【導(dǎo)讀】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目標。根據(jù)實際情況自動控制燈的開關(guān)，這樣就會杜絕嚴重的浪費現(xiàn)象，并。且具有明顯的經(jīng)濟價值。

　　

【正文】 明和報警系統(tǒng)以及多種傳感器和延時控 制器。 第三節(jié) 可見光檢測模塊 一、方案一 方案一電路圖如圖 217 所示。 該方案的感光器件為光敏電阻 RL， R1 為精密電阻。光敏電阻 RL一端接 +5V 電 28 源，另一端與 R1 的電阻分壓。 圖 217 方案一電路圖 該方案的感光器件為光敏電阻 RL， R1 為精密電阻。光敏電阻 RL一端接 +5V 電源，另一端與 R1 的電阻分壓。當有光照射時，光敏電阻阻值下降，三級管 VT 進入飽和狀態(tài)，輸出為低電平；當無光照時，三極管 VT 截止，輸出為高電平。集電極輸出經(jīng)非門整形后直接與單片機 I/O 口連接。 使用一個光敏電阻作為光線傳感器 檢測環(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弱而改變的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。 圖 218 光敏電阻 光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見光）的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻） 29 可達 1～ 10M 歐 ,在強光條件（ 100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性（即光譜特性）與人眼對可 見光（ ～ ）μ m 的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。 可見光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動開關(guān)門戶，航標燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置，光電計數(shù)器，煙霧報警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。 光敏電阻的主要參數(shù)是： （ 1）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光 照射時，流過的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“ 100LX”表示。 （ 2）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“ 0LX”表示。 （ 3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。 （ 4）光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。 （ 5）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。 （ 6）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。 （ 7）溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。 （ 8）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當溫度升高時，其消耗的功率就降低。 光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。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。通常 30 采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體光敏電阻原理圖及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。 在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很 高，當受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子 — 空穴對了半導(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。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子 — 空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也 加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 二、方案二 方案二電路圖如圖 219 所示。 圖 219 方案二電路圖 使用一個光敏二極管 D2，電壓比較器 U3 為電壓比較器集成芯片 LM339 的一個單元， 電壓比較器可以看作是放大倍數(shù)接近“無窮大”的運算放大器?？烧{(diào)電阻用來設(shè)定與所要設(shè)定照度值對應(yīng)的比較電位。 （一）光敏二極管 31 光敏二極管使用時要反向接入電路中，即正極接電源負極，負極接電源正極。 光敏二極管在反向工作電壓下工作： 無光照： 反向電阻很大，通過管子的電流較小，約為 微安 。 有光照： 反向電阻顯著減小，反向電流顯著增加，光電流的大小與光的強度，波長有關(guān)。 光敏二極管的主要參數(shù)： （ 1）最大工作電壓 Vrmax： 光照條件下，反向電流不超過 微安所能承受的最高反向工作電壓。 Vrmax 越大，管子性能越穩(wěn)定。 （ 2）暗電流 ID： 無光照條件下，在最高反向電壓作用下所測得的反向電流。 ID 越小，管子性能越穩(wěn)定，對光的敏感度就越高。 （ 3）光電流 IL： 光敏二極管在光照條件下所產(chǎn)生的電流 IL 越大，性能就越好。 電壓比較器 電壓比較器的功能：比較兩個電壓的大 小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系 )： 當“＋”輸入端電壓高于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為高電平； 當“＋”輸入端電壓低于“－”輸入端時，電壓比較器輸出為低電平； 電壓比較器的作用：它可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用簡單電壓比較器可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。簡單的電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但是抗干擾能力差，因此我們就要對它進行改進。改進后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。 運放，是通過反饋回路和輸入回路的確定“運算參數(shù)”，比如放大 倍數(shù)，反饋量可以是輸出的電流或電壓的部分或全部。而比較器則不需要反饋，直接比較兩個輸入端的量，如果同相輸入大于反相，則輸出高電平，否則輸出低電平。電壓比較器輸入是線性量，而輸出是開關(guān)（高低電平）量。一般應(yīng)用中，有時也可以用線性運算放大器，在不加負反饋的情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。 