【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 沒有人，開關(guān)燈就無(wú)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。 教室照度可調(diào) 方案 如圖 為照明系統(tǒng)調(diào)節(jié)照度方案的流程 圖。 開始 按鍵處理程序 有無(wú)按鍵？ 初始化 開燈 滅燈 N N Y Y N Y 有人？ 光照滿足？ 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 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 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。 系統(tǒng) 設(shè)定調(diào)光電路工作的方 案 如圖 為照明控制系統(tǒng)設(shè)定調(diào)光電路工作方案的流程圖。 開始 初始化 有無(wú)按鍵 ? 按鍵處理程序 ? 滅燈 開一半 全開 Y N Y Y N N N 有人否？ 照度 X2? 照度 X1? 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 調(diào)光電路流程圖 此方案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(lái)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。 方案的比較與選擇 對(duì)于方案一 流程經(jīng)過(guò)初始化以后，先判斷有無(wú)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(wú)探測(cè)到有人，無(wú)人時(shí)，滅燈并返回繼續(xù)判斷有無(wú)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 初始化，設(shè)定 照度值 E0 有無(wú)按鍵 ? 按鍵處 理 ? 有人否？ 滅燈 Y N Y Y N N 檢測(cè)當(dāng)前照度值E1,與 E0 比較 啟動(dòng)調(diào)光電路 E1≥ E0？ 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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(lái)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)本人 就以第一種方案來(lái)設(shè)計(jì)該照明系統(tǒng)。 可見光檢測(cè)電路方案論證 可見光檢測(cè)電路中的感光器件有兩種：一種為光敏電阻，另一種為光敏二極管 。 光敏電阻檢測(cè)方案 如圖 光敏電阻電路圖，該方案的感光器件為光敏電阻 R25， R19為精密電阻。光敏電阻 R25 一端接 +5V 電源，另一端與 R19 電阻分壓。 圖 光敏電阻電路圖 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 該方案的感光器件為光敏電阻 R25， R19 為精密電阻。光敏電阻 R25 一端接 +5V 電源，另一端與 R19 的電阻分壓。當(dāng)有光照射時(shí)，光敏電阻阻值下降，三級(jí)管 VT 進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出為低電平 ；當(dāng)無(wú)光照時(shí)，三極管 VT 截止，輸出為高電平。經(jīng) 電壓比較器與反向器 整形后直接與單片機(jī) I/O 口連接。 光敏二極管檢測(cè)方案 如圖 光電二極管電路圖。 圖 光電二極管電路圖 使用一個(gè)光敏二極管 D2，電壓比較器 U3 為電壓比較器集成芯片 LM339的一個(gè)單元， 電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近 ―無(wú)窮大 ‖的運(yùn)算放大器。 方案的比較與選擇 方案一 使用一個(gè)光敏電阻作為光線傳感器檢測(cè)環(huán)境的光照度 ,光敏電阻器是利用半導(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。同時(shí)利用相反器和電壓比較器作為 放大倍數(shù)接近 ―無(wú)窮大 ‖的運(yùn)算放大器，利用可調(diào)電阻用來(lái)設(shè)定與所要設(shè)定照度值對(duì)應(yīng)的比較電位。 方案二使用一個(gè)光敏二極管 D2 作為光線傳感器檢測(cè)環(huán)境的光照度， 方案一和方案二相比較，方案一在應(yīng)用中更加靈敏，效果更好，因此在本次設(shè)計(jì)中選則方案一來(lái)實(shí)現(xiàn)可見光檢測(cè)。 3 系統(tǒng)硬件核心器件介紹 10 3 系統(tǒng)硬件核心器件介紹 AT89C51 單片機(jī)器件簡(jiǎn)介 AT89C51 是美國(guó) 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 高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 [1]。如圖 為 AT89C51外形圖。 圖 AT89C51 外形圖 a. AT89C51 主要性能參數(shù)： 3 系統(tǒng)硬件核心器件介紹 11 與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； 4K字節(jié)可重擦寫 Flash閃速存儲(chǔ)器 1000寫周期；全靜態(tài)操作： 0Hz～ 24MHz； 1288 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 32 個(gè)可編程 I/O口線； 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 6 個(gè)中斷源；可編程串行 UART 通道；低功率空閑和掉電模式 。 [6] （ 1） AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖于引腳說(shuō)明 [10]。 圖 AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖 AT89C51 結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 b. 引腳功能說(shuō)明 Vcc：電源電壓 。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 12 GND：地 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 ―1‖可作為高阻抗輸入端用在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí)， P0 接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻 [11]。 P1 口： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電 阻的 8 位雙向 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 邏輯門電路。對(duì)端口寫 ―1‖，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉倒高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 P2 口： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 ―1‖，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電 阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOV A， @A+DPTR 指令）時(shí)。P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @Ri， A 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)總 R2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其他控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門 電路。對(duì) P3 口寫入 ―1‖時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào) [2]。 表 P3 口第二功能 P3端口 第二功能 第二功能說(shuō)明 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0———— 外部中斷 0 輸入端 INT1———— 外部中斷 1 輸入端 T0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 外部信號(hào)輸入端 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 13 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。 ALE/ PROG ：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器。 ALE 仍一時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。但要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG ）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活，此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無(wú)效。 PSEN ：程序存儲(chǔ)允許（ PSEN ）輸出是外部程 序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN信號(hào)不出現(xiàn)。 EA /VPP：外部訪問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H～ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位 時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：振蕩器 3 放大器的輸出端 [3]。 人體紅外檢測(cè)器件簡(jiǎn)介 熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器 (Pyroelectric Infrared Sensor，簡(jiǎn)稱 PIR)是 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件。它能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路，如作電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自動(dòng)偵測(cè)等。 [13]如圖 是 RE2021B 實(shí)物圖， G 是接地端， S 是信號(hào)輸出端， D 是接 +5V 電源 T1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 外部信號(hào)輸入端 WR——— 外部 RAM 寫選通輸出信號(hào) RD——— 外部 RAM 讀選通輸出信號(hào) 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 14 端。 圖 是該傳感器的典型應(yīng)用電路圖。 圖 RE200B 實(shí)物圖 圖 RE200B 應(yīng)用電路 a. 釋電紅外傳感器工作原理 熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系 數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為 21mm 的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，并將兩個(gè)探測(cè)元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測(cè)器的探測(cè)靈敏度以增大探測(cè)距離，一般在探測(cè)器的前方裝設(shè)一個(gè)菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號(hào)放大 70 分貝以上，這樣就可以測(cè)出 10～ 20m 范圍內(nèi)人的行動(dòng)。 b.