精品完整版基于单片机智能电子开关的设计Word格式文档下载.docx
《精品完整版基于单片机智能电子开关的设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品完整版基于单片机智能电子开关的设计Word格式文档下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
指导教师：
教师职称：
副教授
完成时间：
目录
1.前言1
2.设计任务要求与总体方案1
2.1课题任务1
2.2课题意义1
2.3系统设计的总体方案1
2.3.1系统总框图1
2.3.2系统的工作原理2
3.硬件系统的设计3
3.1声音信号采集电路3
3.2光信号判断电路设计4
3.3控制保护电路的设计4
3.4电源电路的设计7
4.软件部分设计8
4.1Protel原理图界面8
4.2电路原理图设计流程9
4.3软件设计语言的选择10
4.4程序流程图12
4.5程序设计13
4.6程序调试13
5.总结14
致谢15
参考文献16
附录17
[摘要]声光控开关的原理是只有在天黑以后，当有人走过楼梯通道，发出脚步声或其它声音时，楼道灯会自动点亮，提供照明，当人们进入家门或走出公寓，楼道灯延时几分钟后会自动熄灭。
在白天，即使有声音，楼道灯也不会亮，可以达到节能的目的。
本设计以STC89C51RC单片机为核心，以研究声光控开关的设计，采用MIC驻极体话筒对声音信号的采集，可以通过软件来调节对声音的灵敏度。
单片机软件实施对光度的判断，使开关在白天时即使有声音也不工作。
文章应用了单片机控制输出光信号触发到光电耦合器导通，开关工作在频繁的开关状态时不易损坏可控硅，延长了声控开关的使用寿命。
[关键词]声光控；
智能；
节能；
可靠性
BasedOnSingleChipMicrocomputerIntelligentAcousticLight-operatedSwitchDesign
[Abstract]Theprincipleofacousticopticalswitchisonlyafterdark,whensomeonepassstairchannel,issued,orothersoundsoffootstepswillprovideautomaticlitcorridor,lighting,whenpeopleenterthehouseorapartmentcorridorlightsoutseveralminutesautomaticallydelayextinguished.Duringtheday,evenavoice,corridorlightsalsowillnotlight,canachievethepurposeofsavingenergy.
ThispaperSTC89C51RCsingle-chipmicrocomputerasthecore,theacousticlight-operatedswitchdesign,USEStheMICelectretmicrophoneforvoicesignalcollection,canthroughthesoftwaretoadjustthesensitivityofsound.Single-chipmicrocomputersoftwareimplementationonphotometricjudgment,maketheswitchinthedayeventhoughthereisvoicedoesn'
twork.Inthispaper,thesinglechipmicrocomputercontroloutputopticalsignaltriggertophotoelectriccouplerconduction,switchworkinfrequentswitchstateisnoteasytodamagethesiliconcontrolledrectifier,prolongtheservicelifeoftheacousticcontrolswitch.
[Keywords]sound;
theintelligentcontroller;
energy-saving;
reliability
1.前言
在这个能源紧缺和注重环保，我们得降低能耗，节约能源。
声光控开关体积小，外形美观，反应灵敏，制作容易，是公共场合照明开关的理想选择，被誉为：
“长明灯的克星”。
公共场所和居民居住区的公共楼道普遍使用机械手动开关,由于各种原因往往出现许多灯泡点亮长明的现象,故使灯泡寿命短,浪费电量,为国家、单位、个人造成经济损失。
另外，由于频繁开关或其他人为因素，墙壁开关的损坏率很高，既增大了维修量、浪费了资金，又容易造成事故隐患。
因此，设计研制一种电路新颖、安全节电、结构简单、安装方便的声光双控白炽灯节能自动开关显得相当有必要。
2.设计任务要求与总体方案
2.1课题任务
设计一个基于单片机的声光控电子开关系统，使公共场所和居民住区的公共楼道的灯在白天时系熄灭，晚上闻声自亮，当人离开后，几秒钟自动关闭，既方便，又省电。
2.2课题意义
具有光控功能，光度强灯熄灭，光弱有声音时灯亮。
所设计的开关系统应做到节能、智能、耐用、可靠性高以及维护方便。
2.3系统设计的总体方案
设计声光控开关，最起码要考虑三个问题，一是灯泡的开关控制，这是由220V电压供电。
二是光控制，使其在有光时，即使有声音也不能亮。
三是声音控制，在晚上或光线不足时，只要有人经过，发出声音，灯泡就会点亮。
系统整体硬件包括：
电源电路，声控电路，光控电路，控制保护电路和灯控电路。
2.3.1系统总框图
系统总框图如图2-1所示：
图2-1系统总框图
2.3.2系统的工作原理
