單片機課程設計報告-路燈節(jié)能控制器的設計及應用

1、你學校的名稱單片機課程設計報告題 目：學 院：專 業(yè)：班 級：姓 名：學 號：指導老師： 摘要路燈是城市照明工程的主要組成部分，在夜晚，路燈的照明起到非常重要的作用。但是路燈在起著重要作用的同時，也在消耗著大量的能源。目前一般的傳統(tǒng)路燈，主要是高壓鈉燈，一盞路燈的功率約為100W400W，一些大型路燈功率可以達到1000W以上。我們以一盞路燈200W來計算，一個晚上照明12個小時(從晚上7點到第二天早上7點），那么一盞路燈就要消耗20012/1000 2.4度電能。假設路燈之間的間距是20米，一條長2公里的街道就有22000/20 200盞路燈（道路兩邊各有一盞路燈，所以要乘2），那么這條街道

2、一晚上消耗的電能就有2002.4 480度，1年消耗的電能是48036517.52萬度。在一個城市中，除了主干道外，還有很多次干道和小的路段，這些街道在夜晚的人流量和車流量都比較小。特別是一些郊區(qū)和比較偏僻的路段，在半夜1點鐘以后，人流量和車流量一般非常少。但是即使沒有人或車經過，這些路燈也是長期點亮的，這時電能就被白白浪費掉了。很多路段真正有效的照明時間只占到整個照明時間的20%30%，也就是說大部分電能被浪費掉了。如果有效照明時間是30%，那么一條街道浪費的電能就有17.520.712萬度。一個中等規(guī)模的城市這樣的街道可能就有100個以上，一個大城市往往有數(shù)百個這樣的街道，那么就是說一個城

3、市每年在路燈上浪費的電能就有數(shù)百到數(shù)千萬度以上。考慮到全國有數(shù)百個大型城市，中小規(guī)模的城市更多，總的浪費電能是非常巨大的。據(jù)統(tǒng)計，杭州市一年用于城市照明的費用就高達3億元以上。如果我們采取一定的節(jié)能措施，比如說在沒有人和車經過時自動關閉路燈，就可以收到明顯的節(jié)能效果。在能源日益緊張的今天，特別是很多城市存在電力不足的矛盾，這無疑是非常有意義的。目錄1緒論。11.1 課題概述。11.1.1 課題的題目。11.1.2 課題研究的背景。11.1.3 課題研究的目的及意義。11.2 課題的國內外研究現(xiàn)狀。11.2.1 國外研究現(xiàn)狀。11.2.2國內研究現(xiàn)狀。21.3 論文的主要研究內容。22 系統(tǒng)方案

4、設計。 32.1節(jié)能方法。32.1.1傳統(tǒng)節(jié)能方法。32.1.2具有智能控制的節(jié)能方法。 32.2智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設計。 42.3智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結構設計。 52.3.1設計思路。 52.3.2 總體設計框圖。63 硬件設計。73.1硬件結構設計。 73.2光學信號的采集與檢測設計。83.2.1光源檢測原理。83.2.2檢測裝置所需器件及選型。 83.3紅外檢測信號的采集與單片機的處理。103.3.1紅外檢測原理。103.3.2熱紅外傳感器的結構和原理。104軟件設計。124.1軟件結構設計。124.2程序設計。134.2.1 設定時間程序。135總結與體會。17參考文獻。181緒

5、論1.1 課題概述1.1.1 課題的題目課題的題目:路燈節(jié)能控制器的設計及應用1.1.2 課題研究的背景隨著社會的發(fā)展，能源問題己經成為全球最為關注的問題之一，能源危機已經成為全人類所面臨的主要危機，特別是我國的電力能源近年來顯得十分吃緊，電力緊張阻礙著我們的日常生產、生活，甚至嚴重影響到我國經濟的發(fā)展與社會文明的進步。在城市亮化、美化大潮的趨勢下，城市景觀照明耗電也吞噬著我們的電力資源。而發(fā)電企業(yè)投資和建設需要一個較長的周期，快速的經濟發(fā)展需要更多更充足的電力供應和消耗，電力的供求之間矛盾重重。電力供應缺口很難在短期內得以緩解，發(fā)展與節(jié)約并重，已經成為經濟建設的必然選擇。此時，燈光照明行業(yè)節(jié)

