声光控电子开关的设计与实现.docx
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声光控电子开关的设计与实现.docx
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声光控电子开关的设计与实现
上海电力学院
本科毕业设计(论文
题 目:
教学楼声光控电子开关的设计与实现
院 系:
电子与信息工程学院
专业年级:
电子信息工程系10级
学生姓名:
韩程 学号:
20101933
指导教师:
刘洪利
2014年5月25日
教学楼声光控电子开关的设计与实现
摘要
本设计主要是通过AT89C51单片机延时技术、光检测技术、声音检测技术和热释电红外检测人体技术控制白光LED灯的亮灭来实现声光控电子开关的设计。
光信号检测是通过光敏电阻检测光照强度来改变自身的阻值来控制光敏电阻所分担的电压多少来实现光控制。
如果光敏电阻处在强光(白天下,光敏电阻的阻值很小,电压比较器的同相输入端有较大的电压输入,通过电压比较器比较后,输出相应的电平,将电平输送到电片机进行处理;如果光敏电阻处在弱光(黑暗下,光敏电阻的阻值很大,电压比较器的同相输入端有很小的电压输入,通过电压比较后,输出相应的电平,将电平输送到单片机的P3.3口进行处理。
声音检测是通过驻极体传声器把声音信号转换成电信号(极小,电信号经过放大器放大,再经过电压比较器进行比较,得到相应的电平,将电平输送到单片机的P3.4口。
热释电红外检测人体技术是红外探头(热释电红外传感器捕捉人体产生的红外光谱,再将红外信号转变为电信号,电信号输入到BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过BISS0001处理后,将相应的电平由Vo口输送到单片机的P3.5口。
单片机将得到所有信号进行处理,如果P3.3口为低电平,且P3.4口为低电平或P3.2口为高电平,那么单片机使P3.6口输出低电平,因此照明LED灯点亮。
关键词:
单片机,声控,光控,照明控制
教学楼声光控电子开关的设计与实现
摘要
本设计主要是通过AT89C51单片机延时技术、光检测技术、声音检测技术和热释电红外检测人体技术控制白光LED灯的亮灭来实现声光控电子开关的设计。
光信号检测是通过光敏电阻检测光照强度来改变自身的阻值来控制光敏电阻所分担的电压多少来实现光控制。
如果光敏电阻处在强光(白天下,光敏电阻的阻值很小,电压比较器的同相输入端有较大的电压输入,通过电压比较器比较后,输出相应的电平,将电平输送到电片机进行处理;如果光敏电阻处在弱光(黑暗下,光敏电阻的阻值很大,电压比较器的同相输入端有很小的电压输入,通过电压比较后,输出相应的电平,将电平输送到单片机的P3.3口进行处理。
声音检测是通过驻极体传声器把声音信号转换成电信号(极小,电信号经过放大器放大,再经过电压比较器进行比较,得到相应的电平,将电平输送到单片机的P3.4口。
热释电红外检测人体技术是红外探头(热释电红外传感器捕捉人体产生的红外光谱,再将红外信号转变为电信号,电信号输入到BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过BISS0001处理后,将相应的电平由Vo口输送到单片机的P3.5口。
单片机将得到所有信号进行处理,如果P3.3口为低电平,且P3.4口为低电平或P3.2口为高电平,那么单片机使P3.6口输出低电平,因此照明LED灯点亮。
关键词:
单片机,声控,光控,照明控制
1绪论................................................................................................................................................................1
2.5设计成果.............................................................................................................................................12
3系统软件设计................................................................................................................................................193.1单片机最小系统软件设计.................................................................................................................203.2光控模块软件设计.............................................................................................................................213.3声音控制模块软件设计.....................................................................................................................22
3.4人体检测模块软件设计.....................................................................................................................23
4结论................................................................................................................................................................25谢辞....................................................................................................................................................................26参考文献............................................................................................................................................................27
1绪论
随着新技术的不断开发与应用,单片机发展迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃兴起,单片机的应用已经渗透到电力、冶金、化工、建材、机械、视频、石油等各个行业。
它所给人带来的方便也是不可否定的并且带动了数字电路技术的进一步发展,在这样的背景下,声光控智能灯应运而生,它既满足了人们对单片机及数字电路技术研究的需求,也符合了照明灯在人类生活中扮演重要角色的条件。
