基于單片機的智能聲光控開關(guān)的設(shè)計-電子信息工程畢業(yè)論文

1、畢 業(yè) 論 文設(shè)計題 目： 基于單片機的智能聲光控開關(guān)的設(shè)計 學(xué) 號： 姓 名： 源代碼聯(lián)系：QQ303642493 系 別： 計算機與電子信息工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 09 自動化 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 副教授 完成時間： 2021 年 3 月 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc350514028 1.前言 PAGEREF _Toc350514028 h 1 HYPERLINK l _Toc350514029 2.設(shè)計任務(wù)要求與總體方案 PAGEREF _Toc350514029 h 1 HYPERLINK l _Toc35051403

2、0 課題任務(wù) PAGEREF _Toc350514030 h 1 HYPERLINK l _Toc350514031 課題意義 PAGEREF _Toc350514031 h 1 HYPERLINK l _Toc350514032 系統(tǒng)設(shè)計的總體方案 PAGEREF _Toc350514032 h 1 HYPERLINK l _Toc350514033 系統(tǒng)總框圖 PAGEREF _Toc350514033 h 1 HYPERLINK l _Toc350514034 系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc350514034 h 2 HYPERLINK l _Toc350514035 3.硬件

3、系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc350514035 h 3 HYPERLINK l _Toc350514036 聲音信號采集電路 PAGEREF _Toc350514036 h 3 HYPERLINK l _Toc350514037 光信號判斷電路設(shè)計 PAGEREF _Toc350514037 h 4 HYPERLINK l _Toc350514038 控制保護電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc350514038 h 4 HYPERLINK l _Toc350514039 電源電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc350514039 h 7 HYPERLINK l _Toc3505140

4、40 4.軟件局部設(shè)計 PAGEREF _Toc350514040 h 8 HYPERLINK l _Toc350514041 Protel原理圖界面 PAGEREF _Toc350514041 h 8 HYPERLINK l _Toc350514042 電路原理圖設(shè)計流程 PAGEREF _Toc350514042 h 9 HYPERLINK l _Toc350514043 軟件設(shè)計語言的選擇 PAGEREF _Toc350514043 h 10 HYPERLINK l _Toc350514044 程序流程圖 PAGEREF _Toc350514044 h 12 HYPERLINK l _T

5、oc350514045 程序設(shè)計 PAGEREF _Toc350514045 h 13 HYPERLINK l _Toc350514046 程序調(diào)試 PAGEREF _Toc350514046 h 13 HYPERLINK l _Toc350514047 5.總結(jié) PAGEREF _Toc350514047 h 14 HYPERLINK l _Toc350514048 致謝 PAGEREF _Toc350514048 h 15 HYPERLINK l _Toc350514049 參考文獻 PAGEREF _Toc350514049 h 16 HYPERLINK l _Toc350514050

6、附錄 PAGEREF _Toc350514050 h 17基于單片機的智能聲光控開關(guān)的設(shè)計學(xué)生姓名：韋強 指導(dǎo)老師：梁龍學(xué)摘要 聲光控開關(guān)的原理是只有在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，可以到達節(jié)能的目的。 本設(shè)計以STC89C51RC單片機為核心，以研究聲光控開關(guān)的設(shè)計，采用MIC駐極體話筒對聲音信號的采集，可以通過軟件來調(diào)節(jié)對聲音的靈敏度。單片機軟件實施對光度的判斷，使開關(guān)在白天時即使有聲音也不工作。文章應(yīng)用了單片機控制輸出光信號觸發(fā)到光電耦合器導(dǎo)通，

7、開關(guān)工作在頻繁的開關(guān)狀態(tài)時不易損壞可控硅，延長了聲控開關(guān)的使用壽命。 關(guān)鍵詞 聲光控；智能；節(jié)能；可靠性Based On Single Chip Microcomputer Intelligent Acoustic Light-operated Switch DesignWei QiangAbstract The principle of acoustic optical switch is only after dark, when someone pass stair channel, issued, or other sounds of footsteps will provide au

8、tomatic lit corridor, lighting, when people enter the house or apartment corridor lights out several minutes automatically delay extinguished. During the day, even a voice, corridor lights also will not light, can achieve the purpose of saving energy. This paper STC89C51RC single-chip microcomputer

