基于单片机的楼道照明自动控制系统设计.doc
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基于单片机的楼道照明自动控制系统设计
1.设计内容
本次设计的内容为楼道照明自动控制系统的设计。
它利用光敏电阻和热式电红外传感器，单片机等器件对楼道照明灯具进行自动控制。
使电灯白天不亮，夜间有人走动时自动点亮，人走后延时一段时间自动熄灭，从而达到节能的目的。
2.设计方案和主要元器件的选择
2.1设计方案
本次设计的三个要求：
第一电灯白天不亮，第二晚上有人走动时自动点亮，第三人走后延时一段时间自动熄灭。
针对，电灯白天不亮，我们采用光控，采用光敏电阻，利用它的导电特性予以解决；针对行人走动电灯自动点亮，我们采用热式电红外传感器，利用它将热转化为电压的特性予以解决；针对延时，我们采用单片机的延时程序予以解决。
2.2主要元器件的选择
（一）光敏电阻的结构和工作原理
1结构
光敏电阻的结构和电路图形符号如图1所示。
光敏电阻又称光导管，它几乎都是用半导体材料制成的光电器件。
如图2所示光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时即可加直流电压，也可加交流电压。
无光照时候，光敏电阻值（暗电阻）很大，电路中电流很小。
当光敏电阻收到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减少，电路中电流迅速增大，一般希望暗电阻越大越好，亮电阻越小越好，此时光敏电阻的灵敏度高。
实际光敏电阻的暗电阻值一般在兆欧级，亮电阻在几千欧以下。
2工作原理
用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物，硒化物等半导体。
通常采用涂敷，喷涂，烧结等方法在绝缘底上制作很薄的光敏电阻体及梳妆欧姆电极，然后接出引线，封存在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。
在黑暗环境里，它的电阻值很高。
当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则阶带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在阶带中产生一个带正电荷的空穴，这种有光照产生的电子--空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻值下降。
光照愈强，阻值愈低。
入射光消失后，由光子激发产生的电子--空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。
（二）热释电红外传感器
任何发热体都会产生红外线,辐射的红外线波长跟物体温度有关。
表面温度越高,辐射能量越强。
人体的正常体温为36~37.5℃，其辐射的最强的红外线的波长为9.67~9.64um，中心波长为9.65um。
故考虑采用热释电人体红外传感器（PIP）。
热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化产生正、负电荷,随温度的变化而变化。
Ｄ端接电源正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。
由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用,因而需要用电阻将其转换为电压形式,该电阻阻抗高达104ＭΩ，故引入的Ｎ沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。
滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过，而最大限度地阻止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过，以免引起干扰。
传感器只对移动或运动的人体、体温近似人体的物体起作用。
（1）人体经过探头先后被A源或被B源感应，SaSb产生差值，双源失去互补平衡作用而很敏感地产生信号输出，见图（3C）。
（2）人对着探头呈垂直状态运动，Sa=Sb不产生差值，双源很难产生信号输出。
径向移动反应最不敏感,而对于横切方向（即与半径垂直的方向）移动则最为敏感. 在现场选择合适的安装位置是避免红外探头误报、求得最佳检测灵敏度极为重要的一环。
目前国内市场上常见的热释电红外传感器有上海尼赛拉公司的SD02、PH5324和德国海曼LHi954、LHi958。
菲涅尔镜片是红外线探头的“眼镜”，它就象人的眼镜一样，配用得当与否直接影响到使用的功效，配用不当产生误动作和漏动作，致使用户或者开发者对其失去信心。
配用得当充分发挥人体感应的作用，使其应用领域不断扩大。
菲涅尔透镜的作用有两个：
一是聚焦作用，即将探测空间的红外线有效地集中到传感器上。
不使用菲涅尔透镜时传感器的探测半径不足2米，只有配合菲涅尔透镜使用才能发挥最大作用。
配上菲涅尔透镜时传感器的探测半径可达到10米。
第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。
当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上，同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。
整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测器。
（三）处理芯片
处理芯片采用STC89C52RC单片机。
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机。
ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RXD/P3.O，TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即一可完成一片。
而且具有看门狗功能。
因此采用STC89C52RC芯片。
（四）所应用元器件汇总
STC89C52RC、热释电红外传感器、TORCH_LDR光敏电阻、11.059MHz的晶振、30pF瓷片电容、1uF电解电容、5.1Ω电阻、300Ω电阻、820Ω电阻、510Ω电阻、G5C-14-DC5继电器、按钮开关、+5V电源、+10V电源、+6.5V电源
3.电路设计
楼道照明自动控制电路设计总电路图如下图3.它有4部分组成，复位电路，时钟电路，光敏电阻控制电路，热释电红外传感器控制电路做成。
①：
复位电路（采用按键电平复位）
按键电平复位原理：
将复位端通过按键与VCC相连。
当RST引脚上出现连续两个机器周期的高电平时，单片机就能完成一次复位。
②：
时钟电路
采用内部时钟方式。
MCS-51单片机片内有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，其输入端为芯片引脚XTAL1（19）脚，输出端为引脚XTAL2（18脚）。
只需在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体和两个微调电容，就可以构成稳定的自激振荡器并产生震荡时钟脉冲，这种方式称为内部时钟方式。
振荡器的工作频率选择11.0592MHZ，微调电容取30pF。
该图为光敏电阻与单片机的连线图。
该图为热电式红外线传感器与单片机的连线。
因为proteus中无法仿真热电式红外线传感器故用滑动变阻器代替演示。
4．程序流程图
开始
任务调度机制
第0路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第1路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第2路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第3路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第4路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第5路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第6路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
第7路亮度与人体检测
应亮？
亮灯
人走后十秒左右灭灯
N
Y
5．程序代码
程序如下：
#include
#include
sbitP0_0=P0^0;
sbitP0_1=P0^1;
sbitP0_2=P0^2;
sbitP0_3=P0^3;
sbitP0_4=P0^4;
sbitP0_5=P0^5;
sbitP0_6=P0^6;
sbitP0_7=P0^7;
sbitP1_0=P1^0;
sbitP1_1=P1^1;
sbitP1_2=P1^2;
sbitP1_3=P1^3;
sbitP1_4=P1^4;
sbitP1_5=P1^5;
sbitP1_6=P1^6;
sbitP1_7=P1^7;
sbitP3_0=P3^0;
sbitP3_1=P3^1;
sbitP3_2=P3^2;
sbitP3_3=P3^3;
sbitP3_4=P3^4;
sbitP3_5=P3^5;
sbitP3_6=P3^6;
sbitP3_7=P3^7;
job0（）_task_0
{
unsignedlongi;
P3=0;
os_create_task
（1）;
os_create_task
（2）;
os_create_task（3）;
os_create_task（4）;
os_create_task（5）;
os_create_task（6）;
os_create_task（7）;
while
（1）
{
if（P1_0==0）
{
P3_0=0;
}
if（P0_0==1）
{
P3_0=0;
}
if（P0_0==0）
{
if（P1_0==1）
{P3_0=1;
for（i=0;i<10000;i++）;
}
}
}
}
job1（）_task_1
{
unsignedlongi;
while
（1）
{
if（P1_1==0）
{
P3_1=0;
}
if（P0_1==1）
{
P3_1=0;
}
if（P0_1==0）
{
if（P1_1==1）
{P3_1=1;
for（i=0;i<10000;i++）;
}
}
}
}
job2（）_task_2
{
unsignedlongi;
while
（1）
{
if（P1_2==0）
{
P3_2=0;
}
if（P0_2==1）
{
P3_2=0;
}
if（P0_2==0）
{
if（P1_2==1）
{P3_2=1;
for（i=0;i<10000;i++）;
}
}
}
}
job3（）_task_3
{
unsignedlongi;
while
（1）
{
if（P1_3==0）
{
P3_3=0;
}
if（P0_3==1）
{
P3_3=0;
}
if（P0_3==0）
{
if（P1_3==1）
{P3_3=1;
for（i=0;i<10000;i++）;
}
}
}
}
job4（）_task_4
{
unsignedlongi;
while
（1）
{
if（P1_4==0）
{
P3_4=0;
}
if（P0_4==1）
{
P3_4=0;
}
if（P0_4==0）
{
if（P1_4==1）
{P3_4=1;
for（i=0;i<10000;i++）;
}
}
}
}
job5（）_task_5
{
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