節(jié)能燈聲光控制器的設(shè)計與制作

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

目錄

1項目簡介....................................................................................................................1

1.1本設(shè)計研究的意義..............................................................................................1

1.2國內(nèi)外燈光控制器研究的現(xiàn)狀及存在的問題..................................................1

1.3本項設(shè)計的內(nèi)容和研究的目標..........................................................................3

2系統(tǒng)硬件方案選擇....................................................................................................3

2.1主控芯片的選擇..................................................................................................3

2.2系統(tǒng)整體方案......................................................................................................4

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計....................................................................................................5

3.1STC89C51單片機系統(tǒng)設(shè)計...............................................................................5

3.2聲音檢測電路的設(shè)計.......................................................................................10

3.3光強采集電路設(shè)計............................................................................................11

3.4繼電器驅(qū)動電路設(shè)計.......................................................................................12

3.5系統(tǒng)硬件測試...................................................................................................13

4系統(tǒng)軟件部分設(shè)計..................................................................................................13

4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹.........................................................................................13

4.2主函數(shù)的設(shè)計...................................................................................................14

4.3系統(tǒng)軟件測試....................................................................................................15

附錄1元器件清單........................................................................................................16

附錄2電路原理圖........................................................................................................17

附錄3PCB設(shè)計圖.........................................................................................................18

附錄4作品實物圖........................................................................................................19

附錄5軟件程序代碼....................................................................................................20

參考資料.........................................................................................................................22

湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

節(jié)能燈聲光控制器設(shè)計與制作

1項目簡介

1.1產(chǎn)品設(shè)計的意義

節(jié)能與環(huán)保已經(jīng)成為當代產(chǎn)品開發(fā)的首要考慮因素和最大賣點。由于我國

在新能源研發(fā)方面處于落后局面，目前市場上的普通船型開關(guān)、拉線開關(guān)占據(jù)

著燈具開關(guān)市場的主要位置。然而由于許多不可控因素的出現(xiàn)及人們?nèi)粘Ａ晳T

所限，造成了大量的電能的浪費。這種現(xiàn)象在我們的生活中隨處可見?？諢o一

人的教室十多盞日關(guān)燈依然亮著，非常安靜的樓道內(nèi)燈火通明，衛(wèi)生間無人使

用卻不熄滅燈光……全國每年因此而損耗的電能可以以億度計量，同時因燈具

使用時間的過長，也縮短了燈具的使用壽命，頻繁的更換燈具也造成了人力，

財力的大量浪費。所以通過這種直接和間接的損耗，每年電能的損失就達數(shù)億

元。近十年以來，我國建筑體系的不斷發(fā)展，也對照明系統(tǒng)提出了更高的要

求。隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市,住宅電子化出現(xiàn)。近幾年樓宇智

能化（智能家居是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、

自動化和智能化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體的高效、舒適、安

全、便利、節(jié)能、健康、環(huán)保的家居環(huán)境。）又飛速發(fā)展起來，其中實現(xiàn)自動

照明系統(tǒng)可以減少電能浪費成為實現(xiàn)現(xiàn)代化住宅的重要一筆。本課題從實際出

發(fā)，準備對紅外線樓道自動照明系統(tǒng)進行探索，隨著現(xiàn)代化的發(fā)展,工業(yè),農(nóng)

業(yè),商業(yè),教育等等行業(yè)的用電量都大幅度增加,在這種情況下電能的浪費成為

人們普遍關(guān)注的問題。

1.2國內(nèi)外燈光控制器研究的現(xiàn)狀及存在的問題

全世界發(fā)電的主要原材料是煤炭，石油和天然氣，丹麥在能源利用方面的

成功經(jīng)驗是一個很好的參考。自1974年以來，丹麥的國民收入增加了50％，但

丹麥的總能源消耗并未增加。在經(jīng)合組織成員國中，丹麥的能源消耗與國民收

入的比率最低。他們繼續(xù)提供一些節(jié)能的供熱系統(tǒng)，例如丹麥的火力發(fā)電廠和

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火力發(fā)電廠（CHP），并盡可能有效地利用資源。這樣，他們的總能源利用效率