本系统的工作原理是通过声音传感器和光传感器对声音和光的信号采集，可以通过软件来调节对声音的灵敏度。
单片机软件实施对光度的判断和控制延时，使开关在白天时即使有声音也不工作，在晚上闻声自亮。
系统中电源通过整流稳压滤波给单片机提供5V的电压，单片机还要控制灯泡的开和关闭，利用光电耦合器实现一个弱点对强电控制的桥梁，控制可控硅来决定灯的亮和灭。
3.硬件系统的设计
3.1声音信号采集电路
图3-1声音采集电路
如图3-1所示为声音信号采集电路。
MK1为声传感器（驻极体话筒），当没有声音时，其输出为低电压信号，若有声音时，输出一电压值，交流型号通过电容C1，该电压值经过运算放大器Q1放大，R11为可变电阻，可以调节其阻值，使其放大倍数改变，起到调节声音灵敏度的作用。
下图3-2为驻极体话筒，驻极体话筒具有体积小，频率范围宽，高保真和成本低的特点，驻极体话筒通过直流偏置工作。
图3-2驻极体话筒
3.2光信号判断电路设计
楼道上的声控开关出了声音控制外，还必须有光控功能，即在白天时无论有无声音，都不会灯亮，只有在夜晚或是光线较暗时，发出声音后，才会开灯。
这就必须设计一个光控电路，原理图如图3-3所示。
图3-3光信号判断电路
图中R2为光明电阻器，光敏电阻器的主要功能是，当没有光照或光线不足时，其阻值较大，达到兆欧级以上，相当于处于短路状态，此时R10电阻固定但比较小，三极管Q2的基为低电平，Q2处于截止状态，则电压通过R3在C1之间产生一个0～5V的中间电位，此时通过麦克风接受声音产生一个波动的电压，交流信号再通过C1的耦合经过Q1放大（见图3-1），通过单片机的检测进入下一级。
而当有光照时，光敏电阻阻值下降，阻值相当小，此时三极管Q2的基为低电平为高电位，此时不管怎样对麦克风声音信号也没作用。
这样采集到的信号送到单片机，由单片机进行检测，判断是否有光照。
3.3控制保护电路的设计
普通的白炽灯正常发光时的灯丝与不发光时灯丝电阻值相差甚远，从而使得其在启动瞬间的冲击电流非常大，例如一只60W的灯泡，在正常发光时，电阻约为800Ω，工作在标准市电220V时，工作电流不到0.3A。
然而在不放光时，灯丝的电阻阻值约为6Ω，当启动时，电流会很大，约有3.5A左右。
这种大电流的冲击，很容易损坏可控硅。
所以要利用光电耦合器的过零启动，对电路起到保护作用。
所以如图3-4为白炽灯启动时的电流波形图。
图3-4白炽灯启动电流波形图
市电电压是交流220V，交流电始终是从零值到峰值的变化，只要使白炽灯在零值或零值附近启动，就可以避免大电流的冲击。
如图3-5为保护电路。
图3-5保护电路图
如图3-5，光电耦合器与可控硅构成控制开关电路，控制负载为图中L1（纯电阻开关电路），通过单片机控制光电耦合器MOC3033M,如果单片机输出一个低电平使光电耦合器导通，在可控硅MAC97A6和MOC3033M之间构成一个通路，相当于把可控硅控制端和其中某一个阳极短路，这时电路处于一个导通状态。
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。
它由发光源和受光器两部分组成。
把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。
发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。
光电耦合器工作原理：
在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。
光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流If下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流Ic之间的关系，当If=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。
当If>
0时，在一定的If作用下，所对应的Ic基本上与VCE无关。
Ic与If之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。
其测试连线如图3-6，图中D、C、E三根线分别对应B、C、E极，接在仪器插座上。
光电耦合器实物图
图3-6光电耦合器与可控硅构成控制开关电路图
MAC97A6是1A/600V双向可控硅，在条光电路、灯控电路、温控等电路中广泛应用。
该可控硅耐压高达600V，可以直接应用于220V控制电路，最大工作电流为1A，可以控制100W以下电阻性的负载。
管脚功能如下图3-7所示：
图3-7MAC97A6
字面朝自己，管脚向下，从左至右依次是第一阳极T1，门极G，第二阳极T2。
双向可控硅的工作原理：
可控硅是P1N1P2N2四层三端结构元件，共有三个PN结，分析原理时，可以把它看作由一个PNP管和一个NPN管所组成当阳极A加上正向电压时，BG1和BG2管均处于放大状态。
此时，如果从控制极G输入一个正向触发信号，BG2便有基流ib2流过，经BG2放大，其集电极电流
。
因为BG2的集电极直接与BG1的基极相连，所以
此时，电流ic2再经BG1放大，于是BG1的集电极电流
这个电流又流回到BG2的基极，表成正反馈，使ib2不断增大，如此正向馈循环的结果，两个管子的电流剧增，可控硅使饱和导通。
3.4电源电路的设计
灯泡的工作电压为220V，但控制器的工作电压为5V，所以必须设计一个电源电路，取得5V的低电压。
如图3-8所示：
图3-8电源电路图
在图3-8中R1端接单片机的VCC，图中右半部分实现了220V整流、稳压后位5V的单片机供电电源。
其中电路中接入的220V交流电是正向
升级会员 