(jī)，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(gè)共同的特點(diǎn)，都是利用單片機(jī)作為中央控制單元。同時(shí)，智能臺燈在黑暗的時(shí)候自動(dòng)開關(guān)燈的功能也讓使用者使用起來更方便，省去黑暗摸燈的麻煩。情趣化 ， 情趣化臺燈往往以小巧玲瓏、想象豐富等特點(diǎn)而頗受青少年青睞 。據(jù)資料報(bào)道，目前城市照明（指景觀照明和功能照明的統(tǒng)稱），年用電量約 占全國總發(fā)電量的 4%～ 5%。 智能節(jié)能臺燈最大的優(yōu)點(diǎn)就是省電和方便。如果全國人都能每年節(jié)省 千瓦時(shí)的電能，那么每年全國會省下 億千瓦時(shí)的電能，這 億千瓦時(shí)的電能相當(dāng)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(xué)，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(xué)夢??！更重要作用的是環(huán)境保護(hù)。 近視正嚴(yán)重危害青少年的健康成長，同時(shí)影響我國高素質(zhì)人才職業(yè)的篩選，縮小特殊職業(yè)人員的選取范圍，更是對實(shí)現(xiàn)我國二十一世紀(jì)健康目標(biāo)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。為使中、小學(xué)生在燈下看書或做作業(yè)時(shí)，不能離燈 太 近，若超過規(guī)定 (即調(diào)定 )的距離，燈光便自動(dòng)變暗乃至熄滅，而離開規(guī)定距離，燈光則自動(dòng)變亮，我們設(shè)計(jì)了一種智能臺燈。到 80 年代末，世界各地已相繼研制出大約50個(gè)系列 300 多個(gè)品種的單片機(jī)產(chǎn)品，其中包括 Motorola 公司的 6801， 6802， Zilog公司的 Z8系列， Rockwell 公司的 6501， 6502 等，此外，日本的 NEC 公司，日立公司等也不甘落后，相繼推出了各自的單片機(jī)品種。但其位數(shù)不一定會繼續(xù)增加，盡管現(xiàn)在已經(jīng)有了 32 位單片機(jī)，但使用的并不多。 臺燈的發(fā)展現(xiàn)狀 臺燈本來是一個(gè)非常簡單的照明工具， 就是一個(gè)電源加一個(gè)燈泡， 但是隨著科技的進(jìn)步，人們開始對臺燈的功能要求也開始日漸提高 。而護(hù)眼燈的原理則是將 50 赫茲的電頻率提高到 40000 至 55000赫茲，而相應(yīng)的臺燈每秒鐘的閃爍頻率就會大幅度下降，有的甚至可以下降為零，從而起到保護(hù)視力的功能。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 研究內(nèi)容 隨著智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化家用電器的日益普及，作為千家萬戶日常使用的家用小電器 智能節(jié)能臺燈也應(yīng)運(yùn)而生。 第四章對智能節(jié)能臺燈的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，劃分成為傳感器信號處理，單片機(jī)最小系統(tǒng)以及 LED驅(qū) 動(dòng) 電路和 提醒 電路，分別設(shè)計(jì)出電路結(jié)構(gòu)，并說明其功能作用。 AVR 單片機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了單片機(jī)集多種器件 (包括 FLASH 程序存儲器、看門狗、EEPROM、同 /異步串行口、 TWI、 SPI、 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等 )和多種熱釋電紅外模塊 紅外避障傳感器 光照傳感器 ATmega16 蜂鳴器電路 時(shí)間顯示電路 LED 指示電路 模式開關(guān) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 功能于一身，充分體現(xiàn)了單片機(jī)技術(shù)的從 “片自為戰(zhàn) ”向 “片上系統(tǒng) SOC”過渡的發(fā)展方向。 AVR 單片機(jī)的通用同步和異步串行接收器和轉(zhuǎn)發(fā)器 (USART) 是一個(gè)高 度靈活的串行通訊設(shè)備。 UBRRH：波特率寄存器 ,用于存放串口波特率。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候?？焖?PWM 模式與其他PWM 模式的不同之處 是其單邊斜坡工作方式。圖中柱狀的 TCNT0 表示這是單邊斜坡操作。產(chǎn)生 PWM 波形的機(jī)理是 OC2 寄存器在 OCR2 與 TCNT2 匹配時(shí)置位 (或清零 )，以及在計(jì)數(shù)器清零 (從 MAX變 BOTTOM)的那一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期清零 (或置位 )。 傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn) GB766587 對傳感器下的定義是： “能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ”。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為 ： 集成傳感器 、薄膜傳感器、 厚膜 傳感器、 陶瓷傳感器 。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系， 即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度 S 是一個(gè)常數(shù)。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 概述 圖 31 熱釋電紅外傳感器 實(shí)物圖 圖 32 熱釋電紅外傳感器 內(nèi)部電路圖 熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感 器。