達到了90％。丹麥政府非常重視住宅空間的節(jié)能，并為新房的節(jié)能設(shè)定了許多

要求。根據(jù)數(shù)據(jù)，搬到裝有節(jié)能設(shè)備的房屋的居民將比沒有節(jié)能解決方案的房

屋多付8％的費用。節(jié)能項目的經(jīng)驗在歐盟國家中廣泛傳播。此外，OslamsVinia

繼續(xù)推出新的大功率熒光燈，它們可以節(jié)省系統(tǒng)總功率的6％，并具有更高和平

均的光通量。菲利普斯照明（PhillipsLighting）推出的陶瓷金屬鹵化物燈取

代了以前的鎢鹵素燈，并節(jié)省了60％的功率。有不同的跡象表明，世界各國正

在采取不同的方式來節(jié)約能源和電力。

多年來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源問題變得越來越突出。日本的能

源總儲量不小，但由于人口眾多，人均儲量少，單位生產(chǎn)的能源消耗是發(fā)達國

家的3至10倍。能源問題已成為限制我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要問題。從環(huán)境和

自然資源的角度來看，能源問題也是我國長期可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

此外，能源問題不僅與經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)有關(guān)，而且在某些情況下也對

社會穩(wěn)定產(chǎn)生重大影響?？紤]到能源問題的重要性，我國發(fā)布了有關(guān)綠色照明

項目的新聞稿。綠色照明項目將在公共設(shè)施，酒店，商業(yè)建筑，住宅和其他國

家建筑中推廣1.5億盞節(jié)能燈。未來五年可節(jié)省290億度電。在上海，河北等

一些地區(qū)，政府采取了對每批大批量購買節(jié)能燈補貼3-4元的辦法。日本的電

燈結(jié)構(gòu)正從普通白熾燈逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Ч?jié)能燈，1995年熒光燈與普通白熾燈的

比例從1：1.5增加到6.25。做過。

目前，我國的照明耗電量約占社會總耗電量的12％。使用高效照明產(chǎn)品代

替?zhèn)鹘y(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可以節(jié)省60％到80％的電量。今天，北京正在積極推動

綠色照明項目，推出數(shù)百萬種綠色光源和一些節(jié)能設(shè)備。據(jù)估計，每年節(jié)電可

節(jié)省的電力成本為2519.7萬元，折合為3,442萬千瓦時。政府已在商業(yè)建筑，

學(xué)校和醫(yī)院中更換了24萬盞節(jié)能燈。奧運項目的建設(shè)中也大量使用了節(jié)能技術(shù)。

北京奧運工廠大廳的“水立方”使用了大量的節(jié)能燈，并配備了可以節(jié)省50％照

明能源的新技術(shù)。通過增加光傳輸來白天消耗。

基于以上種種原因，提高教室用電效率就成為學(xué)校節(jié)能的重要且主要的措

施之一，因此節(jié)能技術(shù)的重要手段之一就是教室燈關(guān)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計無疑

就成為其中一項重要課題。

1.3本項設(shè)計的內(nèi)容和研究的目標

本設(shè)計的研究內(nèi)容有如下幾點:

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(1)了解公共場所照明光強的標準；

(2)調(diào)研公共場所燈光照明需求以及環(huán)境光強弱與開、關(guān)燈的關(guān)系；

(3)研究聲音檢測識別電路設(shè)計；

(4)研究傳感器教室分布、安放問題，是否一燈一個傳感器或多燈公用傳感

器等；

(5)研究燈光控制器電源問題；

(6)研究控制器參數(shù)值設(shè)定的要求及方案；

(7)研究人工設(shè)置參數(shù)、掉電保存參數(shù)的問題；

(8)研究與現(xiàn)有公共場所照明相兼容，易替代，不易被偷盜、被仿制，易于

維護、維修等控制技術(shù)；

(9)研究報警等附加功能問題

最終通過研究的公共場所燈光控制系統(tǒng)能用于現(xiàn)有公共場所照明系統(tǒng)的改

造，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的人性化智能管理，提高用電效率；實現(xiàn)自動、手動燈光

控制相兼容，以降低成本；通過反復(fù)試驗和改進，最終達到可靠性、實用性、

推廣性較好的目標。

2系統(tǒng)硬件方案選擇

2.1主控芯片的選擇

在硬件電路的搭建之前必須明確設(shè)計的方案，通過各個模塊之間進行比較

選擇出最適合本設(shè)計的硬件，以發(fā)揮器件的最大功效。

方案一：

采用STC89C51單片機作為主控芯片。STC89C51是宏晶科技公司生產(chǎn)的一款

低功耗、高性能的八位CMOS微處理器，片內(nèi)具有8k在線編程Flash存儲器。STC89

C51單片機的內(nèi)核采用的是MCS-51內(nèi)核，指令完全兼容MCS-51，但是該單片機

越做了升級使得芯片具有很多傳統(tǒng)的51單片機不具備的功能，例如該芯片還有

4K的EEPROM存儲，在需要使用到掉電存儲數(shù)據(jù)的時候就可以直接使用單片機內(nèi)

