基于单片机的智能台灯毕业论文.docx

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基于单片机的智能台灯毕业论文

牡丹江师范学院

2012届毕业生

毕业论文

题目:

基于单片机的智能台灯设计

院系名称：

工程学院

专业班级：

电子信息科学与技术

学生：

麻文凯学号：

2008012033

指导教师：

王荣芝教师职称：

2012年月日

摘要

社会在不断进步，人类在不断追求，市场在不断变化，高科技应用含量决定着产品发展的新趋势和前景，智能化技术在电子产品领域的应用意义深远。

随着电子产品的快速发展，家用电器也越来越偏向智能化，已经应用于实际中的有智能洗衣机，智能电饭锅，智能电磁炉等，而所用的智能化家用电器都用一个共同的特点，都是利用单片机作为中央控制单元。

结合了单片机的智能家用电器和普通家用电器相比，功能上更强，使用更方便，安全可靠性也更高，最重要的是更节省电能，提高了家用电器的品质。

智能台灯以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。

当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关麻烦；当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。

关键词：

智能台灯BISS0001单片机AT89C51

Title：

IntelligentdesklampdesignBasedonMCU

Abstract

Socialprogressandhumanintheconstantpursuit,themarketinaconstantlychanging,high-techapplicationcontentdecidedthenewtrendofdevelopmentoftheproductandprospects,intelligenttechnologyintheelectronicproductsinthefieldsofapplicationofmeaning.Withtherapiddevelopmentofelectronicproducts,householdappliances,hasmoreandmoreisalsoturntointelligentappliedinpracticeofintelligentwashingmachine,intelligentelectric,intelligentinductioncookeretc,andtheintelligenthouseholdappliancesareusedwithacommoncharacteristics,areusingsinglechipmicrocomputerasthecentralcontrolunit.CombinedwithMCUintelligenthousehold

appliancesandordinaryhouseholdappliances,strongerthanonthefunction,usemoreconvenient,safetyreliabilityalsohigher,themostimportantisthemoretosaveelectricenergy,improvethequalityofthehouseholdappliances.

Intelligencedesklampforspecificallyinductionhumanheat-releasinginfraredsignalbasedoninfraredsensors,BISS0001signalprocessingcircuit,usingsinglechipcomputerprocessing,inordertoachievethepurposeofeasycontrol.Whentheroomandsomeonewheninsufficientbrightnessaround,desklampwillbelighted,tellthedarknesstouchswitchtrouble;Whenlearningonthedesktopistooclose,duetocausespostureisnotstraight,thesystemwillhint,inordertocorrectposture,preventingmyopia;Learningtootired,sleeponhisdesklampwhen,itwillautomaticallyout;Whennoonein,thesystemalsocanmakedesklampextinguishes,inordertoachieveautomaticsaveenergypurposes

Keywords：

IntelligencedesklampBISS0001microcontrollerAT89C51

摘要...............................................................II

1绪论

1.1智能台灯系统概述

随着科技的高速发展，各种各样的科技产品、家用电器开始走入人们的生活，这一切都大提高了人们的工作效率、改善了人们的生活，现在电器的发展趋势是智能化，这样会使人们使用起来更加方便。

随着智能控制理论和人工智能研究的深入，各种更加逼真地模拟人类智能的家用电器会更多地出现，而单片机和智能理论的结合，将来不但更多地改进现行家用电器，而且将会产生全新的家用电器。

家用电器因为单片机的加入而走向智能化，并且随着人们生活水平的提高日益走向平民化，我们的生活也随着家用电器的发展越来越方便、舒适。

随着家用电器的发展，作为家用电器当中的小台灯也要顺应科技的发展步伐走向智能化。

台灯是人们生活中用来照明的一种家用电器。

它一般分为两种，一种是立柱式的，一种是有夹子的。

它的工作原理主要是把灯光集中在一小块区域，集中光线，便于工作和学习。

一般台灯用的灯泡是白炽灯或者节能灯泡，有的台灯还有应急功能，用于停电时无电照明。

目前，灯具市场上出售的灯具种类繁多，一般台灯均采用220V交流电源供电，日光灯管、白炽灯泡为光源，手动开关或触摸感应式开光来控制。

但这类台灯存在很多弊端，一是电压是不安全电压，给人们使用带来不安全因素；二是日光灯还具有频闪效应，经常使用会给人的眼睛带来一定的伤害；三是耗电量大、台灯通常都是以日光灯为主，在几瓦到几十瓦之间；四是人工化，人们由于手工操作，往往会忘记关灯，这也造成电能的浪费，到目前为止，在灯具市场上，很少见到采用+5V的直流电源供电的一种人体智能台灯，它具有既不会出现触电，使用寿命长、无辐射、又不污染等优点，有许多普通按键台灯所无法比与的优势，智能化台灯一方面可以更节省电能，有利于环保，另一方面可以纠正使用者的坐姿，预防脊椎变形和眼睛近视。