9、as the core, the acoustic light-operated switch design, USES the MIC electret microphone for voice signal collection, can through the software to adjust the sensitivity of sound. Single-chip microcomputer software implementation on photometric judgment, make the switch in the day even though there i

10、s voice doesnt work. In this paper, the single chip microcomputer control output optical signal trigger to photoelectric coupler conduction, switch work in frequent switch state is not easy to damage the silicon controlled rectifier, prolong the service life of the acoustic control switch. Key words

11、 sound; the intelligent controller;energy-saving; reliability 1.前言 在這個能源緊缺和注重環(huán)保，我們得降低能耗，節(jié)約能源。聲光控開關(guān)體積小，外形美觀，反響靈敏，制作容易，是公共場合照明開關(guān)的理想選擇，被譽為：“長明燈的克星。公共場所和居民居住區(qū)的公共樓道普遍使用機械手動開關(guān),由于各種原因往往出現(xiàn)許多燈泡點亮長明的現(xiàn)象,故使燈泡壽命短,浪費電量,為國家、單位、個人造成經(jīng)濟損失。另外，由于頻繁開關(guān)或其他人為因素，墻壁開關(guān)的損壞率很高，既增大了維修量、浪費了資金，又容易造成事故隱患。因此，設(shè)計研制一種電路新穎、平安節(jié)電、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方

12、便的聲光雙控白熾燈節(jié)能自動開關(guān)顯得相當(dāng)有必要。2.設(shè)計任務(wù)要求與總體方案課題任務(wù) 設(shè)計一個基于單片機的聲光控電子開關(guān)系統(tǒng)，使公共場所和居民住區(qū)的公共樓道的燈在白天時系熄滅，晚上聞聲自亮，當(dāng)人離開后，幾秒鐘自動關(guān)閉，既方便，又省電。課題意義 具有光控功能，光度強燈熄滅，光弱有聲音時燈亮。 所設(shè)計的開關(guān)系統(tǒng)應(yīng)做到節(jié)能、智能、耐用、可靠性高以及維護方便。系統(tǒng)設(shè)計的總體方案 設(shè)計聲光控開關(guān)，最起碼要考慮三個問題，一是燈泡的開關(guān)控制，這是由220V電壓供電。二是光控制，使其在有光時，即使有聲音也不能亮。三是聲音控制，在晚上或光線缺乏時，只要有人經(jīng)過，發(fā)出聲音，燈泡就會點亮。系統(tǒng)整體硬件包括：電源電路，聲

13、控電路，光控電路，控制保護電路和燈控電路。系統(tǒng)總框圖 系統(tǒng)總框圖如圖2-1所示：單片機89c51電壓比擬器聲音傳感器光傳感器可控硅控制白熾燈泡光電耦合器整流交流220V穩(wěn)壓，濾波圖 2-1 系統(tǒng)總框圖系統(tǒng)的工作原理 本系統(tǒng)的工作原理是通過聲音傳感器和光傳感器對聲音和光的信號采集，可以通過軟件來調(diào)節(jié)對聲音的靈敏度。單片機軟件實施對光度的判斷和控制延時，使開關(guān)在白天時即使有聲音也不工作，在晚上聞聲自亮。系統(tǒng)中電源通過整流穩(wěn)壓濾波給單片機提供5V的電壓，單片機還要控制燈泡的開和關(guān)閉，利用光電耦合器實現(xiàn)一個弱點對強電控制的橋梁，控制可控硅來決定燈的亮和滅。3.硬件系統(tǒng)的設(shè)計聲音信號采集電路圖 3-1