本設(shè)計使用了一個比較器集成電路模塊 LM339，它類似于增益不可調(diào)的運算放大器。 LM339 是集成了四個比較器的芯片，盡管本次設(shè)計中只是用了其中的一個比較器， 32 由于該芯片的價錢不高，而且留出多余的單元可以供今后系統(tǒng)功能擴展與增強使用，這也是硬件設(shè)計的基本原則。 圖 220 LM339 引腳圖 圖 220 為 LM339 引腳圖 ， 每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“ +”表示，另一個稱為反相輸入端，用“ ”表示。 用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。 1）當“ +”端電壓高于“ ”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。 2）當“ ”端電壓高于“ +”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。 兩個輸入端電 壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 3～ 15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 LM339 最簡單的應(yīng)用是單限比較器。 圖 221(a)給出了一個基本單限比較器。 輸入信號 Uin，即待 比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個參考電壓（門限電平） Ur。 1)當輸入電壓 UinUr 時，輸出為高電平 UOH。 33 2)當輸入電壓 UinUr 時，輸出為低電平 UOL。 圖 221(b)為其傳輸特 性。 圖 221 單限電壓比較器 （ a） 電壓比較器接線圖 （ b） 電壓比較器輸出波形 第四節(jié) 按鍵電路 圖 222 按鍵電路 該系統(tǒng)設(shè)計了三個獨立式按鍵，它們的功能分別為 S1 強制控制照明系統(tǒng)的燈全亮、 S2 強制燈全滅、 S3 可以使系統(tǒng)退出這種強制程序，使系統(tǒng)回到自動監(jiān)控的狀態(tài)中。 這三個按鍵是分別接在單片機的 、 、 三個端口上，由于 P0 口內(nèi)沒有上拉電阻，故外接三個上拉電阻。按照圖 222 中接法，這幾個端口是低電平有效。 34 第五節(jié) LED 指示電路 圖 223 LED 電路圖 任何儀器設(shè)備，如果有實時的信號指示，不僅能夠幫助人們分析該系統(tǒng) 是否在正常工作。而且具有一種心理暗示，能夠讓人覺得踏實愉悅。 該照明系統(tǒng)設(shè)置了兩個 LED 燈作指示燈，綠色 LED 亮時，表示系統(tǒng)處于自動監(jiān)控狀態(tài)：黃色 LED 燈亮時，表示系統(tǒng)處于鍵盤強制控制狀態(tài)，等待退出鍵 S3 使其退出強制狀態(tài)。 第六節(jié) 執(zhí)行模塊 一、方案一 圖 224 為方案一電路圖。 圖 224 方案一電路圖 方案一使用了一個三極管 Q1 來控制繼電器電路，繼電器 RL1 線圈一端接 +12V直流電源另一端與三極管集電極相連。當單片機引腳輸出高電平時，繼電器 RL1 開 35 關(guān)動作，電燈電路接通。二極管 D5 起續(xù)流作用。 二、方案二 圖 224 為方案二電路圖。 圖 225 方案二電路圖 方案二則使用一個光電耦合器代替方案一的三極管，其他部分同方案一。 三、方案比較與確定 方案一使用了一個三極管來控制繼電器電路，方案二則使用一個光電耦合器，使用光電耦合可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。二極管起續(xù)流作用。 光電耦合器因為其獨特的結(jié)構(gòu)特點，因此在實際使用過程中，具有以下明顯的優(yōu)點： 能夠有效抑制接地回路的噪聲，消除地干擾，使信號現(xiàn)場與主控制端在電氣上完全隔離，避免了主控制系統(tǒng)受到意外損壞。 可以在不 同電位和不同阻抗之間傳輸電信號，且對信號具有放大和整形等功能，使得實際電路設(shè)計大為簡化。 開關(guān)速度快，高速光電耦合器的響應(yīng)速度到達 ns 數(shù)量級，極大的拓展了光電耦合器在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用。 體積小，器件多采用雙列直插封裝，具有單通道、雙通道以及多達八通道等多種結(jié)構(gòu)，使用十分方便。 可替代變壓器隔離，不會因觸點跳動而產(chǎn)生尖峰噪聲，且抗震動和抗沖擊能 36 力強。 高線性型光電耦合器除了用于電源監(jiān)測等，還被用于醫(yī)用設(shè)備，能有效地保護病人的人生安全。 經(jīng)過比較，方案二優(yōu)于方 案一，所以本系統(tǒng)采用第二種方案。 第七節(jié) 電源電路 圖 226 電源電路圖 根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式如圖 226 所示。 由于整個系統(tǒng)采用的電源電壓需 +5V 和 +12V 電壓，把頻率為 50Hz、有效值為 220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定的 5V 直流電壓。其主要經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓。 由于輸入電壓為電網(wǎng)電壓，一般情況下所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而電源變壓器的作用為降壓。降壓后還是交流電壓，所以需要整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓 。由于經(jīng)整流電路整流后的電壓含有較大的交流分量，會影響到負載電路的正常工作。需要通過低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。 穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動和負載電阻變化的影響，從而獲得穩(wěn)定性足夠高的直流電壓。在本電路中采用了集成穩(wěn)壓芯片 LM7805 解決了電源穩(wěn)壓問題。 LM7805 三端正穩(wěn)壓電路 ,能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。如圖所示電路為輸出電壓 +5V、輸出電流 的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器 TR，橋式整流電路，濾波電容 C1 C15，防止自激電容 C1 C14 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 (7805)極為簡捷方便地搭成的。 37 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路和濾波電容 C13 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和 GND 兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓 (該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因