【正文】 章節(jié)是對(duì)教室燈光智能控制器的硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它包括電源電路的設(shè) 計(jì)、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)、 A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)、光照強(qiáng)度檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、人體紅外檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、復(fù)位電路的設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)、燈光驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)以及外部手動(dòng)開關(guān)電路的設(shè)計(jì)。 復(fù) 位 電 路單 片 機(jī)晶 振 電 路電 源 電 路外 部 開 關(guān) 電 路驅(qū) 動(dòng) 電 路光 照強(qiáng) 度檢 測(cè)電 路人 體紅 外檢 測(cè)電 路 圖 硬件電路框圖 系統(tǒng)各個(gè)模塊的硬件構(gòu)成 電源電路 教室燈光智能控制器需要用 +5V 電壓提供電能。這個(gè)電源電路的設(shè)計(jì)就是要給單片機(jī)和其他部件提供電能的，但是如果直接在 C2 后面接一個(gè)負(fù)載，如果電源電路要帶的負(fù)載是不同設(shè)備或加到電源電路輸入端的交流電波動(dòng)大的時(shí)候， C2 兩邊的電壓就會(huì)受到影響發(fā)生較大的變化，所以要想真正的產(chǎn)生一個(gè)比較穩(wěn)定的輸出電壓，就要就接入一個(gè)穩(wěn)壓電路。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 12 頁 共 43 頁 供電系統(tǒng)的原理圖如圖 所示。 圖 系統(tǒng)的電源電路 電源指示電路如圖 所示。七段數(shù)碼管、八段數(shù)碼管 是比較常用的兩種數(shù)碼管 ；根據(jù) 它 顯示的 8的個(gè)數(shù)又可以分為 一 位、 兩 位 和四 位等 不同位數(shù)的數(shù)碼管；從數(shù)碼管組成器件發(fā)光二極管的連接方式又可 以分成共陰型數(shù)碼管（ CA）和共陽型數(shù)碼管 (CC)。根據(jù)顯示要求的的不同，在 abcdefg 引腳端加不同的電平來顯示 0～ 9這幾個(gè)數(shù)字和一些字母、符號(hào)還有小數(shù)點(diǎn)。 CC 連接方式的數(shù)碼管的構(gòu)成方法是， 8 個(gè)發(fā)光 LED 的陽極那端被連一起，而后把它接到接到 +5V 電源的正端， 8 個(gè)發(fā)光 LED 的陰極與各段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端相連，當(dāng)某一段或幾段的輸出端是低電平的時(shí)候，該段連接著的發(fā)光二極管就處于導(dǎo)通狀態(tài)，并且會(huì)發(fā)光。根據(jù)發(fā)光LED 的不同配合來表示不同的數(shù)字和符號(hào)。通過單片機(jī)的輸出信號(hào)，這兩個(gè)數(shù)碼管可以按照設(shè)計(jì)的要求來顯示外接環(huán)境光線的強(qiáng)度，以及當(dāng)有人進(jìn)入教室后進(jìn)行的10s 和 30s 倒計(jì)時(shí)的顯示。 圖 數(shù)碼管引腳圖 8 段共陽極數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。可以把模擬量或者連續(xù)變化的量進(jìn)行離散化，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量的一種電路 [2]。一般來說量化和編碼可以 一起 進(jìn)行 地，抽樣的實(shí)質(zhì) 是讓原本連續(xù)變化的模擬量在時(shí)間上面變成離散的量；量化就是讓模擬信號(hào)在它的幅度方面也變得離散的一個(gè)過程；編碼顧名思義就是把已經(jīng)被量化的樣值用一些二進(jìn)制代碼表示一下。 T LC549 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 8 位串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 , 可與通用微處理器、控制器通過 I/O C LOCK 、 CS 、DATA OUT 三條口線進(jìn)行串行接口 [3]。