基于单片机的智能台灯设计.docx
《基于单片机的智能台灯设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的智能台灯设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的智能台灯设计
基于单片机的智能台灯设计
目录.................................................................................................11、1设计内容及要求....................................................................11、2设计构思................................................................................11、3系统组成及电路设计:
.........................................................21、4总体电路图............................................................................32、189C51单片机.........................................................................4
2、1、1结构特点..................................................................4
2、1、3AT89C51单片机的管脚说明..............................5
2、1传感器及信号处理电路........................................................8
2、1、1热释电红外传感器的结构组成及工作原理.........9
2、1、3光敏电阻..............................................................122、2计时提醒电路......................................................................14
2、2、1基本原理..............................................................15
2、2、4计时提醒电路的仿真结果.....................................18
附录...............................................................................................19
第一章设计思路
1、1设计内容及要求
一、设计内容
设计一智能台灯控制器，实现照明控制系统的人性化，其功能如下:
1、亮度足够时灯光关闭，在亮度不足时，有人走近自动点亮，并根据周围环境的亮度自动调节灯泡的功率;
2、点亮时开始计时，计时达到一小时时发出灯光闪烁信号，提醒使用者起立活动;
3、具有温度测量及显示功能。
该系统由光感元件、人体感知器、时间计数器以及亮度控制器及单片机等构成。
二、总体要求
1、给出设计原理及整体设计思路，画出整机原理图;2、给出具体单元设计，画出单元电路，并进行电路设计中相关元件值的计算;
1、2设计构思
台灯已是千家万户的必需生活用品，经常由于忘记关灯而造成巨
1
大的能源浪费。
当夜晚来临时，人们又摸黑去开灯，非常不方便。
在这里设计了以人体红外辐射（波长为10um）传感控制电路。
当人体在台灯的范围内且环境光强较弱时，自动感应开灯;用一个时间计数器显示，当人在台灯下工作学习一个小时后，台灯发出警告，让人起身活动。
1、3系统组成及电路设计:
图1系统机构图
本系统组成如图一所示，主要由三部分组成:
1）传感器及信号处理电路:
检测人体辐射红外信号及光强信号经过
处理后变成可处理的数字信号。
2）以89C51组成的中央处理单元:
处理信号并发出控制命令。
3）计时提醒电路和灯光控制电路:
给出提醒信号并根据89C51给
出的命令控制灯光。
2
1、4总体电路图
整个系统是以80C51控制下工作的。
其工作过程为:
由热释电传感器检测一定范围内是否有人在，当没有人时热释电传感器的2端口不会产生信号，信号处理电路和单片机都不工作。
当有人靠近时，端口2发出变化缓慢、幅值小（小于1mv）的信号，该信号经过信号处理电路把不规则的波形转化成适合单片机处理的数字信号并通过INT1端口输入到单片，在此过程中同时还要通过光敏电阻进行光照强度检测，当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，端口P3.3电平较低，省去了80C51处理过程。
当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，端口P3.3电平较高，将此电平送到单片机。
单片机接收到开灯信号后，发出控制信息将台灯点亮，同时通过计时提醒电路开始计时，当计时达到整点是通过扬声器发出鸣响，提醒使用者起身活动。
电路图如图2所示:
图2智能台灯电路原理图
3
第二章单元电路的设计及仿真
2、189C51单片机
89C51单片机是整个系统的控制核心，它接受信号并处理后发出
控制信息。
2、1、1结构特点
8位CPU;
片内振荡器和时钟电路;
32根I/O线;
外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K;
2个16位的定时器/计数器;
5个中断源，两个中断优先级;
全双工串行口;
布尔处理器;
2、1、289C51单片机的主要特性
|1）.与MCS-51兼容
2）.?
4K字节可编程闪烁存储器
3）.寿命:
1000写/擦循环
4）.数据保留时间:
10年
5）?
全静态工作:
0Hz-24MHz
6）?
三级程序存储器锁定
4
7）?
128*8位内部RAM
8）?
32可编程I/O线
9）?
两个16位定时器/计数器
10）?
5个中断源
11）?
可编程串行通道
12）?
低功耗的闲置和掉电模式
13）?
片内振荡器和时钟电路
2、1、3AT89C51单片机的管脚说明
AT89C51单片机的管脚图3所示:
图3AT89C51管脚图
VCC:
供电电压。
GND:
接地。
5
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，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。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，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口也可作为AT89C51的
6
一些特殊功能口，如下面所示:
管脚备选功能
P3.0RXD（串行输入口）
P3.1TXD（串行输出口）
P3.2/INT0（外部中断0）
P3.3/INT1（外部中断1）
P3.4T0（记时器0外部输入）
P3.5T1（记时器1外部输入）
P3.6/WR（外部数据存储器写选通）
P3.7/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/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地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指
7
期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
2、1传感器及信号处理电路
电路原理图如图4所示:
图4热释电传感器信号处理电路
本设计采用BISS0001来完成热释电红外传感器输出信号的处理，由于热释电传感器输出的信号变化缓慢、幅值小，不能直接作为
8
灯泡的控制信号，因此传感器的输出信号必须经过一个专门的信号处理电路，使得传感器输出信号的不规则波形转变成适合于单片机处理的数字信号。
图4中，热释电传感器的输出信号送入BISS0001的14脚，经内部第一级运算放大器后，由C3耦合从12脚输入至内部第二级运算放大器放大，再经电压比较器构成的鉴幅器处理后，最后从12脚输出信号（V0）送入单片机进行照明控制。
BISS0001的1脚接高电平，使芯片处于可重复触发工作方式，输出V0的延迟时间T1由外部R8和C7的大小调整;触发封锁时间T2由R9和C6的大小调整。
2、1、1热释电红外传感器的结构组成及工作原理
热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。
在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。
由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。
为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。
菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原
9
理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。
当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”
升级会员 