6、電也成為了我們的必然選擇!1.1.3 課題研究的目的及意義路燈是我國經濟發(fā)展和國家建設中必需的用電設備，它在我國的整體用電量中所占比例巨大，如果通過節(jié)能裝置對其進行有效控制，就能夠降低電力損耗，達到節(jié)約能源，降低生產安裝成本，有助于我國經濟的快速發(fā)展。本文研究的智能路燈節(jié)能控制器是通過運用MCS51單片機設計的，通過配套的功率變換組件，可在路燈的啟停和運行中，有效的調節(jié)路燈的端電壓，控制路燈的照明亮度，從而改變了路燈在不同時段的耗電量，改善了功率因素，到了節(jié)約電能的目的。1.2 課題的國內外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀近20年來，美國和日本照明節(jié)能集中在使用緊湊型熒光燈(CFL)和熒光燈采

7、用鎮(zhèn)流器兩個方面，兩個國家中用新技術替換老產品的過程有點不同:2001年美國銷售的鎮(zhèn)流器中電子的占53%，而日本只有36%。而兩個國家在銷售CFL燈占白熾燈的比例中，美國只占3%，日本占了15%。兩個國家的國家、省和地方都在立法，鼓勵和普及活動這三方面做文章，旨在推動節(jié)能產品的廣泛使用。國外照明節(jié)能技術的發(fā)展具有以下特點.(1)大力推動綠色照明，在光源的材料，使用規(guī)范上加以有效管理，出臺了一系列的標準和管理要求，將照明節(jié)能推廣到全民范圍;(2)不斷提高功率器件性能要求，主要體現(xiàn)在鎮(zhèn)流裝置上技術提高。通過對鎮(zhèn)流器技術改進來提高照明設備的功率因素。1.2.2國內研究現(xiàn)狀目前我國市場上有多種路燈節(jié)能

8、控制產品，能達到一定節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要有以下幾類情況:采用自耦變壓器及磁飽和電抗器的降壓技術。其不足是由于反應速度較慢，用電高峰時電壓降到非穩(wěn)定區(qū)，容易造成燈光閃滅，不能自動調節(jié)，同時如果電壓突然升高，則不能避免燈具受到市電的瞬時高壓沖擊，對燈具的保護能力較差;相對來說穩(wěn)壓功能較差。.針對于磁飽和電抗器來說，除了上述不足外，其效率也普遍偏低。采用電子器件構成的可控硅式設備。該設備主要采取簡單的相控技術，不足之處是元件易發(fā)熱燒壞，由于采用相控技術產生諧波污染電網(wǎng)，使熒光燈及氣體燈小停閃動，減損燈具壽命及相關附件的使用壽命，降低照明質暈，不綠色不環(huán)保，國家相關規(guī)定已明令

9、禁止使用這種無功補償技術設備。以系統(tǒng)節(jié)電濾波形式，主要是凈化電網(wǎng)，補充無功功率，補償電網(wǎng)，而對于有功電度表計量系統(tǒng)，缺少實際節(jié)電效果。1.3 論文的主要研究內容本文結合國內外最新研究成果，比較幾種常用的路燈節(jié)能控制方法。討論了基于可變電抗技術的功率單元的結構和系統(tǒng)構建。詳細描述了路燈智能控制系統(tǒng)的硬件結構、電路設計，并應用模糊控制算法進行了控制算法設計，最后對系統(tǒng)進行了仿真和調試，并對試驗結構進行了分析。論文研究的主要內容:（1） 基于可變電抗技術的調壓節(jié)能系統(tǒng)結構設計；（2） 基于MCS51單片機設計的路燈節(jié)能控制器；（3） 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)硬件設計；（4） 路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的仿真和試驗研究

10、。2 系統(tǒng)方案設計2.1節(jié)能方法2.1.1傳統(tǒng)節(jié)能方法長期以來，國內大多數(shù)城市路燈照明控制廣泛采用傳統(tǒng)控制方式，其節(jié)能方法主要有以下幾種:人工控制節(jié)能方式:根據(jù)開關燈時間表由值班人員負責手動進行開/關燈操作。時控節(jié)能方式:以時間為唯一的開關燈依據(jù)，不論氣象條件如何變化，均只能在規(guī)定時刻開關燈，隨季節(jié)變化人工干預調整開關時間。光控節(jié)能方式:按光照度的差異來控制路燈開關。這些節(jié)能方式存在著較為明顯的缺憾，國內大多數(shù)城市路燈的開/關燈控制由各變壓器(配電箱)分散控制，盡管城市路燈運行有專門控制線，只有控制功能而無法實現(xiàn)監(jiān)測。由于不能嚴格按照室外自然光照度進行控制，不僅實時性差，故障率高，而且浪費嚴重

