照明灯智能遥控开关3Word格式文档下载.docx

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STC89C52人体存在检测器智能开关

Abstract

Homelifehasahugechangeoverthepasttwentyyears,manyhouseholdapplianceshaveenteredthehome,greatlyenrichedpeople'

slife,suchasrefrigerators,airconditioners,LEDlights,decorativeceilingfan,fan,heater,orasimplemechanicalswitchcontrolit,candoissimplytotheopeningandclosing,notinaccordancewiththedifferentelectricalcharacteristicstothecorrespondingfunction,theseproblemsneedtosolvebysmartswitch.

ThisdesignusesMCS-51seriesmicrocontrollerSTC89C52asthecontrolcore,throughthehumanbodydetectionintheregionifanyonewasthere,theuseofPhototransistortocollecttheinformationoftheilluminationcondition,usethesesensorstoconvertvarioussignalsintoelectricalsignalstransmittedtothesinglechipcomputer,andtoestimatethedatabyusingsinglechipmicrocomputer,andthrougharelaytorealizeautomaticswitchforlightinglamp220V.

Keywords:

STC89C52PersonexistsensorSmartswitch

第一章绪论

1.1照明灯智能遥控开关的重要性

近年来，随着经济的发展和科学技术的进步，人们对照明的要求也越来越高，传统的人工照明控制系统具有了时代的强烈冲击，智能照明技术的出现和迅速发展。

一般来说，手动控制系统是指单开关按钮开关系统，通过旋转，按或远程控制等手段来进行操作或一组开关和调光器，体积小，具有成本低的优势，但随着照明系统的规模扩大，手动控制将成本失去作用。

此外，不需要照明时，是否关灯完全决定于人为因素，难免浪费电力增大能耗，照明范围越大，问题尤其严重。

相对智能照明控制系统而言，传统控制方式简单、有效、直观。

但传统的控制方式太过依赖人工，控制分散，并且难以实施有效的管理，控制有很大的滞后性，并且自动化程度很低。

正因为此，照明的智能自动化研究有着极其有重要的意义。

能源的开发和控制是一个世界性的课题，直接关系到人类的生存和发展。

电能是应用最广的一种能源方式，也是能源消耗中最主要的组成部分。

目前我国电力工业发展速度很快，但是电力供应不足和用电效率低下的状况依然比较严重。

我国的现状是电力的供不应求，供给的电量少于消耗的电量：

一方面，因为电力供应的不足，只能对电力消耗较大的地区实行分时供电，给我国的经济发展，人民生活造成了很大的不利影响；

另一方面，在教室、图书馆、会议室等公共场所，经常因为灯光长明而浪费了大量的电能。

在大力倡导建设节约型社会的今天，节能俨然成为一个社会的热门话题。

1.2通过研究解决的关键问题

1.照明回路的控制回路与控制器本身的节能问题。

2.传感器与室内照明灯配合安装的问题。

3.环境光参数输入采集问题。

4.人存在传感器参数输入采集问题。

5.开、关灯的自动与手动兼容措施。

第二章系统总体方案设计

2.1研究方案以及系统构成

所设计的Controller存在于自然光照强度和人体作为Controller的主要输入参数。

可与自动和手动控制兼容。

在自然环境中具有很强的光光照充足，不管有没有灯；

在自然环境光很弱，并有超过一定时间，自动打开灯Controller，直到人们离开然后Delay一定时间关灯。

同时，还根据进度控制，晚上12点多，如果它存在，然后关闭自动Controller的操作，使用机械开关手动控制，为了解决因特殊情况，人性化操作的自动Controller。

1.单片机控制系统。

2.信号采集处理系统。

3.LCD显示系统。

4.电灯电源驱动系统，达到控制照明灯具的目的。

图1-1系统的结构主要组成部分

2.2系统控制核心

电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机（单片微型计算机）的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。

单片微型计算机就是将CenterProcessUnit、Memory、Counter和多种Interface都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。

