【正文】 常方便，也很有利于后期的檢查與調(diào)試。 首先 用熱釋電紅外傳感器來(lái)檢測(cè)人是否在學(xué)習(xí)區(qū)，當(dāng)檢測(cè)到人體在學(xué)習(xí)區(qū)域時(shí)，單片機(jī)對(duì)采集到的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而控 制燈點(diǎn)亮的個(gè)數(shù)，達(dá)到理想光照強(qiáng)度，檢測(cè)到外界光照強(qiáng)度越強(qiáng)，點(diǎn)亮燈的個(gè)數(shù)越少，檢測(cè)到外界光照強(qiáng)度越弱時(shí)，點(diǎn)來(lái)那個(gè)燈的個(gè)數(shù)越多。當(dāng)有人在臺(tái)燈正常點(diǎn)亮?xí)r，用另一熱釋電紅外傳感器 對(duì)人體離臺(tái)燈距離進(jìn)行檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)用戶坐姿不正確超出規(guī)定范圍 ，則進(jìn)行報(bào)警提醒。 系統(tǒng)原理圖如圖 所示。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分器件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 STC89C52使用經(jīng)典的 MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機(jī)不具備的功能。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810復(fù)位電路， 3個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4個(gè)外部中斷，一個(gè) 7向量 4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51的 5向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。工作電壓在 ~(5V 單片機(jī) )。用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)。 在系統(tǒng) /應(yīng)用可編程，無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串行口直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 共三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 PDIP 封裝 等。 圖 STC89C52 引腳圖 P0端口（ ～ ， 32～ 39引腳）： P0 口是一個(gè)漏極開路的 8 位雙向 I/O口。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也可以提供低 8位地址和 8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在 Flash ROM編程時(shí)， P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。 P1端口（ ～ ， 1～ 8引腳）： P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 口。對(duì)端口寫入 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。 此外， 還可以作為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部技術(shù)輸入（ ）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的觸發(fā)輸入（ ）， 在對(duì) Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí)， P1接收低 8位地址。 P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式） 4個(gè) TTL輸入。 P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問(wèn) 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行“ MOVX R1”指令）時(shí)， P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（ SFR）區(qū)中的 P2寄存器的 內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。 P3端口（ ～ ， 10～ 17引腳）： P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O端口。對(duì)端口寫入 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。在對(duì) Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)， P3還接收一些控制信號(hào)。具體功能如表 2所示。 ALE/PROG(30引腳 )：地址鎖存控制信號(hào) (ALE)是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。 EA/VPP(31 引腳 )：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA應(yīng)接 VCC。 XTAL2（ 18引腳）：振蕩器反相 放大器的輸入端。 /WR:啟動(dòng) ADC0804 進(jìn)行 ADC采樣，該信號(hào)低電平有效，即 /WR信號(hào)由高電平變成低 電平時(shí)，觸發(fā)一次 ADC 轉(zhuǎn)換。 UIN（ +）和 UIN（ ）：模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接 UIN（ +）端， UIN（ ）端接地。當(dāng)輸入的模擬電壓信號(hào)存在“零點(diǎn)漂移電壓”時(shí)，可在 UIN（ ）接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時(shí)將自動(dòng)從 UIN（ +）中減去這一電壓。 CLKR 和 CLKIN：外接 RC 電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘頻率 CLK = 1/，一般要求頻率范圍 100KHz～ 。 /INT:中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換完成后，將引起 /INT=0，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如 51 單片機(jī)的 INT0,INT1 腳），當(dāng)產(chǎn)生 /INT 信號(hào)有效時(shí)，還需等待 /RD=0 才能正確讀出 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，若 ADC0804 單獨(dú)使用，則可以將 /INT 引腳懸空。 圖 ADC0804 引腳圖 傳感器 的選擇 本次設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)傳感器的選擇主要考慮兩個(gè)部分，一個(gè)是光強(qiáng)感應(yīng)器，對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。 光照強(qiáng)度傳感器 傳統(tǒng)的光照 傳感器 主要采用光敏電阻，光敏電阻的光電流與光 照度之間的關(guān)系稱為光電特性。光敏電阻需要用 A／ D 轉(zhuǎn)換器將其信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，電路復(fù)雜，費(fèi)用高。針對(duì)光敏電阻的諸多缺點(diǎn)，提出了一種利用 16 位高精度數(shù)字光強(qiáng)度傳感器 BH1750FVI 進(jìn)行光強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案，利用 I2C 總線接口數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器，可以避免 A／ D 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)帶來(lái)的誤差，可在 NOKIA5110 液晶顯示器上進(jìn)行測(cè)量數(shù)值的顯示。 不區(qū)分光源數(shù)字型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器 BH1750FVI 是日本 RHOM 株式會(huì)社近些年推出的一種兩線式串行總線接口的 集成電路 ，可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行 環(huán)境監(jiān)測(cè) ，其具有 1～ 65 535 lx 的高分辨率，可 支持較大范圍的光照強(qiáng)度變化。由于光強(qiáng)度傳感器精度高， I2C 總線接口簡(jiǎn)單易用， NOKIA5110 液晶顯示器使用方便、體積較小等特性，較為價(jià)廉地實(shí)現(xiàn)了高精度數(shù)字光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)采集。 