熱釋電報警電路設(shè)計黃河科技學(xué)院課程設(shè)計2

課程設(shè)計說明書課程設(shè)計說明書第19頁摘要隨著生活技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭及公共照明燈不斷增加，使用普通手動開關(guān)的電燈會造成電力的浪費，所以本次設(shè)計采用熱釋電紅外傳感技術(shù)與聲控技術(shù)相結(jié)合的照明電路，做到紅外傳感開關(guān)與聲控開關(guān)同時控制，達到節(jié)約能源的目的。本次設(shè)計首次采用熱釋電紅外控制和聲音控制，同時利用光敏電阻與LM393電壓比較器組成的光照檢測電路來判斷外界有無光線。本次設(shè)計相對于普通的照明，更采用了三個led燈來模擬日常生活中的日光燈管，通過單片機的延時功能使之依次點亮以達到光線逐步明亮的效果，保護人眼。在白天光線較強時，不論有沒有人靠近或是發(fā)出聲音，燈都不會亮；在晚上光線較暗時，若有人靠近燈就會亮，或者發(fā)出一定的聲音，燈也會點亮，當人離開后燈自動熄滅。本次設(shè)計對今后的照明系統(tǒng)有重要的意義，具有十分廣闊的前景。關(guān)鍵詞單片機STC89C52；熱釋電紅外傳感器；聲控開關(guān)；LM393N芯片目錄TOC\o"1-3"\h\u1概述 12方案設(shè)計 12.1可選擇方案 12.2工作原理框圖 33系統(tǒng)硬件設(shè)計 43.1系統(tǒng)設(shè)計電路介紹 43.2單片機最小系統(tǒng)及相關(guān)電路 53.3熱釋電傳感器集成模塊 73.4光照檢測電路 83.5按鍵控制電路 83.6聲音控制電路 94系統(tǒng)軟件設(shè)計 10總結(jié) 14致謝 15參考文獻 16附錄:源程序 17 1概述在這個科技飛速發(fā)展的年代，人們的生活水平正在越來越好，生活伴隨著科技不斷進步，的確將科技融入生活當中能夠使我們的生活更加高效、快捷，在這個快節(jié)奏的社會當中，人們也越來越離不開高科技所帶給我們的方便與快捷。這次設(shè)計的是一個基于單片機的熱釋電傳感夜燈，通常所說的單片機并不是一個完成某個邏輯功能的芯片，而是把一臺計算機的組成系統(tǒng)微縮到一塊芯片上。當然，現(xiàn)在某些型號的單片機也添加了模數(shù)或者數(shù)模轉(zhuǎn)換功能模塊，功能非常的強大。雖然單片機集成了計算機的所有組成系統(tǒng)，但是價格卻沒有那么昂貴，從幾元至幾十元不等。不同型號的單片機體積也會有所不同，如有的是20腳封裝的；有的是40腳封裝的，這主要取決于它的功能，一般來說，引腳多的要比引腳少的功能強大[8]。2方案設(shè)計2.1可選擇方案經(jīng)過初步的查閱資料和參考文獻，現(xiàn)有確定兩種方案分別為：方案一：利用目前流行的AT89C52單片機對由光敏電阻和熱釋電傳感器組成的光照檢測電路進行處理，在P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口設(shè)置四個延時開關(guān)控制由三極管8550和繼電器組成的開關(guān)電路，當室內(nèi)無人時，輸出高電平三極管截止，繼電器不工作；當室內(nèi)有人時，輸出低電平三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，小燈點亮。如圖2.1所示。（2）方案二：采用加強型的STC89C52單片機，同樣是利用熱釋電紅外傳感器和聲音控制開關(guān)探測有無人靠近，但是光照檢測電路采用的是光敏電阻以及LM393N雙電壓比較器，有光的時候光敏電阻值減小，輸入電壓大于基準電壓，小燈不亮；無光照射時，光敏電阻值增大，輸入電壓小于基準電壓，小燈點亮[5]。如圖2.2[4]與圖2.3所示。2.1硬件電路圖圖2.2單片機最小系統(tǒng)圖2.3LM393N電路綜上，結(jié)合本次設(shè)計的目的與要求，我選擇第二種方案，因為第一種并不能使三個小燈依次點亮而第二種方案可以做到這一點。2.2工作原理框圖圖2.4系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)圖正如圖2.4所示，首先由光敏電阻的特性可以知，在有光線的時候，光敏電阻的阻值非常小，那輸入LM393N芯片中的輸入電壓是小于基準電壓的，那雙電壓比較器LM393N即輸出高電平，單片機接收到高電平信號，經(jīng)由預(yù)先在里面的編好的程序處理，此時若有人靠近熱釋電探頭，小燈也是不亮的；在無光的時候，光敏電阻阻值非常大，輸入LM393N芯片的輸入電壓此時大于基準電壓，那雙電壓比較器即輸出低電平，經(jīng)由單片機處理，熱釋電探頭開始工作，此時若有人靠近或者發(fā)出聲音則產(chǎn)生電信號輸入給單片機，單片機控制相連的三個小燈泡依次點亮，若有人離開熱釋電探頭，則小燈泡延遲30S后關(guān)滅。