14、聲音采集電路 如圖3-1所示為聲音信號采集電路。MK1為聲傳感器駐極體話筒，當(dāng)沒有聲音時，其輸出為低電壓信號，假設(shè)有聲音時，輸出一電壓值，交流型號通過電容C1，該電壓值經(jīng)過運算放大器Q1放大，R11為可變電阻，可以調(diào)節(jié)其阻值，使其放大倍數(shù)改變，起到調(diào)節(jié)聲音靈敏度的作用。 下列圖3-2為駐極體話筒，駐極體話筒具有體積小，頻率范圍寬，高保真和本錢低的特點，駐極體話筒通過直流偏置工作。 圖3-2 駐極體話筒光信號判斷電路設(shè)計 樓道上的聲控開關(guān)出了聲音控制外，還必須有光控功能，即在白天時無論有無聲音，都不會燈亮，只有在夜晚或是光線較暗時，發(fā)出聲音后，才會開燈。這就必須設(shè)計一個光控電路，原理圖如圖3-3

15、所示。圖3-3光信號判斷電路 圖中R2為光明電阻器，光敏電阻器的主要功能是，當(dāng)沒有光照或光線缺乏時，其阻值較大，到達兆歐級以上，相當(dāng)于處于短路狀態(tài)，此時R10電阻固定但比擬小，三極管Q2的基為低電平，Q2處于截止?fàn)顟B(tài)，那么電壓通過R3在C1之間產(chǎn)生一個05V的中間電位，此時通過麥克風(fēng)接受聲音產(chǎn)生一個波動的電壓，交流信號再通過C1的耦合經(jīng)過Q1放大見圖3-1，通過單片機的檢測進入下一級。而當(dāng)有光照時，光敏電阻阻值下降，阻值相當(dāng)小，此時三極管Q2的基為低電平為高電位，此時不管怎樣對麥克風(fēng)聲音信號也沒作用。這樣采集到的信號送到單片機，由單片機進行檢測，判斷是否有光照。控制保護電路的設(shè)計 普通的白熾燈

16、正常發(fā)光時的燈絲與不發(fā)光時燈絲電阻值相差甚遠，從而使得其在啟動瞬間的沖擊電流非常大，例如一只60W的燈泡，在正常發(fā)光時，電阻約為800，工作在標準市電220V時，工作電流不到。然而在不放光時，燈絲的電阻阻值約為6，當(dāng)啟動時，電流會很大，約有左右。這種大電流的沖擊，很容易損壞可控硅。所以要利用光電耦合器的過零啟動，對電路起到保護作用。所以如圖3-4為白熾燈啟動時的電流波形圖。圖3-4 白熾燈啟動電流波形圖市電電壓是交流220V，交流電始終是從零值到峰值的變化，只要使白熾燈在零值或零值附近啟動，就可以防止大電流的沖擊。如圖3-5為保護電路。圖3-5 保護電路圖 如圖3-5，光電耦合器與可控硅構(gòu)成控

17、制開關(guān)電路，控制負載為圖中L1純電阻開關(guān)電路，通過單片機控制光電耦合器MOC3033M,如果單片機輸出一個低電平使光電耦合器導(dǎo)通，在可控硅MAC97A6和MOC3033M之間構(gòu)成一個通路，相當(dāng)于把可控硅控制端和其中某一個陽極短路，這時電路處于一個導(dǎo)通狀態(tài)。 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩局部組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。 光電耦合器工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于鼓勵電流的

18、大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。 光電耦合器的輸出特性是指在一定的發(fā)光電流If下，光敏管所加偏置電壓VCE與輸出電流Ic之間的關(guān)系，當(dāng)If=0時，發(fā)光二極管不發(fā)光，此時的光敏晶體管集電極輸出電流稱為暗電流，一般很小。當(dāng)If0時，在一定的If作用下，所對應(yīng)的Ic根本上與VCE無關(guān)。Ic與If之間的變化成線性關(guān)系，用半導(dǎo)體管特性圖示儀測出的光電耦合器的輸出特性與普通晶體三極管輸出特性相似。其測試連線如圖3-6，圖中D、C、E三根線分別對應(yīng)B、C、E極，接在儀器插座上。 光電耦合器實物圖圖 3-6光電耦合器與可控硅構(gòu)成

19、控制開關(guān)電路圖 MAC97A6是1A/600V雙向可控硅，在條光電路、燈控電路、溫控等電路中廣泛應(yīng)用。該可控硅耐壓高達600V，可以直接應(yīng)用于220V控制電路，最大工作電流為1A，可以控制100W以下電阻性的負載。管腳功能如下列圖 3-7 所示：圖 3-7 MAC97A6字面朝自己，管腳向下，從左至右依次是第一陽極T1，門極G，第二陽極T2。 雙向可控硅的工作原理：可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成 當(dāng)陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流i