同时，智能台灯在黑暗的时候自动开关灯的功能也让使用者使用起来更方便，省去黑暗摸灯的麻烦。

智能台灯可分为自动和手动两种模式。

在自动模式下，台灯能根据环境光的明暗与人是否被台灯所检测到来自动开启台灯。

在这里设计了以人体红外辐射（波长为9.5um）传感控制电路。

当人体在台灯的围且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，若在一定时间未离开桌面则自动熄灭。

当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。

手动模式是为了不习惯使用自动模式的人或是台灯中的微机出现故障等紧急情况时用的。

在手动模式下，智能台灯和普通台灯是一样使用的。

台灯是一般家庭的生活必需品，但由于经常忘记关灯而造成巨大的能源浪费。

全球这么多台灯，估算一下，消耗能源可观。

另一个是作为一个必需品，当然要使生活变得更方便，省去了黑暗中开灯的麻烦，并且可以纠正坐姿。

本系统在实验室进行了实物实验。

热释电红外探测器1的距离是4m左右（距离可调），主要是因为般来说是门离书桌的距离;以便黑暗中时人一到门口则启动，省去了开灯的麻烦，用户可以根据自己的实际情况进行距离调节。

热释电红外探测器2的距离是10cm左右（距离可调），主要考虑是当学习时，有时坐姿不正，引起身体离桌面太近，容易引起近视，此时台灯发出警告，提醒注意，若在设定的时间未离开，则强制熄灭。

有时人学习累了，趴在桌子上睡觉，而忘了关灯,这时系统就会检测到，从而启动延时程序，一段时间过后，台灯就会自动熄灭。

1.2毕业设计容

1.2.1设计容和实现功能

名称：

基于AT89C51的智能台灯

容与要求:

设计并制作一种智能台灯，主要是以BISS0001和单片机组成的红外传感控制电路。

其特点是在有人时且外界光强较弱时能自动开灯，无人时关灯，节约能源；且能纠正坐姿，防止近视。

具体要求如下：

1．以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的；

2．当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关麻烦；

3．当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；

4.学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；

5.当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的

1.2.2系统分析

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9.5um）传感控制电路。

当人体在台灯的围且环境光强较弱时，自动感应开灯；当人体太靠近桌面时，台灯自动感应，警告纠正坐姿，若在一定时间未离开桌面则自动熄灭。

当人离开时则自动关灯，达到节约能源的目的。

单片机在本次智能节能台灯设计中的主要控制单元，主要控制电路灯光，控制电路是在单片机的控制下工作。

当房间亮度不够时，且有人在附近时，台灯便会自动点亮，省去了黑暗中摸开关的麻烦；当学习时由于靠桌面太近，造成坐姿不正，系统就会提示，以纠正坐姿，防止近视；当学习太累了时，趴在桌子上睡会儿时，台灯就会自动熄灭；当无人在时，系统也会使台灯自动熄灭，以达到节省能源的目的。

除了硬件部分采用防干扰技术外，在软件中也采用了防干扰技术，当中断0产生时，并不立即执行，而是对其进行延时，防止由于不小心而进入到探测器2的围，以免产生误判。

2.系统主要器件介绍

2.1AT89C51

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

图2-1AT89C51类别

2.1.1管脚说明

VCC：

电源电压

GND：

地

P0口：

P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。

作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。

当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。

P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活部的上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

P1口一个带部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。

对端口写“1”，通过部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。

因为部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。

闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。

P2口：

P2是一个带有部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作为输入口使用时，因为部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或16位四肢的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据，在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXRI指令）时，P2口线上的容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的容），在整个访问期间不改变。

Flash编程和程序校验时，P2也接收高位地址和其他控制信号。

P3口：

P3口是一组带有部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。

对P3口写如“1”时，它们被部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号，P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表所示：