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷被來自空氣中附著在晶體表面的自由電子所中和，其自發(fā)極化電矩不能表現(xiàn)出來。C 左右，會發(fā)出 10mm左右特定波長的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。 熱釋電紅外傳感器的應(yīng)用前景 隨著相關(guān)信號處理器性能和可靠性的不斷提高，熱釋電晶體已廣泛用于紅外光譜儀、紅外遙感以及熱輻射探測器，因其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制裝置中，既可作為紅外激光的一種較理想的探測器，又可適用于防盜報(bào)警、來客告知及非接觸開關(guān)等紅外領(lǐng)域。 概述 圖 33 菲涅爾透鏡實(shí)物圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 菲涅爾透鏡 (Fresnel lens) 多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的干涉及擾射和根據(jù)相對靈敏度和接收角度要求來設(shè)計(jì)的，透鏡的要求很高，一片優(yōu)質(zhì)的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm 左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠(yuǎn)。典型的例子就是 PIR（被動(dòng)紅外線探測器）。菲涅爾透鏡價(jià)格也比較低廉，考慮到我們的智能節(jié)能臺燈針對的是廣大的普通用戶，成本要比較低，才能適合廣大的消費(fèi)者。 概述 圖 34 光敏電阻實(shí)物圖 光敏電阻器（ photovaristor）又叫光感電阻，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。 光敏電阻的分類 根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測紫外線；紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子 —空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 4 硬件電路設(shè)計(jì)及原理 人體熱釋電電路 熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感器。 圖 41BISS0001實(shí)物圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 的管腳結(jié)構(gòu)和工作原理 圖 42 BISS0001引腳圖 BISS0001引腳功能： 引腳 1 (A) :可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端 . 當(dāng)設(shè)為“ 1”時(shí) ,允許重復(fù)觸發(fā) 。近年來，伴隨著 集成電路 技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)也迅速增長。本章首先介紹了傳感器的概念、分類以及它們的工作特性。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時(shí)，電流就會隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。 光敏電阻工作原理 用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。若是環(huán)境光較強(qiáng)的時(shí)候，比如白天時(shí)，光敏電阻的阻值就很小，傳感器信號處理電路會根據(jù)它的阻值進(jìn)行相應(yīng)的處理；相反當(dāng)環(huán)境光較弱的時(shí)候，比如晚上或者陰天時(shí)，它的電阻值就會變大，同時(shí)熱釋電紅外傳感器要是檢測到有人在附近時(shí)，傳感器信號處理電路就會把這些信號經(jīng)過處理傳到單片機(jī)控制電路，從而啟動(dòng)點(diǎn)亮臺燈。小帽子的內(nèi)部都刻上了齒紋 。當(dāng)有人從透鏡前走過時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷地交替從 “盲區(qū) ”進(jìn)入 “高靈敏區(qū) ”，這樣就使接收到的紅外信號以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而 增 強(qiáng)其能量幅度。利用它的這一特性還可以把它運(yùn)用到日常安全防盜系統(tǒng)中去，因?yàn)榉辣I報(bào)警系統(tǒng)所針對的采集對象也是人體發(fā)出的紅外線。 但是，被動(dòng)式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn)，如：信號幅 度小，容易受各種熱源、光源干擾；被動(dòng)紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；易受射頻輻射的干擾；環(huán)境溫度和人體溫度接近時(shí)，探測和靈敏度明顯下降，有時(shí)造成短時(shí)失靈；被動(dòng)紅外探測器的主要檢測的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)方向，對徑向方向運(yùn)動(dòng)的物體檢測能力比較差。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。近年來，伴隨著 集成電路 技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對該傳感器的特性的深入研究，相關(guān)的專用集成電路處理技術(shù)也迅速增長。本次設(shè)計(jì)對熱釋電紅外傳感器的性能要求比較高，因?yàn)樗杉貋淼男盘枌⒅苯佑绊憻艄饪刂齐娐返目刂菩袨?。上述指?biāo)若用滿量程的百分比表示 ，則稱為分辨率。