另外按鍵控制電路可以自由切換為手動模式即手動開關(guān)和熱釋電開關(guān)[9]。3系統(tǒng)硬件設(shè)計熱釋電紅外傳感夜燈的設(shè)計的系統(tǒng)硬件部分主要包括：晶振、復(fù)位電路、光照檢測電路、熱釋電傳感器模塊集成電路以及手動按鍵控制電路。3.1系統(tǒng)設(shè)計電路介紹整個電路以STC89C52單片機為基礎(chǔ)，光敏電阻與一阻值為10K的電阻串聯(lián)，其電壓信號輸入雙電壓比較器LM393N的“+”端作為輸入電壓，“-”由可調(diào)電阻所組成的電路輸入一個固定的基準電壓。通過有光和無光時的光線變化使光敏電阻的阻值發(fā)生變化，從而使得輸入電壓亦發(fā)生變化，而輸入電壓與基準電壓相比較，輸入電壓大于基準電壓時輸出高電平；反之輸出低電平，這樣LM393N芯片的輸出端會輸出一個高電平或者低電平。輸出高電平時，小燈不會點亮；輸出低電平時，若是此時熱釋電探頭檢測到有人接近亦發(fā)出電壓信號給單片機，經(jīng)由單片機處理，最終會依次點亮三個小燈。熱釋電傳感夜燈的總體系統(tǒng)便是由以上各模塊構(gòu)成[2]。如圖3.1所示。圖3.1總電路圖3.2單片機最小系統(tǒng)及相關(guān)電路單片機最小系統(tǒng)包含兩個電路：晶振電路和復(fù)位電路，這兩個電路看似簡單實則非常重要，每一塊單片機都離不開這兩個電路，它們保證了單片機的正常工作。1晶振電路圖3.2單片機晶振電路晶振又名晶體振蕩器，其主要成分是石英晶體，如果將石英切成很薄的片狀再在兩邊加上電壓，石英晶體就會開始有規(guī)律振蕩，從而產(chǎn)生一個固定的基準頻率。人們利用此特性，將晶振與兩個電容組成的電路接至單片機上的振蕩電路反相輸入端和輸出端即XTAL1腳和XTAL2腳，這樣就會形成了能夠穩(wěn)定工作的自激振蕩器。每一個單片機都離不開晶振電路，晶振電路提供了單片機一個穩(wěn)定的時鐘信號，使得單片機能夠正常工作。目前常見的晶振有4MHz、6MHz、12MHz等，本次設(shè)計采用的是12MHz的晶振。如圖3.2[5]所示。2復(fù)位電路復(fù)位電路是單片機另一個非常重要的電路，它可以使單片機的工作回到初始狀態(tài)并從新開始執(zhí)行命令。圖中為手動上電復(fù)位電路，一般情況下，采用的是RC電路來實現(xiàn)單片機的上電復(fù)位，接通電源瞬間，復(fù)位輸入端RST為高電平，隨著電容不斷地充電，RST兩端的電壓下降，最終脫離復(fù)位狀態(tài)。由于RST引腳上要連續(xù)保持兩個機器周期以上的高電平，單片機才能復(fù)位，所以要求電容要足夠大，一般單片機在復(fù)位以后程序從0000H處開始執(zhí)行[1]。 圖3-3復(fù)位電路3.3熱釋電傳感器集成模塊圖3.4熱釋電感應(yīng)模塊電路圖3.4圖是由熱釋電元件PIR與BISS0001芯片所組成的一個熱釋電人體感應(yīng)模塊的電路圖，它的功能是，當有人靠近時PIR探頭檢測到人體發(fā)出的紅外線波，就會產(chǎn)生一個輸出信號傳給BISS0001芯片，BISS0001是一款由較高性能的傳感信號處理集成芯片，它能快速處理接收到的信號，并產(chǎn)生一個電壓信號輸送給單片機。BISS0001芯片是由具有獨立的高輸入阻抗運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ眉呻娐贰Ｆ涔苣_如3.5圖所示：圖3.5BISS0001管腳下面我們來介紹一下各個管腳的功能：首先引腳1是一個選擇端，可以用來選擇可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)。名稱為A，當A時“1”的時候，可重復(fù)觸發(fā)：當A為“2”的時候，不可重復(fù)觸發(fā)。引腳2是一個控制信號的輸出端即Vo，當VS為上跳變沿時觸發(fā)，有效觸發(fā)的條件是Vo從低電平變到高電平。另外要使Vo保持低電平狀態(tài)，必須在延遲時間Tx之外和無VS的上跳變。引腳3是調(diào)節(jié)端RR1，用來調(diào)節(jié)輸出延遲時間Tx。引腳4（RC1）跟引腳3一樣，也是一個調(diào)節(jié)端，用來調(diào)節(jié)延遲時間Tx。