部的存儲，不在需要在外接存儲芯片進行存儲。STC89C51單片機具有的開發(fā)簡

單、可在線編程下載、成本低是非常不錯的選擇。

方案二：

采用MSP430單片機作為主控芯片。MSP430單片機稱之為混合信號處理器，

它可以將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片

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上，MSP430系列單片機是美國德州儀器(TI)1996年開始推向市場的一種16位

超低功耗、具有精簡指令集(RISC)的混合信號處理器(MixedSignalProcessor)。

該系列單片機多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。而卻開發(fā)難度相對

比較大、價格昂貴。所以在一些簡單的設(shè)計中不宜采用。

方案三：

采用PIC16F877A單片機作為主控芯片。PIC16F877A是由Microchip公司所

生產(chǎn)開發(fā)的新產(chǎn)品，屬于PICmicro系統(tǒng)8位單片機微機，具有Flash程序內(nèi)存

功能，可反復(fù)擦寫程序。但是開發(fā)成本高，難度相對大。

綜合上述的描述，考慮到資源的合理利用和成本以及開發(fā)的難易程度最終

決定采用宏晶科技的STC89C51單片機作為主控芯片。

2.2系統(tǒng)整體方案

過上述對各個模塊介紹，我們最終選擇了STC89C51作為本設(shè)計的主控芯片，

通過駐極體電容式傳聲器設(shè)計電路檢測當前周圍是否有聲音信號，并通過光敏

電阻對環(huán)境光強采集，當系統(tǒng)檢測到周圍有人并且光強偏低則系統(tǒng)控制繼電器

打開燈光，如果在沒有人的情況下不管是否光強低都不會開燈。

本設(shè)計的具體的系統(tǒng)方案如下圖2-1所示。

復(fù)位電路光敏電阻

晶振電路LM393比較

電路

STC89C51

主控芯片

電源電路繼電器控制

電路

聲音檢測電

照明設(shè)備

路

圖2-1系統(tǒng)方案

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3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1STC89C51單片機系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1ST89C51單片機的概述

STC89C51是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有

4K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)

制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在

系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)

可編程Flash，使得STC89C51在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。具

有以下標準功能：擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash、晶片內(nèi)部具時鐘

振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至12MHz）、內(nèi)部程序存儲器（ROM）為4KB、內(nèi)

部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為256字節(jié)、32個可編程I/O口線、8個中斷向量源、兩

個16位定時器/計數(shù)器、三級加密程序存儲器全雙工UART串行通道、低功

耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標

識符。另外STC89X52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模

式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)

工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，

直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。

3.1.2ST89C51的引腳說明

STC89C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。在本設(shè)計中采用直

插式的DIP40的封裝，該封裝在焊接的時候可以采用一個IC插座進行先焊接然

后焊接完成后再將芯片插到IC插座上這樣做方便更換芯片，也避免了芯片在高

溫焊接的時候損壞。STC89C51一共具有40只引腳，其中可以用來控制的引腳有

32個分別是P0、P1、P2、P3。這些引腳可以單獨位控制也可以對某一位的IO

口同時進行控制。在控制的時候非常方便無需定義輸入輸出，在給IO賦值的時

候IO口會自動轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵?，給讀取IO口時IO口會自動轉(zhuǎn)變成輸入。STC89C51

單片機所以引腳的作用如下表3-1所示。

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表3-1STC89C51單片機引腳功能對照表

引腳引腳名稱對應(yīng)功能與作用

1~8引腳P1.0~P1.7（P1）端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，

其輸出緩沖器可以推動4個LSTTL負載，同樣

地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端

口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的

話，P1.0又當做定時器2的外部脈沖輸入腳，

而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸

入的觸發(fā)腳位。

9引腳RST復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST

腳兩個機器周期的高電平時間。

10-17引腳P3.0~P3.7（P3）端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其

輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多

工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、

外部中斷控制、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲

器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋?/p>

18引腳XTAL2系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上

只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩

晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與

地之間加入一20PF的小電容，可以使系統(tǒng)更

穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。

19引腳XTAL1單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。

20引腳GND單片機電源地

21~28引腳P2.0~P2.7（P2）P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，

P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當

P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉

高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的

管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部

上拉的緣故。

29引腳PSEN當8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時

（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通

常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S51可以

利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM

與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合

并在一起而共用64K的定址范圍

30引腳ALE表示地址鎖存器啟用信號。AT89S51可以利用這

支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如

74LS373），將端口0的地址總線（A0～A7）鎖

進鎖存器中，因為AT89S51是以多工的方式送

出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的

輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用

來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄

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8751程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的