因此一块Chip就构成了一台Computer。

在单片机的相关技术如此发达的今天，它已经成为电子信息、电子、通信、自动化等专业技术人员必须要掌握的一种技术。

这种小尺寸和低成本的单芯片微控制器，可以广泛的嵌入到家用电器、儿童玩具、甚至机器人、仪器仪表、工业控制单元、汽车电子系统、船舶、飞机、导弹和其他种类的产品，已成为现代智能化电子系统中的重要工具。

本设计采用STC89C52单片机作为控制核心。

与其它单片机相比，STC89C52具有较强的加密行，有良好的抗静电性，不会受到静电的影响，可以适应较高的冲击电压能在2KV/4KV的脉冲干扰下工作，适应宽电压范围很宽不怕电源的电压抖动，工作温度范围远远超过常温的特点。

2.3人体释热红外线传感器

人体Pyroelectricinfraredsensor（Pyroelectricinfraredsensor）是由敏感元件三部分，阻抗变换器和Filterwindow。

Human的恒定温度，一般在37度左右，所以Human所发出的infrared波长大约为10μm，infraredsensor检测Human的工作原理就是检测10μm的红外发射。

10μm的infraredsensor，通过对增强聚源发射，滤波。

感应源通常采用Pyroelectric元件，在接收到Human的infrared辐射的变化的该热释电元件将会失去电荷平衡，释放电荷，后续电路经其它元件后可产生一个信号。

图2-1红外线热释电传感器工作区示意图

PyroelectricinfraredsensorSensitivity对人体是非常大的静止和运动方向的关系。

红外热释电传感器是法向运动的反应最不sensitive，而对切向（即Vertical于Radius方向）是检测最为sensitive的。

在现场选择suitable的安装position是avoid误报警，是红外探头获得最佳的检测效果的一个最需要注意的地方。

2.4光敏三极管

一般来说三极管一共有三个区，分别叫emitter区、base区和collector区，他们根据三极管类型不同所使用的材质不同，但是与一般的半导体元件相同，都需要使用到PN结。

emitter区和base区之间的PN结叫emitter，collector区和base区之间的PN结叫collector。

base区很小，而emitter区大，并且它的物质并不纯，杂质较多。

PNP型三极管emitter区在接入电路之后，电子向emitter区移动，因此电流向内流动，所以他的箭头向里画；

NPN型三极管emitter区在接通之后自由电子会进行移动，电子的移动方向总是与电流方向不同，因此发射极在电路图中的箭头是向外画的。

emitter箭头向外。

一般的三极管都有两种类型即PNP型和NPN型。

因此晶体管不仅具有放大作用，它也能够作为一个电子开关来使用。

作为开关使用时三极管就像一个开关，可以通过导通与截止来控制电路。

Semiconductor通过添加一些微量元素，使其属性发生巨大的改变。

Photosensitivetransistor就是一种重要的衍生物。

Vision是人体最重要的感觉，因此，通过light来control电路是一件很了不起的事，而光敏的Diode和Triode恰好就完成这个任务。

因为光敏Triode由于还具有放大作用，因此Application比Diode更加广泛。

光敏Triode用于测量光亮度，经常与发光Diode配合使用作为SignalReceiver。

2.5看门狗MAX813L

MCS-51系列的所有单片机都是需要Reset电路才能正常工作的，MCS-51系列单片机完成Reset需要其复位引脚RST上连续出现2个机器周期以上的高电平，复位操作就是将单片机的状态恢复到其默认的状态，其中包括寄存器和各个引脚，如果一直将RST置为高电平，单片机每得到两个周期的复位信号就会将单片机初始化一回，因此单片机将因为不断的进行复位而无法正常的执行程序，所以要求单片机复位后能脱离复位状态也就是持续两个机器周期的高电平之后切换为低电平。