11、。另外，傳統(tǒng)控制方式要求人不離崗，及時控制燈光的開啟和關閉，由于人工控制誤差而造成電能浪費很是驚人。比如采用定時器控制方式時，由于一年四季的時差，要經常對定時器進行人工調整，從夏至到冬至，日出時間推遲、日落時間提前;從冬至到夏至，日出時間提前、日落時間推遲，據(jù)此天氣現(xiàn)象，要求路燈開關時間根據(jù)日出日落時間進行調整。這樣不僅消耗大量人力資源，還可能由于調整不及時而造成浪費。2.1.2具有智能控制的節(jié)能方法該節(jié)能方法是通過智能控制器對功率單元進行控制，進而操控可變電抗變換器來改變路燈的輸出電壓，通過改變路燈的光照來實現(xiàn)節(jié)能。其系統(tǒng)結構圖如圖2-1所示。圖2-1 路燈節(jié)能系統(tǒng)結構圖此方法利用了人眼在夜

12、晚行進時對光照要求不敏感的特點改變了路燈的端電壓，在不同的時段根據(jù)實際要求獲得相應的照度，實現(xiàn)路燈亮度的智能化調節(jié)。其基本思想是:將可變電抗變換器的一次繞組直接與路燈負載相接，在變換器中增加二次線圈，將二次線圈與功率變換器以及智能控制器連接。通過智能控制器與電力電子功率變換單元來控制可變電抗器的二次繞組，達到改變可變電抗變換器一次阻抗的目的，進而改變路燈的輸入電壓，使路燈既可實現(xiàn)軟起動又可以對其進行調節(jié).其工作過程為:首先，通過對光照信號的采集，由智能控制器判斷路燈照明系統(tǒng)是否需要開啟，如需要運行則由功率單元來完成路燈的軟啟動(一般情況下是由數(shù)十、甚至上百盞路燈組成一條街道的照明系統(tǒng))。路燈開

13、啟后，當?shù)竭_指定的時間后，智能控制器會做出判斷，之后會關閉路燈，進入到另一種狀態(tài)，此時如果有人經過并且天黑，那么智能控制系統(tǒng)會讓燈自動開啟并且延時，延時時間根據(jù)控制者的要求而定。智能控制器作為整套系統(tǒng)的核心部分其控制方式選取的為模糊控制算法，采集的外部信號通過放大、轉換后輸入到控制器的微處理器中，這里我們采集的信號為光信號與聲音信號兩種，其中光信號用來控制整套系統(tǒng)的啟停，而聲音信號則用來實時反映外部環(huán)境的要求，通過模糊控制的方式將采集的數(shù)據(jù)進行處理比對，選取最優(yōu)化的控制信號加以輸出。2.2智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)方案設計本文設計的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)所遵循的基本原則有:(1)穩(wěn)壓控制:任何功率電器在使

14、用過程中都應處于其穩(wěn)定的電壓范圍內，作為與我們日常生活密切相關的路燈照明設備就更應該穩(wěn)壓工作，保持路燈電壓平穩(wěn)從節(jié)能和功效兩方面來說都具有十分重要的意義。所以無論在用電的高峰還是低谷始終將供電電壓穩(wěn)定在規(guī)定范圍內是路燈控制首要解決的問題.(2) 軟起動功能:由于路燈并聯(lián)后屬于大功率電器，而現(xiàn)在所使用的啟動方式均為直接啟動，這種啟動方式會造成啟動電流過大，對燈具的耐用性有一定的損害，而且該起動電流還會引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也會發(fā)生變化，這會破壞同電網(wǎng)其它設備的正常運行，因此使用軟啟動功能來點亮路燈可以防止起動時大電流對照明設備的不良影響.(3) 自動啟停:路燈作為我們日常生活必被的公共設