特殊功能來使用。

31引腳EA/VPP低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，

系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM

中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA

引腳必須接低電平，因為其內(nèi)部無程序存儲器

空間。如果是使用8751內(nèi)部程序空間時，此

引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄

至8751內(nèi)部EPROM時，可以利用此引腳來輸入

21V的燒錄高壓（Vpp）。我們設(shè)計中直接該引腳

截至VCC讓其處于一直高電平的狀態(tài)。讓其工

作在內(nèi)部程序存儲器。

32~39引腳P0.7~0.0（P0）端口0是一個8位寬的開路汲極（OpenDrain）

雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，

P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口

（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)

部有一提升電路，P0在當做I/O用時可以推動

8個LS的TTL負載。如果當EA引腳為低電平

時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就

以多工方式提供地址總線（A0～A7）及數(shù)據(jù)總

線（D0～D7）。設(shè)計者必須外加一鎖存器將端口

0送出的地址栓鎖住成為A0～A7，再配合端口

2所送出的A8～A15合成一完整的16位地址總

線，而定址到64K的外部存儲器空間。

40引腳VCC單片機電源4.5~5.5V正極

STC89C51單片機P3口第二功能對照表如下表3-2所示。

表3-2STC89C51單片機P3口第二功能對照表

引腳引腳名稱對應(yīng)的功能作用

10RXD該引腳的特殊功能為串行輸入口，在單片機下載程序時需要

使用到。

11TXD該引腳的特殊功能為串行輸出口，同樣單片機下載程序時需

要使用到。

12INT0該引腳作為單片機外部中斷0觸發(fā)引腳，觸發(fā)方式可以進行

配置相對應(yīng)的寄存器來實現(xiàn)。

13INT1該引腳作為單片機外部中斷1觸發(fā)引腳，觸發(fā)方式可以進行

配置相對應(yīng)的寄存器來實現(xiàn)。

14T0該引腳可作為單片機外部計數(shù)器0觸發(fā)引腳。

15T1該引腳可作為單片機外部計數(shù)器1觸發(fā)引腳。

16WR該引腳可作為單片機外部數(shù)據(jù)寫選通口。

17RD該引腳可作為單片機外部數(shù)據(jù)讀選通口。

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3.1.3ST89C51單片機的最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)說的通熟易懂的話就是以最少的元器件組成能讓單片機工

作起來的系統(tǒng)，接下來開始介紹51單片機最小系統(tǒng)必備的器件及其作用。

首先電源這對于一個電子產(chǎn)品的話是必不可少，它提供能源給系統(tǒng)運作，

在本設(shè)計中由于51單片機的工作電壓在4.5~5.5V之間都可以正常工作所以我

們采用了USB電源線連接手機充電器插頭或者5V的移動電源給系統(tǒng)進行供電。

其次晶振電路，一般選擇12Mhz的晶振，方便使用定時器、計數(shù)器的功能。

XTAL1和XTAL2是獨立的輸入和輸出反相放大器，它們可以被配置為使用石英

晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅(qū)動。圖3.1中采用的是內(nèi)時

鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2的引腳上外接定時

元件（一個石英晶體和兩個電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶

振可以在1.2~12MHz之間任選，甚至可以達到24MHz或者更高，但是頻率越高

功耗也就越大。在本實驗套件中采用的12M的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個電

容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當采用石英晶振時，

電容可以在20~40pF之間選擇（本設(shè)計使用30pF）；當采用陶瓷諧振器件時，

電容要適當?shù)卦龃笠恍?0~50pF之間。通常選取30pF的陶瓷電容就可以

了。

圖3.1晶振電路

再來就是復(fù)位電路，復(fù)位電路分為：上電自動復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。圖3.2中

所示的復(fù)位電路就包括了這兩種復(fù)位方式。上電復(fù)位電路中，利用電容充電來

實現(xiàn)復(fù)位。在電源接通瞬間，RST引腳上的電位是高電平（VCC），電源接通后對

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電容進行快速充電，隨著充電的進行，RST引腳上的電位也會逐漸下降為低電平。

只要保證RST引腳上高電平出現(xiàn)的時間大于兩個機器周期，便可以實現(xiàn)正常復(fù)