這種芯片還可以把芯片選擇輸入端 CS、轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)串行輸出端 DO、外接輸入輸出時(shí)鐘輸入端 I/OCLK和微處理器以及控制器串行連接起來。 它的損耗是 6mW。 TLC549芯片的 管腳作用 見表 。 (1)將 CS 置低。 (2)前四個(gè) I/O CLOCK 周期的下降沿依次移出第 4 和第 5 個(gè)位 (D D DD3), 片上采樣保持電路在第 4個(gè) I/O CLOCK 下降沿開始采樣模擬輸入 [3]。 (4)最后 , 片上采樣保持電路在第 8個(gè) I/OC LOCK 周期的下降沿將移出第 6 、 7 、8個(gè)轉(zhuǎn)換位。在 36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前 , 實(shí)施步驟 (1)(4),可重新啟動(dòng)一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換 [3]。 光敏電阻 其實(shí)就 是一種 很常見 的光電導(dǎo) 元 器件。把 敏電阻和其它半導(dǎo)體光電器件 比較一下，可以看到 光敏電阻有 很多特有的 特點(diǎn) :第一方面 光敏電阻 的 光譜響應(yīng)范圍相當(dāng) 的廣 泛 。 第三方面 光敏電阻 它可以 測(cè) 量的 光 線 強(qiáng) 度 范圍 很大 。 第四方面 光敏電阻 的 靈敏度 也是很高的 。 第五方面 光敏電阻 要求的 偏置電壓 相對(duì)其它器件而言較 低 ,沒有 極性 要區(qū)分。光敏電阻 有一個(gè)最大缺陷就是當(dāng)它被很強(qiáng) 強(qiáng)光照射 時(shí)，它的 光電轉(zhuǎn)換線性 度就比 較差 了 。 光敏電阻的工作原理 :在光敏電阻 的兩個(gè)引腳上 加上一定 值得 電壓 以 后 ，當(dāng)外面的光線照到光電導(dǎo)體上面的時(shí)候 。照射光線愈強(qiáng) , 電阻值下降愈多 , 光照停止 , 自由電子與空穴逐步復(fù)合 , 電阻又恢復(fù)原 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 17 頁 共 43 頁 來值，這個(gè)被稱作光電導(dǎo)效應(yīng) [4]。檢測(cè)外部光線強(qiáng)度的電路如圖 。獲渠道的光線信號(hào)就可以通過 A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換過的信號(hào)發(fā)送給主控單片機(jī)，這樣就完成了信息的采集任務(wù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 18 頁 共 43 頁 人體紅外檢測(cè)電路 人體存在傳感器的工作原理。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的是熱釋電紅外傳感器，人體存在傳感器主要采用的是紅外傳感器的原理， 它是目前在自動(dòng)控制，報(bào)警和非接觸溫度測(cè)量等領(lǐng)域 使用最廣泛的一種傳感器。 熱釋 傳感器 LHL778 引腳圖如圖 （ a）所示， 熱釋 傳感器 LHL778 實(shí)物圖如圖 （ b）所示。 被動(dòng)式紅外探頭就靠探測(cè)人體發(fā)射的 10μM 左右的紅外線來進(jìn)行工作的 [5]。紅外感應(yīng)源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生由人體存在的信號(hào) [5]。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 19 頁 共 43 頁 為了達(dá)到只有人 發(fā)出的的紅外 線能夠被探頭 敏感 測(cè)到 ，所以設(shè)計(jì)時(shí) 給它的受光面加了一個(gè) 菲泥爾濾光 薄 片，很好的去除了 其他會(huì)散發(fā)紅外輻射的事物影響 。 當(dāng) 人 走 到 傳感器工作 范圍 圈里面 ，人體 散發(fā)出來的紅外線 就會(huì) 立刻經(jīng)過 部 份鏡面來聚焦， 同時(shí) 會(huì)被 熱釋電傳感器探測(cè) 到 ， 但兩個(gè)熱釋電元件接收熱是不完全相同的，熱釋電是不平等的，因此不能相互抵消， 這樣經(jīng)信號(hào) 處理然后輸出有人存在的信號(hào)。視場(chǎng)多少?zèng)Q定控制的嚴(yán)密程度。 實(shí)現(xiàn)人體信號(hào)采集的人體信號(hào)感測(cè)電路的具體電路如圖 所示。復(fù)位可以被認(rèn)為是單片機(jī)的一個(gè)很重要的狀態(tài)。 單片機(jī)的 復(fù)位電路如圖 所示。 