除此之外，单片机在工作时经常会因为这样那样的原因死机，或者执行出错，此时就需要利用单片机内部的Watchdog或者外加Watchdog电路了。

有些单片机系统还要求在loss电瞬间单片机能将重要Datasave下来，因loss电的发生往往是很random的，因而此类单片机系统需要powermonitor电路，在loss电刚发生时能告知单片机。

美国MAXIM生产的MAX813L就是一个能够满足上述要求的watchdog芯片。

MAX813L的引脚说明如下：

第

（1）脚为复位输入，低电平为其有效Input；

第

（2）、（3）脚分别为Power和Ground；

第（4）脚为Power故障Input；

第（5）脚为Power故障Output；

第（6）脚为WatchdogInput，第（7）脚为ResetOutput，第（8）脚为WatchdogOutput。

（如图2.3所示MAX813L）

图2-3看门狗电路图

MAX813L芯片具有以下主要性能特点：

1.复位输出。

系统上电、掉电或者供电电压降低的时候，7号引脚会自动产生一个时间为200ms，电压为4.65V的复位输出。

2.WatchdogOutput。

说若6引脚在1.6s内无Pulse输入，那么8引脚就会产生一个低电平。

3.手动复位Input，低电平有效，即给1号引脚输入一个低电平，7号引脚就会产生一个200ms，电压为4.65V的复位输出。

4.1.25V时，第（5）脚输出一个低电平信号。

MAX813LRESET芯片具有Small，Power低，具有Watchdog和PowerMonitor功能的HighPerformancePriceRate的；

它使用easy方便，提供RESET信号为高，因此它是一种理想的单片机系统应用到RESET信号向高水平的场合。

第三章系统的硬件电路设计

3.1控制器的电路设计

主控制器采用STC89C52单片机作为微处理器，STC89C52具有较强的加密行，有良好的抗静电性，不会受到静电的影响，可以适应较高的冲击电压能在2KV/4KV的脉冲干扰下工作，适应宽电压范围很宽不怕电源的电压抖动，工作温度范围远远超过常温的特点，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。

图3-1单片机与狗门电路组成的控制电路

3.3看门狗监控电路的设计

本系统采用MAXIM公司的低成本微处理器监控芯片MAX813L构成硬件狗，与STC89C52的接口电路如图3-3所示。

MR与WDO经过一个二极管连接来，WDI接单片机的P2.7口，RESET接单片机的复位输入脚RESET，MR经过一个复位按钮接地。

该监控电路的主要功能如下：

1.系统正常上电复位：

电源上电时，当电源电压无法使单片机正常工作时

RESET端输出200ms的复位信号，使系统复位。

2.对+5V电源进行监视：

当+5V电源正常时，RST为低电平，单片机正常工作；

当+5V电源电压降至+4.65V以下时，也就是单片机难以正常工作的电压时，RST输出高电平，对单片机进行复位。

3.看门狗定时器被清零，WDO维持高电平；

当程序跑飞或死机时，CPU不能在1．6s内给出其应该有的正常信号，那么就会造成WDO由高电平变为低电平，由于MR的内部就有一个电流值为250mA的电流，D导通MR就会获得有效的低电平，RST端就会立刻输出一个复位脉冲，这样单片机就会复位，看门狗定时器就会被清零，WDO又重新回到高电平。

4.手动复位：

当用户因为各种原因需要手动对单片机进行复位时，只需要按下复位按钮即可。

图3-3看门狗电路图

3.4光敏三极管采光电路设计

通过对光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管的比较，考虑到光敏感度、大小、以及价格等方面的因素，本课题设计采用光敏三极管作为采光元件，进行对教室里自然光的采集，本课题设计采用3DU5C型号的光敏三极管。

光通量的单位是lumen，缩写为lm，中文一般读作“流明”，它的定义为发光强度为1Candela的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为“1lm”。

所谓的流明简单来说，就是指蜡烛一烛光在一公尺以外的所显现出的亮度。

一般来说，普通的40W的白炽灯泡，其发光效率大约就是每Watt10lm，因此其大约可以发出400lm的光，实际中40W的白炽灯在电压220V时，光通量为340lm。