15、施，它的啟停跟道路上行人與車輛的需求有著直接的關系，只要是環(huán)境需要無論是在雷雨將至的暑天午后還是日常狀況下的夜幕之時，它都會根據(jù)外部環(huán)境的明暗程度來自動判斷系統(tǒng)是否需要開閉。表2-1 幾種路燈節(jié)能方式比較 路燈節(jié)能 常用控制 光源節(jié)能 智能路燈 方法 節(jié)能方法 方法 節(jié)能控制 方法 啟動方法 一般啟動 一般啟動 軟啟動光源選擇 常用光源 節(jié)能光源 常用光源控制方式 簡單控制 簡單控制 智能控制能量損耗 較小 較小 最小可靠性 較低 低 較高 使用壽命 短 較短 長 啟動電流 大 大 較小 環(huán)境要求 無污染 有一定污染 無污染 光源更換 較短 短 較長周期成本 低 適中 適中由上表可知，智能路燈

16、節(jié)能控制系統(tǒng)與目前市場上常用的控制節(jié)能方法、光源節(jié)能方法相比較，具有明顯的技術優(yōu)勢，從產品的成本和其消耗使用效率上來看也具有較強的價格優(yōu)勢。所以，綜合來講，智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)在路燈照明節(jié)能領域應該很有前途的產品。2.3智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)結構設計2.3.1設計思路路燈控制器電路主要由可變電抗變換器，功率單元，紅外檢測控制電路，光控電路，開關控制電路及延時電路構成。其中可變電抗變換器與功率單元共同組成本文所提出可變電抗器， 將可變電抗變換器的一次線圈與路燈負載串接，構成一次阻抗串聯(lián)電路，其二次線圈與功率變換單元構成二次阻抗變換電路，通過改變二次阻抗來改變一次阻抗與負載阻抗的比例關系，實現(xiàn)負載調

17、功，從而改變路燈端電壓。工作時，光控電路和聲控電路同時控制開并控制電路，而光控電路具有優(yōu)先控制的功能，即先讓光控電路來控制開關電路，使燈打開，只有到設定的時間后且在有紅外信號時路燈會照明并且延時照明一段時間，這部分電路由延時電路來實現(xiàn)，電源電路的作用是為負載電路提供照明電源同時向電路中的控制電路提供工作電源，交流電源經過橋式整流以后，再經過電容降壓，為負載提供電源，同時經過穩(wěn)壓以后，為控制電路提供工作電流。該電路是利用光敏電阻對光敏感的特性和開關管的開關特性來實現(xiàn)，即白天或光線較亮的時候，控制燈不亮，而在晚上或光線較暗時控制燈亮，同時還要有一個延時電路，以達到延時照明的目的，當有光亮的時候，此

18、控制電路阻止，信號不再往下傳輸，即燈不會亮，而只有當光線足夠暗且有聲音的時候此控制電路才起作用，才往下一電路傳輸信號，燈才會亮。此電路既可以用三極管實現(xiàn)，也可以用4000糸列的數(shù)字集成實現(xiàn)，出于簡單穩(wěn)定的目的，這里選用數(shù)字集成電路來實現(xiàn)。本電路的主要任務是實現(xiàn)在白天光線比較亮的情況下，燈不亮，而在光線比較暗或天黑的時候，燈就會亮，當?shù)竭_指定時間的時候路燈滅此時如果有人經過那么燈會變亮同時加上延時電路的延時作用，燈會延時亮一段時間，不致燈連續(xù)工作，造成能源浪費或元器械件的損壞。其控制電路可由TC4011BP數(shù)字集成電路來實現(xiàn)，延時電路由電阻，電容實現(xiàn)，光控電路由光敏電阻實現(xiàn)，開關電路由開關管實現(xiàn)

19、。2.3.2 總體設計框圖路燈控制器電路的總體框圖由光控電路，紅外檢測控制電路，開關電路，延時電路，負載電路和電源電路等構成，工作時，先由光控電路控制電路輸入信號，當設定的時間到的時候由光控電路和紅外檢測控制電路控制輸入信號，使開關打開，同時也促使延時電路開始工作，而電路的電源由電源經過橋式整流以后，再經過降壓電路降過壓以后來提供，電路中其他需供電的電路由降壓以后再進行穩(wěn)壓以后來供電，負載的供電直接由電源來提供?？傮w框圖如下所示，工作流程如箭頭所示：開關電路光控電路紅外檢測電路延時電路基于MCS51的智能控制器電源電路整流電路穩(wěn)壓電路圖2.3.2 總體方框圖照明電路3 硬件設計3.1硬件結構設