晶體一般稱為晶體諧振器，它是一種機(jī)電設(shè)備， 它的 主要 用途就是給 電路提供頻率 參考基準(zhǔn) 。 簡單來說，晶體因受到的外界動(dòng)力不同（加電或者機(jī)械力）時(shí)即可能會(huì)產(chǎn)電有可能會(huì)產(chǎn)生機(jī)械力。 眾所周知 石英晶體 本身就有十分 不錯(cuò) 的 化學(xué) 穩(wěn)定性 和很 小 的 熱膨脹系數(shù)， 同時(shí) 它 還具有極其穩(wěn)定的 振蕩頻率， 只要 把 它的 形狀 尺寸控制 好就 能夠 讓她產(chǎn)生很準(zhǔn)確的 諧振頻率 。 圖 晶振符號(hào)及實(shí)物圖 C1110uFR1910kS2SWPB5VRST 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 21 頁 共 43 頁 這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 用 的晶體，由于晶體 ()可以非常準(zhǔn)確的時(shí)鐘分頻。 單片機(jī)有兩種方式來產(chǎn)生時(shí)鐘，一種是內(nèi)部振蕩的方式如圖 (a)所示，它是在一個(gè)晶振的兩端并聯(lián)兩個(gè) 30PF 左右的電容， 二 是外部振蕩模式如圖 所示，XTAL2 和外部時(shí)鐘信號(hào)連接在一起， ， 同時(shí) XTAL1 端 要 接到地上。 C1233pFC1333pF12Y112MHzX2X1單片機(jī)X T A L 1X T A L 2G N D (a)內(nèi)部時(shí)鐘方式 (b)外部時(shí)鐘方式 圖 振蕩產(chǎn)生兩種方式 燈光驅(qū)動(dòng)電路 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的燈光驅(qū)動(dòng)電路的核心組成元件是光電耦合器件，這也是能夠?qū)崿F(xiàn)用弱電控制強(qiáng)電的目的進(jìn)行的一種設(shè)計(jì)。 光電耦合器是一種將發(fā)光二極管和光敏器件封裝在同一殼體中的光電轉(zhuǎn)換器件，由紅外發(fā)光二極管作為發(fā)光源，光敏晶體管作為受光器。它是通過電 — 光 — 電轉(zhuǎn)換過程來傳遞電信號(hào)的 [7]。 圖 光電耦合器 光電耦合器管 腳圖如圖 所示。 圖 光電耦合器的的邏輯圖 燈光驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。但是有些時(shí)候我們希望教室的等一直開著或者關(guān)著，這樣的要求單單靠教室燈光智能控制器系統(tǒng)起作用顯然是不行的。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 23 頁 共 43 頁 教室燈光智能控制器系統(tǒng)的完整的電路原理圖 本課題設(shè)計(jì)的教室照明控制系統(tǒng)完整的原理圖如圖 。 本次設(shè)計(jì)選用的各種芯片有著幾大突出特點(diǎn)，其所述的各類功能容易于實(shí)現(xiàn)、成本低、節(jié)能性好、顯示穩(wěn)定等等。與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高， 多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊， 容易理解。 系統(tǒng)初始化的程序 見附錄 A. 系統(tǒng)流程圖 根據(jù)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖可以非常清楚準(zhǔn)確掌握好整個(gè)程序的執(zhí)行過程和它的主要實(shí)現(xiàn)功能。程序運(yùn)行結(jié)束。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 26 頁 共 43 頁 系統(tǒng)流程圖如圖 所示。通過數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)，我們可以更好地了解系統(tǒng)運(yùn)行的狀 態(tài)，以便在必要的整個(gè)操作系統(tǒng)。光線強(qiáng)度顯示子程序詳見附錄 C。 系統(tǒng)時(shí)間顯示子程序模塊 詳見 系統(tǒng)的時(shí)間顯示子程序模塊的程序詳見附錄 C。元器件的性能檢查完了之后，我先根據(jù)面包板的大小和原理圖中個(gè)各模塊的分布情況，做好電路連接的整體布局。連線和放元器件的時(shí)候一定要慢慢的，不能過分的著急，把每個(gè)元器件放對(duì)地方，特別是要區(qū)分正負(fù)極性的元器件。緊接著就要給 STC89C52芯片加載程序。黑色筆套蓋住光敏電阻使得光敏電阻不能探測(cè)到外界光線，來表示光線很弱的情況。 下載器如圖 。 