RST：

复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。

表2-1P3口特殊功能

口管脚

备选功能

P3.0

RXD（串行输入口t）

P3.1

TXD（串行输出口t）

P3.2

（外部中断0）

P3.3

（外部中断1）

P3.4

T0（记时器0外部输入）

P3.5

T1（记时器1外部输入）

P3.6

（外部数据存储器写选通）

P3.7

（外部数据存储器读选通）

ALE/

：

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。

：

程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次

有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的

信号不出现。

/VPP：

外部访问允许。

欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，

端必须保持低电平。

需要注意的是：

如果加密位LBI被编程，复位时部会锁存

端状态。

如

端为高电平，CPU则执行部程序存储器中的指令。

闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。

XTAL1：

振荡器反相放大器与部时钟发生器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

2.1.2振荡器特性

  XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片振荡器。

石晶振荡和瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

2.1.3芯片擦除

  整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

2.2BISS0001

BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。

它配以热释电红外传感器和少量外接元器件即可构成被动式热释电红外开关，故能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房与家庭的过道等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。

BISS001的主要功能如下：

1.为CMOS数模混合专用集成电路；

2.具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配进行信号处理；

3.带有双向鉴幅器，可有效抑制干扰；

4.设延迟时间定时器和封锁时间定时器；

5.结构新颖，稳定可靠，调解围宽；

6.置参考电压，工作电压围为2～6V。

2.3DAC0832

图2-2DAC0832示意图

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路与转换控制电路构成

2.3.1DAC0832的主要特性参数

DAC0832有如下参数：

1.电流稳定时间1us；

2.可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

3.只需在满量程下调整其线性度；

4.单一电源供电（+5V～+15V）；

5.低功耗，20mW。

2.3.2DAC0832结构

D0～D7：

8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；

ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

CS：

片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

WR1：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

XFER：

数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

WR2：

DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

IOUT1：

电流输出端1，其值随DAC寄存器的容线性变化；

IOUT2：

电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

Rfb：

反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；

Vcc：

电源输入端，Vcc的围为+5V～+15V；

VREF：

基准电压输入线，VREF的围为-10V～+10V；

AGND：

模拟信号地

DGND：

数字信号地

2.3.3DAC8032工作方式

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。

所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图：

D/A转换结果采用电流形式输出。

若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。

运放的反馈电阻可通过RFB端引用片固有电阻，也可外接。

DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。

2.474LS138

74LS138为3线－8线译码器，共有54/74LS138和54/74LS138两种线路结构型式，如图2-3。

图2-374LS138示意图

74LS138译码器部电路如图2-4所示：

图2-474LS138译码器部电路

无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。

如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。

表2-23线-8线译码器74LS138的功能表

在同一个时间又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。

71LS138有三个附加的控制端、和。

当、时，输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。

否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表3.3.5所示。

这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。

带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。

在图3.3.8电路中如果把作为“数据”输入端（在同一个时间），而将作为“地址”输入端，那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。

这就不难理解为什么把叫做地址输入了。

例如当＝101时，门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平，因此的数据以反码的形式从输出，而不会被送到其他任何一个输出端上。

3.系统组成与电路设计

本系统制作的主要设计源泉来源于生活，因此创新之处也在于处理生活中一些比较常见的问题。

以专门感应人体红外信号的热释电红外传感器为基础，以BISS0001信号处理电路，利用单片机进行处理，以达到便于控制的目的。

3.1系统组成部分

3.1.1系统工作原理

89C51

热释电红外传感器1

热释电红外传感器2

光敏电阻

信号

处理

电路

提醒电路

灯光控制电路

图3-1系统示意图

本系统组成如图3-1所示，主要由三部分组成：

1.传感器与信号处理部分：

检测人体辐射红外信号与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.提醒电路与灯光控制电路：

给出提醒信号并根据89C51给出的命令控制灯光。

整个系统是以89C51控制下工作的。

其工作过程为：

当环境光比较强时，光敏电阻阻值比较小，信号处理电路检测到低电平信号，禁止热释电红外传感器工作，省去了89C51处理过程。

当环境光比较弱时，光敏电阻阻值变大，信号处理电路接收到高电平，从而启动热释电红外传感器工作。

热释电红外传感器1探测比较远的距离，当人体进入到传感器1的控测围且光强较弱时，信号检测电路处理信号，并向单片机发送一个中断，89C51启动灯光控制电路，使灯慢慢变亮。

当环境光比校弱时，且人体过于靠近桌面，热释电红外传感器2检测到信号，同时了在热释电红外传感器1的控测围，信号处理电路同时向89C51发送信号，89C51处理信号根据优先级顺序，屏蔽掉热释电红外传感器1的信号，启动延时电路，发出警报使人离开，若在设定的时间未离开桌面，则启动灯光控制电路，使灯慢慢熄灭。

当人体离开热释电红外传感器2的控测围且在热释电红外传感器1的控测围时，灯光又慢慢变亮。

3.1.2系统控制核心

该智能台