20、計智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件部分由智能控制器和功率變換單元組成。其中功率變換單元由電力電子功率器件、觸發(fā)控制器、信號檢測與處理器等組成。智能控制系統(tǒng)硬件主要由紅外檢測傳感器、光學傳感器、信號變送器、微處理器、A/D和D/A轉換器等組成。硬件系統(tǒng)的工作原理為:光信號通過光電傳感器轉變成模擬信號，經變送器輸入至A/D轉換器，實現(xiàn)系統(tǒng)的開啟和關閉。紅外信號通過紅外檢測傳感器轉變成電信號，實現(xiàn)路燈的開啟。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。圖3-1 硬件結構圖受控路燈紅外信號信號處理（DSP）A/D轉換MCS51單片機處理器光信號光學傳感器開關電路3.2光學信號的采集與檢測設計3.2.1光源檢測原理光源檢測其實

21、就是利用了一個光電式傳感器。所謂光電式傳感器是能將光能轉換為電能的一種器件，簡稱光電器件。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件3部分組成。其基本原理是以光電效應為基礎，把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號.光電效應是指用光照射某一物體，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光界射的物體產生相應的電效應。通常把光電效應分為3類:(1) 在光線作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱為外光電效應，如光電管、光電倍增管等

22、;(2) 在光線作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱為內光電效應，如光敏電阻、光敏晶體管等;(3) 在光線作用下，物體產生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應，如光電池等。3.2.2檢測裝置所需器件及選型在本系統(tǒng)的設計過程中，光源檢測用于整套系統(tǒng)的開啟和關閉，因此只需要有內光電效應的光敏器件即可。光敏器件包括光敏電阻、光敏二極管及光敏三極管等。光敏電阻的工作原理是用光電導體制成的光電器件又稱光導管，它是基于半導體光電效應工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時可加直流偏壓，也可以加交流電壓。當無光時，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻

23、值(亮阻值)急劇減少，因此電路中電流迅速增加.光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，其符號如圖3-3所示，為增加受光面積，PN 結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為光敏二極管的暗電流;當有光照時，載流子被激發(fā)，產生電子空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。 圖3-3 光敏二極管光敏三極管除了具有光敏二極管

24、能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能，其符號如圖3-4所示。光敏三極管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極 發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光卞要被基區(qū)吸收。工作時集電結反偏，發(fā)射結正偏。比一般三極管的穿透電流還小:當有光照時，激發(fā)大量的電子空穴對，使得基極產生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。圖3-4 光敏三極管由于本系統(tǒng)涉及的光源采集為系統(tǒng)啟停提供控制信息，所以采用光敏電阻即可滿足系統(tǒng)需求。光敏電阻和其它半導體光電器件相比有以

25、下特點:(1) 光譜響應范圍相當寬.根據(jù)光電導材料的不同，光譜響應可從紫外光、可見光、近紅外擴展到遠紅外，尤其對紅光和紅外輻射有較高的響應度.(2) 工作電流大，可達數(shù)毫安。(3) 所測光強范圍寬。既可測強光也可測弱光。(4) 靈敏度高。圖3-5所示是利用光敏電阻控制的路燈自動啟停電路。該電路由兩部分組成。電阻R、電容C和二極管D組成半波整流電路。CdS光敏電阻和J組成光控繼電器。路燈接在繼電器常閉觸點上，光控繼電器控制燈的1點亮和熄滅。工作原理是:晚上光線很暗，CdS光敏電阻阻值很大，流過J的電流很小，使繼電器J不動作，路燈接通電源點亮。早上，天漸漸變亮，即照度逐漸增大，CdS光敏電阻受光照

26、后，阻值變小，流過J的電流逐漸增大，當照度達到一定值時，流過繼電器的電流足以使k動作，使其閉合，其常閉觸點斷開，路燈熄滅。RCDKJ 圖3-5 光敏電阻控制的路燈自動點電路3.3紅外檢測信號的采集與單片機的處理3.3.1紅外檢測原理紅外測量結構如圖3-6所示。其中，外部熱紅外信號傳播到熱釋電人體紅外傳感器，并通過運算放大器將輸入的微弱紅外線信號轉換為一信號電平(電壓信號)，此電壓信號則由A/D轉換器轉換成數(shù)字信號發(fā)送至單片機，單片機根據(jù)輸入的數(shù)字信號進行處理，并做出相應的動作來決定是否讓路燈開啟。MCS51單片機運算放大器紅外線傳感器紅外信號A/D轉換器開關電路圖3-6紅外檢測結構框圖3.3.