用來觸發(fā)封鎖時間Ti的是引腳5(RC2),與之具有相同功能的引腳6（RR2）也是觸發(fā)封鎖時間Ti的。引腳7也就是最常用到的電源負端VSS，要想芯片工作必須接電源。引腳8有兩個功能，一個是接VDD時作為參考電壓，還有一個是作為復(fù)位輸入端，值得一提的是作為復(fù)位輸入端使定位器復(fù)位時要接“0”。引腳9（VC）可以禁止觸發(fā)或允許觸發(fā)，其條件是：當Vc<VR時禁止觸發(fā)；當Vc>VR時允許觸發(fā)[7]。這里的VR≈0.2VDD。引腳10是一個設(shè)置段，其用來設(shè)置運算放大器偏執(zhí)電流。引腳11（VDD）同引腳7相對應(yīng)，是電源正端。BISS0001芯片內(nèi)共有兩個運算放大器分別為第一級和第二級運算放大器。它們有兩個輸出端，分別是引腳12、引腳16，引腳12(2OUT)第二級運算放大器的輸出端，引腳16（1OUT）是第一級運算放大器的輸出端。第一級運算放大器有兩個輸入端，分別是引腳14和引腳15。引腳14是同相輸入端1IN+，引腳15是反相輸入端1IN-。第二級運算放大器只有一個反相輸入端，是引腳13（2IN-）。3.4光照檢測電路圖3.6光線檢測電路如圖3.6所示中，LM393N芯片為雙電壓比較器，其“-”端接一可調(diào)電阻，可調(diào)電阻兩端分別接電源和地，這樣就形成了一個固定的電壓值，另一端“+”與光敏電阻相連，利用光敏電阻值隨著光照強度變化的特性，那么“+”端的電壓值也在不斷變化，通過輸入的電壓值與固定電壓比較，就能輸出一個低電平或者是高電平，這樣根據(jù)輸出端的高低電平就能判別外界條件是否有光。3.5按鍵控制電路圖3.7按鍵控制電路在熱釋電傳感夜燈正常工作的情況下，即無光、有人靠近時，小燈自動點亮；人離開時小燈延遲關(guān)滅；有光、有人靠近時，小燈不點亮?？稍趯嶋H生活中可能需要有光條件下點亮小燈，或者無光條件下，有人靠近小燈也不亮。為此我們安裝了可以人為干預(yù)的手動按鍵，該按鍵電路由兩個按鍵組成，分別于單片機的P2.6、P2.7口連接。如圖3.7所示。具體功能如下：1)K1鍵：與P2.7口連接的按鍵，是一個手動開關(guān)，可以立即關(guān)滅，點亮小燈，無需熱釋電模塊。2)K2鍵：與P2.6口連接的按鍵，是熱釋電模式開關(guān)按鍵。每按一次模式就切換一次，按下熱釋電模塊就不工作，再按一下就重新開始工作。3.6聲音控制電路圖3.8聲音控制電路在3.8圖中，由于聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號后比較微弱，所以通過9014三極管放大，使接受到的微弱電信號通過放大能夠明顯作用于電路。電壓比較器的IN+端和三極管的集電極相連，麥克風(fēng)與基極相連。當有聲音時，三極管基極處的電壓會減小，繼而集電極處的電壓也會減小，那么IN+端的電壓小于IN-端的固定電壓值，然后電壓比較器的輸出端OUT就會輸出低電平，以此類推，當無聲音時，就會輸出高電平。另外，通過改變接在IN-端的滑動變阻器的阻值可以調(diào)節(jié)其靈敏度。麥克風(fēng)的功能是將空氣中的變動壓力波轉(zhuǎn)化成變動電信號。它可以將能量從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式,因此也被稱為換能器。駐極體話筒屬于最常用的電容式話筒，因為其輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。4系統(tǒng)軟件設(shè)計某種意義上來說，軟件設(shè)計比硬件設(shè)計更為關(guān)鍵，也更為困難。本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要針對光照檢測電路和熱釋電傳感器集成電路的輸出信號的處理。圖4.1系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)首先對周圍光線情況進行檢測，光線較強時不需要執(zhí)行后面的操作，系統(tǒng)繼續(xù)檢測周圍光線情況，只有當光線變?nèi)鯐r，系統(tǒng)開始執(zhí)行以下操作，檢測是否有人靠近，或者是否有聲音發(fā)出。若沒有則繼續(xù)檢測，若此時有人靠近或者有人發(fā)出聲音則點亮小燈并設(shè)置延遲時間，人離開之后延遲時間達到則熄滅小燈。如圖4.1所示。