【正文】 儀表工 業(yè)得到了迅速的發(fā)展 . 隨著科學(xué)技術(shù)日益迅速的發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的需要 ,智能控制已經(jīng)深入到生活的各個(gè)方面 ,聲光控智能開(kāi)關(guān)也不斷地改進(jìn)和提高 .它具有控制效果好 ,經(jīng)濟(jì)效益高 ,方便使用等許多優(yōu)點(diǎn) .聲光控智能開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)的手動(dòng)照明燈相比 ,也具有節(jié)約能源 ,控制準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì) . 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 運(yùn)用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)出智能型的聲控開(kāi)關(guān) ,電路設(shè)計(jì)好后 ,運(yùn)用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能 ,靈活方便 ,修改簡(jiǎn)單 ,在使用過(guò)程中更加的安全節(jié)電 ,智能環(huán)保 . 單片機(jī)控制部分 本設(shè)計(jì)通過(guò) AT89C51 單片機(jī)結(jié)合 LED 顯示技術(shù)、聲音傳感技術(shù)、光感 技術(shù)、延時(shí)技術(shù)等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的聲光控制 .系統(tǒng)總框圖如圖 1 所示 : 圖 1 原理框圖 由系統(tǒng)方框圖可以看出 ,當(dāng)光線較亮?xí)r ,采用光敏電阻把外界光亮程度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值 ,然后通過(guò)電壓比較后給單片機(jī)輸入數(shù)字信號(hào) .在光線較暗時(shí) ,負(fù)載電路進(jìn)行聲音檢測(cè) .用聲音傳感器將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào) ,從而推動(dòng)觸發(fā)工作 .當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時(shí)使得燈泡自動(dòng)點(diǎn)亮 ,經(jīng)過(guò)內(nèi)部設(shè)定的時(shí)間后 ,燈泡自動(dòng)熄滅 .在延時(shí)部分采用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器從而實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的定時(shí) ,并根據(jù)場(chǎng)所及使用人群的不同通過(guò)設(shè)置單片機(jī)引腳的狀態(tài)來(lái)設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間值 ,并用LED 動(dòng)態(tài)顯示方式顯示倒計(jì)時(shí)等數(shù)據(jù) .單片機(jī)通過(guò)繼電器控制照明設(shè)備的打開(kāi)或者關(guān)閉 . 芯片 AT89C51 的介紹 AT89C51[1]是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器的低電壓、高性能 CMOS 8位微處理器 ,俗稱單片機(jī) .AT89C51單片機(jī)的可靠性高、體積小、功耗低、便于擴(kuò) 展 、 價(jià)格 3 便宜 、 易于產(chǎn)品化 . ◆該單片機(jī)中有一個(gè) 8位的微處理器 ,包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分 ,還增加了面向控制的處理功能 . ◆具有 5個(gè)中斷源、 2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán) . ◆兩個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 . ◆ 128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM/SFR,用以存放可以讀 /寫(xiě)的數(shù)據(jù) . ◆ 4個(gè) 8位并行 I/O 端口 P0～ P3. ◆片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路 . ◆一個(gè)全雙工的串行口 ,具有四種工作方式 . ◆有 21個(gè)特殊功能寄存器 . 外形及引腳排列 如圖 2 所示 ,其引腳說(shuō)明如下 : 圖 2 AT89C51 的引腳排列 VCC 供電電壓 . GND 接地 . P0 口 P0口為一個(gè) 8位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口 ,每腳可吸收 8 個(gè) TTL 門(mén)電流 .當(dāng) P0 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí) ,被定義為高阻輸入 .P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位 .在 FIASH 編程時(shí) ,P0 口作為原碼輸入口 ,當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn) 時(shí) ,P0 輸出原碼 ,此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻 . 4 P1 口 P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P1 口緩沖器能接收輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流 .P1 口管腳寫(xiě)入 1 后 ,被內(nèi)部上拉為高 ,可用作輸入 ,P1 口被外部下拉為低電平時(shí) ,將輸出電流 ,這是由于內(nèi)部上拉的緣故 .在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) ,P1 口作為低八位地址接收 . P2 口 P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P2 口緩沖器可接收 ,輸出 4 個(gè) TTL 門(mén)電流 ,當(dāng) P2口被寫(xiě) “1” 時(shí) ,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高 ,且作為輸入 ,并因此作為輸入時(shí) ,P2 口的管腳被外部拉低 ,將輸出 電流 .這是由于內(nèi)部上拉的緣故 .P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) ,P2口輸出地址的高八位 .在給出地址 “1” 時(shí) ,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì) ,當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí) ,P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 .P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) . P3 口 P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口 ,可接收輸出 4個(gè) TTL門(mén)電流 .當(dāng) P3口寫(xiě)入 “1” 后 ,它們被內(nèi)部上拉為高電平 ,并用作輸入 .作為輸入 ,由于外部下拉為低電平 ,P3 口將輸出電流 (ILL)這是由于上拉的緣故 . P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 ,如下表所示 : 口管腳 備選功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) /INT0(外部中斷 0) /INT1(外部中斷 1) T0(計(jì)時(shí)器 0 外部輸入 ) T1(計(jì)時(shí)器 1 外部輸入 ) /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) /RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) . RST 復(fù)位輸入 .