位。按鍵復(fù)位電路中，當按鍵沒有按下時，電路同上電復(fù)位電路。如在單片機

運行過程中，按下RESET鍵，已經(jīng)充好電的電容會快速通過200Ω電阻的回路放

電，從而使得RST引腳上的電位快速變?yōu)楦唠娖剑烁唠娖綍S持到按鍵釋放，

從而滿足單片機復(fù)位的條件實現(xiàn)按鍵復(fù)位。一般來說，只要RST管腳上保持10m

s以上的高電平，就能使單片機有效的復(fù)位。圖中所示的復(fù)位電阻和電容為經(jīng)

典值，實際制作是可以用同一數(shù)量級的電阻和電容代替，操作者也可自行計算RC

充電時間或在工作環(huán)境實際測量，以確保單片機的復(fù)位電路可靠。

圖3.2復(fù)位電路

完整的STC89C51單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3.3所示。

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圖3.3STC89C51單片機最小系統(tǒng)

3.2聲音檢測電路的設(shè)計

駐極體傳聲器內(nèi)部主要包括聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩部分。聲電轉(zhuǎn)換部分包

括振膜、極板、空隙三部分。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是振動膜，它是一片極薄

的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜，然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，

兩面分別駐有異性電荷，膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的

另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開，這樣，蒸金膜與金屬極板之

間就形成一個電容。當聲音傳入時，振膜隨聲波的運動發(fā)生振動，此時振膜與

固定電極間的電容量也隨聲音而發(fā)生變化。從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交

變電壓信號，如此就完成了聲音轉(zhuǎn)換為電信號的過程。電壓變化的大小，反

映了外界聲壓的強弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率。駐極體傳

聲器振膜與極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而這個電信號輸出

阻抗很高，而且很弱。因此，不能將駐極體傳聲器的輸出直接與音頻放大器相

接。而場效應(yīng)晶體管具有輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低的特點，因此，一般是在

傳聲器內(nèi)部接入一只輸入阻抗極高的結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管用來放大駐極體電

容產(chǎn)生的電壓信號，同時以比較低的阻抗在源極S或者漏極G輸出信號，實現(xiàn)

阻抗變換。具體的硬件電路如圖3.4所示。

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駐極體傳聲器檢測到聲音時膜隨聲波的運動發(fā)生振動使得電壓變化，經(jīng)過S8

050三極管將電壓進行放大后接入LM393正相輸入端，最終輸出接入單片機IO

口中，當LM393正相輸入端電壓比反相輸入端大時輸出高電平，反之輸出低電

平，為了能夠更直觀的觀察到時候檢測到聲音信號，在輸出口接一個LED燈，

當檢測到聲音信號時輸出低電平，此時發(fā)光二極管導(dǎo)通，可以觀察到二極管點

亮。

圖3-4聲音檢測電路

3.3光強采集電路設(shè)計

光敏電阻又稱光導(dǎo)管，用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒

化物和砷化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作

很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封

殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。光敏電阻的原理結(jié)構(gòu)如圖所示。在黑暗環(huán)境

里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬

度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一

個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流

子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈

低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的

阻值也就逐漸恢復(fù)原值。根據(jù)這一特性將光敏電阻與一個10K的電阻進行串聯(lián)

進電源接入LM393比較器反向輸入端，正向輸入端接入可調(diào)電壓。

當光強過強時阻值下降，反輸入端電壓下降，低于正向輸入端時，LM393輸

入高電平；當光強降低時阻值上升，反輸入端電壓上降，高正向輸入端時，LM393

輸入低電平，單片機通過檢測I/O口上的電平局可以判斷光強是否過低。原理

圖如圖3.5所示。

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圖3.5光強檢測電路

3.4繼電器驅(qū)動電路設(shè)計

繼電器是一個由電控制的元器件。是當輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定

要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有

控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。

通常應(yīng)用于自動化的控制電路中。簡單的說，繼電器就是一個通過輸入的小電

流來控制大電流的輸出的一個“自動開關(guān)”。因此在電路中繼電器起著自動調(diào)節(jié)