流明值越高表示越亮，明亮越高则在投影时就不需要关灯。

ANSI为AmericanNationalStandardsInstitute（美国国家标准局）的缩写。

对于本设计所采用的3DU5C型光敏三极管，其接收到的光通量与其产生的电流之间有着良好的线性关系，电流=光通量/20。

使用光敏传感器的光感应电路设计如图3-4所示，本设计采用了LM339电压比较芯片，用来比较三级电压。

图中，取R7=200000Ω，将40W白炽灯光照度定为为强，约340lm，产生光生电流为340×

15/300=17μA，产生的电压为3.4V，即为光照度强；

25W白炽灯光照度为中，约250lm，产生光电流为250×

15/300=12.5uA产生电压为2.5V，即为光照度中；

15W的白炽灯所发光的光照度为弱，约150lm，产生光电流为7.5uA，产生电压为1.5V，即为光照度暗。

所以：

图中V2取3V，V1取1.5V，VIN>

3V光照度为强，VIN<

1.5V光照度为弱，1.5V<

VIN<

3V光照度为中。

V1，V2通过200K电位器调节设定。

图中是4.7×

1/3≈1.567V，4.7×

2/3≈3.133V，与此不符故要使用电位器R7。

图3-4光敏三极管采光电路图

3.5人体存在信号采集电路设计

本课题采用的人体存在信号采集电路的传感器是HP-208型号的热释电红

人体存在传感器HP-208是一款基于红外线感应技术的智能产品，其主要特性如下：

1.感应为全自动方式，只要检测到感应范围内有人，就输出高电平，若感应范围内没有人存在，则输出低电平；

2.采用可重复触发方式。

也就说某段时间一直有人的话，那么输出将一直为高电平，等到人不在之后，经过8-15秒后高电平将会变为低电平；

3.人体存在传感器的工作电压宽为DC3V-DC24V；

4.人体存在传感器制作成锥面形状，感应范围大，小于140度锥角，感应距离为7米以内；

5.其静态电流小于50微安，功耗低；

6.工作温度介于-15摄氏度和+70摄氏度之间，适应性强；

7.灵敏度高，可靠性强。

人体存在传感器的1号引脚为电源信号端，3号引脚为接地信号端，2号引脚为采集信号输出端。

在电路设计时，为了使人体存在传感器的信号更加准确，介于人体存在传感器的信号引脚2与GND引脚之间加了一个6800pF的电容。

传感器的信号引脚2与单片机的P3.3口相连，P3.3口再接一个100000Ω的电阻，作为上拉电阻，使信号更加准确，其电路原理图，如图3-5所示：

图3-5人体存在传感器电路原理图

3.6电灯的驱动电路设计

单片机发出信号通过7404来给光电耦合器MOC3021来控制续电器接通与断开,从而控制电灯的开关。

光电耦合器能将强弱电隔离，抗外界干扰。

共有3盏灯，房间最前的一盏灯与P2-0口相连；

中间的灯使用P2-1口控制，最后的灯使用P2-2控制。

图3-6电灯的驱动电路原理图

第四章控制模块软件设计与开发

在单片机硬件系统的基础上，加载合适的软件，才能使一个设计组成一个完整的系统。

对于单片机系统来说，软件的开发与系统硬件有着密不可分的联系。

在System的Hardware及I/O方法确定后，Software程序就可以完全独立的进行Design、Develop。

在ProgramDesign过程中，采用合理的程序设计Structure是一项KeyTechnology。

在本Design的Software整体Design，采用面向过程的方法，按照流程把主程序编写完毕，依照模块化设计思想，设计其中的本设计中的子模块，在程序编写过程中的过程中又用到了结构程序设计的思想。