用数字电路技术及单片机实现灯的自动点亮、节能节电、延长灯的寿命变得越来越重要,而且贴近实际生活。
声光控电路已成为人们日常生活中必不可少的必需品,它不需要开关,当有人经过时会自动点亮;广泛应用于走廊、教学楼楼道等公共场所,给人们的生活带来极大的方便。
因此,得到了广泛的应用。
声光控电路时声音和光控制电路工作的电子开关。
该电路有电源电路、声控电路、光控电路、红外检测电路和延时控制开关电路等组成,它不仅广泛使用于楼梯间、过道库房等场合,而且节能省电,使用方便。
以前,公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。
另外,由于频繁开关或其他人为因素墙壁开关的损坏率很高,及增大了维修量、浪费了资金,又容易造成事故隐患。
声光控智能灯在使用中的节能作用是非常明显的。
以40W灯具使用普通开关连续点亮6小时为例,耗电应为0.04KW/H即0.24度电;如果以40W的声光控智能灯,按照6小时内点亮100次,每次20秒钟计算,耗电量为0.04KW/H即0.022度电,二者的耗电量相比为10倍之多。
由于声光控智能灯的巨大经济效益及其智能化和安全性,智能控制已被人们广泛研究并加以利用。
声光控智能灯的核心部分是控制系统,单片机控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的声光控智能开关控制来讲,总体发展水平仍然不高,同其他先进国家相比,仍然有着较大的差距。
随着科学技术日益迅速的发展和现代工业技术的需要,智能控制已经深入到生活各个方面,声光控智能开关也不断的改进和提高。
它具有控制效果好,经济效益高,方便使用等许多优点。
声光控智能开关与传统的手动照明灯相比,更具有节约能源,控制准确等优势。
本设计运用了光敏电阻,驻极体话筒和单片机最小系统及电源电路及照明电路构成的声光控智能开关电路。
主要有声控电路、光控电路、控制电路、电源电路及照明电路等部分组成。
在白天该灯始终处于关闭状态,一到晚上,在黑暗中,该灯只要收到一个猝发的声音(足够触发开关或红外检测器检测到人体,灯就自动点亮,而后延时一段时间(10S又会自动熄灭,可以达到一个节电的目的,具有结构简单、自耗电少、性能稳定、灵敏度高、通用性强的特点。
2硬件电路设计
本设计的硬件系统由单片机最小系统来控制声音强度检测模块、光照强度检测模块、热释电红外检测人体模块来实现各个功能,如图2-1所示。
图2-1系统结构框图
(1声音强度检测模块:
驻极体传声器检测是否有声音输入,如果有声音,声音通过驻极体传声器转换成电信号,将电信号经过放大器放大,输入到电压比较器的同相输入端,电压比较器的输出端接在单片机P3.4端口,电压比较器将同相输入端的电压和反相输入端的电压比较,当反相输入端的电位高于同相输入端时,LM393则输出一低电平;而当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时,LM393将会输出一高电平;单片机通过检测P3.4是否有信号输入,以达到声音控制的效果。
(2光照强度检测模块:
光敏电阻检测光照强度,如果光敏电阻处在强光下,光敏电阻的阻值很小,电压比较器的同相输入端有较大的电压输入,将得到的相应的电信号输送到单片机进行处理;如果光敏电阻处在黑暗中,光敏电阻的阻值很大,电压比较器的同相输入端有很小电压输入,电压比较器经过比较输出相应的电信号到单片机的P3.3口;单片机通过检测P3.3口的信号输入,以达到光控制的效果。
(3人体检测模块:
人体红外感应模块电路主要有人体红外传感器、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001组成。
当有人出现在探头的探测区,传感器便能探测到红外信号转换成电信号,并把信号输送到
BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过BISS0001的内部处理,由Vo输出相应的电平,单片机再根据相应的电平是否该开启器件设备。
热释电红外探头通过检测人体是否存在、移动,以达到人体检测的效果。
2.1单片机最小系统模块电路设计
本系统的主体是由AT89C51单片机、时钟电路与复位电路组成的单片机最小系统。
通过最小系统与各个模块相连接,从而达到控制各个模块完成相应功能的目的,AT89C51单片机相当于人的大脑,充当了非常重要的作用。
2硬件电路设计
本设计的硬件系统由单片机最小系统来控制声音强度检测模块、光照强度检测模块、热释电红外检测人体模块来实现各个功能,如图2-1所示。
图2-1系统结构框图
(1声音强度检测模块:
驻极体传声器检测是否有声音输入,如果有声音,声音通过驻极体传声器转换成电信号,将电信号经过放大器放大,输入到电压比较器的同相输入端,电压比较器的输出端接在单片机P3.4端口,电压比较器将同相输入端的电压和反相输入端的电压比较,当反相输入端的电位高于同相输入端时,LM393则输出一低电平;而当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时,LM393将会输出一高电平;单片机通过检测P3.4是否有信号输入,以达到声音控制的效果。
(2光照强度检测模块:
光敏电阻检测光照强度,如果光敏电阻处在强光下,光敏电阻的阻值很小,电压比较器的同相输入端有较大的电压输入,将得到的相应的电信号输送到单片机进行处理;如果光敏电阻处在黑暗中,光敏电阻的阻值很大,电压比较器的同相输入端有很小电压输入,电压比较器经过比较输出相应的电信号到单片机的P3.3口;单片机通过检测P3.3口的信号输入,以达到光控制的效果。
(3人体检测模块:
人体红外感应模块电路主要有人体红外传感器、菲涅尔透镜、专用芯片BISS0001组成。
当有人出现在探头的探测区,传感器便能探测到红外信号转换成电信号,并把信号输送到
BISS0001的第一级放大器的同相输入端,经过BISS0001的内部处理,由Vo输出相应的电平,单片机再根据相应的电平是否该开启器件设备。
热释电红外探头通过检测人体是否存在、移动,以达到人体检测的效果。
2.1单片机最小系统模块电路设计
本系统的主体是由AT89C51单片机、时钟电路与复位电路组成的单片机最小系统。
通过最小系统与各个模块相连接,从而达到控制各个模块完成相应功能的目的,AT89C51单片机相当于人的大脑,充当了非常重要的作用。
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
(3P1口:
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。
P1口管脚写入“1”后,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低8位地址接收。
(4P2口:
P2口为一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉到高电平,且作为输入。
并因此作为输入口使用时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
(5P3口:
P3口管脚是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。