20、b2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=1ib1=12ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反響，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。電源電路的設(shè)計 燈泡的工作電壓為220V，但控制器的工作電壓為5V，所以必須設(shè)計一個電源電路，取得5V的低電壓。如圖 3-8 所示：圖3-8 電源電路圖 在圖3-8中R1端接單片機的VCC，圖中右半局部實現(xiàn)了220V整流、穩(wěn)壓后位5V的單片機供電電源。其中電路中接入的220V交流

21、電是正向反向不斷交替的，二極管D1對電源電路整流，使電流只從高電位流向低電位。電阻R2和電容C2構(gòu)成一個簡單的降壓電路，R2和C2構(gòu)成一個分壓。D2是一個5V的穩(wěn)壓管，既有分壓又有穩(wěn)壓，那么使D2兩端一直處在一個5V的穩(wěn)定電壓下，再在電路中并聯(lián)一個電容C5使得穩(wěn)壓有一個更理想的效果，這樣組成了一個簡單的整流穩(wěn)壓、濾波電路。這種穩(wěn)壓電路和傳統(tǒng)的變壓器比擬的優(yōu)點是，可以驅(qū)動功率比擬小的電路，如單片機供電電源只有5V,而整個電路中的功耗非常小的。可是還有個缺點就是和傳統(tǒng)的變壓器不同，傳統(tǒng)變壓器是有隔離的，這種是直接接220V電壓到電路中，不過這個聲光控電子開關(guān)是考慮到安裝在實際應(yīng)用中，也不在在通電時

22、人為地接觸，所以這種設(shè)計是可行的。4.軟件局部設(shè)計Protel原理圖界面 在Protel主界面中單擊File/Open命令，在文件路徑中選擇原理圖文件。Protel原理圖界面主要包括以下幾局部：菜單欄、工具欄、工作窗口等。 原理圖4-1如下列圖所示菜單欄DXP(系統(tǒng))、File(文件)、View(視圖)、Project(工程)、Place(放置)、Design(設(shè)計)、Tools(工具)、 Peports(報告)等。圖 4-1電路原理圖設(shè)計流程 在原理圖設(shè)計時可能會涉及到眾多元件的放置，繁多的電氣連接。為了保證不出錯，需要遵循一定的設(shè)計流程。在繪制簡單的原理圖時按照以下流程繪制即可。新建工程文

23、件。在工程文件中新建原理圖文件。設(shè)置原理圖圖紙及相關(guān)信息，圖紙是原理圖繪制的工作平臺。幾乎所有的工作都建立在其上，為原理圖設(shè)置適宜的圖紙參數(shù)將有利于原理圖設(shè)計。添加/刪除元件庫。在原理圖設(shè)計中使用的元件符號，需要在繪制之前導(dǎo)入。放置元件符號，元件符號的放置要遵循電路設(shè)計要求，同時要修改元件的屬性當(dāng)然也可以在后續(xù)操作中再進行屬性修改。電氣連接。在原理圖中進行電氣連接時可以使用導(dǎo)線連接，也可以采用總線連接，還可以使用網(wǎng)絡(luò)標記進行連接，電氣鏈接可為PCB設(shè)計生成網(wǎng)絡(luò)報表。調(diào)整原理圖并檢查錯誤、修改。在電氣連接完成后要根據(jù)電路設(shè)計進行仔細的檢查，確保電路連接的正確性。Protel引入了自動ERC檢測功

24、能，能簡化設(shè)計人員的檢查工作。原理圖注釋。這是原理圖設(shè)計不可缺少的局部。注釋時要注明原理圖的名稱、關(guān)鍵點的說明和波形描述等。原理圖保存打印。單擊工具欄的保存按鈕即可進行保存。值得一提的是，在設(shè)計過程中要經(jīng)常保存以防意外喪失。單擊工具欄上的打印預(yù)覽按鈕可以進行打印預(yù)覽，查看打印效果。假設(shè)確定無誤后即可單擊打印按鈕進行打印輸出。輸出文件?？筛鶕?jù)需要選擇原理圖元件清單輸出或網(wǎng)絡(luò)報表輸出等。該設(shè)計的電路圖如圖 4-2所示：圖 4-2 基于單片機智能電子開關(guān)設(shè)計原理圖軟件設(shè)計語言的選擇 單片機語言的編程一般使用兩種語言：C語言和匯編語言。匯編語言是一種用文字助記符來表示機器指令的符號語言，是最接近機器語