當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí) ,要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 . ALE/PROG 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) ,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié) .在 FLASH編程期間 ,此引腳用于輸入編程脈沖 .在平時(shí) ,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào) ,此頻率為振蕩器頻率的 1/出的脈沖或用于定時(shí)目的 .然而要注意的是 :每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ,將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖 .如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 ,ALE 只有在執(zhí) 5 行 MOVX,MOVC 指令是 ALE 才起作用 .另外 ,該引腳被略微拉高 .如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止 ,置位無(wú)效 . /PSEN 外部程序存儲(chǔ)器 的選通信號(hào) .在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間 ,每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效 .但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ,這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) . /EA/VPP 當(dāng) /EA 保持低電平時(shí) ,則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 (0000HFFFFH),不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 .注意加密方式 1 時(shí) ,/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET。入射光強(qiáng) ,電阻減小 ,入射光弱 ,電阻增大 .其實(shí)物圖及工作原理圖如圖 3 所示 . 圖 3 光敏電阻實(shí)物圖及原理圖 本實(shí)驗(yàn)選用 MG45 型光敏電阻 .在黑暗條件下 ,光敏電阻的可達(dá) 1～ 10M 歐 ,在強(qiáng)光條件 (100LX)下 ,阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆 .參數(shù)表 1 如下所示 : 6 表 1 MG45 型光敏電阻參數(shù) 聲光控制電路在光照強(qiáng)時(shí)電路不工作 ,所以單片機(jī)首先對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè) ,此處使用到光敏電阻、電壓比較器、反相器等元件進(jìn)行檢測(cè) .設(shè)計(jì)圖如圖 4所示 : 圖 4 光信號(hào)檢測(cè)電路 在圖 4中 LDR1為光敏電阻 ,光敏電阻器實(shí)現(xiàn)的功能是 :當(dāng)有光照時(shí) ,光敏電阻的阻值下降 ,這時(shí)的阻值僅有幾百至數(shù)千歐姆 ,所以 LM393 反相輸入端為高電平 .當(dāng)光線不足或沒(méi)有光線時(shí) ,其阻值可以達(dá)到兆歐級(jí)以上 ,此時(shí)相當(dāng)于電路處于斷路狀態(tài) ,所以 LM393 反相輸入端為低電平 . 其中 LM393 為電壓比較器 [6],當(dāng)反相輸入端的電位高于同相輸入端時(shí) ,LM393則輸出一低電平 .而當(dāng)同相輸入端的電位高 于反相輸入端的電位時(shí) ,LM393 將會(huì)輸出一高電平 .此時(shí)信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)具有施密特功能的 74LS14 反向器 ,變?yōu)榈碗娖胶笏偷絾纹瑱C(jī)中 ,經(jīng)過(guò)單片機(jī)檢測(cè)是否有足夠的光照 ,當(dāng)光照不足時(shí)則進(jìn)行聲音檢測(cè) . 在此電路中可以通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)改變同相輸入端的電壓 ,從而改變對(duì)光照強(qiáng)度檢測(cè)的靈敏度 ,以滿足不同場(chǎng)所或人群的需要 . 7 聲音信號(hào)檢測(cè)電路 聲控電路主要用到 話筒和 A/D轉(zhuǎn)換器 . 駐極體話筒 [11]具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn) ,廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控等電路中 ,屬于最常用的電容話筒 .話筒的基本結(jié)構(gòu)由一片單面涂有金屬的駐極體薄膜與一個(gè)上面有若干小孔的金屬電極 (背稱為背電極 )構(gòu)成 .駐極體面與背電極相對(duì) ,中間有一個(gè)極小的空氣隙 ,形成一個(gè)以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì) ,以背電極和駐極體上的金屬層作為兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)平板電容器 .電容的兩極之間有輸出電極 .由于駐極體薄膜上分布有自由電荷 ,當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí) ,改變了電容兩極版之間的距離 ,從而引起電容的容量發(fā)生變化 ,由于駐極體上的電荷數(shù)始終保持恒定 ,根據(jù)公式 : Q =CU 所以當(dāng) C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓 U的變化 ,從而輸出電信號(hào) ,實(shí)現(xiàn)聲 — 電的變 換 . 由于單片機(jī)無(wú)法對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行識(shí)別 ,因此在對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)首先要將聲音信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào) ,所以此系統(tǒng)需要使用到 A/D轉(zhuǎn)換器 . AD0832[2]被用于本系統(tǒng) ,AD0832 是 8 位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ,支持兩個(gè)單端輸入通道和一個(gè)差分輸入通道 ,它的通道選擇和配置都是通過(guò)軟件設(shè)置 .AD0832的主要特點(diǎn)如下 : ● 易于和微處理器接口或獨(dú)立使用 。 ● 可用地址邏輯多路器選通各輸入通道 。 ● 輸入和輸出與ＴＴＬ、ＣＭＯＳ電平兼容 。按能顯示多少個(gè)“8” 可分為 1 位、 2位、 4位、 5 位、 6位、 7位等數(shù)碼管 。如果 口按下則為 20s 倒計(jì)時(shí) 。 void delay(uint z) { uint x,y。x0。y0。 } 按鍵掃描子程序 由于在 P1 口接入了三個(gè)按鍵 ,通過(guò)按鍵掃描來(lái)確定定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度 ,所以先 15 寫(xiě)入一個(gè)按鍵掃描子程序 ,可在主程序中直接調(diào)用 .程序代碼如下 : //鍵盤(pán)掃描函數(shù) 。 //消抖 。 { temp=10。 } } if(key2==0) { delay(5)。 if(key2==0) //按下 key2 燈亮?xí)r間為 20s。 } } if(key3==0) { delay(5)。 if(key3==