27、2熱紅外傳感器的結構和原理熱釋電人體紅外線傳感器是上世紀80年代末期出現(xiàn)的一種新型傳感器件。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響，可晝夜不停地用于監(jiān)測，廣泛地用于防盜報警。熱釋電紅外(PIR)傳感器，亦稱為熱紅外傳感器，是一種能檢測人體發(fā)射的紅外線的新型高靈敏度紅外探測元件。它能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉換成電壓信號輸出。將輸出的電壓信號加以放大，便可驅動各種控制電路，如作電源開關控制、防盜防火報警等。目前市場上常見的熱釋電人體紅外線傳感器主要有上海賽拉公司的SD02、PH5324，德國Perkinelmer 公司的LHi954、LHi958，美國Hamastsu公司

28、的P2288，日本Nippon Ceramic公司的SCA02-1、RS02D等。雖然它們的型號不一樣，但其結構、外型和特性參數(shù)大致相同，大部分可以彼此互換使用。熱釋電紅外線傳感器由探測元、濾光窗和場效應管阻抗變換器等三大部分組成，如圖3-7所示對不同的傳感器來說，探測元的制造材料有所不同。如SD02的敏感單元由鋯鈦酸鉛制成；P2288由LiTaO3 制成。將這些材料做成很薄的薄片，每一片薄片相對的兩面各引出一根電極，在電極兩端則形成一個等效的小電容。因為這兩個小電容是做在同一硅晶片上的，因此形成的等效小電容能自身產生極化，在電容的兩端產生極性相反的正、負電荷。傳感器中兩個電容是極性相反串聯(lián)的

29、。當傳感器沒有檢測到人體輻射出的紅外線信號時，在電容兩端產生極性相反、電量相等的正、負電荷，所以，正負電荷相互抵消，回路中無電流，傳感器無輸出。 當人體靜止在傳感器的檢測區(qū)域 內時，照射到兩個電容上的紅外線光能能量相等，且達到平衡，極性相反、能量相等的光電流在回路中相互抵消，傳感器仍然沒有信號輸出。圖3-7熱釋電紅外線傳感器當人體在傳感器的檢測區(qū)域內移動時，照射到兩個電容上的紅外線能量不相等，光電流在回路中不能相互抵消，傳感器有信號輸出。綜上所述，傳感器只對移動或運動的人體和體溫近似人體的物體起作用。圖3-8 雙探測元熱釋電紅外傳感器濾光窗是由一塊薄玻璃片鍍上多層濾光層薄膜而成的，能夠有效地濾

30、除7.014um波長以外的紅外線。人體的正常體溫為3637.5，即309310.5K，其輻射的最強的紅外線的波長為m=2989/（309310.5）=9.679.64um，中心波長為9.65um，正好落在濾光窗的響應波長的中心。 所以，濾光窗能有效地讓人體輻射的紅外線通過，而最大限度地阻止陽光、燈光等可見光中的紅外線的通過，免引起干擾。熱釋電紅外傳感器在結構上引入場效應管的目的在于完成阻抗變換。由于探測元輸出的是電荷信號，不能直接使用，因而需要將其轉換為電壓形式。場效應管輸入阻抗高達104M，接成共漏極形式來完成阻抗變換。使用時D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。對于移動速度非常緩

31、慢的物體，如陽光，兩個電容上的紅外線光能能量仍然可以看作是相等的，在回路中相互抵消；再加上傳感器的響應頻率很低(一般為0.110Hz)，即傳感器對紅外光的波長的敏感范圍很窄(一般為515um)，因此，傳感器對它們不敏感，因而無輸出。4軟件設計節(jié)能控制系統(tǒng)的控制功能是通過執(zhí)行軟件程序實現(xiàn)的。軟件是系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件，系統(tǒng)就不能正常運行。軟件設計的好壞將關系著整個系統(tǒng)的好壞，軟件的優(yōu)劣也關系到硬件各部分能否協(xié)調工作.本系統(tǒng)軟件設計采用了目前廣泛使用的MCS-51單片機高級語言keil-C51作為軟件開發(fā)工具，它表達能力強、可移植性好、便于進行結構化程序設計可以直接操作計算機硬件，對速度要求不是很