25、言的一種語言。其主要的優(yōu)點是占用資源少，程序執(zhí)行效率高。但是不同的CPU，其匯編語言可能有所差異,所以不易移植。C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言。其優(yōu)點是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計算機語言。缺點是占資源較多，執(zhí)行效率沒有匯編高。 C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了許多種高級語言的特點，其具備匯編語言的功能。C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計中廣泛用的有頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。此外，C語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計方法提供了有力

26、的保障。因此使用C語言進行程序的設(shè)計已經(jīng)為軟件開發(fā)的一個主流。綜上所述，用C語言進行單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)和應(yīng)用的必然趨勢。本設(shè)計就采用C語言進行編程，明顯的增加了軟件的可讀性。程序流程圖結(jié)束初始化是否是弱光條件下?采集聲音信號有聲音?是否處于零 電壓?開燈時間到?關(guān)燈開始NNNNYYYY圖 4-4 程序流程圖程序設(shè)計 根據(jù)程序流程圖編寫程序，程序如附錄程序調(diào)試 利用Keil與Proteus進行調(diào)試，使用步驟如下： 翻開Keil，建立工程，輸入程序，編譯和生成hex文件，如圖4-3所示圖 4-3 調(diào)試程序的總結(jié)：將程序?qū)隨TC89C51RC芯片，調(diào)試成功后可以到達設(shè)計的要求。通過設(shè)計智能

27、聲光控開關(guān)，加深了對單片機系列的認識。讓我更好的運用了本科兩年所學(xué)的知識，運用于實踐，加深了對知識的理解。在設(shè)計過程中學(xué)習(xí)了很多軟件的使用，包括硬件局部運用Protues進行設(shè)計，用Keil進行程序編譯。 5.總結(jié) 測試結(jié)果：在天黑以后，當(dāng)有人走過樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時，樓道燈會自動點亮，提供照明，當(dāng)人們進入家門或走出公寓，樓道燈延時幾分鐘后會自動熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會亮，到達節(jié)能和設(shè)計要求的目的。 在設(shè)計中雖然遇到的了很多困難，但通過初步了解了聲光控制電路的工作原理，學(xué)會了分析電路、設(shè)計電路的方法和步驟。通過本次設(shè)計提高了自己對資料的查閱、信息處理的能力，訓(xùn)練了自己

28、的科學(xué)研究根本功，培養(yǎng)了知識綜合運用能力，增加了對社會普通科學(xué)知識的了解，為以后學(xué)習(xí)和工作打下根底。致 謝論文寫作終于要走到最后的末端了，在論文寫作的過程中，從論文的選題到確定思路，從資料的搜集、提綱的擬定到內(nèi)容的寫作與修改，繼而諸多觀點的梳理，都得益于我的老師的悉心指導(dǎo)和匠心點撥。論文的點評中總是閃爍著智慧的火花，敏銳的學(xué)術(shù)洞察力，嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的負責(zé)精神，以及對學(xué)生孜孜不倦的教誨都給予了我極其深刻的印象，讓我受益匪淺。在此，謹向梁老師表示我最衷心地感謝和最誠摯的敬意。同時，也向兩年來所有教授過我和幫助過我的老師表示感謝，感謝您們對我的諄諄教誨、耐心指導(dǎo)和無私的幫助。感謝我的同學(xué)和朋友們，感謝你們在我論文寫作過程中給予我的鼓勵、關(guān)心和無私的幫助。參考文獻1.胡亞琦.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.西安電子科技大學(xué)，2021。2.黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽訓(xùn)練教程M.電子工業(yè)出版社，2007。 3.李朝青.單片機原理及接口技術(shù)M. 航空航天大