本设计的软件模块主要包括：

主程序模块、采集模块、时钟模块、显示驱动模块、按键模块和存储模块。

4.1系统监控主程序模块

MonitorProgram按模块分为MonitorMainProgram和CommandChildProgram。

该MonitorMainProgram的基本task是一个ChildProgram，一个MainProgram调用的MCS-51系列单片机Child程序，系统资源是有限的，主Program通常是一个无限loop的Program，这是一个反复调用ChildProgram的流程。

本设计中的子模块主要包含中断程序、功能子程序，它们互相进行嵌套调用，完成本设计的功能目标。

在应用软件设计，尽可能对每个功能模块ChildProgram的书面形式，并由MainProgram调用。

具体的操作和Command处理需要完成各种Command，并根据不同的Commandjump到不同的ChildProgram模块，它始终是连接到一个无限loop的其余部分，该system的所有function都是一次又一次地在这个周期进行。

其监控主程序流程图如图4-1所示:

图4-1监控主程序流程图

4.1.1系统自检初始化

系统自检初始化是整个系统运行的前置条件，如果没有经过初始化，那么系统就不能正常工作，首先系统先完成自检，检查周围器件连接是否正常，由此完成自我和初始化系统。

Initial过程主要是setupRegister（如中断Control），Data区和外围芯片（如时钟芯片DS1302）对初始参数的set和define。

初始化系统自主要是指内部寄存器的初始化和系统测试，接口芯片的芯片组参数初始化。

各芯片的检测主要检测各芯片是否己处于准备完成的状态，有无故障等，检测基本上是利用各个芯片自带的准备完成信号来完成的。

例如checkLED是否能正常的进行display，checkhardware时钟DS1302是处于起振状态，检测系统中控制时间表的有效性，检测人体传感器是否能够进行人体的检测，检测环境光是如何影响光采集电路输出的信号等。

如果时钟开始时，系统的控制处于无效的状态，那么就需要初始化和启动实时时钟芯片。

Register的初始化系统主要是指对数据缓冲区，一个ResetInitial化每个用户定义的变量赋值和SFR（SpecialFunctionRegister）部分数据Initial后，单片机，EntryaddresscounterPC点到0000单元的程序存储器，程序状态字RegisterPSWReset，记忆选择工作Register区，用户F0旗为0态，堆栈指针SP点07，另一个定时器，中断使能RegisterIE，累加器ACC0。

4.1.2定时中断处理

定时器中断是单片机内部定时器定时或计数的使用已经造成内部定时器中断，计数器的外部到内部时钟或从外部引线和Ti的InputPulse。

CounterOverflow信号作为Interrupt请求信号，设置TimerOverflowflagCPU单片机IRQ。

定时器中断周期，在某个时候会中断的定时中断用于构建多任务操作系统设置在系统故障，系统的响应，没有execute的breakpoint的现场保护，分工可以直接进行task的时间，使操作task对应的准备状态，即Interrupt可以启动task。

该定时中断处理程序框图如图4-2所示。

图4-2定时中断处理程序框图

本设计还使用了单片机的外部中断，这个外部中断的作用是判断是否有遥控器信号，如果有，就将其采集下来加以处理；

若没有，则会返回到主循环。

4.1.3多任务操作系统的构建

Multitask是ApplicationProgram划分为多个task的操作，在operatingsystem的management，调度和处理器分配的任务execute的一些标准。

多任务操作一般可以依靠CPU的实时内核，配置和多任务调度的CPU，不停的任务的任务的执行，从而最大限度地提高CPU的利用率，加快运行速度，任务（程序）不会延误。

Multitask系统是检测实时interruptflag设置的标志状态决定调用task。

Executetask的划分在微观层面并不是同时execute的，但在宏观上可以认为是同时execute。

因此，在Multitask系统中，各个task就会处于这四种status中的某种status之下，这四种status如图4-3所示。

图4-3状态转换图

CPU正在execute的task会处于运行状态，如果该task需要wait其他task完成之后再进行，那么该task就处于waiting状态，如果一个任务满足了所有执行的条件，但还未开始执行，那么它处于就绪状态，如果一个任务被完成，那