部分程序如下：程序一：#include"std_for_wym.h"voidDelayMs(unsignedintz)//設(shè)置延時{unsignedintx;for(;z>0;z--)for(x=110;x>0;x--);//延時時間voidDelay(unsignedcharz){while(z--);}程序二：voidCheck(void){if(bHandMode==1)return; if(YellowLed==0&&Light==0)//滿足光照與有無人的條件{bStreamLedFlag=1} if(bStreamLedFlag)//小燈點亮 { Led1=0; uiCount_1S=0; if(bTime_50Ms) { bTime_50Ms=0; uiCount_50Ms++; if(uiCount_50Ms>=100)Led2=0;//5S到 if(uiCount_50Ms>=200)//10S到 { Led3=0; uiCount_50Ms=0; bStreamLedFlag=0; } } } else { if(bTime_1S) { bTime_1S=0; if(++uiCount_1S>=30)//延時30S { uiCount_1S=7;//任意賦值 Led1=1;Led2=1;Led3=1; } } }}[3]總結(jié)如今電燈已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一部分，傳統(tǒng)的手動開關(guān)電燈，有著許多的缺陷與不便。首先它需要手動按下開關(guān)，費時費力極為不便，其次因為家庭及公共用燈采用220V電壓，如若開關(guān)漏電便極有可能發(fā)生觸電事件，危機生命。雖然市面上出現(xiàn)了聲控照明，但其主要依靠聲音的振動來實現(xiàn)開關(guān)，這就需要發(fā)出的聲音達到一定強度，如若不然會造成聲控不靈敏的現(xiàn)象。致謝。參考文獻[1]胡學(xué)海.單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計.[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.08[2]肖景和，趙健.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路.[M].北京：人民郵政出版社，2003.02[3]張慶雙.電子元器件的選用與檢測.[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.06[4]謝淑如，鄭光欽.ProtelPCB99SE電路板設(shè)計.[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.04[5]欒桂冬.傳感器及其應(yīng)用.[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2003.04[6]姜書汗.基于BIS0001的智能臺燈設(shè)計.[J].電子元器件應(yīng)用，2010,7(12):32-34[7]張齊，朱寧西.單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù).[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.1[8]滕道祥.物理學(xué)與現(xiàn)代技術(shù).中國電力出版社，2009[9]蘭吉昌.51單片機應(yīng)用設(shè)計百例.化學(xué)工業(yè)出版社,2009.附錄:源程序#include"std_for_wym.h"voidDelayMs(unsignedintz){unsignedintx;for(;z>0;z--)for(x=110;x>0;x--);}voidDelay(unsignedcharz){while(z--);}#include"std_for_wym.h"bitbTime_50Ms=0;bitbTime_1S=0;//定時器初始化函數(shù)voidInitTimer(void){TMOD&=0XF0;TMOD|=0X01;//定時器0工作于方式1TH0=0X4C;TL0=0X00;//50MSET0=1;//打開定時器0TR0=1;//啟動定時器0EA=1;//開總中斷}voidTime0(void)interrupt1{staticcharnum; TH0=0X4C;TL0=0X00;//50MS11.0592MHzbTime_50Ms=1;if(++num>=20){num=0;bTime_1S=1;}}#include"