作为输入端时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL这是由于上拉的缘故。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表2-1所示:
表2-1P3口功能
端口引脚第二功能
P3.0RXD(串行输入口
P3.1TXD(串行输出口
P3.2INT0(外部中断0
P3.4T0(计时器0外部输入
P3.5T1(计时器1外部输入
P3.6WR(外部数据存储器写选通
P3.7RD(外部数据存储器读选通
(6RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
(7ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位字节。
在
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
(3P1口:
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。
P1口管脚写入“1”后,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低8位地址接收。
(4P2口:
P2口为一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉到高电平,且作为输入。
并因此作为输入口使用时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
(5P3口:
P3口管脚是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。
作为输入端时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL这是由于上拉的缘故。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表2-1所示:
表2-1P3口功能
端口引脚第二功能
P3.0RXD(串行输入口
P3.1TXD(串行输出口
P3.2INT0(外部中断0
P3.4T0(计时器0外部输入
P3.5T1(计时器1外部输入
P3.6WR(外部数据存储器写选通
P3.7RD(外部数据存储器读选通
(6RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
(7ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位字节。
在
在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分时转换地址(低8位和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
(3P1口:
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。
P1口管脚写入“1”后,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。
作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流。
在FLASH编程和校验时,P1口作为低8位地址接收。
(4P2口:
P2口为一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉到高电平,且作为输入。
并因此作为输入口使用时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
(5P3口:
P3口管脚是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流4个TTL逻辑门电路。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。
作为输入端时,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL这是由于上拉的缘故。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
P3口除了作为一般的I/O口线外,更重要的用途是它的第二功能,如表2-1所示:
表2-1P3口功能
端口引脚第二功能
P3.0RXD(串行输入口
P3.1TXD(串行输出口
P3.2INT0(外部中断0
P3.4T0(计时器0外部输入
P3.5T1(计时器1外部输入
P3.6WR(外部数据存储器写选通
P3.7RD(外部数据存储器读选通
(6RST:
复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。
(7ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低8位字节。
在
图2-5驻极体传声器机构图及实物图
根据极体传声器MK1的原理及由三极管、电容、电阻及电压比较器等组成的声控电路,如图2-6所示。
其中LM393为电压比较器,当反相输入端的电位高于同相输入端时,LM393则输出一低电平;而当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时,LM393将会输出一高电平。
在此电路中可以通过改变变阻器的阻值来改变反相输入端的电压,从而改变对声音强度检测的灵敏度,以满足不同场所或人群的需要。
为用驻极体话筒将得到与声音信号对应的电压值。
若有声音时则会输出一电压值,由于传声器转换的电压值非常小,所以必须将该电压经过三极管放大电路进行放大,放大后的电压经过电压比较器LM393输入到单片机的P3.4口,R6为可变电阻,通过调节其阻值使电压比较器的输出电压发生变化,起到了调节声音灵敏度的作用。
图2-6声控电路
2.3光控模块电路设计
光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻岁入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
本实验选用MG45型光敏电阻,如图2-7所示。
在黑暗条件下,光敏电阻可达1兆欧至10兆欧,在强光条件下(100LX下,阻值仅有几百至数千欧。
光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性与人眼对可见光(0.4~0.76¦Ìm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化。
图2-7光敏电阻的实物图
光控电路在光照强时电路不工作,所以单片机首先对光照进行检测,此处使用到光敏电阻MG45、电压比较器LM393、变阻器R1等元件进行检测,如图2-8所示。
Q1为光敏电阻,光敏电阻器实现的功能是;当有光照时,光敏电阻的阻值下降,这时的阻值仅有几百至数千欧姆,LM393同相输入端有一个较大的电压输入,经过LM393比较后,输出相应的电平。
当光线不足或没有光线时,其阻值可以达到兆欧级以上,此时相当于电路处于短路状态,LM393同乡输入端基本上没有电压(很小输入,经过LM393比较后,输出一个低电平。
图2-8光控电路
2.3光控模块电路设计
光敏电
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