圖 系統(tǒng)實(shí)物 下載連接方式如圖 。 如圖 供電連接方式 程序下載到芯片如圖 。 外 界光線足夠強(qiáng)無論有沒有人，燈不亮。 圖 外界光線足夠強(qiáng)但沒有人實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖 當(dāng)外界燈光很暗的時(shí)候，如果教室里面沒有人，燈不亮 ?，F(xiàn)象如圖 。 1）在燈亮的 10S等待時(shí)間內(nèi)，有人移動(dòng)，燈一直亮著。 圖 10S等待時(shí)間內(nèi)有人移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖 2）在燈亮的 10S等待時(shí)間內(nèi)，沒有人移動(dòng)，進(jìn)入 30S倒計(jì)時(shí)階段，如果有人移動(dòng)，不斷進(jìn)行 30S倒計(jì)時(shí)階段，直到無人移動(dòng)燈滅。 圖 10S等待時(shí)間內(nèi)無人移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 33 頁 共 43 頁 3） 在燈亮的 10S等待時(shí)間內(nèi)，沒有人移動(dòng)，進(jìn)入 30S倒計(jì)時(shí)階段，如果還是沒人移動(dòng)，燈自動(dòng)熄滅。 圖 30S倒計(jì)時(shí)內(nèi)無人移動(dòng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 34 頁 共 43 頁 實(shí)物調(diào)試與問題分析。為了確保電路的 安全工作，避免一些因?yàn)槿藶榈卮中拇笠庠斐傻脑骷蛘哒f整個(gè)電路的毀壞，在給面包板通電以前至少要耐心的仔細(xì)的檢查電路兩到三遍，然后才能夠給面包板通電。還有就是兩個(gè)數(shù)碼管沒有能夠成功的顯示外界的光線強(qiáng)度。然后靈敏度好多了。手動(dòng)控制模塊的實(shí)現(xiàn)情況不是很理想，有待在以后的學(xué)習(xí)過程中在仔細(xì)研究。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 35 頁 共 43 頁 結(jié) 論 通過將近半年的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)過程中，我初步 掌握 了 電子系統(tǒng)研發(fā)的一個(gè) 大致 流程 ，即指標(biāo)內(nèi)部分析 — 整體框圖設(shè)計(jì) — 硬件設(shè)計(jì) — 軟件 設(shè)計(jì) — 軟件 仿真 — 硬件 安裝 — 硬件調(diào)試 。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的中樞是 STC89C52芯片，主要的任務(wù)是研究對(duì)教室燈光的智能操作和管理。并且查看很多單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和單片機(jī)實(shí)例的書刊。 其次，進(jìn)一步完善初步設(shè)計(jì)方案，并完成 Protel硬件電路圖，進(jìn)行電器檢查。 最后，在電路原理圖完成的情況下進(jìn)行硬件電路的連接，并對(duì)每個(gè)連接好的模塊都進(jìn)行測(cè)試以及調(diào)試。 就目前自己所學(xué)的單片機(jī)、單片機(jī)仿真軟件、 c語言、電路、模擬電子技術(shù)以及數(shù)字電子技術(shù)等知識(shí)還是不夠的，所以一開始的時(shí)候沒有找到本畢業(yè)設(shè)計(jì)的正確設(shè)計(jì)方案，前期工作進(jìn)展不是很快，但是通過指導(dǎo)老師付老師的提點(diǎn)和自己大量查閱相關(guān)資料后很快確定了設(shè)計(jì)方案，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中可以說困難不斷，這需要不斷地學(xué)習(xí)，不斷地提高，最后攻克困難，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 從剛 剛踏入大學(xué)時(shí)的懵懂，到四年學(xué)習(xí)生活洗禮后的成熟與穩(wěn)重。 感謝我的導(dǎo)師 付文紅教授和聯(lián)系老師朱丹 ，從 拿到任務(wù)書開始 寫論文 那一刻開始 ， 付文紅教授和朱 老師 都不厭其煩的指導(dǎo) 我 修改 論文中不正確的 地方 ，而且還給我耐心詳細(xì)的解釋 原因同時(shí)積極引導(dǎo)我往正確的方向思考設(shè)計(jì) 。 感謝我的專 業(yè)課老師們大學(xué)四年的無私授課，讓我得以拓寬自己的知識(shí)面，提高自己的學(xué)習(xí)能力和思維邏輯理解力