熱釋電紅外傳感器 本次設(shè)計(jì)智能節(jié)能利用的傳感器是熱釋電紅外傳感器。熱釋電紅外 傳感器本身采集到的信號(hào)是很微弱的，感應(yīng)的范圍也很小，但是在它正面加上一個(gè)菲涅爾透鏡以后，它的信號(hào)采集范圍可以增大到 20米左右。首先，這種傳感器要對(duì)人體發(fā)出的紅外線感應(yīng)很靈敏，而對(duì)其他的小動(dòng)物發(fā)出的紅外線不起作用。 熱釋電紅外傳感器是一種非常有應(yīng)用潛力的傳感器。早在 1938年，有人就提出利用熱 釋電效應(yīng)探測(cè)紅外輻射，但并未受到重視。近年來(lái)，伴隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，以及對(duì)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(zhǎng)。 熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。通常，晶體自發(fā)極化所產(chǎn)生的束縛電荷 被來(lái)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(lái)。 其工作原理如下 :熱釋電傳感器利用的正是熱釋電效應(yīng)，是一種溫度敏感傳感器。由于它的輸出阻抗極高，所以傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生 ΔT ，則有信號(hào)輸出；若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出，所以這種傳感器能檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)。C 左右，會(huì)發(fā)出 10mm 左右特定波長(zhǎng)的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的。被動(dòng)紅外探頭，其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測(cè)器無(wú)信號(hào)輸出 [21]。 但是，被動(dòng)式熱釋電傳感器也有缺點(diǎn)，如：信號(hào)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(cè)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(cè)器的主要檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)闄M向運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)徑向方向運(yùn)動(dòng)的物體檢測(cè)能力比較差。菲涅爾透鏡在傳感器信號(hào)處理電路中起著重要的作用，在它的輔助之下才能采集到較好的輸入信號(hào)。當(dāng)有人從透鏡前走過(guò)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(hào)以忽強(qiáng)忽弱的脈沖形式輸入，從而增強(qiáng)其能量幅度。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第 3 章 硬件 電路的設(shè)計(jì) 本章 是 對(duì) 多功能綠色安全臺(tái)燈 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) ， 該系統(tǒng)主要包括 單片機(jī)復(fù)位 電路、 晶振 電路、 電源 電路、 數(shù)據(jù)采集 電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換 設(shè)備、 燈光顯示 電路和 報(bào)警 電路 ，下面分別對(duì)各個(gè)模塊詳細(xì)闡述。對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減到 1μF 。為了保證系統(tǒng)能夠可靠的復(fù)位， RST 端的高電平信號(hào)必須持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間。在上電復(fù)位電路中，當(dāng) VCC掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V 以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為 “1” 狀態(tài)。一般采用的辦法是在 RST端和正電源 VCC之間接一個(gè)按鈕。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。復(fù)位后的單片機(jī)地址初始化為 0000H，然后繼續(xù)從0000H單元開始執(zhí)行程序。但是為了在復(fù)位按鍵穩(wěn)定的前提下，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防在按鍵過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。復(fù)位電路 圖如圖 。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。同時(shí)，它還可以產(chǎn)生振蕩電流，向單片機(jī)發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場(chǎng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生 一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。但是，當(dāng)交變電場(chǎng)的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。石英晶振起振后要能在 XTAL2 線上輸出一個(gè) 3V 左右的正弦波，以便使 MCS51 片內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。電容 C1和 C2 可 以幫助起振，典型值為 30pF，調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào) fOSC 的目的。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 晶振電路 電源 電路 設(shè)計(jì) 燈光驅(qū)動(dòng)電路是整個(gè)系統(tǒng)中硬件電路的關(guān)鍵，他決定著整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。 在這個(gè)電路中采用了三端集成穩(wěn)壓器 W7812 和 W7805，可以輸出 5V 的直流電壓以供給單片機(jī)。 圖 電源電路 W7812和 W7805 系列為三端正穩(wěn)壓電路，能提供多種固定的輸出電壓 ，應(yīng)用范圍廣。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。 工作原理：電源部分是將 220V 的交流電源通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換為 12V 交流電，經(jīng)橋式整流后由電解電容 C1 進(jìn)行濾波，濾波后并聯(lián)一個(gè)電容 C2，再接入 7812 穩(wěn)壓器的沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 輸入端。 電源模塊電路中變壓器 T1 選用型號(hào)為 EI41X20 功率 6W 的 220V 轉(zhuǎn) 12V 單組變壓器， 220V 交流電經(jīng)變壓器變壓后轉(zhuǎn)換為 12V 電壓。經(jīng)橋式整流后濾波電容 C1 兩端電壓為 12 v V? ? ? ?,該電壓是具有一定的紋波的直流電。 7805 的輸入電壓是從 7812的輸出端并接電阻引入的，所以 7805的輸入電壓 iv 為 12V,這個(gè)輸入電壓有些偏大。 在實(shí)際應(yīng)用中 7812 和 7805常常組合在一起使用。在 7812前并接了電容 C2，這個(gè)小容量電容是旁路電容，其主要作用是抑制電路中的可能產(chǎn)生的自激振蕩。旁路電容不一定要用貼片電容，什么電容都是可以的。穩(wěn)壓器前后并接電容的大小選擇方面只要滿足輸入端的電容容值大于輸出端即可。 光敏電阻的重要特性是它的阻值大小隨著環(huán)境光的改變而改變，當(dāng)環(huán)境光比較強(qiáng)時(shí)，它的阻值減小，相反當(dāng)環(huán)境光較弱時(shí)，它的阻值就會(huì)增大，這是跟它本身的制作材料有關(guān)的。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(hào)處理電路會(huì)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)，它的電阻沈陽(yáng)航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 值就會(huì)變大 。對(duì)光敏電阻要求 很高，要對(duì)環(huán)境光比較敏感，及時(shí)把信號(hào)傳送到信號(hào)處理檢測(cè)電路。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）。當(dāng)它受到光的照射時(shí)，半導(dǎo)體片（光敏層）內(nèi)就激