電路、轉(zhuǎn)換電路、保護電路等作用。

當使用51單片機進行控制繼電器時候由于單片機IO口輸出電流在4~20mA

之間，而繼電器工作吸合電流大約在40mA，所以采用直接控制是無法驅(qū)動的。

需要添加一個電流放大電路。

三極管的選擇應(yīng)該符合：

(1)功率PCM：大于5V*繼電器電流(5*40mA=0.2W)的兩倍；

(2)最大集電極電流（ICM）：大于繼電器吸合電流40mA的兩倍以上；

(3)耐壓BV（CEO）：大于繼電器工作電壓5V，可選10V以上；

(4)直流放大倍數(shù)：取100。

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圖3.6繼電器驅(qū)動電路

本設(shè)計中采用S8550三極管進行放大，驅(qū)動電路圖如圖3.6所示。當單片

機IO口輸出高電平時，三極管截止，繼電器斷開；當單片機IO口輸出低電平

時，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合。

3.5系統(tǒng)硬件測試

系統(tǒng)硬件電路的測試主要是檢測電路是否出現(xiàn)漏焊、短路、斷路、虛焊、

一些具有方向的元件是否方向弄錯、電路設(shè)計錯誤等情況。

對于漏焊、元件方向弄錯的檢測方法是將實物電路板對照著PCB圖的線路，

檢查每一個元件和導(dǎo)線在實物上是否有出現(xiàn)。如果發(fā)現(xiàn)沒有或者對不上的情況

下需及時的重新對照確定漏焊時及時的補焊。

對于短路、斷路、虛焊這些情況采用數(shù)字萬用表。將數(shù)字萬用表打到二極

管檔位，然后通過紅表筆和黑表筆碰一起，萬用表會發(fā)出鳴叫警示。根據(jù)這個

原理就可以用來檢測短路、斷路、虛焊。在需要檢測的元件或?qū)Ь€的兩端用兩

根表筆檢測，如果導(dǎo)通蜂鳴器會鳴叫，如果斷開蜂鳴器不叫。這樣根據(jù)我們所

需要檢測的情況，在結(jié)合檢測的現(xiàn)象就可以測出線路是否有問題。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹

本設(shè)計采用KeilμVision4進行編程實現(xiàn)。KeilC51是美國KeilSoftwa

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re公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在

功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提

供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等

在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一

起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用

C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編

語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功

倍。

4.2主函數(shù)的設(shè)計

主函數(shù)voidmain()是程序的入口函數(shù)，一個完整的程序必須要包含該函數(shù)。

在該函數(shù)的開頭一般都是先對單片機和一些外圍器件需要進行初始化才能正常

使用的器件進行初始化和重新賦值一些變量，初始化完后進去死循環(huán)，如果不

進入死循環(huán)程序運行一次就會退出，如果加入死循環(huán)程序就會不斷地進行循環(huán)

達到實時檢測執(zhí)行的目的。在主程序的設(shè)計中需要注意的是主函數(shù)中不宜放過

多的代碼，具體的代碼一般都是采用函數(shù)進行封裝然后在主函數(shù)進行調(diào)用，這

樣也可以方便閱讀修改。具體流程圖如下4-1所示。

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開始

定時器0初始化

判斷是否光強不足

否guang==0？

是

判斷是否有聲

關(guān)閉燈光是

音sheng==0？

吸合繼電器打開燈

判斷是否未開

啟定時

leave==0？

否是

否

開啟定時TR0=1

標記定時以開啟

leave=1；

圖4-1主函數(shù)流程圖

4.3系統(tǒng)軟件測試

測試所需的工具：KEIL軟件、系統(tǒng)硬件、PL2303下載器等。

系統(tǒng)的軟件方面通過KEIL軟件進行編寫，將編寫好的程序生成.HEX文件后

通過PL2303下載器下載到單片機中。通過觀察整個系統(tǒng)運行的狀態(tài)，然后進行

反復(fù)的修改調(diào)試程序，最終得到一個完善的程序。

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附錄1元器件清單

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附錄2電路原理圖

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附錄3PCB設(shè)計圖

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附錄4作品實物圖

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附錄5軟件程序代碼

*************************************************************/

#include<reg52.h>//頭文件

#defineucharunsignedchar//宏定義

#defineuintunsignedint

/**********************引腳定義************************/

sbitrelay=P2^1;//繼電器定義

sbitguang=P2^7;//光敏電阻輸入

sbitsheng=P3^2;//聲音檢測輸入引腳

/**********************變量定義************************/

uintT0_num=0;//定時計數(shù)

/********************************************************

函數(shù)名稱:voiddelayms(uintms)

函數(shù)作用:毫毛延時函數(shù)

參數(shù)說明:ms為延時的毫秒數(shù)

********************************************************/

voiddelayms(uintms)

{

unsignedchari=100,j;

for(;ms;ms--)

{

whi