32、高的應用場合是一種十分理想的開發(fā)工具。4.1軟件結構設計在軟件開發(fā)的過程中，我們采用了了結構化程序設計方法，使得軟件系統(tǒng)具有了模塊化的特點。結構化程序設計是在70年代逐漸被采用的一種新型的程序設計方祛，它具有易讀、易查、易調試、編程效率高等優(yōu)點。軟件系統(tǒng)的結構模塊如圖4-1所示。智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊模塊數(shù)據(jù)管理模塊數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)對比數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)設定數(shù)據(jù)信號采集A/D轉換D/A轉換 圖4-1軟件系統(tǒng)結構框圖智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)軟件分成通信模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)處理與分析模塊。服務功能為:將傳感器采集到的實時現(xiàn)場信號通過A/D轉換發(fā)送到單片機中;在單片機的系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)的處理并

33、傳給相應的輸出模塊，通過D/A轉換來控制路燈。4.2程序設計4.2.1 設定時間程序在控制要求中有設定時間后（如23：30）自動熄滅，下面的程序設計結構供參考：/*功能：本程序在12M晶振模式下,通過定時器中斷精確實現(xiàn)數(shù)字時鐘計時操作，并在KEIL 中實現(xiàn)輸出。時、分、秒的變化在定時中斷里處理。說明:因采用工作方式2，自動裝入初值，所以此程序計時很精確，只是在KEIL中模擬輸 出顯示的變化速度很快，這點可不理會*/#include#include#define TEST/此行用于KEIL輸出顯示，如果不需要顯示可將其刪除typedef unsigned char uchar;typedef u

34、nsigned int uint;#define TH0TL0_INIT (256-250) /定時器8位自動裝入模式下寄存器初值,0.25ms中斷一次char cHour;/時char cMin;/分char cSec;/秒uint iCount;/秒計數(shù),計數(shù)達到4000時1s，4000*0.25ms =1000ms = 1s bitbSecChanged;/秒發(fā)生變化標志，每秒送一次輸出顯示，送顯完成后清0，提高主程序效率/=/T0定時器中斷服務程序，12M晶振下每0.25ms產生中斷，本程序執(zhí)行一次/=void Timer0() interrupt 1iCount+;/秒計數(shù)值+1if

35、(iCount=4000)/時間計數(shù)達到1SiCount = 0;/重新開始下一秒計數(shù)cSec+;/時鐘:秒+1bSecChanged = 1;/置秒發(fā)生變化標志if(cSec=60)/計夠60scSec = 0;/重新開始下一分計數(shù)cMin+;/時鐘:分+1if(cMin=60)/計夠60分鐘cMin = 0;/重新開始下一小時計數(shù)cHour+;/時鐘:小時+1if(cHour=24)/計夠24小時cHour = 0;/重新開始第二天計數(shù)/=/主程序/=void main()uchar outstr10;/輸出字符串 TMOD = 0X02;/工作方式2，8位自動重裝計時模式TH0 = TH

36、0TL0_INIT; /0.25ms中斷一次TL0 = TH0TL0_INIT; /0.25ms中斷一次#ifdef TEST SCON = 0x50; /* SCON: mode 1, 8-bit UART, enable rcvr */ TMOD |= 0x20; /* TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload */ TH1 = 221; /* TH1: reload value for 1200 baud 16MHz */ TR1 = 1; /* TR1: timer 1 run */ TI = 1; /* TI: set TI to send first char of UART */#endifcHour = 0;/時cMin = 0;/分cSec = 0;/秒iCount = 0; /秒計數(shù)bSecChanged = 0;outstr2 = :;/時分分隔符outstr5 = :;/分秒分隔符outstr8 = 0;/字符串結束符EA=1; /開總中斷ET0=1; /允許T0中斷TR0=1; /啟動T0while(1)if(bSecChanged=1)/秒發(fā)生變化,將時間值轉換為可顯示字符串準備送顯示bSecChanged = 0;/清除標志,節(jié)省CPU資源/-if(cHour=23)&