【導(dǎo)讀】積為100m2，則照明負(fù)荷約為1kW。如果每天正常使用時(shí)間為15小時(shí)，那么，每天每間教。針對(duì)目前高校教室照明用電嚴(yán)重浪費(fèi)的問題，通過紅外傳感器檢測(cè)教室是否有人，用電、降低學(xué)校的經(jīng)費(fèi)開支的目的。該項(xiàng)目具有重要的實(shí)用價(jià)值和意義。紅外傳感器是利用紅外線的物理性質(zhì)來進(jìn)行測(cè)量的傳感器。本課題要求學(xué)生利用傳感。器、單片機(jī)、可見光探測(cè)器件、繼電器、開關(guān)等器件設(shè)計(jì)一款教室照明節(jié)能系統(tǒng)的硬件電路，若有學(xué)生而且室內(nèi)光線照度不。要人類發(fā)出聲音，正好與教室安靜的環(huán)境相符合。Protel軟件制作系統(tǒng)的硬件電路原理圖；實(shí)現(xiàn)教室的節(jié)能照明自動(dòng)控制功能、自動(dòng)節(jié)電。②圖紙*：1張Protel電路原理圖。當(dāng)人進(jìn)入其探測(cè)區(qū)域內(nèi)，紅外傳感器將人體紅外信號(hào)傳遞給信號(hào)處理系。設(shè)定值則燈不亮，光照強(qiáng)度低于設(shè)定值則燈亮。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。

　　

【正文】 感器和延時(shí)控制器。 可見光檢測(cè)器件簡介 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 ） 23 光敏電阻 如圖 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。 圖 光敏電阻外形圖 光敏電阻器一般用于光的測(cè)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(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá) 1～ 10M 歐 ,在強(qiáng)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(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見光（ ～ ） μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)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(dòng)開關(guān)門戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和 “ 位置檢測(cè)器 ” ，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面。 光敏電阻的主要參數(shù)是： 、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，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。 b. 暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒有光照射的時(shí)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。 c. 靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻 值（亮電阻）的相對(duì)變化值。 。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 ） 24 線。 e. 光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)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(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)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。 。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(duì)于光敏器件來說，其光電 流隨外加電壓的增大而增大。 g. 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。 h. 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(dāng)溫度升高時(shí)，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(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(duì)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(qiáng)，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(duì)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(shí)，電流就會(huì)隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)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。 電壓比較器 電壓比較器的功能：比較兩個(gè)電壓的大小 (用輸出電壓的高或低電平，表示兩個(gè)輸入電壓的大小關(guān)系 )： 當(dāng) ―＋ ‖輸入端電壓高于 ―－ ‖輸入端時(shí)，電壓比較器輸出為高電平； 當(dāng) ―＋ ‖輸入端電壓低于 ―－ ‖輸入端時(shí)，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 ） 25 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，因此本人們就要對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的電壓比較器有：滯回比較器和窗口比較器。 [18] 運(yùn)放，是通過反饋回路和輸入回路的確 定 “ 運(yùn)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(gè)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(shí)也可以用線性運(yùn)算放大器，在不加負(fù)反饋的 情況下，構(gòu)成電壓比較器來使用。 4 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 26 4 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 復(fù)位電路設(shè)計(jì) AT89C51 的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳 RST 通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。 [5] 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。 最簡單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過 1ms， 就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用 12MHz 時(shí) C 取 22uF,R 取 1KΩ。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。時(shí)鐘頻率選用 12MHz時(shí)， C 取 22uF,Rs 取 200Ω，R0 取 1KΩ。如圖 為復(fù)位電路圖。 圖 復(fù)位電路圖 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) AT89C51 雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外部附加電路。單片西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，利用芯片內(nèi)部的 振蕩電路，在 XTAL XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計(jì)采用最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在 到 12MHz 之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對(duì)振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響， C C2 可在 20pF 到 100pF之間取值，但在 60pF 到 70pF 時(shí)振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇 12MHz,電容選擇 65pF。 [15] 在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，晶體和電容應(yīng)盡可能 靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用 NPO 電容。 NPO 是一種最常用的具有溫度補(bǔ)償特性的單片陶瓷電容器。它的填充介質(zhì)是由銣、釤和一些其它稀有氧化物組成的。 [16]如圖 為時(shí)鐘電路圖 。 圖 時(shí)鐘電路圖 人體紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 人體紅外信號(hào)檢測(cè)電路用來監(jiān)控照明控制單元里是否有人進(jìn)入。通過檢測(cè)是否有人體紅外信號(hào)來實(shí)現(xiàn)這一功能。人體輻射的紅外線中心波長為 910μm測(cè)元件的波長靈敏度在 ～ 20μm范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在 傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為 7～ 10μm，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器 。 [20] 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） 28 圖 人體紅外檢測(cè)電路框圖 如圖 所示，該模塊由三部分組成，包括：菲涅爾透鏡，熱釋電紅外傳感器以及相應(yīng)的傳感器信號(hào)處理電路。人體熱釋紅外信號(hào)通過菲涅爾透鏡聚焦，傳給熱釋電紅外傳感器 PIR，然后 PIR 將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，接著PIR 信號(hào)處理電路將微弱電信號(hào)進(jìn)行處理，生產(chǎn)單片機(jī)可 識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。最終有人時(shí)， PIR 輸出為高電平；無人時(shí) PIR 輸出為低電平。這就是該電路模塊要實(shí)現(xiàn)的功能。 圖 人體紅外檢測(cè)電路圖 硬件電路如圖 所示。 熱釋電紅外傳感器（ PIR） RE200B 對(duì)人體信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，紅外傳感信號(hào)專用處理芯片 BISS0001 對(duì)所采集信號(hào)進(jìn)行初步處理。 RE200B 的 D、 G、 S 端分別為電源端、地端和目標(biāo)輸出電壓端。輸出信號(hào) VO接單片機(jī)，供其讀取。 采用熱釋電傳感器的優(yōu)勢(shì)是成本低，不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源，隱蔽性好，可流動(dòng)安裝 ,，敏度高、控制范圍大。 熱釋電紅外傳感 器利用熱釋電效應(yīng)，能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其他非生物。 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） 29 可見光檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 如圖 為可見光檢測(cè)電路圖。 圖 可見光檢測(cè)電路圖 使用一個(gè)光敏電阻，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 ―無窮大 ‖的運(yùn)算放大器。可調(diào)電阻用來設(shè)定與所要設(shè)定照度值對(duì)應(yīng)的比較電位?？烧{(diào)電阻用來設(shè)定與所要設(shè)定照度值對(duì)應(yīng)的比較電位。 本設(shè)計(jì)使用了一個(gè)比較器集成電路模塊 LM339，它類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大 器。 LM339 是集成了四個(gè)比較器的芯片，盡管本次設(shè)計(jì)中只是用了其中的一個(gè)比較器，由于該芯片的價(jià)錢不高，而且留出多余的單元可以供今后系統(tǒng)功能擴(kuò)展與增強(qiáng)使用，這也是硬件設(shè)計(jì)的基本原則。 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） 30 圖 LM339 引腳圖 圖 為 LM339 引腳圖 ， 每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用 ―+‖表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用 ―‖表示。 用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)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(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。 a. 當(dāng) ―+‖端電壓高于 ―‖端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。 b. 當(dāng) ―‖端電壓高于 ―+‖端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。 兩個(gè)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(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)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(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)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 (a)給出了一個(gè)基本單限比較器。 輸入信號(hào) Uin，即待比較電壓，它加到同相輸入端，在反相輸入端接一個(gè)參考電壓（門限電平） Ur。 a. 當(dāng)輸入電壓 UinUr 時(shí)，輸出為高電平 UOH。 b. 當(dāng)輸入電壓 UinUr 時(shí)，輸出為低電平 UOL。 圖 (b)為其傳輸特性。 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） 31 圖 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 按鍵電路設(shè)計(jì) 如圖 為本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的按鍵電路原理圖。 圖 按鍵電路圖 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三個(gè)獨(dú)立式按鍵，它們的功能分別為 S1 強(qiáng)制控制照明系統(tǒng)的燈全亮、 S2 強(qiáng)制燈全滅、 S3 可以使系統(tǒng)退出這種強(qiáng)制程序，使系統(tǒng)回到自動(dòng)監(jiān)控的狀態(tài)中。 這三個(gè)按鍵是分別接在單片機(jī)的 、 、 三個(gè)端口上，由于 P0 口內(nèi)沒有上拉電阻，故 外接三個(gè)上拉電阻。按照?qǐng)D 222 中接法，這幾個(gè)端口是低電平有效。 LED 照明電路設(shè)計(jì) 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） 32 如圖 為 LED 照明電路圖。 圖 LED 照明電路圖 任何儀器設(shè)備，如果有實(shí)時(shí)的信號(hào)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(shí)愉悅。 該照明系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè) LED 燈作指示燈，綠色 LED 亮?xí)r，表示系統(tǒng)處于自動(dòng)監(jiān)控狀態(tài)：黃色 LED 燈亮?xí)r，表示系統(tǒng)處于鍵盤強(qiáng)制控制狀態(tài)，等待退出鍵 S3 使其退出強(qiáng)制狀態(tài)。 執(zhí)行模塊電路設(shè)計(jì) 如圖 為執(zhí)行模塊電路圖 。 圖 執(zhí)行模塊電路圖 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） 33 此設(shè)計(jì)使用了一個(gè)三極管 Q2 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(dāng)單片機(jī)引腳輸出高電平時(shí)，繼電器 RL1 開關(guān)動(dòng)作，電燈電路接通。 [4]二極管 D5 起續(xù)流作用。 5 系統(tǒng)焊接調(diào)試運(yùn)行及問題分析 34 5 系統(tǒng)焊接調(diào)試運(yùn)行及問題分析 板焊接 在焊接過程中，本人們選用外熱式電烙鐵，功率為 30W，銅頭。另外還準(zhǔn)